基于AR和BIM的机电施工信息管理云平台研究

摘要

受现场管理手段所限，建筑行业利润率因材料浪费、重复返工等问题不容乐观。而BIM技术的碰撞检查、施工模拟等功能，虽然能提前对现场施工计划进行优化，但由于现场环境的复杂多变和施工过程的不可预测性，仍然无法根据实时状况进行决策和管理。另一方面，相较土建工程，机电工程协调专业更多、施工精度要求更高，空间复杂性更大，对现场平面定位与空间布置要求更为严格。但BIM模型调用要求高，又难以与现场环境相融合，施工指导性十分有限。 在此背景下，本研究基于扎根理论分析了机电工程现场管理的信息需求，设计了可存储机电施工各类信息的机电施工信息数据库，并在此基础上构建了基于组织协同的BIM-Cloud-AR系统，以期提升沟通效率，最终达成提高行业生产效率的目的。主要研究内容如下： （1）首先采用了扎根理论对机电施工信息需求进行了系统地分析，识别出信息需求三个维度和基本场景，为后文施工信息数据库的建立奠定基础。 （2）定义了机电信息模型的数据组成，利用BIM模型与爬虫分析方法，获取了给排水系统、电气系统与暖通系统的基本数据与扩展数据。基于上文信息需求的分析结论，设计了机电信息数据库表和逻辑关系，完成了机电施工BIM信息数据库的构建，为BIM-AR系统的原型开发奠定了基础。 （3）利用Revit API端口对机电集成BIM模型进行轻量化处理，从技术层面说明增强现实效果、移动端系统界面与模型旋转、工序动画等功能的实现过程。在BIM-Cloud-AR系统原型的基础上，设计了相应AR环境下现场信息集成的整体框架，以及实现场景融合与信息收集的过程。 （4）基于组织协同理论，构建了以基于AR的信息收集层、基于BIM的信息处理层、基于Access的应用层等为核心的BIM-Cloud-AR系统。并从应用规范、组织结构与应用框架三个方面，重新设计了基于BIM和AR的机电施工现场协同管理模式。 （5）以徐州万豪酒店项目机电工程为案例，分别对施工准备阶段、施工阶段、竣工检查阶段的应用情景进行了说明和演示，验证了基于BIM和AR的机电信息管理云平台的可行性。 本研究弥补了当前AR技术在工程施工现场的应用研究空白，建立了能够有效克服建设项目信息管理中沟通不畅和信息流失问题的BIM-Cloud-AR系统，为机电施工信息提供了新的管理手段。

目录

声明

致谢

1 绪论

1.1.1 建筑业管理效率较低

1.1.2 BIM指导机电施工仍有局限

1.1.3 AR与云服务在工程领域的应用发展迅速

1.2 概念定义与问题提出

1.2.1 概念定义

1.2.2 问题提出

1.3.1 研究目的

1.3.2 研究意义

1.4.1 工程信息管理相关研究

1.4.2 基于BIM的机电信息管理相关研究

1.4.3 增强现实在AEC领域相关研究

1.4.4 研究综述述评

1.5.1 研究内容

1.5.2 研究方法

1.5.3 技术路线

2基于扎根理论的机电施工现场管理的需求分析

2.1 研究过程

（1）访谈对象

（3）访谈提纲

2.2 机电施工信息需求维度识别

2.2.1开放式编码

2.2.2主轴式编码

2.2.3选择性编码

2.2.4理论饱和度检验

2.3 机电施工现场信息需求分析

2.3.1机电施工信息管理问题分析

2.3.2 机电信息管理基本场景定义

2.4本章小结

3机电施工BIM信息数据库构建

3.1研究过程

3.1.1 机电信息数据组成

3.1.2 BIM相关理论

3.1.3爬虫分析来源

3.1.4 数据库系统概述

3.2给排水系统数据获取

3.2.1给排水系统基本数据获取

3.2.2给排水系统扩展信息获取

3.3电气系统数据获取

3.3.1电气系统基本数据获取

3.3.2电气系统扩展信息获取

3.4暖通系统数据获取

3.4.1暖通系统基本数据获取

3.4.2暖通系统扩展信息获取

3.5信息数据库设计

3.5.1机电信息数据库表设计

3.5.2数据库的实现与关联

3.6本章小结

4 机电施工BIM-AR系统原型开发与信息集成

4.1.1 开发环境

4.1.2 BIM模型轻量化处理

4.1.3 BIM-AR系统实现原理

4.2 核心功能的实现

4.2.1增强现实效果的实现

4.2.2系统界面的实现

4.2.3交互功能的实现

4.3 AR环境下关联信息集成流程

4.4 本章小结

5面向组织协同的BIM-Cloud-AR系统构建

5.1 BIM-Cloud-AR 系 统 需 求 分 析

5.1.1 施工准备阶段的设计管理应用

5.1.2 施工阶段的安装管理应用

5.1.3 竣工检查阶段的验收管理应用

5.2 BIM-Cloud-AR 系 统 总 体 设 计

5.2.1 构建原则

5.2.2 系统架构设计

5.2.3 功能模块设计

5.3 基于BIM和AR的协同管理模式

5.3.1 协同管理应用规范

5.3.2 协同管理组织结构

5.3.3 协同管理应用流程

5.4本章小结

6 BIM-Cloud-AR系统的应用实现

6.1 案例概况

6.2 施 工 准 备 阶 段 应 用 场 景

（1）AR 定位漫游

（2）碰撞检查

（3）现场设计修改

6.3 施工阶段应用场景

6.4 竣工检查阶段应用场景

（1）验收信息查看

（2） AR 问题标记

（3）隐蔽管线及设备验收

6.5本章小结

7 结论与展望

7.1 主要结论和创新点

7.1.1 结论

7.1.2 创新点

7.2研究展望

参考文献

作者简历

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