增强现实技术在武汉国际博览中心设备 维护系统中的应用*
陈丽娟，骆汉宾，辛宏妍
（华中科技大学土木工程与力学学院工程管理研究所，潮北武汉430074）
[摘要】由于设备维护管理中存在数据信息繁杂，设备维护人员流动性大等特点，如果不对设备进行科学管理，一旦出现问题，易产生重大财产损失.设备管理活动主要体现在现场设备管理，面设备信息现场获取困难，加上从业点，引人增强现实和BIM技术结合，实现了设备在计算机终端与手机终端管理的相互结合，极大方便了设备的现场 人员流动性大，易导致维修人员的技术水平有限，难以准确高效地完成维护工作.针对设备维护中管理存在的难管理.
[关键调】信息化：运营管理：设备管理：增强现实：建筑信息模型：应用
[中图分类号】TU17 [文献标识码]A [文章编号】1002-8498（2016）06-0037-04
Application ofARTechnologyinEquipmentMaintenance System ofExhibition Center
Chen Lijuan Luo Hanbin Xin Hongyan( Construction Management Researech Center School ef Cisil Enginering & Mechanics Hzhng Unisersity f Science & Technology Wahan Hubei430074 China)
Abstract;Equipment maintenance management is the next big challenge after project is delivered due toinformation of applying technology management is required to prevent from significant property damage. information plexity and accessibility in the field as well as staff turmover. Therefore scientificHowever por interoperability of puter-based information system in the field work and mobility of pe ) uqo g n u ae jo ap oe sodawith BIM (building infomation modeling) technology this paper proposes the method of co-managementbetween puter and mobile phone which greatly facilitate equipment management on site.
Key words: information; operation management; equipment management; augmented reality ( AR ) ;building information modeling( BIM ) ;applications
修、预防性定期检修、状态检修和改进性检修4种形现代建筑工程项目规模扩大、区域扩展和个体式.随着设备的种类和规模的不断增加，传统的设
0引言
员工更替，技术复杂性越来越高，使得工程项目的备维护方法越来越不能满足对设备维护的需要.管理难度不断加大，尤其是设备的维护管理方面.1952一2009年，我国建筑业总产值由57亿元增长繁多且关系复杂缺少完整的数据库记录设备信到76808亿元，增长1346倍.建筑业从业人数由息，不能在现场及时准确地确定设备的生产厂家、人，增长了36倍.对设备的维护是保障群众生命划，直接延长了设备的维修时间.②维修管理制安全的大事情.我国采用的设备维修模式主要是度规范不完善维修信息的记录内容不完整，信息计划预修模式，检修体制发展到目前经历了事后维
目前设备的维护还存在许多难点：①设备种类的采集归档制度不完善.缺乏对设备的应急管控预案，当设备出现故障时，不能尽快恢复设备的正常运转.另外在设备维修人员的管理方面也缺少 相应的制度，设备的维修人员具有流动性，对维修
人员的技能培训缺乏完整的体系，维修技能落实与BIM相结合的方法来实现现场对设备的可视 后”.③缺乏信息化的管理方法二维的图纸并化管理，解决了设备管理困难的问题.增强现实技不能直观地反映设备的位置和包含的各种信息，需术（augmentedreality，AR）是虚拟现实技术未来发要反复查阅不同的图纸和文档才能集齐设备的所展的主要方向，利用计算机技术来帮助认识和感知客观世界，建筑信息模型（buildinginformationmodeling，BIM）是实现增强现实技术的基础，为设备和相互之间的逻辑关系.增强现实技术应用于 的维护提供模型，直观形象地展示设备的空间布局设备维护的优势主要体现在2方面：①利用手持设备现场可操作性强，现在的设备制造过程复杂，结构多样化，拆装涉及的工艺知识和技术较多.虽然子手册时，注意力需要在拆装设备和手册之间频繁 这些资料都能在电子手册中查询，但操作者使用电切换，工作效率势必会被影响，容易产生错误装配.②调用后台数据为现场实施做支持，虚拟装配技术的产生是为克服传统产品装配过程中的缺陷.虚虚拟现实外设设备，这2个协同工作，缺一不可，这样才能制造出交互性与沉浸性于一体的虚拟装配
有信息，在现场设备管理中的不能及时有效地获得设备的详细信息（）.
善和管理方法落后，许多学者都进行了大量研究与 为解决设备管理中的信息缺失，管理制度不完应用的开发.目前很多项目都在用基于BIM的系统进行设备管理.胡振中等引人建筑信息模型（BIM）和二维码技术，开发了基于BIM的机电设备智能管理系统（BIM-FIM2012），实现了机电设备工 程的电子化集成交付，以及建筑物运维期的维护维修管理和应急管理，为保障设备系统的安全运行提供高效的手段和系统平台支持.应用BIM技术以及Access数据库技术整合分析了建筑设备运行维护管理所需信息、传统建筑设备管理方式存拟装配一般由2部分组成，即虚拟现实软件内容和 在的诸多问题，从而构建了基于BIM的建筑设备运行维护可视化管理模型”.聂鑫等把设备管理系统应用于南昌供电公司、北京城建集团与高校合作环境.管理系统与运维管理平台”，华中科技大学工程管乐、军事训练、工程设计、机器人及远程机器人学、 开发的“基于BIM的昆明新机场机电设备安装4D理BIM研究中心也针对武汉国际博览中心项目做制造维护和修理、消费设计等多领域得到不同程度了基于BIM的设备管理系统.这些研究主要探讨的发展.增强现实技术正在逐渐开拓小型手持移了如何解决设备管理中的信息缺失、信息混乱、制究，构建系统平台来达成BIM与设备的集成应用，庞大的计算机、摆脱摄像系统等硬件的限制.将基 度不完善等问题.但这些研究都是应用系统的研强的人机交互性使得增强现实系统能够脱离体积因为BIM模型的数据庞大，此系统只使用在计算机平台上.
增强现实技术发展以来已经在诸如医学、娱动设备新领域.移动设备的移动性、便携性以及较于小型手持移动设备的增强现实技术应用于设备维护，是增强现实技术应用发展的主要方向之一.
但由于设备具有固定性，对设备的维修只能在原地实现，携带能够联网的计算机在现场对设备进行维修很不方便，这就要求有手持的设备终端可以计算机终端系统中看到设备的详细信息和位置分伏太阳能系统水泵维修问题，开发了基于增强现实设备位置，方便维修人员对设备进行确认.增强现技术的光伏水泵维修系统，但这个系统也是使用的便携式计算机在现场实现对设备的管理.
2基于增强现实的设备维护方法
在应用基于BIM设备应急系统条件下，可以在的实技术在基于BIM的设备维护系统是依靠BIM的由此看来，基于BIM的设备管理已经被运用于维修管理，解决在设备因为信息繁杂面导致的设备 强大数据集成能力，在现场用手持设备实现设备的全国多个大型项目，而已有学者应用AR技术为提维修中的管理困难问题.AR设备和基于BIM的设
高现场可操作性并利用可视化技术进行现场指导备管理系统之间的关系如图1所示.进行初探.本文在应用BIM技术进行设备管理的基础上引进AR技术对其进行有益补充，使得现场行快速恢复.
具体实现方法和步骤如下所述.
操作人员快速、准备地获取维护指导，保证设备运实技术应用于设备维修的基础，因为增强现实技术 1）建模基于BIM的设备维护系统是增强现仅仅是一个应用工具，本身不具有集成大量数据的功能，只用依靠BIM技术数据信息的集成功能使增强现实技术与BIM技术相互结合充分发挥两者的
1增强现实技术的应用优势
为实现现场对设备的可视化管理，引人增强现
术实现三维模型与现场环境的虚实融合.该系统利用Blender作为数据的中间转换及加工接口.将效果加工，通过在Blender中的光线设置、材质调整 BIM模型转换为fbx文件类型导人Blender中进行以及谊染器的设置等微调，使模型达到与真实环境相近的显示效果，最后将设置好效果的模型文件以在Blender中进行动画的制作和模拟，这样不仅节 fbx文件类型导人AR程序中进行显示.面且可以省了建模时间，而且通过在Blender中制作动画省去了编程人员进行程序编写的困难，增加了运营维护管理的实用性.最后，在AR程序中根据标记和定位信息的匹配，将虚拟的三维模型完全融人真实环境中.该过程的实现克服了对于不懂编程工程 人员要利用代码进行AR模型建立的困难，将增强现实技术带人运维管理现场，而且该过程相比编辑AR模型程序的时间节省很多.通过这种数据转换的方法，不仅充分发挥了BIM模型尺寸精确和信息型更能与环境相融合，视觉效果更好.增强现实技 充足的优势，而且通过Blender的谊染技术使得模术还提供了基于标记的现场微调功能，所以在现场手持移动设备既可以实现部分功能的微调、颜色变换或构件替换等细部调整，以更好地满足管理指导需要.
图1AR设备和基于BIM的设备管理系统之间的关系Fig.1The relationship between AR system and BIM-based equipment management system
优势.增强现实技术与BIM技术结合的过程主要 是一个数据的传输与调用过程，其数据的上下游流动主要通过应用软件实现.使用Revit建立BIM模型具有强大的数据包容能力，能够在BIM模型的建立过程中编辑构件的附件属性，除能准确表达出构件的尺寸大小以外还能直观地表达构件的三维模 型，赋予构件材质、弹性模量等物理信息，使BIM模型更大程度上接近现实中的物.
2）动画Blender模型可以与Revit良好的兼容，能够直接导人3ds，fbx等格式的文件，Revit中建好的模型也可导出为fbx格式的文件，Revit模型与 Blender具有良好的兼容性.把基础模型导人以后用Blender软件对模型进行编辑.没有动画的BIM模型是没有生命力的，Blender赋予BIM模型动画，提高了BIM模型的应用价值.
从应用过程来看，该框架有效地实现了对上下游设备的关联管理，维修设备时不只考虑当前设备的维修方法，上下游的设备对待维修设备的影响也充分考虑在内，最大化减小检修带来的影响.如果 在上游设备的运转情况下对待维修的设备进行拆除或其他操作，轻则造成设备的损害，严重时还会威胁到维修人员的生命健康，造成不可估量的损失.
综合，最后将模型数据上传到Creator数据库，然后 3）注册利用Creator软件进行模型与设备的用手持设备扫描现场设备就能够在手持设备上直观地反映动画模型，进行设备维修的可视化演示.
4）扫描利用手持设备上安装Junaio软件扫描现场的设备，则手机屏幕上便可以显示设备的模型和 信息，包括指导维修人员进行设备的维修步骤，防止维修人员不规范操作和因为人为因素造成对设备的损坏，严重时可能会因为操作不规范造成对自身的损害.此应用的数据流动过程如图2所示.
3案例分析
心规划总占地面积6253亩（1亩=666.67m²），净 以武汉市国际博览中心为例，武汉国际博览中用地面积4270亩，中心核心区规划建筑面积达120万㎡²，项目总投资约为500亿元，面积大且结构复杂，设备管理起来存在极大难度.虽有基于BIM的设备管理系统进行日常维护，仍可利用AR手持设强大的数据集成功能，对于设备的管理具有高效 备进行现场指导.基于BIM的设备管理系统具有性，但在设备维修的现场指导方面，增强现实技术有着很大优势，能够在现场查看设备信息和利用可视化来指导设备的维护和维修，弥补了设备种类多 且复杂、维修人员流动性大、专业技能参差不齐带来的缺陷.以武汉市国际博览中心7区002号阀门的维修来说明增强现实技术应用于设备维修.基于BIM的设备维修系统中设备模型在计算机上显
图2增强现实动画实现流程Fig.2The animation implementation process of augmented reality
该框架的创新之处在于充分应用增强现实技
示为红色和蓝色不断闪烁则说明设备达到维修的期限，需要对设备进行维修.同时设备的基本信息 和维护信息都会在同一界面显示，更加方便维修人员对设备进行维护.图3为基于BIM的设备维护系统界面示意.
Fig.3The interface of BIM-based equipment 图3基于BIM的设备维护系统界面maintenance system
设备维修前，使用手机扫描需要进行维修的设备，扫描设备后通过图像处理和识别在后台BIM设备管理系统中调取设备信息和属性，维修步骤如图4所示.点击手机屏幕上的按钮选项后，就可以在手机屏幕上看到设备维修分步骤的维修方案，动画 模拟设备维修.维修方案不仅是针对一个设备本身制定维修方案，更是考虑到设备的相互关联性，如案例中所示，在基于BIM的设备维修系统中，显示的需要进行设备维修的是7区002号阀门，但是002号阀门与上游的001号阀门具有相互之间的关 联性，用手机扫描7区002号阀门后，显示出的维修步骤是首先关闭上游相关联的001号阀门之后，才能对002号阀门进行设备更换.
围4AR设备界面显示维护指导Fig. 4 Maintenance instruction with AR equipment
维修人员根据手机上所显示的信息和维修步骤维修设备.维修完毕后，在手机上更新维护信上共享同一个数据，使数据有效地在上下游工作作 息，传输到云端数据库，则实现了手机端与计算机
4结语
参考文献：
业中传递和共享.在计算机上发现问题可以利用手机端对设备进行维护.同样，在现场检查中发现 设备存在维修问题，可以用手机进行设备的报修，传输数据到数据库，实现数据在计算机终端与手机终端的共享.最终利用计算机终端的基于BIM的设备管理系统与手机利用增强现实技术相结合实现设备管理的闭环.
用增强现实技术与BIM结合的方法管理设备，极大地方便了设备的维修，及时找到需要维修的设备，指派维修人员去现场维修，维修时用手机终端进行现场模型的查询，现场填报维修信息，并且还可以在现场查看设备的模型和维修步骤，辅助维修人员进行维修，最大程度上减少了因为人的不稳定性面造成 的风险因素，缓解了因为设备信息不完善，缺少现代化管理方法、管理制度面造成的设备损害，除常规定时的设备维护外，还能及时发现故障设备位置.如果因设备故障造成严重不良后果，可及时采用应急管理措施，减少因设备故障后造成的损失.
以武汉市国际博览中心项目为例说明了增强现实技术应用于设备的维修具有可行性.但是目前应用还处于初级阶段，将增强现实技术应用于更大型和复杂的设备目前还处于探索阶段.此应用 也只进行了试探性的应用探索.增强现实技术应用与机电设备的维护进行全方位，全面的推广运行还有待理论知识的进一步发展和技术进步.
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