建筑设计通过增强现实互联虚拟和现实世界的设计与施工
- 增强现实（AR）将改变人们工作、学习、娱乐、购物以及与环境连接的方式。
- 在建筑、工程和施工中，AR是数字三维模型与现实世界建筑工地的集成。
- AR是一种沟通工具，它可以通过在混合虚拟环境中联合设计和施工团队来提高效率，并创造共享体验。
- AR在整个设计和施工过程中都很有用，包括了从设计概念到持续的运营和维护过程。
与所有其他的艺术和科学相比，建筑被尊崇为最具沉浸感和包容性的创造性学科，它可以创造出吸引你所有感官的宜居空间。这种构建世界的行为在开始时显得既笨拙又微小：图纸、草图、静态效果图和一些飞掠式的视频。这方面的技术通常由视频游戏公司的专业世界构建者开发，但它已被设计师和建筑商采用，他们使用增强现实（AR）并以前所未有的共享架构愿景覆盖了客户、团队成员及各行各业。
什么是建筑设计中的增强现实？
AR是一种交互式体验，它通过计算机生成的内容来增强和覆盖用户的物理世界。在建筑设计中，AR将含有数据的三维数字建筑或建筑组件模型叠加到现实世界的工地上。这些模型使设计师和建筑商能够探索结构系统、机械系统、形式变量、饰面、家具等通常来自于BIM（建筑信息建模）的数据。AR与工程现场的所有相关行业、承包商和分包商互联，提供了在沉浸式环境中进行无限试验性设计的潜力，并在开展实际施工之前解决可能的冲突和错误。
就硬件而言，AR使用专用目镜（例如用混合数字环境填充你视野的微软的HoloLens或MagicLeap）或在其屏幕上显示混合环境的平板电脑或智能手机。如果使用HoloLens 2，建筑工人可以及早识别风险，并在从初期设计到施工的各个阶段对设计和安装条件进行验证。现实捕捉是AR的一个重要元素，Holobuilder摄影测绘平台可以构建工程现场的照片模型，并对来自欧特克Revit或其他公司的三维模型进行整合。
XR = AR + VR + MR
AR只是不断扩大的扩展现实（XR）可视化模型家族中的一员。AR为用户提供了额外的洞察力和数据层，将计算机建成的模型元素置于现实生活环境中，用户、物理现实和数字模型之间会产生有限的互动。另一方面，虚拟现实（VR）使用头戴式目镜和手控装置生成完全合成的、完全身临其境的数字环境。混合现实（MR）则介于两者之间，通常由 AR 环境组成，可在模拟和现实世界元素之间提供更多交互。
在此之前，AR主要局限于财力雄厚的建筑、工程和施工行业的企业，这些企业可能会花很多时间将Revit模型和自制的3D游戏引擎模型整合起来。现在，这一技术已经得以普及，并且可以用于每个项目，这意味着小公司甚至个体经营者也可以用它来实时提供和呈现数据。通过概念化、施工建设以及持续的运营和维护，AR在设计和施工过程的几乎所有方面都非常有用。
AR在建筑、工程和施工中的6种应用方式
1. 项目规划
对于建筑师和设计师来说，AR在设计初期就显示了其作为一种工具的许多价值：它可以试验不同的形式，从而获得客户和利益相关者的认可。它可以帮助设计师以外的其他人员了解建筑布局是如何发挥作用的，例如空间的比例、建筑物在场地上的定向、它提供的景观，以及材料饰面的组合。AR在这方面的应用非常出色，因为它允许任何人在动工之前就可以“查看现场”。
许多应用程序都允许这种设计的可视化，包括由建筑师Sahar Fikouhi创造的ARKi。ARKi将桌面模型和原尺寸三维模型整合到现实环境中，并与Revit和其他程序兼容。该应用程序是目前最强大的AR设计工具之一，它可以提供锚定到真实空间的三维模型的动态动画。用户可以拉伸或收缩建筑物，围绕一个点旋转建筑物，并在分解的轴测视图中逐层加以分拆。文件中有一组强大的材质纹理和内置的阴影和光线分析功能。它也比其他许多应用程序更适于面向公众，因此你可以在社交媒体或通过电子邮件共享模型。
现场可视化在建筑设计或施工以外也很有用。欧特克的Fusion 360产品和制造设计软件的用户现在能够使用Apple AR工具将设计模型放置到真实的环境中。它使用USDz 3D文件格式，无需下载特殊应用程序即可在iOS设备上显示3D和AR内容。
所有这些可视化模式都依赖于拟议产品或建筑的数字孪生。数字孪生是一种虚拟三维模型，其中包含有关其自身形式的尺寸、材料特性、机械功能以及与其他元素的关系的智能动态数据，而不是纯粹的物体或建筑物的图形表示。随着AR技术的成熟，每个模型可以包含的数据越多，它就越能准确地模拟其对现实世界的推论，从而使模型也变得更加有用。
2. 实时协作
新冠肺炎（COVID-19）大流行使每个人都成为了远程实时协作方面的专家；AR是推动这一趋势的又一项技术。Virtualist就是一个例子，它是AR 和VR协作的虚拟在线工作空间。Virtualist将员工和团队成员带入混合的AR环境，让他们进行实时协作和远程协助。如果某个项目主管在现场的热管道下方走动，她可以在线邀请一名团队成员（通过平板电脑或智能手机查看），并查看与它平行运行的，将在下一阶段施工的电气管道的三维模型。同时，虚拟团队成员的头像（和现场主管）可以根据需要对模型和构建元素进行标记和注释。
这种类型的准虚拟会议空间在设计和施工的所有阶段都很有用，但有几个AR平台专门在施工过程中辅助协作。Fologram是一个例子，它使用户得以创建互动模型，一步一步地指导实际环境中的施工。Fologram向混合现实又迈进了一步，它还可以在小纸片上使用二维码或arUco标记来操纵空间中的模型。例如，它可以使用轮廓线模型，指定如何追踪模具的尺寸，以便创建建筑元素，并以精确到毫米的精度将每块砖放在墙上。
在2019年塔林建筑双年展上，Fologram团队与Soomeen Hahm Design、Igor Pantic 和Format Engineers等合作伙伴一起制作了由蒸汽弯曲的木条制成的，如同丝带一样打结、盘旋的Steampunk Pavilion（蒸汽朋克展亭）。该团队用Fologram来塑造每一块经过雕刻和弯曲的木材，并创建出每块木材弯曲成型所需要的模板。
3. 地下施工
由于AR技术能够层层剥离并辨别隐藏的东西，它非常适合地下建筑项目。人们不再需要费力去深埋在政府办公楼地下室的大量图纸中寻找需要的文件，AR使建筑商能够创建动态且精确的地下模型，及时地发现如果让挖掘机在那附近工作会是多么危险。
4. 培训
AR可以直接指导新员工如何完成具有潜在危险的工作，从而减少了对直接监督的需求。无论是通过带有项目符号式的直接文本指导，还是简单地不断查看参考模型，建筑商和设计师都会对他们正在建设的目标有更清晰的认识。整个工作场所的培训模块可以整合到AR平台上，帮助工人边工作边学习，减少在现场出现严重错误或受伤的可能性。
5. 检查
AR在工程建设行业最明显的用途之一是施工检查。建筑商可以借助AR，迅速将已经建造的内容与BIM模型进行比较，拍摄照片，添加和修改与特定建造或设计元素相关的虚拟笔记。GAMMA AR就是一个例子。用户可以用它隔离或隐藏模型的元素，并用文本、图像或语音注释对其进行注释。它与安卓系统或iPhone手机兼容，并保留了一些离线功能。同样，VisualLive公司的技术允许用户改进三维模型的透明度，从而透视其他元素。如要导入模型，它会让用户打印二维码，并挂在任何平面或垂直的表面上，然后进行扫描、上传并与模型校准。
6. 设施运营和维护
在建筑项目隆重开张后，仍然需要对其进行密切关注。运维人员进行的AR检查有助于延长建筑物的使用寿命。拥有一个可长期更新的数字模型将使员工清楚地了解这座建筑物在全新时的运作状况以及多年来的变化。
AR如何在施工现场发挥作用
AR让设计师和建筑商将他们的建筑视为数据和实际施工的离散的多层结构，即结构、体量、机械电气和管道（MEP）、暖通空调（HVAC）、安全系统、信息技术等层次。将它称为一种透视墙壁的X射线视觉只不过是轻微的夸张。通过输入和输出不同的模型，您可以对机械系统进行解构，在开始实际施工之前发现问题。
它的优势还不仅仅是这些。如果检测到问题但现场没有人可以解决，您可以把专家带到混合AR情景，他们的数字化身可以在那里漂浮移动并作出修复标记。在某些AR平台上，您甚至可以在应用程序中对设计进行修复，然后上传到动态变化的BIM模型中。这样，所有这些变化都能够更容易地在视觉丰富且界限清晰的数字环境中与非专业的利益相关者（如客户）进行沟通。
AR在工程建设行业中的优势
从根本上说，AR是一种沟通工具。它的混合沉浸式环境使建筑空间清晰易懂，并且对构成这一空间的单个建筑组件也是如此。这种易于沟通的方式有利于员工学习一些新的施工方式，或说服客户投资者接受新的设计理念。AR使团队成员能够从各自的办公桌和工地岗位上得到解放，共同体验与建筑空间交织在一起的BIM数据。
这些沟通效率就意味着时间和金钱。在确定像素（或使用钢材）之前对设计进行快速的修改可以节省时间和金钱。建筑商和承包商可以利用3D环境更好地对施工过程进行排序。交互式模型可以确定每个细化步骤需要多长时间，包括挖掘、浇注混凝土、组装预制HVAC单元、砌砖和铺设屋顶等任务。花更少的时间协调行动的结果将体现在财务报表上，更高的时间效率和材料准确性将转化为更可持续的建筑。
工程建设行业正由于在建造中运用AR工具而取得进展，尤其在检查和发现建筑错误方面，这有助于设计师进行早期修改。但是，一些局限仍然存在。例如，大多数AR功能都有赖于高速无线互联网，而建筑工地并不总是有这样的条件。此外，掌握硬件技术的熟练程度会带来更高水平的沉浸感。AR平台越是依赖与数字模型（更接近于MR）的互动，它们就越需要HoloLens或MagicLeap这种专门的目镜。这种硬件比简单的智能手机需要更多的培训才能使用，并且更难在户外或明亮的环境中使用。然而，虽然平板电脑和智能手机不是那么昂贵，使用门槛也更低，但它们毕竟不能让我们感受到身临其境。
但即使是通过iPhone的屏幕，工程建设行业中的AR也意味着可以更快地把更多信息和数据提供给更多人。有了更好的文档和数字信息以及实时协作的强大功能，查看正在构建的内容和构建的位置从未如此简单。这就像是在展望未来，而未来已经在我们面前展开了。