[營建知訊轉載]應用AR結合BIM技術於鋼筋查驗之初探 許皓威、謝尚賢 (2019.09)

 在工程的施工階段中，查驗作業是影響工期以及施工品質的重要因素，倘若查驗作業進行得不夠全面及謹慎，施工錯誤的部分將延至未來才會被發現，輕則影響後續階段的作業，錯誤部分須重新施作，致使工期延長；重則降低施作品質，成為工程的安全隱憂。
    目前我國的工程查驗，大多在工地現場以傳統的人工方式進行，品管人員通常使用所配備的施工圖紙、查驗表、捲尺來進行量測、清點和比對，再透過筆和相機來進行記錄。然而，工程施作的項目與數量眾多，以目前的查驗方式來進行全面性的檢查，需耗費不少時間，因此在查驗進行時，有時會依據經驗判斷、目測或是抽樣等方式來加快作業的進行，才得以讓工程順利繼續。也就是說，目前傳統查驗方式的效率，多少影響品質管理的有效性。

​應用AR和BIM技術的機會
        為了提升查驗作業的效率，筆者嘗試利用擴增實境（Augmented Reality，簡稱AR）和建築資訊塑模（Building Information Modeling，簡稱BIM）的技術來協助施工查驗作業（以下稱本研究）[1]。在傳統查驗方式中，以平面圖紙或是表單進行查驗，需要將查驗目標的紙面資訊與工地的實際物體進行比對，此階段會先經過一段將紙面資訊匹配到立體結構物的過程，然而當受查驗物有圖紙量多或是平面圖不易表達清楚的情形時，就需多耗費時間進行理解，甚至是向設計者尋求協助。此時，AR和BIM的結合應用就有機會為這個問題提供解決方案。BIM模型不僅包含幾何模型本身，亦含有非幾何資訊，理論上應可涵蓋各類查驗項目的需求。而在量測類的查驗項目上，由於已有和實體物件相對應的BIM模型，再加上可透過AR的方式將同尺寸的模型套疊在實體結構物上直接進行比對，如此便可完成數量的清點以及長度的量測等項目。
 
鋼筋查驗測試
    在眾多的查驗項目中，鋼筋為數量和查核細項最多之項目，因此本文採取以AR結合BIM之方式，針對鋼筋查驗的部分細項進行檢測，探討應用此方式之可行性。
    根據目前行政院公共工程委員會所提供之工程施工查核作業參考基準[2]，鋼筋查核細項中的鋼筋配置部分較適合作為此應用之驗證，其查核項目包含鋼筋的數量、尺寸、號數和間距等，皆可透過BIM模型進行比對及查驗。
    為使BIM模型轉換成以AR的方式呈現並疊加於實體結構物上，本研究首先將BIM的鋼筋模型輸出到遊戲物理引擎軟體Unity上，並針對模型中的物件結構進行處理，保留查驗測試所需的幾何與屬性資訊。此外，再透過Google所提供之擴增實境軟件開發工具包 ARCore，讓虛擬空間中的物件可透過AR的方式進行呈現與定位，最終疊加於鏡頭所拍攝之畫面上來進行查驗。
    本研究得到潤泰預鑄場之協助，預先準備了一根預鑄樑的實體鋼筋及其BIM模型來進行測試（如圖一）。

圖一 受測預鑄樑鋼筋

​ 為了先進行初步測試來獲取應用回饋，先選定主要查驗之項目，內容包含主筋的號數查驗以及箍筋的間距和數量查驗，並請預鑄場內的查驗員協助測試。查驗的實測方式是透過行動裝置來進行，裝置內已裝有本研究使用ARCore開發之應用程式，查驗員須先開啟程式進行定位，再將模型疊加於實體鋼筋上，其查驗距離與路線仿照傳統方式，由查驗人員靠近鋼筋來進行檢測。實測畫面如圖二、圖三，透過將虛實疊加之影像，由檢測員進行判斷。

   圖二 主筋之號數查驗 

​圖三 箍筋之間距與數量查驗

​擴展細項查核須改善之問題
    本研究嘗試透過結合AR和BIM的方式來提升鋼筋查驗效率，經應用測試後與傳統測量方式比較，應有機會耗費較少的現場查驗時間，並同時保有一定的精確度。如圖四所示，擴增實境的方式對於兩項查驗項目各有優劣，其與查驗項目的內容與精準度需求有一定的關係。而未來在擴展到更多的細項查核項目上，仍有一些問題需要改善與克服：

圖四 鋼筋查驗測試結果

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1. 查核項目的誤差允許值會影響AR應用的可行性。以主筋號數查驗為例，在查核標準中，號數在查驗上不得有誤，然而對小號數之鋼筋，在正常查驗距離下，透過肉眼判斷疊合之影像來認定號數是否無誤會有困難，因此，未來在AR的查驗距離上若能進行更好的控制，或許可提高較細微項目查驗之可行性。
2. 虛擬模型與實際鋼筋的疊合，因受到定位精準度的影響，目前本研究採用的方式仍會產生模型飄移的現象，需透過手動調整來輔助，在定位上可嘗試改以其他方式來改善穩定性，例如使用圖片或標籤貼附於特定位置的方式來產生模型，或是將鋼筋擺放於特定位置，再使用固定的鏡頭來拍攝。
3. 影像的疊合會有遮蔽的問題，在畫面呈現上會導致使用者判別不易，這包含實體鋼筋自身，鋼筋模型自身，以及兩者相互的遮蔽。目前最容易改善之部分為鋼筋模型，可針對不同之查驗項目調整模型的呈現方式，例如只顯示該查驗細項所需的鋼筋部分，或是將模型簡化，只呈現含有特定參數資訊的模型；又例如查驗間距時可將柱體改為線狀或是只呈現其中一面之鋼筋，而非一定要使用與實體一模一樣之BIM模型，藉此簡化畫面的內容，有利於達到查驗的效果。

 
參考文獻
1.      許皓威（2019），以擴增實境結合BIM輔助工地之鋼筋查驗，碩士論文，國立臺灣大學土木工程學系。
2.      行政院公共工程委員會，工程施工查核作業參考基準（壹）。
 

轉載自營建知訊第440期，頁57-61。