基于VR平台的施工管理技术在施工现场技术研究

基于 VR平台的施工管理技术在施工现场技术研究

张志强、王定敏、杨杰飞、倪自强 ，吴学文

中建新疆建工（集团）有限公司海南分公司

摘要：随着信息化技术的发展，VR技术的快速发展在各个行业领域产生了大量应用，特别是在建筑施工现场取得了很好的效果。本文通过介绍VR的概念以及该技术在建筑施工管理的应用以及现状，较全面的研究了该技术在施工现场的应用。

关键词：VR技术；施工管理；特点；应用建议

随着我国经济快速增长和城市化进程的不断推进，建筑施工行业也得到了快速的发展。VR技术能够对建筑行业项目施工具有较强的指导作用，能够有效提高安全管理效率。所以，具备沉浸感、仿真性、互动性的VR技术被广泛应用在建筑施工行业安全教育中。本文在介绍VR技术在施工现场应用的现状的基础上，分析了VR技术应用的优点，并对其缺点提出了建议。

1. VR技术的特点及应用优势

VR技术是上个世纪80年代末发展起来的一项通过将计算机与人工智能相结合的技术，是模拟仿真技术的最新研究成果。VR技术可以利用计算机模拟进而产生一个具有三维立体空间的虚拟世界，给使用者提供全真感官的模拟，让使用者身临其境一般，可以实时、任意地观察三维空间内的各类事物。VR平台由高性能图像工作站主机、专用路由器、VR眼镜、区域感应器等硬件和VR视频体验软件组成。VR技术强调用户在虚拟环境中的感官的完全投入，它主要应用在数据和模型的可视化、军事、城乡规划、虚拟教育等方面。

1.1安全性能高，投入成本少

传统的施工安全培训一般通过搭建安全体验馆以及质量样板展示区来进行演示。安全体验馆的实体项目存在一定的体验风险，比如高处坠落项目，让施工者在5米的高空突然下坠至海绵铺设的地面。而质量样板展示区，需要大空间，展示实体施工过程。但是，通过引入VR技术，搭建建筑施工安全平台，就能够让施工者在安全的条件下真实的体验建筑施工的常见危险事故。构建基于VR技术的建筑施工安全平台不仅可以降低事故体验的风险，还能在保证教育培训效果的基础上，减少固定的安全体验馆以及质量样本展示器材等资金的投入，达到整体安全性能提高和降低投入成本的目的。

1.2突破时空限制，再现施工环境

VＲ技术能够模拟施工现场环境，通过建筑施工安全仿真平台建设，可再现前期施工准备阶段、地基与基础施工阶段、节能工程施工阶段以及建筑装饰装修施工阶段全过程，使施工者不用到达施工现场，也可突破时空限制，真实地了解施工全过程。便于管理。

1.3建立全真课堂，提高安全意识

VＲ技术能够构建全真课堂，让施工者在虚拟空间中完成任务式学习。受训者可以借助VＲ设备模拟进入虚拟的施工现场，以第一人称的身份去体验施工中可能发生的危险事故，感受安全事故发生所造成的后果。在体验完成后，可通过第三人称回顾事故发生的情景，并有针对性地进行事故分析和总结。全真课堂可帮助施工者在学习突发事件应急处置过程中，通过了解现场各项工序及施工环境中的安全隐患，从而提高安全防范意识。结合VＲ技术沉浸感、仿真性、互动性的特点，加以人机交互，施工者可通过建筑施工安全平台，进行施工过程技术交底、安全隐患排查等工作任务的学习。

2. VR技术在建筑施工中存在的问题及应用建议

目前大型复杂工程的施工技术体系构建还不完备，技术手段比较匮乏，不具有广泛的适用性。并且当前VDC技术的平台结构以及相应的功能不够完善，往往只能涉及设计、施工过程中的某一个环节，很难兼顾各个方面，其系统集成性不强，不能将仿真模型与施工进度控制、施工资源管理以及仿真力学模型分析等部分统一结合起来。建模过程自动化智能化水平低，每个模型都需要耗费大量的人力和时间，并且模型只能使用一次，不具备通用性，很难在以后的类似施工中重复使用。而且当前施工中的机械设备和相关建模的技术还不成熟，建模效率低且部分模块建立困难，参数化自动化建模的思想在施工技术中还没有完全得到应用。

VR施工是在虚拟的环境中运用4D、5D的技术，在时间、空间等不同的条件下对真实的的工程施工方案进行可视化的模拟和分析。计算机技术的发展使得现代建筑的外形变得越来越异形化越来越复杂化，这对于施工方来说是一个挑战，也是督促了施工单位的施工技术提高。而传统的施工技术难以解决的复杂结构施工的难点问题，随着施工技术的不断发展和应用，得到了有效的解决。施工管理利用VR技术，将施工环境可视化，将工程的模型、施工进度、具体工程量以及相关的造价等信息与施工过程的模拟相关联，而且针对特殊或复杂部位工程的施工进行精确模拟，通过模拟施工来检查施工过程中不合理的地方，借此优化施工方案，并最终选择出最优的施工方案来进行施工。

3.VR技术在施工现场的应用

3.1促进科学规划管理

应用VR技术，除了虚拟再现施工现场之外，还需将虚拟施工现场放置于整个虚拟城市之中，以便考虑施工的规划方案与城市之间的相互影响。近年来，该技术已经逐渐为规划者所接受，并在一定程度上克服了实体模型规划方法的缺点。在规划过程中，通过该技术，真实和虚拟设计景观交互影响，规划者可以根据虚实结合的综合效果对规划方案不断进行调整、编辑设计元素、整合三维空间综合信息、实时方案比较、辅助决策。

3.2优化建筑结构设计

在建筑设计发展的初期，建筑和结构设计师通过借助VR施工技术，可以高效快速地制定和修改设计方案。建筑师如同身临其境一般，很快构建完成一座虚拟的建筑，之所以能够这样高效完成建模都是借助虚拟系统中完备的材料设备库，建筑师可以从里面快速提取各种物件、家具设备、材料等。已经搭建好的虚拟建筑与实际设计的建筑相比，尺寸一致，色彩逼真，有材料质感，建筑师可以通过任何视角或者调整不同的光源来观察已经搭建好的虚拟建筑，可以对其进行着色，更换材料、修改等，最终得到满意的建模。建筑设计完成之后，结构设计师可以利用已经完成的建筑方案，定义并调整荷载，然后绘制结构图，如果不能得到满意的方案，结构师可以进行不断修改与调整，或者与建筑师进行沟通更改。在信息化快速发展的时代，VR技术在施工管理行业也不断发展，新兴的研究成果技术已经在建筑行业掀起一股热潮，项目各参方通过该技术可以感受建筑的三维立体空间，进而可以有效管理项目的设计和施工过程。

3.3加强施工现场管理

VR技术可以应用于施工阶段的各个方面，从招投标到施工现场管理等等。在招投标阶段，形成了VR招投标，可以模拟实际招投标环境，降低实际招投标工作中人为因素的干扰，使招投标工作更加规范化。在施工阶段，运用VR技术，通过模拟不同施工方案，进行方案对比筛选然后不断修改，可以得到最佳施工方案。之后，可以运用VR技术进行施工现场管理，模拟现场施工过程，使决策者能够在三维的虚拟施工环境中，发现问题，并及时处理，防患于未然，并保证安全文明施工，例如，可以模拟现场布置，合理安排现场材料、机械、设备应该存放的位置。在施工阶段，施工技术已经发展到了5D，取代之前的3D，将3D与时间、成本这两个要素维度结合构成5D施工管理，通过模拟施工的全过程，在项目还没有施工之前就能方便分析施工工序的合理性，确定施工方案是否可行，并制定生成最优施工方案，能够生成相应的材料采购计划和成本费用列表，保证在最合理的施工方案下成本最小，节约大量施工成本。

4. 结语

本文通过讲述VR技术的概念以及该技术在施工管理的广泛应用，让读者感受到VR技术在未来施工行业广泛的应用前景。基于VＲ技术的施工管理系统能够保障人员的安全和降低建设成本，还可以为其他施工行业应用VR技术提供一定的借鉴作用。

参考文献

1. 付灯林.融合BIM和VR的公路施工场地布置辅助决策[J].2019(11):56-68.

2. 刘阳.基于BIM与VR仿真技术的建筑、施工设计管理平台设计[J].2019(6):25-37.