虛擬現實技術在施工組織與管理中的應用

發布日期：2015-05-29來源：編輯：流水

[摘要]

　　當前，計算機技術與土木工程的結合日益密切，工程施工組織管理信息化程度取得顯著提高，也正是在這種背景下，虛擬現實技術應運而生。

　　一、虛擬現實技術在施工組織與管理中的應用

　　1.在施工過程控制和管理中的應用 

　　土木建筑工程的施工控制和管理是復雜的、動態的、集成的，貫穿于每一個工程項目的全生命周期。尤其是現代的大型工程項目，工期長，工程量大。它涉及到各工種協調，大量資金和材料調度、施工機械、設備的管理。工程的進度、質量、成本以及合同、信息的管理如何有效實現，通常的工程經驗和橫道圖、平面布置圖是難以做到的。4D項目管理信息系統有效地整合整個工程項目的信息并加以集成，實現施工管理和控制的信息化、集成化、可視化和智能化。所謂4D模型是在建筑CAD三維(3D)模型的基礎上，附加時間/成本因素，這個技術的合成不僅是一種可視的媒介，使用戶看到物體變化過程的圖形模擬，而且能對整個形象變化過程進行優化和控制。這樣就有利于保障現場作業的安全;按時間模擬施工進度，可以對工期進行比較精確的計算和控制，有助于人、材、物的統籌和調度，實現了對建筑施工的交互式可視化和信息化管理。

　　2.在施工方案的選擇及優化中的應用

　　合理選擇施工方案是工程施工組織設計的核心，它包括確定施工流向和施工程序，選擇施工方法和施工機械，安排施工順序等。對于某些結構復雜、工程量大的工程而言，在施工方案的選擇上有一定的難度，然而通過虛擬現實系統，可以對各分部工程的施工方案進行虛擬施工和演示，為施工方案的選擇帶來極大便利。

　　二、工程實例分析

　　1.工程概況

　　該工程為某景區主體建筑——塔樓工程，建筑物總高147米，寬54米(裙房底盤寬253米)?？傆玫孛娣e641653平方米，總建筑面積為76690平方米，其中地上為60225平方米，地下為16465平方米，夾層建筑面積29019平方米，塔底部為蓮花臺基，中部為雙手合十的雙塔建筑造型，塔樓部分地上11層、地下1層;裙樓地上1層(局部地上3層)、地下1層。就該工程整體而言，具有“難、高、緊”的特點。

　　2.虛擬組織與管理

　　(1)施工方案的選擇及優化

　　該工程分為基礎地下室、主體結構及裝飾裝修三大部分，其中主塔工程部分由于結構新穎特殊，在施工順序和方案的選擇上最為復雜。通過虛擬施工工程，多次演示操作，最終確定合理的方案：在保證主塔進度的情況下，適當穿插裙樓施工，裙樓先施工二層以下，中間24米高的范圍暫不施工，用作主塔吊裝鋼構、運輸和堆放場地。在進度安排上，主塔混凝土的施工與鋼骨施工保持2米高差。主塔施工54米高時，開始插入機電工程管線和設備施工;64米高時，開始穿插室內裝修;74米高時，開始穿插外裝修;主塔完工后，拆除塔吊，再進行24米裙樓施工。該方案的確定為工程在進度上縮減了大量時間，避免了設備的轉運，從而為工程降低成本費用。

　　(2)施工場地的平面布置

　　傳統的施工平面布置圖，以圖紙形式繪出，無法給人直觀立體效果，即使采用3D效果圖形式，當需要修改時，也不易及時反映場地布置的動態變化，此時的施工平面布局只能根據施工經驗進行。

　　在虛擬現實系統中，首先建立該工程所有地上地下已有和擬建建筑物、施工設備、各場地實體、臨時設施、庫房加工廠、管線道路等實體的3D模型，通過VRML(虛擬現實語言)賦予各3D實體動態屬性，實現各對象的實時交互及隨時間的動態變化，形成4D場地模型。在4D場地模型中，可以隨時修改各實體的造型和位置。

　　在系統中，通過建立統一實體屬性數據庫，存入各實體的位置坐標、存在時間及設備型號等信息，包括臨時設施、材料堆放場地、材料加工區、倉庫、生活文化區等設施實體的占地面積，能存放數量及其他各種信息。通過漫游虛擬場地，不僅可以直觀地了解場地布置，通過鼠標放置看到各實體的相關信息，這在按規范布置場地時提供極大的方便，同時還可通過修改數據庫的信息來更改不合理之處。系統還可根據存入數據庫的規范信息和場地優化方案，協助組織人員確定更合理的場地位置、運輸路線規劃和運輸方案。

　　(3)施工工程的動態管理

　　施工工程的管理是保證施工進度、工程質量、安全施工的根本，傳統的管理主要依靠管理者的豐富經驗，在材料、人力、設備的安排上依靠事先的施工組織設計，但這在施工中不一定能滿足實際情況的需要，在工程未來風險上，也只能依靠管理者的經驗性預測，對于安全隱患，更不能及時反映。

　　在虛擬現實系統中，通過制定已進行多次方案優化、事先已確定的虛擬施工過程，并將其與進度計劃同步鏈接。管理者可以隨時觀看任意時間應達到的施工進度情況，通過儲存在數據庫中的信息，能實時了解各施工設備、材料、場地情況的信息，以便提前準備相關材料和設施，及時而準確地控制施工進度。

　　通過對未來狀況的虛擬施工演示，可提前發現未來可能出現的施工問題和安全隱患，及時控制，以保證人員安全和避免不必要的損失。通過演示，還可發現施工方案的不足之處，以便進行修改，保證工程質量。

　　通過該系統的虛擬施工演示，對施工人員進行虛擬培訓，了解全工程情況，由于強大的交互性，還可參與虛擬施工，可大大增強施工人員的經驗，提高工程效率。

　　三、結語

　　基于虛擬現實系統的施工組織與管理，通過建立虛擬模型和虛擬施工過程，可大大提高工程管理和施工的效率，保證進度的進展，節約成本，提高安全性，減少工程風險。隨著技術的進一步發展，虛擬技術在土木工程中的應用將更加深入、普遍，必定會使傳統的施工管理翻開新的一頁。(文/ 張萍 邱云)

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