虚拟现实技术在建筑工程中的应用

摘要随着我国社会经济的发展，建筑信息化技术越来越引起人们的重视。如何高效解决建筑工程设计、施工、管理中存在的信息协调问题，是一个值得深入研究的课题。虚拟现实技术是一门崭新的综合性信息技术，它极大地推动了建筑行业的发展，因其特有的沉浸感、交互性和构想性，在建筑工程表达方面有独特的优势。本文介绍了虚拟现实技术的概念、特点及其优势，探讨虚拟现实技术在建筑工程中的应用。关键词虚拟现实技术建筑工程应用TheApplicationofVirtualRealityTechnologyinCon原structionEngineering//TangYingchun,ZhangYongxiang,WangHailinAbstractWiththedevelopmentofChina'ssocialeconomy,theconstructioninformationtechnologyhasattractedmoreandmoreattention.Howtosolvetheproblemofinformationcoordinationinthedesign,constructionandmanagementofconstructionprojectsisasubjectworthfurtherstudy.Virtualrealitytechnologyisabrand-newcomprehensiveinformationtechnology,ithasgreatlypromotedthedevelopmentoftheconstructionindustry,becauseofitsuniqueimmersive,interactive,andimagination,hasau-niqueadvantageintermsofconstructionengineeringexpression.Thispaperintroducestheconcept,characteristicsandadvantagesofvirtualrealitytechnology,anddiscussestheapplicationofvir-tualrealitytechnologyinconstructionengineering.Keywordsvirtualrealitytechnology;constructionengineering;application随着经济的发展和城市化进程的加快，建筑工程行业在不断地发展，人们对建筑工程的数量、质量和功能等需求在不断提高。建筑工程不断向系统化、复杂化方向发展，传统的建筑表达形式越来越难适应人们的需要，其形式与现代建筑业的发展要求有很大差距，传统的建筑工程已经无法适应当前信息化技术要求。对于建筑工程的从业人员来说，建筑信息化发展既是一种不可多得的机遇，但对自身素质和知识更新的要求更高，从某种程度上来讲，更是一种挑战。如何把握时代脉搏，掌握先进生产力，提高自身的工作效率，是广大建筑工程技术人员急需考虑的问题。在这种情况下，建筑信息化被运用到建筑工程的设计、施工和管理等方面，取得了很好的效果。在建筑工程的表达形式方面，引入了虚拟现实技术，通过单个软件程序或多个软件程序的综合运用，可以形象地向人们展示建筑工程的风貌与特色，通过人机交互，可以使体验者如同身临其境，从而对建筑的设计、管理等方面提出宝贵的专业意见和建议，提高建筑工程的建筑品质。1虚拟现实技术及其特点1.1虚拟现实技术简介虚拟现实技术（VirtualReality，简称VR），是一种交互式视景仿真技术，是由美国科学家在20世纪80年代初提出的，也称为灵境技术或人工环境[1]，主要是借助计算机技术的发展，融合数字图像、传感器技术等信息技术来模拟现实场景，通过人机交互，将一些非具体的、复杂的计算机数据采用虚拟的情景展现出来，为非专业人员所理解和接受[2]。VR技术所生成的图像或画面是虚拟的，并非真实的实际环境，但通过人机交互进入VR界面时，在感官体验上和现实环境类似。VR技术改变了传统人与计算机之间单调的输入输出关系，将一个生硬的计算机界面变成为一个虚拟的现实信息空间，增强了人机交互性和体验性。建筑工程有自身的特点：即固定性、多样性、周期长，一个高质量的建筑工程作品都需要前期不断修改和论证，而传统的建筑设计图纸往往需要经过专业培训的人员才能看懂，缺少一些其他非专业人员的参与，造成建筑完工后不同专业人员针对同一建筑物的感官体验不一样。一方面，不同专业人员的视角不一样；另一方面，在设计或施工过程中，只注重某一专业，造成了与其他专业的信息不对称，降低了建筑的品质。VR技术通过对建筑场景技术的虚拟，可以对建筑进行前期的虚拟演示和论证，可以最大程度上扩大专业的参与面，还可以从任意角度去观察建筑效果，从而降低了建筑风险，同时也节省造价。该技术还可以对一些重要构件虚拟现实技术在建筑工程中的应用唐迎春张永祥王海林（广西财经学院管理科学与工程学院广西·南宁530003）中图分类号：TP39文献标识码：ADOI：10.16871/j.cnki.kjwhc.2018.02.083作者简介：唐迎春（1984—），女，讲师，博士，主要从事于工程管理、工程检测等方面的教学与科研工作。科研应用186Total.414February2018（C）TheScienceEducationArticleCollects总第414期2018年2月（下）部分进行模拟验算，如将建筑结构的某一重要承重梁进行虚拟破坏性实验，对其破坏形态进行研究，从而得出其破坏规律，然后将虚拟成果应用于该梁的设计，相对于传统的按比例缩小模型实验相比，节省了人力物力，降低了建筑造价成本，也提高了建筑结构的整体安全性。1.2虚拟现实技术特点VR通过对现实建筑工程的虚拟化，将建筑工程模型采用多维手段来显示，既体现现实因素，又超越现实，借助人机交互模式，形成一种良好的体验模式，使得一些非建筑工程专业人员能对建筑工程有一个较好的了解，达到“身临其境”的感受，最后形成一种“人能沉浸其中、超越其上、进出自如、交互作用”的多维信息空间[3]。VR技术是建筑信息化进程的综合反映与具体体现，它具有3I特性[4]，即沉浸感（Immersion）、交互性（Interaction）、构想性（Imagina-tion）。1.2.1浸没感VR技术根据人们自身生理特点，通过电脑生成虚拟三维图像界面，体验者通过佩戴头盔、眼镜等设备，使自己进入虚拟环境并进行体验。体验者可以体会到一种“身临其境”感觉，所以浸没感又称为存在感。VR技术用虚拟现实技术来模拟现实世界，体验者通过自身感官系统，如视觉、触觉、听觉等真实感受到自身的存在，增强了体验者的体验品质。1.2.2交互性虚拟现实系统中的人机交互系统是一种特殊的交互，用户可以通过键盘或鼠标进行交互，也可以通过头盔显示器和数据手套等设备进行交互[5]。体验者可以根据自身的动作，如向前、向后、左右转、俯视、仰视等动作来对虚拟的建筑工程进行操作，也可通过虚拟建筑物进行人机交互，可以在虚拟场景中观察建筑物详细构造、整体建筑结构，还可以模拟建筑环境，并且可以做交流互动，模拟真实施工过程碰撞反应。1.2.3构想性构想性，是指VR技术不仅能模拟或再现现实世界，而且还能对建筑环境进行构想和布局。VR的构想性给人们带来了很大的创作空间，人们可以利用近乎“真实”的虚拟世界，来感受建筑工程的形态特征，通过虚拟的建筑环境，可以更好地对建筑整体进行认知，在此基础上通过发散思维来考虑建筑工程设计，从而激发更多的灵感，产生更多更好的建筑作品。2虚拟现实技术在建筑工程中的应用2.1虚拟现实技术在建筑设计中的应用在传统的建筑工程设计中，主要是以二维设计为主，通过建筑施工图和结构施工图来表达建筑的形体结构，大多数图纸采用CAD软件进行出图，结合电路施工图、给水排水施工图，将这些不同专业的图纸进行综合，形成最后完整建筑施工图纸。在这些过程中，各个专业最多关注的是本专业的设计内容，专业和专业之间很少进行信息传递和共享。如果某一专业内容产生了变更，其他专业内容可能无法及时进行回应或回应结果不尽如人意，影响了建筑工程的设计质量。VR技术的出现，可以模拟建筑的虚拟环境系统。虚拟环境系统综合了不同专业信息，而且这些信息可以在不同专业之间进行传递和共享，各个专业之间可以更好地协调专业间的设计参数，进行碰撞分析，发现设计中存在的一些问题和不足，发挥各个专业之间的信息协同性，从而得到更加完善的建筑作品。例如在一些小区住宅建筑中，可以利用VR技术构造小区居住虚拟环境，将建筑物模型和各种环境条件加载到VR系统中，模拟光照和噪声，采用人机交互模式，可以模拟小区不同建筑物、不同楼层的采光效果及噪声体验；结构设计专业人员在小区的布局设计完成后进行结构设计计算，同时也结合给水排水设计专业、电气专业进行信息交流，避免管道或线路不合理布置现象的发生。通过人机交互体验，各专业之间的协调性增强，可以更好地对建筑进行布局、局部修改设计等，从而得到更满意的建筑作品。2.2虚拟现实技术在建筑施工中应用在建筑工程项目施工管理中，通过采用VR技术，进行虚拟施工步骤及施工程序，管理层可以结合现场实际情况来指导施工。在建筑工程项目中，良好的施工组织设计不仅可以加快工期，而且降低施工成本和管理成本，还可以间接地提高施工质量和施工效率。采用VR技术，通过虚拟仿真，可以详细地展示工程的空间布置信息，吸引不同专业人员的参与，进而对设计方案、施工方案进行优化设计，确定相应工程参数，根据工序的先后顺序制定合理的物资进场计划，从而使建筑施工更绿色，更高效。VR利用虚拟技术，对施工的重点部位或重要构件进行施工动画模拟，使具体施工更为细节化、形象化、可视化，可使施工人员更加具体了解施工工艺流程，避免施工错误的发生。VR技术将以往单调的施工安全教育借助虚拟的三维场景形象化展示，使得体验者感觉如同亲临现场，感受和体验事故发生的危害，深刻理解安全教育的本质，从而使安全教育更加深化，工人安全知识掌握更加牢固。在施工工序上，VR技术可以进行施工流水碰撞，当不同的施工工序存在碰撞时，系统将会提示出现碰撞的工序，这样方便施工技术人员及时调整，从而减少施工工序干扰，提高生产效率。通过VR技术对建筑工程施工全过程或关键工序进行模拟，促进了施工方案的保证性和可行性；对重要结构进行计算机模拟承载实验或破坏实验，可以找出影响构件质量的主要187和强化。在中后期，要规定习作练习的时间并禁止任何参考资料的使用，从而来建立实战考试中的心理表征。4.4及时反馈与心理表征的修订在初期，在学生完成写作练习后，教师进行及时的反馈是相当重要的。刚刚入门的学生或者中等程度的学生对于雅思写作的心理表征可能比较粗糙，他们需要教师的指导才能察觉到习文中的缺陷与错误。教师要给出足够的耐心和练习机会，让学生有通过思考练习修正心理表征的时间，有些易错点需要经历若干次的错误-反馈-修订的过程，才能建立起有效的心理表征。在中后期，在大多数学生都已建立起了有效的心理表征时，可采用同伴互评的方式。这是因为，首先，能够使用有效的心理表征对外来新信息进行正确迅速的判断处理是良好心理表征的表现形式。如果学生可以很快且正确地发现同伴的错误，说明他们的心理表征是有效的。另外，同伴间的讨论有更多的时间自由，也会自发地形成辩论的学习模式。更长时间和更深层的独立思考，使得学生可以建立更为准确有效的心理表征。5结语学生的心理表征与他们的学习行为及学习表现是一致的。在教学实践中，笔者通过帮助学生建立初步的雅思写作的心理表征，学生自身的练习与修订，教师的反馈与总结等步骤，修订学生的心理表征，使学生获得在雅思写作方面有效的心理表征。在任何一个专业领域，包括写作技能领域，技能与心理表征之间是一个良性循环，即，技能越娴熟，创建的心理表征就越好；而心理表征越好，就能越有效地进行练习，进一步地提高技能。当学生们建立了有效的雅思写作心理表征之后，他们就可以自行地探索磨炼提高技能，不需要教师的指导，