馬喜寧

[摘要]本文從發(fā)展角度介紹虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的技術(shù)特征與技術(shù)優(yōu)勢，并根據(jù)土木工程的施工特點(diǎn)與施工需求，分析虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在施工方案、施工場地、施工過程三方面的組織與管理應(yīng)用，希望有利于該技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用與普及。

[關(guān)鍵詞]虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù);組織;管理

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2015.13.158

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)獲得實(shí)際應(yīng)用已經(jīng)有一段時(shí)間，但受限于技術(shù)條件等因素，其在土木工程這種實(shí)踐要求高的領(lǐng)域一直存在應(yīng)用片面的問題。不過隨著相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的施工應(yīng)用呈現(xiàn)出拓展趨勢，值得進(jìn)一步分析和研究。

1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)現(xiàn)實(shí)中的客觀實(shí)物或行為進(jìn)行高仿真模擬的技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于土木工程、運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練、城市規(guī)劃等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)大多是較為單純的三維模型虛擬技術(shù)，近年來虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中進(jìn)一步添加了第四維的時(shí)間參數(shù)，令虛擬模型具備了動(dòng)態(tài)化特征，大幅提高了其應(yīng)用能效。

2應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的施工方案組織與管理

2.1施工方案的組織與管理需求

土木建筑工程基本都具有工程量大、內(nèi)容復(fù)雜的特征，這點(diǎn)在其施工方案上體現(xiàn)得尤為明顯。土木建筑工程的施工方案要將設(shè)備管理、材料調(diào)度、資金運(yùn)作、工種協(xié)調(diào)、工程進(jìn)度、質(zhì)量控制、成本控制、信息管理、合同管理等都考慮進(jìn)去，而且由于屬于工程設(shè)計(jì)的一部分，所以要有一定的預(yù)期性和前瞻性。在這種情況下，施工方案的組織與管理非常困難，不僅要能收集、統(tǒng)合、運(yùn)用大量的工程數(shù)據(jù)，而且要平衡各方面的矛盾與沖突，因此傳統(tǒng)的施工方案組織與管理要耗費(fèi)大量的時(shí)間卻很難保證方案質(zhì)量與可落實(shí)性。

2.2施工方案組織與管理中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用機(jī)理

基于此種情況，我們?cè)谑┕し桨傅慕M織與管理中引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，主要的應(yīng)用點(diǎn)有兩方面：

第一方面是應(yīng)用于信息集成。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中的信息管理系統(tǒng)，將施工方案設(shè)計(jì)所必需的各類工程信息與設(shè)計(jì)要求集成化管理，并利用高速的處理系統(tǒng)迅速完成分類整理。整理完成的數(shù)據(jù)可以直接提供給后續(xù)的虛擬演示系統(tǒng)使用。

第二方面是應(yīng)用于演示操作。利用虛擬演示系統(tǒng)，預(yù)演初步設(shè)計(jì)完成的施工方案，這樣一來不僅可以迅速、有效地發(fā)現(xiàn)施工方案中的漏洞，進(jìn)行修正與完善，而且能夠驗(yàn)證施工方案的設(shè)計(jì)質(zhì)量。與傳統(tǒng)的驗(yàn)證方法相比，這種方法更加省時(shí)，也更加直觀，能極大地提升施工方案的組織與管理效率。

2.3施工方案組織與管理中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用措施

應(yīng)用了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的施工方案組織與管理大體可以分為以下幾個(gè)步驟：工程信息輸入;利用信息管理系統(tǒng)整理數(shù)據(jù);利用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工方案;將設(shè)計(jì)方案輸出到虛擬演示系統(tǒng);虛擬演示操作;根據(jù)虛擬演示修正或更換方案。需要注意的是，由于這種方案設(shè)計(jì)法具有很高的便捷性，所以可以同時(shí)進(jìn)行多個(gè)方案的設(shè)計(jì)，在實(shí)際應(yīng)用中，適用的施工順序、施工工藝往往不止一種，所以通常同時(shí)設(shè)計(jì)和演示多個(gè)不同的施工方案，對(duì)比最終演示結(jié)果，從中擇優(yōu)選取。

3應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的施工場地組織與管理

3.1施工場地的組織與管理需求

土木工程中，有相當(dāng)一部分具有施工場地廣大的特點(diǎn)，一方面，幾乎所有的土木工程都有立體化特征。傳統(tǒng)的施工場地組織與管理中，是利用平面圖進(jìn)行施工場地的表征與管理的，不僅直觀性差，而且想要完全表現(xiàn)出場地的立體化特征不得不準(zhǔn)備大量的平面圖紙，組織與管理能效相當(dāng)有限。另一方面，施工場地的組織與管理是一個(gè)長期化、動(dòng)態(tài)化的過程，因?yàn)樵谑┕み^程中，施工場地的情況難免隨著工程進(jìn)度而發(fā)生改變。傳統(tǒng)的場地管理使用紙質(zhì)圖紙，修改困難，無法反映出場地布置情況的動(dòng)態(tài)變化，難以實(shí)現(xiàn)場地的動(dòng)態(tài)管理需求。

3.2施工場地組織與管理中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用機(jī)理

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以很好地滿足上述需求，因?yàn)樵摷夹g(shù)可以提供施工場地的三維效果模型圖，將施工場地的各項(xiàng)實(shí)體要素利用三維模型表現(xiàn)出來。在引入四維時(shí)間軸后，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的施工場地圖還具備了動(dòng)態(tài)性與時(shí)間性特征，可以將施工場地隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化直接在場地圖上體現(xiàn)出來。這種應(yīng)用利用了虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中特殊的數(shù)據(jù)庫，這種數(shù)據(jù)庫具有統(tǒng)一實(shí)體屬性，而且能與動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，將施工場地中的各項(xiàng)工程要素立體坐標(biāo)化。另外，由于本身屬于可控虛擬系統(tǒng)，所以施工場地圖可以隨時(shí)調(diào)整和修改。

3.3施工場地組織與管理中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用措施

想要利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行施工場地的組織與管理，首先必須要對(duì)施工場地進(jìn)行較為詳細(xì)的調(diào)研，獲取詳細(xì)的場地構(gòu)成要素特征，并將其輸入虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，以此為依據(jù)構(gòu)建相應(yīng)的三維虛擬模型，常用的虛擬模型包括場地總區(qū)域、建筑物、臨時(shí)設(shè)施、附屬設(shè)施、管線道路、工程設(shè)備等。其次要以虛擬現(xiàn)實(shí)語言令完成的三維模型動(dòng)態(tài)化，一方面賦予各個(gè)模型實(shí)時(shí)交互功能，另一方面令其能依時(shí)間變化而變化，最終完成四維場地模型的構(gòu)筑。最后要為四維場地模型設(shè)置動(dòng)態(tài)修改功能與修改記錄功能，并將其與施工過程的組織與管理聯(lián)動(dòng)。

4應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的施工過程組織與管理

4.1施工過程的組織與管理需求

施工過程的組織與管理是土木工程管理的主體也是難點(diǎn)，因?yàn)樵诠こ痰乃薪M織與管理階段中，過程階段的規(guī)模最大、涉及面最多、動(dòng)態(tài)性最強(qiáng)。另外，施工過程對(duì)施工安全、施工質(zhì)量、施工進(jìn)度的影響也是最直接的。在這種情況下，過程控制與動(dòng)態(tài)管理成為施工過程管理最迫切的需求。目前來看，我們采用的過程組織與管理手段能效依然有限，雖然利用管理制度、管理對(duì)象細(xì)化等方法一定程度上提高了過程管理精度，但動(dòng)態(tài)管理功能仍非常薄弱。

4.2施工過程組織與管理中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用機(jī)理

為了強(qiáng)化過程組織與管理的動(dòng)態(tài)性，可以考慮將工程進(jìn)度計(jì)劃與虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)同步鏈接，再結(jié)合多媒體監(jiān)控系統(tǒng)，將實(shí)際的施工過程反映到虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中。這種組織與管理體系能夠?qū)崿F(xiàn)幾方面的功能：其一，將虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)作為一個(gè)直觀平臺(tái)，對(duì)照計(jì)劃進(jìn)度與實(shí)際進(jìn)度，發(fā)現(xiàn)施工問題，隨時(shí)控制工程進(jìn)度;其二，依照動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)獲得的監(jiān)控信息預(yù)演短時(shí)間內(nèi)的工程情況，探析施工要點(diǎn)和可能出現(xiàn)的問題，及時(shí)給出提醒與警告;其三，統(tǒng)籌整個(gè)工程的施工情況，利用虛擬演算找到各方面的最優(yōu)調(diào)度方案，迅速完成動(dòng)態(tài)調(diào)度。

4.3施工過程組織與管理中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用措施

在施工過程中所用的虛擬現(xiàn)實(shí)管理系統(tǒng)應(yīng)注意分為幾個(gè)模塊，其中比較典型的包括：進(jìn)度控制模塊，用于掌握和管控工程進(jìn)度;風(fēng)險(xiǎn)預(yù)期模塊，用于即時(shí)演算未來短期內(nèi)的施工風(fēng)險(xiǎn)并給出警告;工程調(diào)度模塊，用于處理工程資源的各項(xiàng)信息并設(shè)計(jì)調(diào)度方案。此外，該系統(tǒng)還可以添加管理施工成本的成本控制模塊和處理設(shè)計(jì)變更的更動(dòng)控制模塊，需要注意的是，這兩類模塊由于具有一定的特殊性，所以雖然從屬于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，但在模塊的管理與運(yùn)作上往往與其他模塊嚴(yán)格區(qū)分，具有較強(qiáng)的獨(dú)立性。

5結(jié)論

本文所述的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)施工應(yīng)用是較為理想化的應(yīng)用模式，雖然應(yīng)用理念和應(yīng)用措施的技術(shù)條件都已滿足，但該模式對(duì)相關(guān)硬件和軟件都有很高的要求，而且目前缺乏足夠的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。因此，該技術(shù)在施工組織與管理中的普及應(yīng)用仍需時(shí)日。

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