試述虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在土木建筑工程中的應(yīng)用

孫海波

二十二冶集團(tuán)天津建設(shè)有限公司

【摘 要】虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠?qū)⑵矫鎴D像轉(zhuǎn)變?yōu)槿S（或多維）立體圖像，給人以更加直觀的感受。早期的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要應(yīng)用于軍事航天等領(lǐng)域，后來(lái)隨著技術(shù)的成熟，逐漸向室內(nèi)設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)、房產(chǎn)開發(fā)等領(lǐng)域擴(kuò)展，并取得了良好的應(yīng)用效果。目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)作為一項(xiàng)實(shí)用技術(shù)，在城鎮(zhèn)化建設(shè)過(guò)程中得到了廣泛的應(yīng)用，為建筑設(shè)計(jì)和城市規(guī)劃等工作的開展起到了重要推動(dòng)作用。本文筆者根據(jù)工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在土木建筑工程中的應(yīng)用進(jìn)行了分析探討。

【關(guān)鍵詞】土木建筑工程；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；應(yīng)用

一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基本原理和發(fā)展現(xiàn)狀

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VisualReality）是一種可創(chuàng)建并體驗(yàn)?zāi)M景象的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)。它通過(guò)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言生成一種模擬環(huán)境，形成一種多源信息融合的動(dòng)態(tài)即視影像和實(shí)際體驗(yàn)的仿真系統(tǒng)。該系統(tǒng)智能化程度相當(dāng)高，充分考慮到了人體工學(xué)的生理特性。比如雙眼之間的距離會(huì)導(dǎo)致對(duì)圖像的捕捉會(huì)產(chǎn)生偏差，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)便利用這一點(diǎn)，模擬雙眼距離生成多重圖像，并將這些圖像重合起來(lái)形成一個(gè)高度符合肉眼視覺的全景圖，囊括了遠(yuǎn)近大小所有的圖像信息。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一項(xiàng)綜合性極強(qiáng)的新興信息技術(shù)，該技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了十余年，最先被用于軍事上的信息偵察，而近年，隨著全社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，這一技術(shù)也離我們的生活越來(lái)越近，已逐漸滲透到建筑、醫(yī)學(xué)、藝術(shù)、娛樂(lè)以及銷售行業(yè)的運(yùn)營(yíng)實(shí)務(wù)中，并取得了顯著的行業(yè)增值效應(yīng)。其中，土木工程中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)涉及了土木、建筑工程的各個(gè)領(lǐng)域，并顯示出相當(dāng)?shù)膶?shí)用性和高效性，將二者相結(jié)合因而成為促進(jìn)土木工程技術(shù)發(fā)展在當(dāng)下的重要研究方向。

二、建筑設(shè)計(jì)中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的運(yùn)用

（一）準(zhǔn)確呈現(xiàn)建筑信息

建筑效果圖的表現(xiàn)其實(shí)主要就是為了較為全面準(zhǔn)確的呈現(xiàn)出相應(yīng)的建筑設(shè)計(jì)信息，在這一方面虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠發(fā)揮出較強(qiáng)的運(yùn)用效果，其能夠基于建筑設(shè)計(jì)結(jié)果中存在的所有建筑信息進(jìn)行準(zhǔn)確的呈現(xiàn)。

（二）直觀立體呈現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)結(jié)果

對(duì)于建筑設(shè)計(jì)結(jié)果的呈現(xiàn)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用不僅僅是能夠做到準(zhǔn)確的反應(yīng)，還能夠表現(xiàn)出直觀性和立體性特點(diǎn)，這種直觀立體的呈現(xiàn)建筑效果圖的方式也是該技術(shù)手段應(yīng)用的主要價(jià)值所在，也是對(duì)于相關(guān)建筑信息準(zhǔn)確呈現(xiàn)的一個(gè)重要補(bǔ)充。

（三）優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)方案

通過(guò)對(duì)于建筑效果圖的直觀、立體、準(zhǔn)確呈現(xiàn)，還能夠便于設(shè)計(jì)人員進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化和完善，在建筑設(shè)計(jì)工作完成之后，其具體呈現(xiàn)出來(lái)的建筑設(shè)計(jì)效果圖很可能會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題和缺陷，這些建筑效果圖如果僅僅通過(guò)平面圖的方式進(jìn)行展現(xiàn)的話，很容易造成缺陷的遺留，難以進(jìn)行優(yōu)化，而采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行呈現(xiàn)的話，就能夠較為直觀地發(fā)現(xiàn)這些問(wèn)題，并且進(jìn)行逐步完善。

（四）建筑設(shè)計(jì)方案的對(duì)比

基于當(dāng)前很多建筑設(shè)計(jì)工作來(lái)說(shuō)，其最終的建筑設(shè)計(jì)方案和效果圖很多時(shí)候并不是唯一的，這也就涉及到了建筑設(shè)計(jì)方案的對(duì)比工作，而傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)方案對(duì)比很難發(fā)現(xiàn)兩者的優(yōu)缺點(diǎn)，也難以做出較為準(zhǔn)確的判斷對(duì)比，從這一點(diǎn)上來(lái)看，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用是極為必要的，其能夠較為高效的發(fā)現(xiàn)兩種不同建筑設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，并且進(jìn)行系統(tǒng)的對(duì)比分析，選擇最佳的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行施工建設(shè)。

（五）建筑空間體驗(yàn)

建筑效果圖表現(xiàn)中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用在建筑空間的體驗(yàn)中更是得到了有效地運(yùn)用，其能夠通過(guò)相關(guān)VR設(shè)備來(lái)將建筑效果圖轉(zhuǎn)化為虛擬的建筑空間結(jié)構(gòu)，進(jìn)而也就能夠給人一種身臨其境的感覺，最大程度上表現(xiàn)出建筑效果圖的細(xì)節(jié)，保障建筑設(shè)計(jì)水平的最大化提升。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在土木建筑工程中的應(yīng)用

（一）在工程結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用

工程結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下的反應(yīng)，當(dāng)結(jié)構(gòu)特殊且荷載復(fù)雜時(shí)，必須要訴諸模型試驗(yàn)方能準(zhǔn)確測(cè)出力學(xué)性能。這時(shí)，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引用在力學(xué)測(cè)試試驗(yàn)中，大大簡(jiǎn)化了實(shí)施試驗(yàn)的器材和時(shí)間，并且能夠反復(fù)操作，精確地記錄每一組試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并加以匯總比較。不僅如此，傳統(tǒng)的力學(xué)試驗(yàn)無(wú)法避免地受到外界的氣流、摩擦力的影響，不僅試驗(yàn)數(shù)據(jù)有誤差，而且無(wú)法看清試驗(yàn)過(guò)程。而通過(guò)計(jì)算機(jī)平臺(tái)就能輕松地解決上述問(wèn)題，不僅能將外界因素導(dǎo)致的誤差消除，還能回放試驗(yàn)過(guò)程，供測(cè)試人員仔細(xì)分析。

（二）在模擬施工過(guò)程中的應(yīng)用

工程項(xiàng)目施工是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，涉及工序甚多，并且工序間環(huán)環(huán)相扣，某一環(huán)節(jié)間始料未及的錯(cuò)誤往往牽連整個(gè)工程效率和質(zhì)量都受影響，因此在正式施工啟動(dòng)之前，模擬工程工作顯得至關(guān)重要。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)則為工程模擬提供了絕好的技術(shù)支持。一項(xiàng)工程在競(jìng)標(biāo)期間，就可以將相關(guān)數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)，由高度智能化的系統(tǒng)為工程作出施工方案預(yù)覽，并計(jì)算出實(shí)施該方案的成本，為施工單位報(bào)價(jià)提出有力參考。如此一來(lái)，便可以使施工單位掌握工程的主動(dòng)權(quán)，快競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手一步給出最萬(wàn)無(wú)一失的施工方案和最實(shí)惠的報(bào)價(jià)，提高了企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和處理業(yè)務(wù)的效率。

（三）在工程測(cè)量方面的應(yīng)用

傳統(tǒng)土木工程學(xué)中的工程測(cè)量包括高程測(cè)量、角度測(cè)量和距離測(cè)量等，具體工作十分繁瑣，無(wú)論是數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)分析還是圖紙繪制工作都需要耗費(fèi)大量的人力物力和時(shí)間。而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)則能提供高效的測(cè)量模式，只需要數(shù)位工作人員就可以通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬平臺(tái)操作，全面高效地管理測(cè)量數(shù)據(jù)，并作出分析。通過(guò)數(shù)據(jù)分析，系統(tǒng)能夠發(fā)現(xiàn)測(cè)量中的錯(cuò)誤，并糾正誤差，大大提高了測(cè)量的效率，為企業(yè)節(jié)約了時(shí)間成本和人工成本。

（四）在工程管理方面的應(yīng)用

要想保證企業(yè)運(yùn)營(yíng)的高效，必須嚴(yán)抓管理工作，這一點(diǎn)在建筑行業(yè)表現(xiàn)得尤為明顯。通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)平臺(tái)，管理人員不用親赴施工現(xiàn)場(chǎng)，僅在計(jì)算機(jī)平臺(tái)就可以對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的人員考勤進(jìn)行明細(xì)查看，同時(shí)通過(guò)視頻監(jiān)控，檢查相關(guān)人員是否上崗前嚴(yán)格遵守安全規(guī)范。此外，管理人員還能根據(jù)數(shù)據(jù)分析來(lái)查看當(dāng)前的施工進(jìn)程，從全局上把控施工進(jìn)度，不延誤工期，不產(chǎn)生額外的人工費(fèi)用，保障企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益不受損。

四、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在土木建筑工程中的應(yīng)用研究實(shí)例

目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)在多家企業(yè)得到了應(yīng)用，現(xiàn)在筆者選取洞庭湖大橋的景觀設(shè)計(jì)為案例來(lái)舉例說(shuō)明這一應(yīng)用對(duì)行業(yè)發(fā)展的促進(jìn)作用。在洞庭湖大橋的設(shè)計(jì)方案中，施工單位首先采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中的3D全息技術(shù)結(jié)合洞庭湖的地理位置和景觀特征構(gòu)建出了三維模型，并以三維動(dòng)畫的方式向招標(biāo)單位提供了漫游式的虛擬體驗(yàn)。在該虛擬場(chǎng)景中，客戶只需輕輕點(diǎn)擊鼠標(biāo)，就仿佛身臨其境。電腦屏幕上體驗(yàn)移步換景為客戶提供了十分逼真的全息預(yù)覽，使其能夠以最直觀的方式看到工程竣工以后的效果。不僅如此，還可以通過(guò)計(jì)算機(jī)建模對(duì)大橋周圍的景觀進(jìn)行適度的美觀，更好地烘托出橋梁工程的美觀。此外設(shè)計(jì)人員還需親臨現(xiàn)場(chǎng)解答招標(biāo)單位的疑問(wèn)，同時(shí)針對(duì)其具體要求對(duì)施工方案和景觀設(shè)計(jì)做出修改。

五、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用到土木工程的實(shí)務(wù)操作中，乃是促進(jìn)建筑行業(yè)發(fā)展的大勢(shì)所趨。事實(shí)證明，該技術(shù)在測(cè)量、統(tǒng)計(jì)和管理方面均有顯著的效果，大大提升了建筑行業(yè)各個(gè)流程中的工作效能，從多方面節(jié)約了企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本，從而保證了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，增強(qiáng)了企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

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