試述虛擬現實技術在土木建筑工程中的應用

孫海波

二十二冶集團天津建設有限公司

【摘 要】虛擬現實技術能夠將平面圖像轉變為三維（或多維）立體圖像，給人以更加直觀的感受。早期的虛擬現實技術主要應用于軍事航天等領域，后來隨著技術的成熟，逐漸向室內設計、建筑設計、房產開發等領域擴展，并取得了良好的應用效果。目前，虛擬現實技術已經作為一項實用技術，在城鎮化建設過程中得到了廣泛的應用，為建筑設計和城市規劃等工作的開展起到了重要推動作用。本文筆者根據工作實踐經驗對虛擬現實技術在土木建筑工程中的應用進行了分析探討。

【關鍵詞】土木建筑工程；虛擬現實技術；應用

一、虛擬現實技術的基本原理和發展現狀

虛擬現實技術（VisualReality）是一種可創建并體驗模擬景象的計算機仿真系統。它通過計算機語言生成一種模擬環境，形成一種多源信息融合的動態即視影像和實際體驗的仿真系統。該系統智能化程度相當高，充分考慮到了人體工學的生理特性。比如雙眼之間的距離會導致對圖像的捕捉會產生偏差，虛擬現實系統便利用這一點，模擬雙眼距離生成多重圖像，并將這些圖像重合起來形成一個高度符合肉眼視覺的全景圖，囊括了遠近大小所有的圖像信息。虛擬現實技術是一項綜合性極強的新興信息技術，該技術已經發展了十余年，最先被用于軍事上的信息偵察，而近年，隨著全社會的發展進步，這一技術也離我們的生活越來越近，已逐漸滲透到建筑、醫學、藝術、娛樂以及銷售行業的運營實務中，并取得了顯著的行業增值效應。其中，土木工程中的虛擬現實技術涉及了土木、建筑工程的各個領域，并顯示出相當的實用性和高效性，將二者相結合因而成為促進土木工程技術發展在當下的重要研究方向。

二、建筑設計中虛擬現實技術的運用

（一）準確呈現建筑信息

建筑效果圖的表現其實主要就是為了較為全面準確的呈現出相應的建筑設計信息，在這一方面虛擬現實技術能夠發揮出較強的運用效果，其能夠基于建筑設計結果中存在的所有建筑信息進行準確的呈現。

（二）直觀立體呈現建筑設計結果

對于建筑設計結果的呈現，虛擬現實技術的應用不僅僅是能夠做到準確的反應，還能夠表現出直觀性和立體性特點，這種直觀立體的呈現建筑效果圖的方式也是該技術手段應用的主要價值所在，也是對于相關建筑信息準確呈現的一個重要補充。

（三）優化建筑設計方案

通過對于建筑效果圖的直觀、立體、準確呈現，還能夠便于設計人員進行建筑設計方案的優化和完善，在建筑設計工作完成之后，其具體呈現出來的建筑設計效果圖很可能會出現一些問題和缺陷，這些建筑效果圖如果僅僅通過平面圖的方式進行展現的話，很容易造成缺陷的遺留，難以進行優化，而采用虛擬現實技術進行呈現的話，就能夠較為直觀地發現這些問題，并且進行逐步完善。

（四）建筑設計方案的對比

基于當前很多建筑設計工作來說，其最終的建筑設計方案和效果圖很多時候并不是唯一的，這也就涉及到了建筑設計方案的對比工作，而傳統的建筑設計方案對比很難發現兩者的優缺點，也難以做出較為準確的判斷對比，從這一點上來看，虛擬現實技術的應用是極為必要的，其能夠較為高效的發現兩種不同建筑設計方案的優缺點，并且進行系統的對比分析，選擇最佳的設計方案進行施工建設。

（五）建筑空間體驗

建筑效果圖表現中虛擬現實技術的應用在建筑空間的體驗中更是得到了有效地運用，其能夠通過相關VR設備來將建筑效果圖轉化為虛擬的建筑空間結構，進而也就能夠給人一種身臨其境的感覺，最大程度上表現出建筑效果圖的細節，保障建筑設計水平的最大化提升。

三、虛擬現實技術在土木建筑工程中的應用

（一）在工程結構分析中的應用

工程結構在各種荷載作用下的反應，當結構特殊且荷載復雜時，必須要訴諸模型試驗方能準確測出力學性能。這時，將虛擬現實技術引用在力學測試試驗中，大大簡化了實施試驗的器材和時間，并且能夠反復操作，精確地記錄每一組試驗數據，并加以匯總比較。不僅如此，傳統的力學試驗無法避免地受到外界的氣流、摩擦力的影響，不僅試驗數據有誤差，而且無法看清試驗過程。而通過計算機平臺就能輕松地解決上述問題，不僅能將外界因素導致的誤差消除，還能回放試驗過程，供測試人員仔細分析。

（二）在模擬施工過程中的應用

工程項目施工是一個動態過程，涉及工序甚多，并且工序間環環相扣，某一環節間始料未及的錯誤往往牽連整個工程效率和質量都受影響，因此在正式施工啟動之前，模擬工程工作顯得至關重要。虛擬現實技術則為工程模擬提供了絕好的技術支持。一項工程在競標期間，就可以將相關數據輸入系統，由高度智能化的系統為工程作出施工方案預覽，并計算出實施該方案的成本，為施工單位報價提出有力參考。如此一來，便可以使施工單位掌握工程的主動權，快競爭對手一步給出最萬無一失的施工方案和最實惠的報價，提高了企業的市場競爭力和處理業務的效率。

（三）在工程測量方面的應用

傳統土木工程學中的工程測量包括高程測量、角度測量和距離測量等，具體工作十分繁瑣，無論是數據記錄、數據分析還是圖紙繪制工作都需要耗費大量的人力物力和時間。而虛擬現實技術則能提供高效的測量模式，只需要數位工作人員就可以通過計算機模擬平臺操作，全面高效地管理測量數據，并作出分析。通過數據分析，系統能夠發現測量中的錯誤，并糾正誤差，大大提高了測量的效率，為企業節約了時間成本和人工成本。

（四）在工程管理方面的應用

要想保證企業運營的高效，必須嚴抓管理工作，這一點在建筑行業表現得尤為明顯。通過虛擬現實技術平臺，管理人員不用親赴施工現場，僅在計算機平臺就可以對施工現場的人員考勤進行明細查看，同時通過視頻監控，檢查相關人員是否上崗前嚴格遵守安全規范。此外，管理人員還能根據數據分析來查看當前的施工進程，從全局上把控施工進度，不延誤工期，不產生額外的人工費用，保障企業的經濟利益不受損。

四、虛擬現實技術在土木建筑工程中的應用研究實例

目前，虛擬現實技術已經在多家企業得到了應用，現在筆者選取洞庭湖大橋的景觀設計為案例來舉例說明這一應用對行業發展的促進作用。在洞庭湖大橋的設計方案中，施工單位首先采用虛擬現實技術中的3D全息技術結合洞庭湖的地理位置和景觀特征構建出了三維模型，并以三維動畫的方式向招標單位提供了漫游式的虛擬體驗。在該虛擬場景中，客戶只需輕輕點擊鼠標，就仿佛身臨其境。電腦屏幕上體驗移步換景為客戶提供了十分逼真的全息預覽，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，還可以通過計算機建模對大橋周圍的景觀進行適度的美觀，更好地烘托出橋梁工程的美觀。此外設計人員還需親臨現場解答招標單位的疑問，同時針對其具體要求對施工方案和景觀設計做出修改。

五、結束語

綜上所述，將虛擬現實技術運用到土木工程的實務操作中，乃是促進建筑行業發展的大勢所趨。事實證明，該技術在測量、統計和管理方面均有顯著的效果，大大提升了建筑行業各個流程中的工作效能，從多方面節約了企業的運營成本，從而保證了企業的經濟效益，增強了企業的市場競爭力。

參考文獻：

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