三維建模與虛擬現實技術在交通設施作業安全培訓中的應用設計

張貽超

計算機輔助軟件教學一直是近年來土木學科教學中的一項專業課程，主要包括工程制圖專業軟件、各類建模軟件及設計分析軟件等。隨著建筑信息模型（BIM）技術的發展，部分國內外高校將BIM技術引入工程制圖教學。此外，虛擬現實（VR）技術也逐漸應用于各類工程教學的場景模擬中，尤其是建筑、土木理論以及人車路相互作用的相關教學。本文闡述并分析了BIM及VR技術在土木領域教學中的應用實踐，以交通基礎設施為對象進行了BIM及VR技術的安全培訓模式設計。

一、引M及VR技術教學應用現狀

建筑信息模型BIM（BuDding InformationModeling）技術以及這種特定的稱謂是在2002年由Autodesk公司率先提出，并逐漸得到世界建筑行業的普遍接受和認同。建造業的工程技術人員將BIM稱作是建筑、土木工程領域的一門通訊語言，作為一門溝通信息工程，相對于傳統的二維制圖，BIM技術具有信息完整、直觀及多維信息等優勢。以色列理工學者研究發現將BIM技術應用于課堂教學對學生來說相對容易學習，且學生畢業后可以滿足BIM技術應用于設計的時代要求。斯坦福大學學者將BIM項目管理技術引入教學，基發現該給予BIM的項目管理工具使得學生以結構化的方式了解項目文件，從而幫助學生專注于更深入的項目計劃細節。南加州大學的學者則充分論證了BIM技術對于建筑工程管理專業學生教學的必要性。

VR技術從交通設施的成果展示、建模、人機交互以及大型結構的直觀感知等多個角度應用于土建工程的教學及培訓輔助。虛擬現實（ VR）技術結合三維（3D）建模技術，為遠程教育、職業培訓以及專業實踐提供了更多可能性，視覺交互及施工互動有助于理解不同的設計要素及功能，作業專業學習與實踐的有效支撐。虛擬現實技術還可以應用于環境模擬試驗及互聯網遠程實驗室，改善工程學科的教學體驗。

二、用戶安全施工培訓的三維交互式平臺設計

1）三維展示及瀏覽服務

進行多種方式的場景瀏覽，包括：運動物體、模擬汽車、飛機等。精確表現公路以及其他設備設施，實現多窗口聯動及多方案對比或影像對比。

2）三維空間分析服務

實現三維量算分析、兩點可視分析、扇面可視分析、剖面分析、挖填方分析、日照分析和定點觀察。

3）飛行路線服務

用戶自定義飛行路線或外部位置信號竇時驅動（如GPS等），實現人、車、船、飛機、迷你監控等任意模型在場景中的沿線運動，并且可以在第一人稱、第三人稱、跟隨或自由四種模式隨意切換。

4）用戶數據添加服務

實現用戶自定義添加三維基礎模型以及數據層。

5）搜索服務

地圖搜索服務支持多種搜索類型，包括關鍵字搜索、視野內搜索、周邊搜索、普通建議詞搜索、POI搜索、周邊搜索等。

6）路線規劃服務

路線規劃服務支持駕車路線查詢，可以根據輸入的起點、終點和途經點（如果有）以及規劃方式查詢駕車路線，系統支持以下幾種方式的駕車路線查詢：最快路線、最短路線、避開高速、少步行。

7）中心點定位查詢服務

中心點定位查詢服務支持返回當前地圖范圍的中心點坐標信息。

8）地圖基本操作服務

對精細矢量二、三維電子地圖任意放大、縮小、移動、旋轉、測量，同時可以進行圖層控制。

9）交通安全場景模擬

交通安全場景模擬指的是模擬道路交通中與設施管理有關的交通安全管理內同，包括施工推演、應急預案等。施工推演利用三維地圖360度全方位展示的特點，實現現實中不同施工方案的真實再現，設計研究施工作業對于現有交通在實際場景中的影響并進行施工組織規劃。

三、總結與展望

BIM及VR技術應用于交通基礎設施安全培訓中，可以服務于多種不同的設施類型，面向不同的人群?；诨ヂ摼W的多維信息平臺可以同時滿足不同用戶的定制化需求。以平臺形式進行三維數據建設及平臺開發，不同類型的工程施工安全培訓可以共享教學模塊與數據，并可以利用平臺接口開發適合于相應案例的素材。