AR技術在建筑施工塔式起重機培訓系統設計中的應用研究

馮保明

(上海建工七建集團有限公司，上海 200120)

1 技術方案

AR技術在建筑施工塔式起重機培訓系統的設計中體現出非常重要的應用價值，不僅實現了交互式塔機操作的智能化模擬，而且綜合運用了全視角立體顯示技術與三維圖形處理技術，為提高師生良好的使用體驗發揮出重要作用。建筑施工塔式起重機培訓系統的設計離不開對AR技術的應用，AR技術主要借助虛擬現實技術和人工智能技術，通過采用子系統融合的方式，將體感操作控制臺、視覺系統、音響系統結合為統一整體[1]，為師生提供良好的塔式起重機仿真互動體驗，有效地提高了教學培訓的可靠性和安全性，教師利用該系統，對學員進行針對性地培訓，可以最大限度地提高學員的操作技能和突發事件處理能力。基于AR技術建筑施工塔式起重機培訓系統組成見圖1。

圖1 基于AR技術建筑施工塔式起重機培訓系統組成

1.1 教學系統

基于AR技術建筑施工塔式起重機培訓系統主要包含兩大核心功能，分別是教員管理功能和學員管理功能。教員和學員在使用該系統之前[2]，需要通過身份認證后，方可進入到系統相應界面。其中，教員通過利用該系統可以采用遠程控制的方式，對該系統進行遠程維護，或者遠程上傳教學資料等操作，同時，還擁有設置學員考試科目、查看學員考試成績、跟蹤學員訓練狀態以及記錄學員訓練結果等功能；學員利用該系統可以對學習資料進行檢索、查看和瀏覽。

1.2 圖像視景系統

該子系統在具體的設計和實現中，在AR技術的應用背景下，充分借助了投影背投技術，實現了多維立體成像相關功能的實現，為學員帶來真實化的臨場感[3]，最大限度地提高系統的仿真還原程度。同時，在音響系統的配備下，還可以為學員模擬真實化的現場施工環境音效。

1.3 塔吊實操模擬訓練系統

在AR技術的應用背景下，該子系統在具體的設計中，借助體感震動座椅的使用優勢，對塔吊駕駛室的環境進行真實化模擬，同時，還對設備實際運行狀態進行真實化還原，讓學員在虛擬化的工作環境中，對相關設備的參數進行配置[4]，便于更好地提高學員的操作技能。

2 系統實現方式

2.1 塔吊模型仿真

通過對塔吊三維模型進行構建，實現對各種傳感器出發點的設置，如風速傳感器、高度傳感器、角度傳感器等，以達到提高塔吊實際運行環境模擬效果的目的。塔式起重機三維模型如圖2所示。

圖2 塔式起重機三維模型

2.2 運行環境仿真

在這一環節中，根據建筑工程施工需求，通過將多種外界影響因素融入到對施工現場相關信息模型進行構建中，如空氣溫度、空氣濕度、光照強度等，實現對施工現場相關信息模型的科學構建和應用，同時，還要在真實化的施工環境中，對塔吊的各個關鍵節點進行真實化模擬，以得到真實化的塔式起重機作業場景。塔式起重機作業場景如圖3所示。

圖3 塔式起重機作業場景

2.3 數據接口

在AR技術的應用背景下，建筑施工塔式起重機培訓系統具有多個數據接口，便于學員根據訓練需要，在結合工程種類以及塔吊規格的基礎上，對塔吊信息模型以及施工環境進行針對性地編輯和修改，極大地提高了學員的使用體驗。

3 技術創新點及優勢

3.1 可編輯塔機運行環境與施工現場環境

通過將AR技術應用于建筑施工塔式起重機培訓系統的設計中，學員借助該系統相關功能，可以根據建筑工程各種施工因素，如工程塔吊型號、工程種類以及現場環境，對塔吊信息模型、現場施工環境進行針對性地編輯和修改，以滿足建筑工程施工需求，為進一步提高建筑施工質量和施工進度打下堅實的基礎。同時，AR技術還對真實化模擬施工現場的光環境提供了很好的支持，施工現場光環境可以針對當前季節特點，對不同時間段的光照強度進行真實化模擬，讓學員在不同的光照強度下進行針對性訓練以提高培訓教育的有效性和科學性。此外，在對那些即將持證上崗的學員進行培訓時，通過利用該系統，可以針對建筑工程的實際需求，對塔吊的工作環境進行真實化模擬，將塔式起重機實際操作風險降到最低。

3.2 全視角立體顯示技術與三維圖形處理技術應用

通過綜合運用全視角立體顯示技術與三維圖形處理技術，可以實現對多維立體成像相關功能的設計和開發，為學員呈現出與現實比例相同的景物和畫面，向學員呈現真實的虛擬環境，產生一種身臨其境的感覺，從而保證了系統的仿真效果。同時，在AR技術的應用背景下，該系統還可以為學員呈現出真實化的施工現場全景視覺效果，借助跟蹤技術的應用優勢，對學員進行相關業務培訓，以達到提高學員技術水平的目的。

3.3 交互式塔機操作模擬

為了充分發揮和利用AR技術的應用優勢，學員通過利用該系統可以對實際操作工作進行真實化模擬，然后，借助仿真設計方式，對各個操作技能進行針對性地學習，以達到提高自身專業操作技能的目的。同時，還可以對各種突發事件進行模擬，如貨物撞擊、塔身傾斜、碰撞報警器異常等，便于學員在處理這些突發事件的過程中，提高自身的隨機應變能力和突發事件處理能力。

3.4 部署簡單，周轉便捷

通過將AR技術應用于建筑施工塔式起重機培訓系統的設計中，確保圖像視景系統、音響系統、體感控制平臺進行有效融合，使其結合為統一整體，為學員提供訓練、考核一體化的學習功能。同時，還可以提高該系統部署簡單性和周轉便捷性，從根本上解決了傳統系統受外界因素限制等問題，為縮小學員培訓成本，提高學員培訓效率和效果提供了重要的平臺支持。

4 結束語

在AR技術的應用背景下，建筑施工塔式起重機培訓系統在設計和應用方面取得了很大的突破和創新，該系統通過綜合運用電子傳感技術和AR技術，科學模擬了塔式起重機使用過程以及在實際使用中可能出現的安全隱患，學員通過利用該系統可以在多種虛擬化的復雜、突發施工環境中，進行針對性地訓練和提高自身的操作技能以及處理突發事件能力，為更好地保證塔吊可靠、安全生產提供有力的保障。因此，AR技術具有非常高的應用價值和應用前景，為促進建筑施工塔式起重機培訓系統的健康、可持續發展提供了重要的技術支持。

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