虚拟现实技术在施工中的组织与管理

马喜宁

[摘要]本文从发展角度介绍虚拟现实技术的技术特征与技术优势，并根据土木工程的施工特点与施工需求，分析虚拟现实技术在施工方案、施工场地、施工过程三方面的组织与管理应用，希望有利于该技术的进一步应用与普及。

[关键词]虚拟现实技术;组织;管理

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

虚拟现实技术获得实际应用已经有一段时间，但受限于技术条件等因素，其在土木工程这种实践要求高的领域一直存在应用片面的问题。不过随着相关技术的进步，虚拟现实技术的施工应用呈现出拓展趋势，值得进一步分析和研究。

1虚拟现实技术概述

虚拟现实技术是一种以计算机技术为基础，对现实中的客观实物或行为进行高仿真模拟的技术，被广泛应用于土木工程、运动训练、城市规划等领域。传统的虚拟现实技术大多是较为单纯的三维模型虚拟技术，近年来虚拟现实系统中进一步添加了第四维的时间参数，令虚拟模型具备了动态化特征，大幅提高了其应用能效。

2应用虚拟现实技术的施工方案组织与管理

2.1施工方案的组织与管理需求

土木建筑工程基本都具有工程量大、内容复杂的特征，这点在其施工方案上体现得尤为明显。土木建筑工程的施工方案要将设备管理、材料调度、资金运作、工种协调、工程进度、质量控制、成本控制、信息管理、合同管理等都考虑进去，而且由于属于工程设计的一部分，所以要有一定的预期性和前瞻性。在这种情况下，施工方案的组织与管理非常困难，不仅要能收集、统合、运用大量的工程数据，而且要平衡各方面的矛盾与冲突，因此传统的施工方案组织与管理要耗费大量的时间却很难保证方案质量与可落实性。

2.2施工方案组织与管理中虚拟现实技术的应用机理

基于此种情况，我们在施工方案的组织与管理中引入虚拟现实技术，主要的应用点有两方面：

第一方面是应用于信息集成。利用虚拟现实技术中的信息管理系统，将施工方案设计所必需的各类工程信息与设计要求集成化管理，并利用高速的处理系统迅速完成分类整理。整理完成的数据可以直接提供给后续的虚拟演示系统使用。

第二方面是应用于演示操作。利用虚拟演示系统，预演初步设计完成的施工方案，这样一来不仅可以迅速、有效地发现施工方案中的漏洞，进行修正与完善，而且能够验证施工方案的设计质量。与传统的验证方法相比，这种方法更加省时，也更加直观，能极大地提升施工方案的组织与管理效率。

2.3施工方案组织与管理中虚拟现实技术的应用措施

应用了虚拟现实技术的施工方案组织与管理大体可以分为以下几个步骤：工程信息输入;利用信息管理系统整理数据;利用虚拟现实系统设计施工方案;将设计方案输出到虚拟演示系统;虚拟演示操作;根据虚拟演示修正或更换方案。需要注意的是，由于这种方案设计法具有很高的便捷性，所以可以同时进行多个方案的设计，在实际应用中，适用的施工顺序、施工工艺往往不止一种，所以通常同时设计和演示多个不同的施工方案，对比最终演示结果，从中择优选取。

3应用虚拟现实技术的施工场地组织与管理

3.1施工场地的组织与管理需求

土木工程中，有相当一部分具有施工场地广大的特点，一方面，几乎所有的土木工程都有立体化特征。传统的施工场地组织与管理中，是利用平面图进行施工场地的表征与管理的，不仅直观性差，而且想要完全表现出场地的立体化特征不得不准备大量的平面图纸，组织与管理能效相当有限。另一方面，施工场地的组织与管理是一个长期化、动态化的过程，因为在施工过程中，施工场地的情况难免随着工程进度而发生改变。传统的场地管理使用纸质图纸，修改困难，无法反映出场地布置情况的动态变化，难以实现场地的动态管理需求。

3.2施工场地组织与管理中虚拟现实技术的应用机理

虚拟现实技术可以很好地满足上述需求，因为该技术可以提供施工场地的三维效果模型图，将施工场地的各项实体要素利用三维模型表现出来。在引入四维时间轴后，虚拟现实技术的施工场地图还具备了动态性与时间性特征，可以将施工场地随时间的动态变化直接在场地图上体现出来。这种应用利用了虚拟现实系统中特殊的数据库，这种数据库具有统一实体属性，而且能与动态监测系统联动，将施工场地中的各项工程要素立体坐标化。另外，由于本身属于可控虚拟系统，所以施工场地图可以随时调整和修改。

3.3施工场地组织与管理中虚拟现实技术的应用措施

想要利用虚拟现实技术进行施工场地的组织与管理，首先必须要对施工场地进行较为详细的调研，获取详细的场地构成要素特征，并将其输入虚拟现实系统，以此为依据构建相应的三维虚拟模型，常用的虚拟模型包括场地总区域、建筑物、临时设施、附属设施、管线道路、工程设备等。其次要以虚拟现实语言令完成的三维模型动态化，一方面赋予各个模型实时交互功能，另一方面令其能依时间变化而变化，最终完成四维场地模型的构筑。最后要为四维场地模型设置动态修改功能与修改记录功能，并将其与施工过程的组织与管理联动。

4应用虚拟现实技术的施工过程组织与管理

4.1施工过程的组织与管理需求

施工过程的组织与管理是土木工程管理的主体也是难点，因为在工程的所有组织与管理阶段中，过程阶段的规模最大、涉及面最多、动态性最强。另外，施工过程对施工安全、施工质量、施工进度的影响也是最直接的。在这种情况下，过程控制与动态管理成为施工过程管理最迫切的需求。目前来看，我们采用的过程组织与管理手段能效依然有限，虽然利用管理制度、管理对象细化等方法一定程度上提高了过程管理精度，但动态管理功能仍非常薄弱。

4.2施工过程组织与管理中虚拟现实技术的应用机理

为了强化过程组织与管理的动态性，可以考虑将工程进度计划与虚拟现实系统同步链接，再结合多媒体监控系统，将实际的施工过程反映到虚拟现实系统中。这种组织与管理体系能够实现几方面的功能：其一，将虚拟现实系统作为一个直观平台，对照计划进度与实际进度，发现施工问题，随时控制工程进度;其二，依照动态监控系统获得的监控信息预演短时间内的工程情况，探析施工要点和可能出现的问题，及时给出提醒与警告;其三，统筹整个工程的施工情况，利用虚拟演算找到各方面的最优调度方案，迅速完成动态调度。

4.3施工过程组织与管理中虚拟现实技术的应用措施

在施工过程中所用的虚拟现实管理系统应注意分为几个模块，其中比较典型的包括：进度控制模块，用于掌握和管控工程进度;风险预期模块，用于即时演算未来短期内的施工风险并给出警告;工程调度模块，用于处理工程资源的各项信息并设计调度方案。此外，该系统还可以添加管理施工成本的成本控制模块和处理设计变更的更动控制模块，需要注意的是，这两类模块由于具有一定的特殊性，所以虽然从属于虚拟现实系统，但在模块的管理与运作上往往与其他模块严格区分，具有较强的独立性。

5结论

本文所述的虚拟现实技术施工应用是较为理想化的应用模式，虽然应用理念和应用措施的技术条件都已满足，但该模式对相关硬件和软件都有很高的要求，而且目前缺乏足够的应用经验。因此，该技术在施工组织与管理中的普及应用仍需时日。

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