虚拟现实技术在建筑工程中的应用

韩建英 曲辉辉

摘要：随着我国社会经济的飞速发展，国内的建筑信息化技术也取得了不菲的成绩。如何高效解决建筑工程设计、施工、管理中存在的信息协调问题，是一个值得深入研究的课题。虚拟现实技术是一门崭新的综合性信息技术，它极大地推动了建筑行业的发展，因其特有的沉浸感、交互性和构想性，在建筑工程表达方面有独特的优势。本文介绍了虚拟现实技术的概念、特点及其优势，探讨虚拟现实技术在建筑工程中的应用。

关键词：虚拟现实技术；建筑工程；应用

引言

随着经济的发展和城市化进程的加快，建筑工程行业在不断地发展，人们对建筑工程的数量、质量和功能等需求在不断提高。建筑工程不斷向系统化、复杂化方向发展，传统的建筑表达形式越来越难适应人们的需要，其形式与现代建筑业的发展要求有很大差距，传统的建筑工程已经无法适应当前信息化技术要求。对于建筑工程的从业人员来说，建筑信息化发展既是一种不可多得的机遇，但对自身素质和知识更新的要求更高，从某种程度上来讲，更是一种挑战。

一、虚拟现实技术及其特点

（一）虚拟现实技术简介

虚拟现实技术（VirtualReality，简称VR），是一种交互式视景仿真技术，是由美国科学家在20世纪80年代初提出的，也称为灵境技术或人工环境[1]，主要是借助计算机技术的发展，融合数字图像、传感器技术等信息技术来模拟现实场景，通过人机交互，将一些非具体的、复杂的计算机数据采用虚拟的情景展现出来，为非专业人员所理解和接受。VR技术所生成的图像或画面是虚拟的，并非真实的实际环境，但通过人机交互进入VR界面时，在感官体验上和现实环境类似。VR技术改变了传统人与计算机之间单调的输入输出关系，将一个生硬的计算机界面变成为一个虚拟的现实信息空间，增强了人机交互性和体验性。建筑工程有自身的特点：即固定性、多样性、周期长，一个高质量的建筑工程作品都需要前期不断修改和论证，而传统的建筑设计图纸往往需要经过专业培训的人员才能看懂，缺少一些其他非专业人员的参与，造成建筑完工后不同专业人员针对同一建筑物的感官体验不一样。

（二）虚拟现实技术特点

1.浸没感

VR技术根据人们自身生理特点，通过电脑生成虚拟三维图像界面，体验者通过佩戴头盔、眼镜等设备，使自己进入虚拟环境并进行体验。体验者可以体会到一种“身临其境”感觉，所以浸没感又称为存在感。VR技术用虚拟现实技术来模拟现实世界，体验者通过自身感官系统，如视觉、触觉、听觉等真实感受到自身的存在，增强了体验者的体验品质。

2.交互性

虚拟现实系统中的人机交互系统是一种特殊的交互，用户可以通过键盘或鼠标进行交互，也可以通过头盔显示器和数据手套等设备进行交互。体验者可以根据自身的动作，如向前、向后、左右转、俯视、仰视等动作来对虚拟的建筑工程进行操作，也可通过虚拟建筑物进行人机交互，可以在虚拟场景中观察建筑物详细构造、整体建筑结构，还可以模拟建筑环境，并且可以做交流互动，模拟真实施工过程碰撞反应。

3.构想性

构想性，是指VR技术不仅能模拟或再现现实世界，而且还能对建筑环境进行构想和布局。VR的构想性给人们带来了很大的创作空间，人们可以利用近乎“真实”的虚拟世界，来感受建筑工程的形态特征，通过虚拟的建筑环境，可以更好地对建筑整体进行认知，在此基础上通过发散思维来考虑建筑工程设计，从而激发更多的灵感，产生更多更好的建筑作品。

二、虚拟现实技术在建筑工程中的应用分析

（一）防灾减灾

自古以来，人类就和火灾、大风、地震、暴雨等自然灾害进行着顽强的抗争。由于自然灾害很难通过实验或其他方法精确模拟，所以给人类研究此项目带来诸多不便。虚拟现实技术的应用，使科研人员能通过计算机模拟各种不同类型的灾害，研究自然灾害对不同结构造成的危害机理，提出防范或减小损失的科学方法，从而将灾害带来的损失降到最低。灾害仿真系统的研究是新兴的研究方向。如火灾仿真系统，通过预存或用户建立模型的方式，将房屋结构、房屋形式、室内布置、风向风力等参数输入计算机，用户可以在显示屏上看到火势大小、动向及温度高低，为设计人员进行防火设计提供了资料。

（二）结构设计

当前，结构设计人员基本都依靠设计软件完成设计，特别是大型结构。在国内流行的结构设计软件有几十种，有中国建筑科学研究院的PKPM，同济大学的3D3S，国外的SAP等。这些成功的软件都是集成设计环境，注意了输出接口的问题，功能强大。用户通常需要三维建模、设置荷载及参数和计算出图。

虚拟现实的仿真技术主要应用在三维模型的输入和计算结果的输出两方面。其有以下几方面的优点：使设计人员更直观地进行结构设计；极大地减少了输入出错的可能性；具有集成化的特点。

（三）结构分析

以前，进行结构分析时，通常做几个等比例缩小的模型，在实验室里加上不同的荷载来观察破坏形态。这种方法不但精度得不到保证，而且费时、费力、费钱。采用虚拟现实技术，可以用原尺寸进行实验，很方便地修改构件尺寸、混凝土标号、外力大小等参数，任意更改输入荷载等初始条件，节约了经费和时间。另外，建立的模型可以进行保存、拷贝，方便下一次使用。

（四）施工

建筑施工是复杂的大型的动态系统，它通常包括立模、架设钢筋、浇筑、振捣、拆模、养护等多道工序，而这些工序中涉及的因素繁多，其间关系复杂，直接影响着混凝土浇筑的进程。模拟施工过程是为了通过仿真手段，去发现实际施工中存在的问题或可能出现的问题，这就需要对实际施工进行仿真。而目前施工过程的模拟只是从几何形体方面模拟施工的过程，即按楼层关系由下而上，每一层按柱、梁、板的几何形状加以着色来实现对施工过程的模拟。现有的模拟只是对进度计划起到了一定作用，并没有对施工过程起到真正的作用，因而虚拟现实技术在施工方面会有很好的发展前景。

结语

虚拟现实技术是一项新兴的建筑信息化技术，符合建筑工程专业的时代发展进程，体现了建筑工程专业的时代特征，促进了建筑工程行业长远发展。在建筑工程的设计、施工、管理等各个方面，虚拟现实技术有着广阔的应用前景，是实现建筑工程行业信息化，高速化发展的有效途径。

参考文献：

[1]张婷.浅析土木工程施工中的技术问题与措施[J].施工技术，2015

[2]林烨欢.建筑工程施工技术的研究[J].科技致富向导，2013

[3]邵益民.浅析目前土木建筑施工存在的常见问题与应对措施[J].城市建设理论研究，2014