基于VR技术的建筑施工事故体验系统开发与应用研究

盛 静

（永州职业技术学院，永州 425000）

0 引言

建筑行业作为国家经济发展的支柱产业，其发展直接影响国民经济的增长。建筑业的发展，也为广大农民群众提供就业的机会。但也因为建筑本身的特点，导致其高危险性。根据统计，我国每年因为建筑安全事故所造成的人员伤亡数量巨大，虽然随着国家以及社会对安全的重视，每年的事故总数呈下降的趋势，但是每年的事故伤亡仍然是不可忽视的一项内容。不断探索提高安全性能的途径是建筑企业发展必须要面对的，而虚拟现实技术的引进和应用，在不断探索如何对建筑施工安全教育培训进行创新。虚拟现实技术的应用，创新培训方式，提高建筑施工安全教育培训的质量，这也是建筑行业在安全问题探究上的一个创新，推动了建筑业的安全发展。

1 建筑施工的常见事故

1.1 建筑施工的常见事故

建筑施工中，危险系数比较高，经常会出现安全事故，不仅造成了人员的伤亡，也给建筑企业造成经济损失。在施工中经常出现：高空坠落事故、物体打击事故、触电、机械伤害、坍塌、火灾、爆炸等事故。而其中最常见的事故就是：高空坠落、物体打击、触电、机械伤害、坍塌。在数据的调查中发现，这五种常见事故，占据总事故的发生频率的百分之九十五。高空坠落：是在高空作业中，因为各种原因导致坠落，比如从脚手架、平台、陡壁施工等高于地面的位置坠落。物体打击：被高空掉下的物体砸到，比如落石、锤击等。触电：主要是人体接触带电的设备而造成事故，比如用电的时候发生触电，或者是一些用电不规范，发生漏电、接触不良而引发事故。机械伤害：被一些大型设备伤害，比如一些设备的刀具飞出伤人、切削伤人，或者操作者的身体或者部件被卷入机械中。坍塌：建筑物或者堆置物倒塌而造成的事故，比如土方、岩石坍塌等。

2018年1 月，广东广州市轨道交通21号线水西站至苏元站区间左线盾构机带压开仓动火作业时，焊机电缆线短路引发火灾，3名仓内作业人员失联，施救过程中土仓压力急速下降，掌子面失稳，突发坍塌，造成3人死亡，直接经济损失1008.98万元。

2018年5 月，深圳龙岗区平湖街道华南城1号交易广场西3门西侧一个正在脚手架加减过程中发生倒塌，造成了16人受伤。事故工程的建设单位是华南国际工业原料城（深圳）有限公司，施工单位是河南省立夏防水防腐工程有限公司，该工程在属地社区工作站办理了零星工程和小散工程登记备案，未按规定办理施工许可手续。

2018年11 月，山东省青岛市，红岛经济区的地铁八号线在喷浆过程中出现局部掉块，导致一名工作人员从工作平台掉落受伤，并死亡。

1.2 造成建筑施工事故的主要原因

对于造成建筑施工事故的原因，很大一部分都是人为造成的，比如高空坠落事故，可能是施工人员没有系好安全带，或者是没有做好高空稳固操作，又或者是违章攀爬、违章作业。触电事故，一般是人们的安全意识不足，不了解相关的安全用电的知识，或者乱拉电线，现场用电不规范等造成的。而机械事故，则更多的是因为操作技术不高，操作不规范造成的。

总而言之，从建筑施工人员本身来分析，所造成的事故原因主要是缺少安全培训，施工人员的安全意识不强，特别是基层施工人员，更多的是文化程度相对比较低的农民工，他们没有接受过专业的教育，在施工过程中都是自己摸索和经验来操作的，技术水平低。再加上施工之前和施工过程中，没有对其进行有效的安全培训、技术培训，导致其安全意识不高，操作不规范，也就增加了安全隐患。此外也源于建筑企业对于安全的不重视，没有把安全操作放在第一位，没有形成一种“安全第一”的氛围，所以忽视了建筑施工的安全性。

2 虚拟现实技术在建筑施工安全培训中的可信性

2.1 虚拟现实技术

虚拟现实技术，被简称为：VR技术。是随着计算机技术、传感技术以及人工智能技术和机器人技术等领域发展而提出的。虚拟技术的提出，实现了真正的现实虚拟。具体的使用是人们戴上立体眼镜和数据手套等一些传感的设备，置身于一个三维的视觉、听觉、触觉的感觉世界，让体验中如同身临其境一般，获得更多的感受。目前的虚拟现实技术，已经被广泛的应用到各个领域，其中就包括了医学、娱乐、军事、设计、游戏、教育等，同时也被运用到培训实训、生物力学等多个领域。其所采用的关键技术就包括：动态环境建模技术、实时三维图形生成技术、立体显示和传感器技术、应用系统开发工具、系统集成技术等。

虚拟现实技术可以说是多媒体实现最高级别的运用，其具有极大特点：沉浸性，具有身临其境的效果，比如可以用手抓取到模拟环境中的物体；交互性，体验者对于虚拟环境是可以操作的，比如可以在虚拟环境中换成相应的动作和操作；构想性，也就是自主性，可以发挥出主观能动性，去探索问题。

2.2 虚拟现实技术在建筑施工安全培训中的可行性

VR技术已经在教育领域得到了广泛的应用，并且也取得了一定的成绩。创建一个虚拟的学习环境，为学生提供一个生动逼真的学习环境，可以亲身去经历自主学习环境。特别是在化学、物理的一些学科教学中，利用VR技术降低了实验室的成本投入，让学生获得真实的体验。而培训方面的运用也可以采用在教育领域运用的经验和方法。

在建筑施工安全培训中，主要基本的安全知识讲解之外，一般都是强调在施工过程中的一些常见事故，并且结合事故分析来达到培训的效果，提高安全意识。传统的方式是引用已经发生的事故案例，作为培训的内容，比如通过这个案例，让我们知道，在施工过程中需要重视哪些问题，需要怎样的规范操作。但是也因为是案例，当前的工人可能并没有经历过，所以无法体验到那种危险性，在培训中也不是那么的重视，达不到培训的目的，再实际的操作中仍然会出现安全隐患。而虚拟现实技术的应用，利用其技术的特点和优势，建立一个事故体验系统，在安全培训中，完全可以利用事故体验系统，让工人亲身体验到事故的发生和危险，并且深入记忆，有效的提高安全意识，在实际的施工中也更加的重视安全问题。

3 虚拟现实技术在建筑施工事故体现系统的开发利用

3.1 建筑施工VR事故体验系统

在建筑安全培训中，利用虚拟现实技术建立事故体验系统，主要是利用计算机生成一种施工现场各类危险源以及事故发生的模拟环境。系统中采用交互式的三维动态视镜和实体行为的系统仿真，让施工人员戴上相关的传感器设备，进入到创建的虚拟环境中，亲身去体验高空坠落、触电、物体打击的真实伤亡事故的场景。

首先是利用BIM技术，结合现实的建筑施工场景，搭建一个3D场景模型，再把这一个模型场景导入VR程序中，结合相关的技术，设计出一个逼真的场景环境。并且根据安全培训的需求进行程序的开发，开发出一个安全体验的虚拟现实环境。然后是体验者在进入到场景中，需要穿戴相应的设备，比如VR头盔，去感受真实场景，再加上施工现场的声音效果，让体验者身临其境，切实感受事故的发生。

3.2 建筑施工VR事故体验系统培训类型

目前已经有很多的建筑企业开始采用VR技术建立安全培训系统，为施工者提供一个真实的施工事故场景，以此来提高安全培训的质量。目前对于建筑施工VR体验系统的培训类型，一般可以分为以下几种：

一是漫游式VR体验，也就是体验者佩戴相应的设备，进入到虚拟现实的环境，其中情景还原施工的具体操作，比如土方开挖的实际操作，比如详细的展示脚手架搭建、混凝土的浇筑、以及高空的吊装作业。这种类型，体验者主要是自动的观看内容，比如身临情景的感受一个事故的发生，体验者是作为一个旁观者去体验。

二是互动式VR体验，体验了体验者的主体性，该体验模式是体验者使用相应的设备，实现对环境中的对象进行互动，相比较漫游式VR体验，带给体验者更加真实的感觉。比如体验者可以在虚拟现实环境中进行相关的操作，比如在发生火灾的时候，体验者可以进行相关的灭火操作，而在在操作的过程中，会自动记录和分析体验者的交互行为，阐述操作是否正确、错误的原因等，加深安全教育，给体验者留下更加深刻的印象。该体验模式，是根据不同的事故类型和事故过程，把其整个事故展示出来。

三是事故VR体验，也是本次主要阐述的事故体验系统，也是最常见的一种类型，这一系统的实现，是基于前两种体验系统基础上建立的，以沉浸式为基础，互动式为辅助，借助场景演绎，调动体验者的感受。该系统主要是以真实发生的事故作为情节的基础，体验者在虚拟的环境中作为受害者的第一视角，在虚拟环境中，亲身经历事故的原因、过程以及结果。就比如当体验者进入环境中，会用旁白字母的形式展示施工的危险源和安全隐患，体验者会模拟具体的施工过程，并且触发事故，使事故发生，在场景中直面事故危害，会造成一种面对事故发生的恐慌感觉，刺激感官感受，比如切实感受到高出坠落。在此过程中，也会分析事故的原因和注意事项。事故VR体验系统不仅可以让体验者学习安全知识内容，也能亲身体验事故，表现事故结果，加深记忆。

4 结束语

文章主要是研究VR技术的建筑施工事故体验系统的开发与应用，首先是分析了当前建筑施工的安全事故，明确了造成安全事故的主要原因，然后通过对VR技术的分析，确定VR技术被应用到安全培训中具有积极的意义。最后是详细的分析建筑施工VR事故体验系统的建立和实现。目前这种事故体验体统已经被应用到建筑安全培训中，但是并没有普及，所以还需要加强研究，推广这一技术，提高安全培训的质量，减少建筑施工安全事故的发生，保护施工人员的人生安全。