虚拟现实技术在高速铁路接触网施工应用分析

况水云

中铁建电气化局集团南方工程有限公司电气化分公司 湖北 武汉 430074

引言

高速铁路可以说是高科技，多技术集成的现代化交通工具，在提高交通运输效率等方面发挥着越来越重要的积极作用，为了给民众出行和货物运输提供更大便利，国家投入了巨大的人力、物力以及资金资源开展高速铁路建设，而且高速铁路基本上已经实现了电气化，对于电气化铁路来说，铁路系统能否健康平稳运行，在一定程度上取决于高速铁路接触网施工质量，但是目前的高速铁路接触网施工仍然存在一些短板，所以很有必要在接触网施工中合理引进现代化先进技术，以便在优化改进接触上施工模式的同时，更好的助力高速铁路接触网施工作业的高质高效推进，虚拟现实技术的出现及其在建设项目中的应用，为高速铁路接触网施工模式创新指出了方向。

1 接触网施工存在的问题

接触网系统的构成有很多方面，总体来说包含受力平衡结构、电气以及机械等三部分，它是一个比较复杂的混合系统。接触网施工的现状是依照安装图以及接触网平面布置图来开展具体的施工活动，不过这些图纸提供的技术信息都是相对单一的。这就造成在接触网施工中对整体情况不能进行充分了解，施工现场的具体地理环境以及周围的各项设备对其造成的影响不能具体反映出来，另外对接触网内部各个组成部分的机械和电气之间的互相作用没有体现出来。这就导致具体施工中可能会出现腕臂间绝缘距离不够，或者造成锚段关节内非工作支和工作支其承力索或者接触线出现了错位，或者造成隧道里面腕臂和隧道壁之间的绝缘距离不充分，可能会造成维修或者返工问题的出现，造成成本的增加以及工期的延迟。高速铁路接触网中的施工流程比较复杂，环节也比较多，具体的施工主要环节有腕臂安装、支柱安装、承力索和接触网的具体架设、补偿装置的安装调试以及吊弦和定位装置的安装以及调试等等，施工中各个环节之间即相互独立也是互相联系的，所以为了确保高铁接触网施工的质量以及高精密性能，这就非常需要有一套科学系统的技术统筹对施工中的各个方面进行科学管理。

2 虚拟现实技术在工程建设中应用的价值

当代社会经济形势持续增长、经济效益显著提高、生态环境也日益改善，在这种情况下建筑行业也得到了长足的发展，具体的施工中施工方案的制定要结合周围环境、施工进度以及施工安全等多方面情况进行综合考虑，提高建筑质量的同时也要注意对生态环境的保护。当代社会也是一个信息大爆炸的时代，各种信息化技术层出不穷，建筑工程施工技术和施工工艺也要顺势而为，用虚拟现实技术加持建筑工程施工过程，可以使相关的施工参与者预先对施工的具体效果进行详细了解，在这个前提下如果发现施工方案和具体施工中的因素有不相符的地方及时进行修正，这样做对会使施工质量达到最优，以下详细分析一下建筑工程施工中对于虚拟现实技术的具体应用。

虚拟现实技术顾名思义是一种现实和虚拟相结合的技术。它是依托计算机进行处理生成人类可以用触觉、视觉或者听觉进行感受的技术，这项技术里可以实现对虚拟事物的操作以及观察[1]。虚拟现实技术是在计算机设备的发展以及信息技术的进步的基础上创新出现的，对社会经济中的各个行业的发展都有很重要的影响，提升了工作效率。对于建筑行业来说，虚拟现实技术的使用可以使建筑效果预先呈现出来，相关工作人员通过观察预先效果可以对合适的地方进行改进，使施工方案也得及改进，这样就保证了施工的质量和工期。

时代在进步，人们对建筑物的要求也随之提高，建筑物除了具有使用以及安全的功能以外，人们还要求其能在造型上更新颖更具观赏性，这对设计和施工提出了更大的挑战。不过借助虚拟现实技术操作起来就更具可观性了，传统的方法只能通过设计图在大脑中描绘建成后的效果，现在就可以把虚拟现实技术结合到建筑的设计中来，通过此项技术对建筑的结构效果进行立体的呈现。

3 虚拟现实技术在高速铁路接触网施工应用

3.1 高速铁路接触网施工概况

目前高速铁路的发展状况是其从业者的综合素质比较低，专业技能也不过关，另外安全生产意识也比较薄弱，对于这种情况要采取相应的措施进行改善，比如开展有针对性的培训。

近年来计算机图形学的学习与应用也得到了发展，在此基础上BIM三维虚拟现实技术也得到了长足的发展，相应的其应用领域也得到了拓宽。

3.2 接触网仿真系统主要内容

虚拟仿真系统的应用比较广泛其中有游戏引擎技术、建模和动画技术以及物理渲染技术等。在运用到高速铁路接触网的时候是把各个部位的组件图纸经过BIM三维建模和装配，然后对弓网关系也展开相应的动画仿真模拟，接下来就是对角色循环待机动画的相关制作以及作业指导书中相关的工序的动画的制作，最后就是把相关的动画以及模型数据认真仔细的导入游戏引擎，最终接触网虚拟仿真实训系统就全部制作完成了。通过计算机图形技术的应用对接触网的实际施工后的效果进行了立体的展示，这也丰富了数字模型资产库，为日后三维类虚拟现实系统的研究和开发提供条件[2]。三维类虚拟现实系统的应用可以更加直观的认识接触网设备的详细结构，同时也可以实现人机交互，另外在培训的时候也可以借助此系统，相关的工作人员可以更加直观地对接触网进行了解。

传统的职工培训场地收到现实环境的各种因素影响，很难综合全面的对接触网进行了解。要改革培训方式开发数字化三维训练场，虚拟和实际情况相结合就可以更科学的对接触网展开了解，接受培训的相关人员不会再受到场地因素的影响，能够更加全面立体的对接触网进行了解。

另外对相关的工作人员进行安全供电培训的时候可以借助VR技术，通过对典型案例的现场事故再现使职工有身临其境的感受，更加清楚地了解到事故中由于粗心大意或者操作不当造成的人身安全事故以及财产损失，提高相关工作人员的安全意识，使安全供电意识深入职工的内心，保障高铁的安全运行。

3.3 接触网仿真系统的核心功能

3.3.1 漫游系统。漫游系统的组成分为两个部分一种是行走模式，还有一种是飞行模式。通过行走模式的运用，体验者可以实现各个场景之间的移动以及转向，还可以对高铁中的各项供电设备的相关信息进行观看了解。另外此系统中可以实现定点传送，在查询某一个指定的设备时，系统会对此设备进行定向标注，这样体验者可以更快捷的查找。除此以外，体验者还可以在漫游系统中对特定的两个点位，他们之间的实际距离如拉出值和导高等进行准确的测量。

3.3.2 检修工艺流程原理动画演示系统。在对高铁系统的新员工进行入职培训的时候，为了更加直观的展示高铁的检修流程以及检修工艺，可以借助三维操作动画演示系统来展示，这种方式可以使新员工能够更快更高效的了解到相关的技术。

3.3.3 数字练兵场系统。BIM平台上的虚拟施工模块基础上搭建的数字练兵场系统是施工培训的重要子系统。数字练兵场系统全面详细地展示了高铁接触网的每一个细节，包括各类锚段关节的相关组成部分、各个设备之间以及设备和场景之间的特定关系等，接受培训的相关人员可以通过这个系统对高铁接触网展开全面立体详细的认识。另外在数字练兵场中接受培训的时候要严格按照作业指导书中列出的具体操作规范执行，这对受训者实际工作中能严格按照操作规范要求执行具体任务有特别重要的作用[3]。虚拟接触网还可以实现虚拟场景设备交互，包括检修隔离开关、组装接触网的腕臂以及调整拉出值等。在数字练兵场中可以对受训者提供各种虚拟实践的机会，同时也对受训者的掌握情况进行检测，对新入职员工更迅速的学习到准确的检修标准以及流程和规范化的操作训练起到了非常关键的作用。

3.3.4 VR安全警示教育系统。对于近些年高铁运行中发生的典型案例结合VR技术进行模拟展示，使相关的人员在VR影像技术中更加深刻地体验到事故对人财物造成的危害，提高高铁接触网施工人员的安全意识，防范各种危险事故的发生。

3.3.5 任务系统。任务系统的使用可以使高铁检修工作更加全面安全，对设备的具体操作、各类巡检以及紧急事故的处理在这个系统中都是任务形式存在的，所有任务的执行都有终极目标[4]。举例来说组装接触网腕臂的工作，具体执行中是分为若干个小任务的，只有所有的构件都完成装配后，才能完成腕臂组装的终极任务。除此以外，变电所倒闸作业也是分为几个小任务的，当每个小任务在相关科室的配合下完成后，最终才能完成倒闸作业的终极任务。

3.3.6 接触网数据集成与传递。

3.3.6.1 数据种类。接触网的实际施工开展中，相应会有各类的数据产生，这些数据包括接触网实施的方方面面，比如有设计、生产制造、材料验收、施工安装等等各种数据，并且随着施工的开展相应的数据会不断增加。

3.3.6.2 数据采集与集成手段。在虚拟现实技术运用到高铁接触网的施工中，首先要进行建模，建模需要把各种信息录入系统，比如支柱容量以及长度、材质、型号和寿命等等。接触网支柱要在指定地方粘贴二维码之后才准许出厂，其中二维码包括的信息有支柱的生产厂家、批次、型号、材质等等。接触网腕臂支撑装置要进行预加工，在预加工之前要对现场进行详细的测量，测量的内容包括侧面限界、支柱斜率以及外轨超高等等，然后对测得的数据进行计算得出腕臂的构成部件的下料长度，再经过精加工后就能运用到具体的施工中了[5]。在设计建筑信息模型的时候，把所有的数据进行轻量化处理达到数模分离的目的，然后将相关的信息分别导入到建筑信息模型的数据库中，然后把接触网设计信息、安装信息等等各类信息也导入到建筑信息模型数据库，通过ID关联构件实体相关的构件编码，最后秉持“一杆一档”的原则对数据展开重组，最终实现数据的关联以及集成目的。

3.3.6.3 数字化竣工交付。在交付的过程中要严格依照运维管理要求的相关资料展开移交工作，通过数字化竣工交付的执行，将所有的数据信息综合完整的移交到运维单位，这样使后期的运行以及维护工作开展的信息也能够补充进来，为接触网的安全运行以及高效率的运行提供技术支持。

3.4 应用效益

以西安供电段的培训系统为例来说，它是在3D立体成像技术和三维数据技术的基础上自主创新研发出的一个培训系统。在此培训系统的实际运用过程中我们发现，它解决了传统方式下培训效果不很理想的问题，对职工专业素质的提高也起到了非常重要的作用，另外也使相关工作人员的安全意识得到了提高[6]。

4 结束语

不论任何一项施工作业的开展，都需要以精湛的施工技术作为基础，在高速铁路工程建设中，高速铁路接触网承担着为高速铁路机车提供运行电力的重要使命，如果出现高速铁路接触网断电等情况，就会对高速铁路机车的安全稳定运行造成严重负面影响，因此必须采取各种有效方法，确保高速铁路接触网施工质量的可靠性，鉴于现阶段的高速铁路接触网施工仍需进一步优化改进，而虚拟现实技术在各类建设项目中都具备非常显著的应用价值，因此笔者建议相关人员多方位、多角度的去探索虚拟现实技术在高速铁路接触网施工中的具体应用，以便为接触网施工作业提供技术支撑。