聶 琿 韓 冬 濟源職業(yè)技術(shù)學院

1 虛擬現(xiàn)實綜述

虛擬現(xiàn)實也被稱為VR技術(shù)，是一種融合了計算機技術(shù)、傳感器技術(shù)、人工智能技術(shù)等多種技術(shù)為一體的新型綜合信息技術(shù)。VR技術(shù)改變了以往媒介的傳播信息方式，給用戶帶來了感官上的真實性體驗。VR技術(shù)可以通過模擬視覺、聽覺、嗅覺、觸覺等感覺，協(xié)助人們理解新事物，掌握客觀事物規(guī)律，是科學技術(shù)轉(zhuǎn)化為第一生產(chǎn)力的實證。

1.1 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)構(gòu)成

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。軟件系統(tǒng)是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的內(nèi)容集成平臺，利用計算圖形技術(shù)展現(xiàn)三維模擬畫面。硬件系統(tǒng)是與外界進行信息交互和承載內(nèi)容體驗的終端系統(tǒng)，包括各種傳感器輸入設(shè)備、手持式移動控制柄、頭盔眼鏡等設(shè)備。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)是一個綜合復合體，離開了硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)是不能形成虛擬世界與現(xiàn)實世界之間的交互體驗。

1.2 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)特性

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)主要有真實性、交互性、沉浸性等特征。隨著計算機仿真技術(shù)和建模渲染技術(shù)的發(fā)展，虛擬畫面逐漸走向真實性。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)不同于以往直面電腦模型，以上帝視角去看待問題，虛擬現(xiàn)實是利用其真實性將人融入到虛擬內(nèi)容畫面中，讓感受者成為其中一份子，沉浸性的感受虛擬世界。同時，為了增強其真實性和沉浸性，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)通過各種輸入輸出設(shè)備將溫度、壓力、光度、濕度等環(huán)境物理量轉(zhuǎn)換為模擬量體現(xiàn)在虛擬系統(tǒng)中[1]。由于虛擬現(xiàn)實技術(shù)存在的特性，賦予了建筑工程施工管理新的活力，為建筑工程的施工注入了新的科技成分，保障建筑工程的施工安全，為建筑企業(yè)的發(fā)展注入了新鮮的活力，使其得到了新的發(fā)展。

1.3 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的新發(fā)展

2016年是虛擬現(xiàn)實技術(shù)商業(yè)運用元年，之后幾年由于綜合體驗未達到良好的體驗效果，虛擬現(xiàn)實應(yīng)用一直處于不溫不火的狀態(tài)。5G的高速網(wǎng)絡(luò)解決了觀看VR視頻的流暢度問題。同時，5G網(wǎng)絡(luò)的傳輸機制極大地改善了VR體驗過程中的延時感、眩暈感，改善了VR的沉浸性體驗。隨著5G開始大規(guī)模商用以及人工智能、云端技術(shù)的融合發(fā)展，VR體驗性得到增強，在接下來的幾年里5G高速移動網(wǎng)絡(luò)將會帶動虛擬現(xiàn)實實現(xiàn)新的發(fā)展。

2 VR技術(shù)在工程施工方面的應(yīng)用

VR技術(shù)在工程施工方面的應(yīng)用不是單一局部的，VR技術(shù)可貫穿整個工程施工應(yīng)用過程，包括工程施工前招標環(huán)境模擬、工程施工過程中的現(xiàn)場管理、工程施工方案的虛擬體驗等

2.1 VR技術(shù)在工程施工前的應(yīng)用

2.1.1 應(yīng)用于工程施工前的工程培訓

運用VR技術(shù)可以降低企業(yè)對工程人員的培訓費用，同時VR技術(shù)真實直觀的畫面效果更容易讓參與培訓的人員快速理解相關(guān)工程原理。一些重要設(shè)備是不允許出現(xiàn)操作失誤的，虛擬現(xiàn)實可以開發(fā)出相關(guān)設(shè)備的虛擬演練系統(tǒng)，規(guī)范操作員的操作方式。在工程施工方面，有些復雜工序需要經(jīng)驗豐富的人員進行操作，為了培養(yǎng)職員對其熟練度，開發(fā)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)對其人才隊伍建設(shè)和保持崗位運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性具有及其重要的意義[2]。在現(xiàn)實生活中，企業(yè)不可能大范圍模擬火災(zāi)、爆炸、地震等危險情況，而VR技術(shù)在培訓過程中更容易模擬危險工況和自然災(zāi)害的發(fā)生，這有助于培養(yǎng)員工的安全意識和臨機應(yīng)變處理能力。

2.1.2 應(yīng)用于工程施工前的招標環(huán)境模擬

VR技術(shù)可用于工程招標環(huán)境的模擬，虛擬演練網(wǎng)上招投標。通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，演練網(wǎng)上工程招投標，可以避免人為因素干擾，利用數(shù)字化的準確性規(guī)范招標方式。同時由于突發(fā)意外不能參與現(xiàn)場招投標，也可以利用虛擬現(xiàn)實平臺進行遠程互動參與招投標。例如，2020年的新冠疫情影響，人群聚集參與活動存在感染病毒風險。遠程視頻會議解決了不能現(xiàn)場參與招投標的難題，如果在視頻會議中融入虛擬現(xiàn)實技術(shù)，招投標工作將更加便捷迅速。VR技術(shù)的優(yōu)勢在于信息數(shù)據(jù)的直觀可視化，建筑設(shè)計信息可以讓施工方直觀感受理解，這樣能夠讓施工方高效快速理解其設(shè)計理念[3]。

2.2 VR技術(shù)在工程施工中的應(yīng)用

2.2.1 搭建用戶與設(shè)計者交流平臺

設(shè)計者根據(jù)用戶的需求進行工程設(shè)計，傳統(tǒng)的文件式或者其他多媒體表達雖然雙方在核心設(shè)計理念上達成一致，但是隨著設(shè)計趨于完善，用戶會逐漸增加需求或者改動局部內(nèi)容。為了讓用戶最大化理解設(shè)計內(nèi)容，充分思考自我需求，通過搭建虛擬現(xiàn)實平臺性，可以省去中間大量不必要的時間，讓設(shè)計者明確消費者的真實需求。同時，虛擬現(xiàn)實平臺的搭建也方便了設(shè)計者的自我修正。對于一些從未涉及過的難度較大的設(shè)計，設(shè)計者往往根據(jù)之前的相關(guān)工作經(jīng)驗，經(jīng)驗的不確定性一定程度上決定著方案可行性走向。虛擬現(xiàn)實平臺的搭建，可以模擬相關(guān)建造技術(shù)，進行虛擬仿真和結(jié)構(gòu)力學分析，從而實現(xiàn)對施工建設(shè)的難度及可行性分析，做出結(jié)構(gòu)上的改進及優(yōu)化，對建筑設(shè)計過程中潛在的問題可以及時的發(fā)現(xiàn)和預防，防止在實際的施工過程中，因為工程的規(guī)劃不科學導致建筑工程存在問題的事故發(fā)生。

2.2.2 驗證施工方案，施工管理可行性

利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)虛擬建設(shè)一個施工環(huán)境，在建設(shè)的施工環(huán)境中應(yīng)圍繞著建筑設(shè)計場景搭建，建立相關(guān)設(shè)備三維CAD模型和有限元模型，虛擬裝配各種零部件。搭建好了施工場景，可以利用VR技術(shù)的真實性，模擬不同的施工方案[4]。通過橫向?qū)Ρ炔煌氖┕し桨福M行優(yōu)劣選擇和方案的改進工作。在對施工方案進行評估時，可以開發(fā)相應(yīng)的虛擬系統(tǒng)成本評估，讓核算成本結(jié)果快速生成，對施工方案進行最優(yōu)解選擇。同時，在模擬不同的施工方案中，融入施工管理測評，對施工方案多個緯度進行比較確定具體方案。在確定施工方案后，施工管理可以通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行檢驗，方便管理者及時發(fā)現(xiàn)問題并改進相關(guān)措施。

3 VR技術(shù)在工程施工應(yīng)用策略上的注意事項

VR技術(shù)目的不在于顛覆工程施工的流程與方式，它只是為了更好的優(yōu)化工程施工整個流程。將虛擬現(xiàn)實融入工程施工中，首先應(yīng)該注意建筑信息模型構(gòu)建。建筑信息不是點與點，面與面之間的位置關(guān)系，而是整個模型詳細的細節(jié)融合。通過整個建筑模型數(shù)據(jù)，施工方可以獲得平面圖施工過程中所需要的投影圖、建筑部件的材料屬性、結(jié)構(gòu)設(shè)計的布局圖等[5]。建筑設(shè)計信息的詳細構(gòu)建，保證了整個施工過程可以合理根據(jù)數(shù)據(jù)信息自動化、智能化進行操作調(diào)度。VR體驗工程施工所需要的硬件設(shè)備并不復雜，包括具有輸入輸出特性的鍵盤、鼠標、數(shù)字手套、操作柄等設(shè)備，但是為了沉浸性體驗，需要具有高性能的顯示器頭盔設(shè)備。

為了提高參與人員的體驗感，最主要的是軟件系統(tǒng)能夠營造具體完善的客觀世界以及豐富真實的三維立體圖像，為建筑工程的施工效果以及工程管理效率起到了重要的保障，因此在建筑工程領(lǐng)域里，加強對VR技術(shù)的運用是促進現(xiàn)代化工程管理的重要之舉。

4 VR技術(shù)與BIM技術(shù)的融合發(fā)展

BIM技術(shù)是隨著計算機技術(shù)的發(fā)展而逐漸形成的，建筑模型技術(shù)的發(fā)展改變了以往建筑施工的設(shè)計技術(shù)。三維可視化技術(shù)降低了過去對二維平面圖的依賴，使用BIM技術(shù)極大地方便了工程設(shè)計和管理的數(shù)據(jù)交流。BIM技術(shù)最早由美國公司Autodesk公司提出，從建筑的設(shè)計到建筑施工管理及項目完結(jié)的整個過程，所有關(guān)鍵信息都融于三維立體數(shù)字模型中。BIM技術(shù)具有整個項目全生命周期管理的特性，與以往傳統(tǒng)施工相比，效率更高，施工管理流程更明確，各個部門之間的協(xié)調(diào)性更好。VR技術(shù)與BIM技術(shù)不是獨立的個體，因為有BIM技術(shù)的數(shù)字設(shè)計基礎(chǔ)支撐，VR技術(shù)所需要的虛擬仿真環(huán)境才具有可搭建性，可實現(xiàn)性。在可預見的未來，VR技術(shù)將以BIM技術(shù)為依托，逐漸向更深層次融合發(fā)展。目前BIM技術(shù)與VR技術(shù)的結(jié)合主要有兩種形式，分別為間接效果結(jié)合與直接數(shù)據(jù)結(jié)合。

4.1 BIM技術(shù)與VR技術(shù)間接效果結(jié)合

通過基于BIM技術(shù)的建筑設(shè)計軟件進行三維數(shù)據(jù)格式提取轉(zhuǎn)換，導入到相關(guān)VR平臺開發(fā)軟件進行模型渲染、動畫交互、編程控制等方面處理。BIM模型轉(zhuǎn)換格式一般以中間格式OBJ、FBX、IFC為主，從整體轉(zhuǎn)換效果來看，F(xiàn)BX應(yīng)該是適配性、兼容性、數(shù)據(jù)保留性最好的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換格式。VR開發(fā)平臺主要以游戲引擎Unity3D和U4E為主。Unity3D開發(fā)VR軟件系統(tǒng)較為便捷但是在整體渲染技術(shù)上不如U4E，開發(fā)者應(yīng)該在交互性和真實性體驗上合理選擇開發(fā)軟件。

4.2 BIM技術(shù)與VR技術(shù)直接數(shù)據(jù)結(jié)合

基于BIM技術(shù)的設(shè)計軟件可以直接與VR設(shè)備進行適配交互，在VR設(shè)備里直接可以體驗到建筑模型的空間效果。使用操作手柄可代替鼠標鍵盤的使用，沉浸性的操作模型進行視覺觀察。直接數(shù)據(jù)結(jié)合形式較為簡單，使用VR設(shè)備觀察具有便捷性 但是在開發(fā)關(guān)于VR綜合應(yīng)用軟件上就顯得不足。所以BIM技術(shù)與VR技術(shù)選擇結(jié)合的方式應(yīng)該具體問題具體分析，本身并無優(yōu)劣之分。

5 結(jié)束語

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在工程施工方面具有自身獨特優(yōu)勢，對于一些重要項目工程采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以規(guī)避系統(tǒng)性風險和重大設(shè)計缺陷造成的安全事故。但是盲目追求新技術(shù)不結(jié)合實際情況，會適得其反增加額外成本。在開發(fā)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)時，企業(yè)應(yīng)該注重系統(tǒng)的可持續(xù)性、通用性、兼容性，順應(yīng)時代潮流發(fā)展的同時也得因時制宜、實事求是的發(fā)展。另一方面VR技術(shù)的發(fā)展是促進工程施工發(fā)展的必要選擇，通過VR技術(shù)可以及時規(guī)避工程施工所潛在的風險，為企業(yè)的安全施工提供技術(shù)保障。