張和鵬

虛擬仿真技術(shù)簡(jiǎn)稱VR，是集人工智能技術(shù)、傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)于一身的綜合集成技術(shù)，該技術(shù)通過計(jì)算機(jī)硬件、軟件以及傳感器構(gòu)成一個(gè)人工虛擬的三維空間，使操作者產(chǎn)生身臨其境的感覺。

測(cè)量工作貫穿建筑工程施工全過程。但是，在建筑工程所在地的地表環(huán)境差、地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、自然氣候條件惡劣，導(dǎo)致測(cè)量工作無法正常進(jìn)行的情況下，施工單位為了給施工過程提供精準(zhǔn)的測(cè)量數(shù)據(jù)，將虛擬仿真技術(shù)引入到測(cè)量工作當(dāng)中，技術(shù)人員根據(jù)虛擬環(huán)境下的模擬測(cè)量數(shù)據(jù)，能夠及時(shí)了解和掌握建筑工程施工地點(diǎn)的標(biāo)高數(shù)據(jù)以及建筑物的尺寸形態(tài)信息。因此，虛擬仿真技術(shù)不僅給測(cè)量工作提供了一個(gè)數(shù)據(jù)交換平臺(tái)，同時(shí)，使每一道施工工序能夠順利進(jìn)行。

1.虛擬仿真技術(shù)與建筑工程測(cè)量技術(shù)概述

1.1 虛擬仿真技術(shù)

虛擬仿真技術(shù)的數(shù)據(jù)輸入載體是計(jì)算機(jī)鍵盤、鼠標(biāo)頭盔、數(shù)據(jù)手套等設(shè)備，當(dāng)數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)后，將自動(dòng)生成一個(gè)虛擬環(huán)境，操作人員可以和虛擬環(huán)境之間進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，這一體驗(yàn)過程仿佛置身于現(xiàn)實(shí)世界當(dāng)中。目前，這項(xiàng)新技術(shù)已經(jīng)走進(jìn)國(guó)內(nèi)諸多高等院校的課堂，成為學(xué)生的一門必修課程。隨著虛擬仿真技術(shù)的日漸成熟，在社會(huì)各領(lǐng)域也得到普及推廣和應(yīng)用，比如施工組織設(shè)計(jì)階段、施工人員培訓(xùn)階段、工程測(cè)量放樣階段等，都能夠看到虛擬仿真技術(shù)身影。

1.2 建筑工程測(cè)量技術(shù)

工程測(cè)量作為一門應(yīng)用型學(xué)科，起初主要用來測(cè)量與計(jì)算實(shí)物的長(zhǎng)度、寬度、周長(zhǎng)、面積等參數(shù)，后來逐漸演化成一門利用精密測(cè)量?jī)x器與復(fù)雜運(yùn)算的專項(xiàng)技術(shù)，在建筑工程項(xiàng)目實(shí)施階段，工程測(cè)量?jī)?nèi)容涉及基礎(chǔ)測(cè)量、高程測(cè)量、視距測(cè)量、角度測(cè)量、建筑物形變測(cè)量等。隨著測(cè)量?jī)x器的不斷創(chuàng)新以及設(shè)計(jì)生產(chǎn)技術(shù)水平的不斷提升，近年來，一些新型的測(cè)量技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，比如數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)、三維激光掃描技術(shù)、全球定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)等，而虛擬仿真技術(shù)在測(cè)量學(xué)中的應(yīng)用則是建筑工程施工領(lǐng)域的一種全新嘗試[1]。

2.虛擬仿真技術(shù)在建筑工程測(cè)量中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1 不受時(shí)間、空間影響

對(duì)于建筑工程來說，測(cè)量工作是招投標(biāo)文件以及施工組織設(shè)計(jì)方案中的重要組成內(nèi)容，在方案與文件當(dāng)中，明確規(guī)定了測(cè)量時(shí)間與測(cè)量工作流程，因此，測(cè)量本身是一項(xiàng)明確固定時(shí)間與固定地點(diǎn)的工作任務(wù)。而應(yīng)用模擬仿真技術(shù)時(shí)，則無需考慮時(shí)間與空間的限制，施工單位在中標(biāo)以后，即可以利用該技術(shù)在虛擬環(huán)境當(dāng)中完成初始測(cè)量放樣任務(wù)。同時(shí)，測(cè)量人員也無需親臨施工現(xiàn)場(chǎng)，只需要在日常辦公場(chǎng)所就可以計(jì)算出施工現(xiàn)場(chǎng)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。

2.2 不受自然氣候影響

建筑工程項(xiàng)目施工過程始終在室外進(jìn)行，而測(cè)量工作地點(diǎn)也處于室外環(huán)境當(dāng)中，一旦施工地點(diǎn)的自然氣候條件發(fā)生改變，將給測(cè)量工作的正常開展帶來不利影響，甚至出現(xiàn)測(cè)量中止的情況。比如雨雪天氣、大霧天氣，測(cè)量工作將無法進(jìn)行。在這種情況之下，施工單位可以利用虛擬仿真技術(shù)，將工作地點(diǎn)搬到室內(nèi)，測(cè)量人員在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)建的虛擬環(huán)境中，就可以對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量放樣，以獲取精準(zhǔn)的測(cè)量數(shù)據(jù)。

2.3 不受施工進(jìn)度影響

隨著施工進(jìn)度的不斷推進(jìn)，每一道工序都需要精準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)的支撐，但是，由于人為失誤，極易影響實(shí)地測(cè)量的精準(zhǔn)度，為了不影響施工進(jìn)度，施工單位可以應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)，在模擬的虛擬環(huán)境中，對(duì)此前的測(cè)量結(jié)果能夠進(jìn)行反復(fù)校驗(yàn)，以確定測(cè)量數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確，如果發(fā)現(xiàn)測(cè)量誤差較大，測(cè)量人員可以及時(shí)采取補(bǔ)救措施，以保證施工進(jìn)度不受任何影響[2]。

3.虛擬仿真技術(shù)在建筑工程測(cè)量中的應(yīng)用策略

3.1 在基礎(chǔ)樁位測(cè)量中的應(yīng)用

建筑基礎(chǔ)測(cè)量的核心任務(wù)是確定基礎(chǔ)樁位的準(zhǔn)確位置，在實(shí)地測(cè)量中，需要根據(jù)施工規(guī)范要求，合理控制好承臺(tái)樁位的誤差值，如果樁位的測(cè)量誤差較大，就必須對(duì)原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行重新修訂，這樣一來，將給施工單位造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。而應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)，能夠有效解決這一問題[3]。首先，測(cè)量人員將施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)信息、施工設(shè)計(jì)圖紙的建筑位置信息以及周邊的地理信息輸入到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)當(dāng)中，然后在傳感器的作用下，能夠在計(jì)算機(jī)顯示界面出現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)的虛擬畫面，在畫面當(dāng)中，承臺(tái)樁位的位置能夠直觀地展現(xiàn)在測(cè)量人員面前，測(cè)量人員根據(jù)位置中心點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，能夠快速地計(jì)算出基礎(chǔ)樁位的高程數(shù)據(jù)，這不僅節(jié)省了大量的測(cè)量放樣時(shí)間，也能夠保障測(cè)量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度。

3.2 在底板基礎(chǔ)測(cè)量中的應(yīng)用

在測(cè)量底板基礎(chǔ)時(shí)，由于施工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)條件較為惡劣，部分區(qū)域不具備放置全站儀等測(cè)量?jī)x器的條件，這就需要利用虛擬仿真技術(shù)來獲取土方開挖深度以標(biāo)高數(shù)據(jù)。首先，測(cè)量人員將建筑物基礎(chǔ)的周邊環(huán)境信息輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)當(dāng)中，此時(shí)，借助于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)生成一個(gè)基礎(chǔ)開挖現(xiàn)場(chǎng)的虛擬環(huán)境。然后，測(cè)量人員通過手動(dòng)操作，確定基礎(chǔ)開挖的中心點(diǎn)，利用傳感器提供的人機(jī)交互功能，在虛擬環(huán)境中對(duì)實(shí)地測(cè)量步驟進(jìn)行模擬操作。比如底板、承臺(tái)、底梁的土方開挖深度，經(jīng)過測(cè)量模擬可以得出一個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)，測(cè)量人員將這一數(shù)據(jù)與施工設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)誤差值滿足標(biāo)準(zhǔn)要求后，即視為該階段的模擬測(cè)量工序結(jié)束。再比如測(cè)量墊層與樁頭標(biāo)高時(shí)，對(duì)測(cè)量精度提出了較高要求，如果在實(shí)地測(cè)量時(shí)，測(cè)量人員需要進(jìn)行多次復(fù)測(cè)才能提高精準(zhǔn)度，而應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)，只需要與虛擬環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，甚至一鍵操作就可以完成一次完整的測(cè)量過程，最后將每一次模擬的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，就可以精準(zhǔn)地確定墊層與樁頭的標(biāo)高值。由此可以看出，在底板基礎(chǔ)測(cè)量施工中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)能夠大幅提高工作效率與測(cè)量精度，進(jìn)而使底板基礎(chǔ)的施工質(zhì)量得到切實(shí)保障[4]。

3.3 在墻柱平面垂直度測(cè)量中的應(yīng)用

墻柱平面的垂直度是建筑物質(zhì)量的衡量標(biāo)準(zhǔn)，如果垂直度誤差較大，建筑物的主體結(jié)構(gòu)就會(huì)產(chǎn)生傾斜現(xiàn)象，嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致樓體坍塌，因此，墻柱平面垂直度的測(cè)量工序尤為重要。測(cè)量墻柱平面垂直度一般在混凝土澆筑工序結(jié)束后，為了提前預(yù)知測(cè)量結(jié)果，不影響墻柱鋼筋綁扎以及模板施工工序的正常進(jìn)行，測(cè)量人員可以利用虛擬仿真技術(shù)對(duì)測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行仿真模擬。通過在操作界面的手動(dòng)操作，測(cè)量人員與虛擬空間可以進(jìn)行實(shí)時(shí)互動(dòng)。

比如所選的墻體長(zhǎng)度小于3m，在模擬空間中，可以在同一面墻的4 個(gè)角當(dāng)中選取左上及右下2 個(gè)角，然后按照45的角斜放靠尺，測(cè)量2 次表面平整度，距離地面約20cm 的位置測(cè)放靠尺一次，并將3 個(gè)實(shí)測(cè)值作為指標(biāo)合格率的3 個(gè)計(jì)算點(diǎn)。在檢測(cè)墻柱平面垂直度時(shí)，測(cè)量人員可以模擬空間中固定吊線，在鉛錘自然下垂時(shí)，吊線對(duì)應(yīng)的下部標(biāo)尺刻度應(yīng)當(dāng)為0，如果墻柱平面垂直度存在偏差，測(cè)量人員可以在下部標(biāo)尺上面讀出最終的偏差數(shù)值。通過這種方法，測(cè)量人員能夠準(zhǔn)確測(cè)量出墻柱平面的垂直度，而且最終實(shí)測(cè)結(jié)果可以作為墻柱施工階段的重要參考數(shù)據(jù)[5]。

3.4 在建筑物標(biāo)高測(cè)量中的應(yīng)用

在測(cè)量高層建筑的標(biāo)高時(shí)，由于測(cè)量?jī)x器的施放地點(diǎn)的選擇較為困難，因此，測(cè)量人員可以應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)完成標(biāo)高測(cè)量工序。在虛擬空間中，測(cè)量人員可以利用手動(dòng)操作的方法，首先利用從樓體的起始標(biāo)高線向上豎直測(cè)量各樓層的樓面標(biāo)高，在選定量測(cè)點(diǎn)，至少應(yīng)當(dāng)確定三個(gè)點(diǎn)位，這樣才能減少測(cè)量誤差。比如在模擬測(cè)量標(biāo)高時(shí)，從一樓的+30 或+50 線向施工樓層上直接量取，并在鋼筋上面做好標(biāo)記。當(dāng)模擬演示過程結(jié)束后，測(cè)量人員應(yīng)當(dāng)對(duì)照高層建筑標(biāo)高測(cè)量的允許誤差，確定測(cè)量演示時(shí)的誤差值是否介于標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間內(nèi)。樓層層間標(biāo)高的測(cè)量偏差不得大于±3mm，建筑物全高的測(cè)量偏差值不得大于±5mm。通過應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)，整個(gè)測(cè)量流程能夠直觀地展現(xiàn)在測(cè)量人員面前，這樣可以有效規(guī)避測(cè)量?jī)x器在實(shí)地測(cè)量時(shí)出現(xiàn)的偏差。

4.結(jié)束語

虛擬仿真技術(shù)與建筑工程測(cè)量工作的融合，不僅給測(cè)量人員提供了高效便捷的服務(wù)，也使建筑工程施工能夠順利開展。因此，測(cè)量技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)不斷提升專業(yè)技術(shù)水平，積極借鑒虛擬仿真技術(shù)的實(shí)踐操作經(jīng)驗(yàn)，為保障建筑工程質(zhì)量提供準(zhǔn)確、完備的測(cè)量數(shù)據(jù)。