虛擬現實技術在施工中的組織與管理

馬喜寧

[摘要]本文從發展角度介紹虛擬現實技術的技術特征與技術優勢，并根據土木工程的施工特點與施工需求，分析虛擬現實技術在施工方案、施工場地、施工過程三方面的組織與管理應用，希望有利于該技術的進一步應用與普及。

[關鍵詞]虛擬現實技術;組織;管理

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2015.13.158

虛擬現實技術獲得實際應用已經有一段時間，但受限于技術條件等因素，其在土木工程這種實踐要求高的領域一直存在應用片面的問題。不過隨著相關技術的進步，虛擬現實技術的施工應用呈現出拓展趨勢，值得進一步分析和研究。

1虛擬現實技術概述

虛擬現實技術是一種以計算機技術為基礎，對現實中的客觀實物或行為進行高仿真模擬的技術，被廣泛應用于土木工程、運動訓練、城市規劃等領域。傳統的虛擬現實技術大多是較為單純的三維模型虛擬技術，近年來虛擬現實系統中進一步添加了第四維的時間參數，令虛擬模型具備了動態化特征，大幅提高了其應用能效。

2應用虛擬現實技術的施工方案組織與管理

2.1施工方案的組織與管理需求

土木建筑工程基本都具有工程量大、內容復雜的特征，這點在其施工方案上體現得尤為明顯。土木建筑工程的施工方案要將設備管理、材料調度、資金運作、工種協調、工程進度、質量控制、成本控制、信息管理、合同管理等都考慮進去，而且由于屬于工程設計的一部分，所以要有一定的預期性和前瞻性。在這種情況下，施工方案的組織與管理非常困難，不僅要能收集、統合、運用大量的工程數據，而且要平衡各方面的矛盾與沖突，因此傳統的施工方案組織與管理要耗費大量的時間卻很難保證方案質量與可落實性。

2.2施工方案組織與管理中虛擬現實技術的應用機理

基于此種情況，我們在施工方案的組織與管理中引入虛擬現實技術，主要的應用點有兩方面：

第一方面是應用于信息集成。利用虛擬現實技術中的信息管理系統，將施工方案設計所必需的各類工程信息與設計要求集成化管理，并利用高速的處理系統迅速完成分類整理。整理完成的數據可以直接提供給后續的虛擬演示系統使用。

第二方面是應用于演示操作。利用虛擬演示系統，預演初步設計完成的施工方案，這樣一來不僅可以迅速、有效地發現施工方案中的漏洞，進行修正與完善，而且能夠驗證施工方案的設計質量。與傳統的驗證方法相比，這種方法更加省時，也更加直觀，能極大地提升施工方案的組織與管理效率。

2.3施工方案組織與管理中虛擬現實技術的應用措施

應用了虛擬現實技術的施工方案組織與管理大體可以分為以下幾個步驟：工程信息輸入;利用信息管理系統整理數據;利用虛擬現實系統設計施工方案;將設計方案輸出到虛擬演示系統;虛擬演示操作;根據虛擬演示修正或更換方案。需要注意的是，由于這種方案設計法具有很高的便捷性，所以可以同時進行多個方案的設計，在實際應用中，適用的施工順序、施工工藝往往不止一種，所以通常同時設計和演示多個不同的施工方案，對比最終演示結果，從中擇優選取。

3應用虛擬現實技術的施工場地組織與管理

3.1施工場地的組織與管理需求

土木工程中，有相當一部分具有施工場地廣大的特點，一方面，幾乎所有的土木工程都有立體化特征。傳統的施工場地組織與管理中，是利用平面圖進行施工場地的表征與管理的，不僅直觀性差，而且想要完全表現出場地的立體化特征不得不準備大量的平面圖紙，組織與管理能效相當有限。另一方面，施工場地的組織與管理是一個長期化、動態化的過程，因為在施工過程中，施工場地的情況難免隨著工程進度而發生改變。傳統的場地管理使用紙質圖紙，修改困難，無法反映出場地布置情況的動態變化，難以實現場地的動態管理需求。

3.2施工場地組織與管理中虛擬現實技術的應用機理

虛擬現實技術可以很好地滿足上述需求，因為該技術可以提供施工場地的三維效果模型圖，將施工場地的各項實體要素利用三維模型表現出來。在引入四維時間軸后，虛擬現實技術的施工場地圖還具備了動態性與時間性特征，可以將施工場地隨時間的動態變化直接在場地圖上體現出來。這種應用利用了虛擬現實系統中特殊的數據庫，這種數據庫具有統一實體屬性，而且能與動態監測系統聯動，將施工場地中的各項工程要素立體坐標化。另外，由于本身屬于可控虛擬系統，所以施工場地圖可以隨時調整和修改。

3.3施工場地組織與管理中虛擬現實技術的應用措施

想要利用虛擬現實技術進行施工場地的組織與管理，首先必須要對施工場地進行較為詳細的調研，獲取詳細的場地構成要素特征，并將其輸入虛擬現實系統，以此為依據構建相應的三維虛擬模型，常用的虛擬模型包括場地總區域、建筑物、臨時設施、附屬設施、管線道路、工程設備等。其次要以虛擬現實語言令完成的三維模型動態化，一方面賦予各個模型實時交互功能，另一方面令其能依時間變化而變化，最終完成四維場地模型的構筑。最后要為四維場地模型設置動態修改功能與修改記錄功能，并將其與施工過程的組織與管理聯動。

4應用虛擬現實技術的施工過程組織與管理

4.1施工過程的組織與管理需求

施工過程的組織與管理是土木工程管理的主體也是難點，因為在工程的所有組織與管理階段中，過程階段的規模最大、涉及面最多、動態性最強。另外，施工過程對施工安全、施工質量、施工進度的影響也是最直接的。在這種情況下，過程控制與動態管理成為施工過程管理最迫切的需求。目前來看，我們采用的過程組織與管理手段能效依然有限，雖然利用管理制度、管理對象細化等方法一定程度上提高了過程管理精度，但動態管理功能仍非常薄弱。

4.2施工過程組織與管理中虛擬現實技術的應用機理

為了強化過程組織與管理的動態性，可以考慮將工程進度計劃與虛擬現實系統同步鏈接，再結合多媒體監控系統，將實際的施工過程反映到虛擬現實系統中。這種組織與管理體系能夠實現幾方面的功能：其一，將虛擬現實系統作為一個直觀平臺，對照計劃進度與實際進度，發現施工問題，隨時控制工程進度;其二，依照動態監控系統獲得的監控信息預演短時間內的工程情況，探析施工要點和可能出現的問題，及時給出提醒與警告;其三，統籌整個工程的施工情況，利用虛擬演算找到各方面的最優調度方案，迅速完成動態調度。

4.3施工過程組織與管理中虛擬現實技術的應用措施

在施工過程中所用的虛擬現實管理系統應注意分為幾個模塊，其中比較典型的包括：進度控制模塊，用于掌握和管控工程進度;風險預期模塊，用于即時演算未來短期內的施工風險并給出警告;工程調度模塊，用于處理工程資源的各項信息并設計調度方案。此外，該系統還可以添加管理施工成本的成本控制模塊和處理設計變更的更動控制模塊，需要注意的是，這兩類模塊由于具有一定的特殊性，所以雖然從屬于虛擬現實系統，但在模塊的管理與運作上往往與其他模塊嚴格區分，具有較強的獨立性。

5結論

本文所述的虛擬現實技術施工應用是較為理想化的應用模式，雖然應用理念和應用措施的技術條件都已滿足，但該模式對相關硬件和軟件都有很高的要求，而且目前缺乏足夠的應用經驗。因此，該技術在施工組織與管理中的普及應用仍需時日。

參考文獻：

[1]郭軼，陳岱林，姜立，等.基于虛擬現實的三維建筑造型和裝修設計系統[J].計算機仿真，2008（11）.

[2]蔣宇，郭江波.淺析虛擬現實技術在工程管理中的應用[J].科技傳播，2011（3）.

[3]沈金良.虛擬現實技術在工程設計中的應用[J].科技交流，2004（3）.

[4]楊改淑，張國偉.施工企業工程成本管理[J].中國市場， 2014（49）.

[5]王麗月.施工企業財務成本管理中存在的問題及對策[J].中國市場， 2014（49）.