虛擬現實技術在建筑工程中的應用

韓建英 曲輝輝

摘要：隨著我國社會經濟的飛速發展，國內的建筑信息化技術也取得了不菲的成績。如何高效解決建筑工程設計、施工、管理中存在的信息協調問題，是一個值得深入研究的課題。虛擬現實技術是一門嶄新的綜合性信息技術，它極大地推動了建筑行業的發展，因其特有的沉浸感、交互性和構想性，在建筑工程表達方面有獨特的優勢。本文介紹了虛擬現實技術的概念、特點及其優勢，探討虛擬現實技術在建筑工程中的應用。

關鍵詞：虛擬現實技術；建筑工程；應用

引言

隨著經濟的發展和城市化進程的加快，建筑工程行業在不斷地發展，人們對建筑工程的數量、質量和功能等需求在不斷提高。建筑工程不斷向系統化、復雜化方向發展，傳統的建筑表達形式越來越難適應人們的需要，其形式與現代建筑業的發展要求有很大差距，傳統的建筑工程已經無法適應當前信息化技術要求。對于建筑工程的從業人員來說，建筑信息化發展既是一種不可多得的機遇，但對自身素質和知識更新的要求更高，從某種程度上來講，更是一種挑戰。

一、虛擬現實技術及其特點

（一）虛擬現實技術簡介

虛擬現實技術（VirtualReality，簡稱VR），是一種交互式視景仿真技術，是由美國科學家在20世紀80年代初提出的，也稱為靈境技術或人工環境[1]，主要是借助計算機技術的發展，融合數字圖像、傳感器技術等信息技術來模擬現實場景，通過人機交互，將一些非具體的、復雜的計算機數據采用虛擬的情景展現出來，為非專業人員所理解和接受。VR技術所生成的圖像或畫面是虛擬的，并非真實的實際環境，但通過人機交互進入VR界面時，在感官體驗上和現實環境類似。VR技術改變了傳統人與計算機之間單調的輸入輸出關系，將一個生硬的計算機界面變成為一個虛擬的現實信息空間，增強了人機交互性和體驗性。建筑工程有自身的特點：即固定性、多樣性、周期長，一個高質量的建筑工程作品都需要前期不斷修改和論證，而傳統的建筑設計圖紙往往需要經過專業培訓的人員才能看懂，缺少一些其他非專業人員的參與，造成建筑完工后不同專業人員針對同一建筑物的感官體驗不一樣。

（二）虛擬現實技術特點

1.浸沒感

VR技術根據人們自身生理特點，通過電腦生成虛擬三維圖像界面，體驗者通過佩戴頭盔、眼鏡等設備，使自己進入虛擬環境并進行體驗。體驗者可以體會到一種“身臨其境”感覺，所以浸沒感又稱為存在感。VR技術用虛擬現實技術來模擬現實世界，體驗者通過自身感官系統，如視覺、觸覺、聽覺等真實感受到自身的存在，增強了體驗者的體驗品質。

2.交互性

虛擬現實系統中的人機交互系統是一種特殊的交互，用戶可以通過鍵盤或鼠標進行交互，也可以通過頭盔顯示器和數據手套等設備進行交互。體驗者可以根據自身的動作，如向前、向后、左右轉、俯視、仰視等動作來對虛擬的建筑工程進行操作，也可通過虛擬建筑物進行人機交互，可以在虛擬場景中觀察建筑物詳細構造、整體建筑結構，還可以模擬建筑環境，并且可以做交流互動，模擬真實施工過程碰撞反應。

3.構想性

構想性，是指VR技術不僅能模擬或再現現實世界，而且還能對建筑環境進行構想和布局。VR的構想性給人們帶來了很大的創作空間，人們可以利用近乎“真實”的虛擬世界，來感受建筑工程的形態特征，通過虛擬的建筑環境，可以更好地對建筑整體進行認知，在此基礎上通過發散思維來考慮建筑工程設計，從而激發更多的靈感，產生更多更好的建筑作品。

二、虛擬現實技術在建筑工程中的應用分析

（一）防災減災

自古以來，人類就和火災、大風、地震、暴雨等自然災害進行著頑強的抗爭。由于自然災害很難通過實驗或其他方法精確模擬，所以給人類研究此項目帶來諸多不便。虛擬現實技術的應用，使科研人員能通過計算機模擬各種不同類型的災害，研究自然災害對不同結構造成的危害機理，提出防范或減小損失的科學方法，從而將災害帶來的損失降到最低。災害仿真系統的研究是新興的研究方向。如火災仿真系統，通過預存或用戶建立模型的方式，將房屋結構、房屋形式、室內布置、風向風力等參數輸入計算機，用戶可以在顯示屏上看到火勢大小、動向及溫度高低，為設計人員進行防火設計提供了資料。

（二）結構設計

當前，結構設計人員基本都依靠設計軟件完成設計，特別是大型結構。在國內流行的結構設計軟件有幾十種，有中國建筑科學研究院的PKPM，同濟大學的3D3S，國外的SAP等。這些成功的軟件都是集成設計環境，注意了輸出接口的問題，功能強大。用戶通常需要三維建模、設置荷載及參數和計算出圖。

虛擬現實的仿真技術主要應用在三維模型的輸入和計算結果的輸出兩方面。其有以下幾方面的優點：使設計人員更直觀地進行結構設計；極大地減少了輸入出錯的可能性；具有集成化的特點。

（三）結構分析

以前，進行結構分析時，通常做幾個等比例縮小的模型，在實驗室里加上不同的荷載來觀察破壞形態。這種方法不但精度得不到保證，而且費時、費力、費錢。采用虛擬現實技術，可以用原尺寸進行實驗，很方便地修改構件尺寸、混凝土標號、外力大小等參數，任意更改輸入荷載等初始條件，節約了經費和時間。另外，建立的模型可以進行保存、拷貝，方便下一次使用。

（四）施工

建筑施工是復雜的大型的動態系統，它通常包括立模、架設鋼筋、澆筑、振搗、拆模、養護等多道工序，而這些工序中涉及的因素繁多，其間關系復雜，直接影響著混凝土澆筑的進程。模擬施工過程是為了通過仿真手段，去發現實際施工中存在的問題或可能出現的問題，這就需要對實際施工進行仿真。而目前施工過程的模擬只是從幾何形體方面模擬施工的過程，即按樓層關系由下而上，每一層按柱、梁、板的幾何形狀加以著色來實現對施工過程的模擬。現有的模擬只是對進度計劃起到了一定作用，并沒有對施工過程起到真正的作用，因而虛擬現實技術在施工方面會有很好的發展前景。

結語

虛擬現實技術是一項新興的建筑信息化技術，符合建筑工程專業的時代發展進程，體現了建筑工程專業的時代特征，促進了建筑工程行業長遠發展。在建筑工程的設計、施工、管理等各個方面，虛擬現實技術有著廣闊的應用前景，是實現建筑工程行業信息化，高速化發展的有效途徑。

參考文獻：

[1]張婷.淺析土木工程施工中的技術問題與措施[J].施工技術，2015

[2]林燁歡.建筑工程施工技術的研究[J].科技致富向導，2013

[3]邵益民.淺析目前土木建筑施工存在的常見問題與應對措施[J].城市建設理論研究，2014