三維建模與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在交通設(shè)施作業(yè)安全培訓(xùn)中的應(yīng)用設(shè)計(jì)

張貽超

計(jì)算機(jī)輔助軟件教學(xué)一直是近年來土木學(xué)科教學(xué)中的一項(xiàng)專業(yè)課程，主要包括工程制圖專業(yè)軟件、各類建模軟件及設(shè)計(jì)分析軟件等。隨著建筑信息模型（BIM）技術(shù)的發(fā)展，部分國(guó)內(nèi)外高校將BIM技術(shù)引入工程制圖教學(xué)。此外，虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)也逐漸應(yīng)用于各類工程教學(xué)的場(chǎng)景模擬中，尤其是建筑、土木理論以及人車路相互作用的相關(guān)教學(xué)。本文闡述并分析了BIM及VR技術(shù)在土木領(lǐng)域教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)踐，以交通基礎(chǔ)設(shè)施為對(duì)象進(jìn)行了BIM及VR技術(shù)的安全培訓(xùn)模式設(shè)計(jì)。

一、引M及VR技術(shù)教學(xué)應(yīng)用現(xiàn)狀

建筑信息模型BIM（BuDding InformationModeling）技術(shù)以及這種特定的稱謂是在2002年由Autodesk公司率先提出，并逐漸得到世界建筑行業(yè)的普遍接受和認(rèn)同。建造業(yè)的工程技術(shù)人員將BIM稱作是建筑、土木工程領(lǐng)域的一門通訊語言，作為一門溝通信息工程，相對(duì)于傳統(tǒng)的二維制圖，BIM技術(shù)具有信息完整、直觀及多維信息等優(yōu)勢(shì)。以色列理工學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)將BIM技術(shù)應(yīng)用于課堂教學(xué)對(duì)學(xué)生來說相對(duì)容易學(xué)習(xí)，且學(xué)生畢業(yè)后可以滿足BIM技術(shù)應(yīng)用于設(shè)計(jì)的時(shí)代要求。斯坦福大學(xué)學(xué)者將BIM項(xiàng)目管理技術(shù)引入教學(xué)，基發(fā)現(xiàn)該給予BIM的項(xiàng)目管理工具使得學(xué)生以結(jié)構(gòu)化的方式了解項(xiàng)目文件，從而幫助學(xué)生專注于更深入的項(xiàng)目計(jì)劃細(xì)節(jié)。南加州大學(xué)的學(xué)者則充分論證了BIM技術(shù)對(duì)于建筑工程管理專業(yè)學(xué)生教學(xué)的必要性。

VR技術(shù)從交通設(shè)施的成果展示、建模、人機(jī)交互以及大型結(jié)構(gòu)的直觀感知等多個(gè)角度應(yīng)用于土建工程的教學(xué)及培訓(xùn)輔助。虛擬現(xiàn)實(shí)（ VR）技術(shù)結(jié)合三維（3D）建模技術(shù)，為遠(yuǎn)程教育、職業(yè)培訓(xùn)以及專業(yè)實(shí)踐提供了更多可能性，視覺交互及施工互動(dòng)有助于理解不同的設(shè)計(jì)要素及功能，作業(yè)專業(yè)學(xué)習(xí)與實(shí)踐的有效支撐。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還可以應(yīng)用于環(huán)境模擬試驗(yàn)及互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室，改善工程學(xué)科的教學(xué)體驗(yàn)。

二、用戶安全施工培訓(xùn)的三維交互式平臺(tái)設(shè)計(jì)

1）三維展示及瀏覽服務(wù)

進(jìn)行多種方式的場(chǎng)景瀏覽，包括：運(yùn)動(dòng)物體、模擬汽車、飛機(jī)等。精確表現(xiàn)公路以及其他設(shè)備設(shè)施，實(shí)現(xiàn)多窗口聯(lián)動(dòng)及多方案對(duì)比或影像對(duì)比。

2）三維空間分析服務(wù)

實(shí)現(xiàn)三維量算分析、兩點(diǎn)可視分析、扇面可視分析、剖面分析、挖填方分析、日照分析和定點(diǎn)觀察。

3）飛行路線服務(wù)

用戶自定義飛行路線或外部位置信號(hào)竇時(shí)驅(qū)動(dòng)（如GPS等），實(shí)現(xiàn)人、車、船、飛機(jī)、迷你監(jiān)控等任意模型在場(chǎng)景中的沿線運(yùn)動(dòng)，并且可以在第一人稱、第三人稱、跟隨或自由四種模式隨意切換。

4）用戶數(shù)據(jù)添加服務(wù)

實(shí)現(xiàn)用戶自定義添加三維基礎(chǔ)模型以及數(shù)據(jù)層。

5）搜索服務(wù)

地圖搜索服務(wù)支持多種搜索類型，包括關(guān)鍵字搜索、視野內(nèi)搜索、周邊搜索、普通建議詞搜索、POI搜索、周邊搜索等。

6）路線規(guī)劃服務(wù)

路線規(guī)劃服務(wù)支持駕車路線查詢，可以根據(jù)輸入的起點(diǎn)、終點(diǎn)和途經(jīng)點(diǎn)（如果有）以及規(guī)劃方式查詢駕車路線，系統(tǒng)支持以下幾種方式的駕車路線查詢：最快路線、最短路線、避開高速、少步行。

7）中心點(diǎn)定位查詢服務(wù)

中心點(diǎn)定位查詢服務(wù)支持返回當(dāng)前地圖范圍的中心點(diǎn)坐標(biāo)信息。

8）地圖基本操作服務(wù)

對(duì)精細(xì)矢量二、三維電子地圖任意放大、縮小、移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、測(cè)量，同時(shí)可以進(jìn)行圖層控制。

9）交通安全場(chǎng)景模擬

交通安全場(chǎng)景模擬指的是模擬道路交通中與設(shè)施管理有關(guān)的交通安全管理內(nèi)同，包括施工推演、應(yīng)急預(yù)案等。施工推演利用三維地圖360度全方位展示的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)中不同施工方案的真實(shí)再現(xiàn)，設(shè)計(jì)研究施工作業(yè)對(duì)于現(xiàn)有交通在實(shí)際場(chǎng)景中的影響并進(jìn)行施工組織規(guī)劃。

三、總結(jié)與展望

BIM及VR技術(shù)應(yīng)用于交通基礎(chǔ)設(shè)施安全培訓(xùn)中，可以服務(wù)于多種不同的設(shè)施類型，面向不同的人群。基于互聯(lián)網(wǎng)的多維信息平臺(tái)可以同時(shí)滿足不同用戶的定制化需求。以平臺(tái)形式進(jìn)行三維數(shù)據(jù)建設(shè)及平臺(tái)開發(fā)，不同類型的工程施工安全培訓(xùn)可以共享教學(xué)模塊與數(shù)據(jù)，并可以利用平臺(tái)接口開發(fā)適合于相應(yīng)案例的素材。