基于VR技術的建筑施工事故體驗系統開發與應用研究

盛 靜

（永州職業技術學院，永州 425000）

0 引言

建筑行業作為國家經濟發展的支柱產業，其發展直接影響國民經濟的增長。建筑業的發展，也為廣大農民群眾提供就業的機會。但也因為建筑本身的特點，導致其高危險性。根據統計，我國每年因為建筑安全事故所造成的人員傷亡數量巨大，雖然隨著國家以及社會對安全的重視，每年的事故總數呈下降的趨勢，但是每年的事故傷亡仍然是不可忽視的一項內容。不斷探索提高安全性能的途徑是建筑企業發展必須要面對的，而虛擬現實技術的引進和應用，在不斷探索如何對建筑施工安全教育培訓進行創新。虛擬現實技術的應用，創新培訓方式，提高建筑施工安全教育培訓的質量，這也是建筑行業在安全問題探究上的一個創新，推動了建筑業的安全發展。

1 建筑施工的常見事故

1.1 建筑施工的常見事故

建筑施工中，危險系數比較高，經常會出現安全事故，不僅造成了人員的傷亡，也給建筑企業造成經濟損失。在施工中經常出現：高空墜落事故、物體打擊事故、觸電、機械傷害、坍塌、火災、爆炸等事故。而其中最常見的事故就是：高空墜落、物體打擊、觸電、機械傷害、坍塌。在數據的調查中發現，這五種常見事故，占據總事故的發生頻率的百分之九十五。高空墜落：是在高空作業中，因為各種原因導致墜落，比如從腳手架、平臺、陡壁施工等高于地面的位置墜落。物體打擊：被高空掉下的物體砸到，比如落石、錘擊等。觸電：主要是人體接觸帶電的設備而造成事故，比如用電的時候發生觸電，或者是一些用電不規范，發生漏電、接觸不良而引發事故。機械傷害：被一些大型設備傷害，比如一些設備的刀具飛出傷人、切削傷人，或者操作者的身體或者部件被卷入機械中。坍塌：建筑物或者堆置物倒塌而造成的事故，比如土方、巖石坍塌等。

2018年1 月，廣東廣州市軌道交通21號線水西站至蘇元站區間左線盾構機帶壓開倉動火作業時，焊機電纜線短路引發火災，3名倉內作業人員失聯，施救過程中土倉壓力急速下降，掌子面失穩，突發坍塌，造成3人死亡，直接經濟損失1008.98萬元。

2018年5 月，深圳龍崗區平湖街道華南城1號交易廣場西3門西側一個正在腳手架加減過程中發生倒塌，造成了16人受傷。事故工程的建設單位是華南國際工業原料城（深圳）有限公司，施工單位是河南省立夏防水防腐工程有限公司，該工程在屬地社區工作站辦理了零星工程和小散工程登記備案，未按規定辦理施工許可手續。

2018年11 月，山東省青島市，紅島經濟區的地鐵八號線在噴漿過程中出現局部掉塊，導致一名工作人員從工作平臺掉落受傷，并死亡。

1.2 造成建筑施工事故的主要原因

對于造成建筑施工事故的原因，很大一部分都是人為造成的，比如高空墜落事故，可能是施工人員沒有系好安全帶，或者是沒有做好高空穩固操作，又或者是違章攀爬、違章作業。觸電事故，一般是人們的安全意識不足，不了解相關的安全用電的知識，或者亂拉電線，現場用電不規范等造成的。而機械事故，則更多的是因為操作技術不高，操作不規范造成的。

總而言之，從建筑施工人員本身來分析，所造成的事故原因主要是缺少安全培訓，施工人員的安全意識不強，特別是基層施工人員，更多的是文化程度相對比較低的農民工，他們沒有接受過專業的教育，在施工過程中都是自己摸索和經驗來操作的，技術水平低。再加上施工之前和施工過程中，沒有對其進行有效的安全培訓、技術培訓，導致其安全意識不高，操作不規范，也就增加了安全隱患。此外也源于建筑企業對于安全的不重視，沒有把安全操作放在第一位，沒有形成一種“安全第一”的氛圍，所以忽視了建筑施工的安全性。

2 虛擬現實技術在建筑施工安全培訓中的可信性

2.1 虛擬現實技術

虛擬現實技術，被簡稱為：VR技術。是隨著計算機技術、傳感技術以及人工智能技術和機器人技術等領域發展而提出的。虛擬技術的提出，實現了真正的現實虛擬。具體的使用是人們戴上立體眼鏡和數據手套等一些傳感的設備，置身于一個三維的視覺、聽覺、觸覺的感覺世界，讓體驗中如同身臨其境一般，獲得更多的感受。目前的虛擬現實技術，已經被廣泛的應用到各個領域，其中就包括了醫學、娛樂、軍事、設計、游戲、教育等，同時也被運用到培訓實訓、生物力學等多個領域。其所采用的關鍵技術就包括：動態環境建模技術、實時三維圖形生成技術、立體顯示和傳感器技術、應用系統開發工具、系統集成技術等。

虛擬現實技術可以說是多媒體實現最高級別的運用，其具有極大特點：沉浸性，具有身臨其境的效果，比如可以用手抓取到模擬環境中的物體；交互性，體驗者對于虛擬環境是可以操作的，比如可以在虛擬環境中換成相應的動作和操作；構想性，也就是自主性，可以發揮出主觀能動性，去探索問題。

2.2 虛擬現實技術在建筑施工安全培訓中的可行性

VR技術已經在教育領域得到了廣泛的應用，并且也取得了一定的成績。創建一個虛擬的學習環境，為學生提供一個生動逼真的學習環境，可以親身去經歷自主學習環境。特別是在化學、物理的一些學科教學中，利用VR技術降低了實驗室的成本投入，讓學生獲得真實的體驗。而培訓方面的運用也可以采用在教育領域運用的經驗和方法。

在建筑施工安全培訓中，主要基本的安全知識講解之外，一般都是強調在施工過程中的一些常見事故，并且結合事故分析來達到培訓的效果，提高安全意識。傳統的方式是引用已經發生的事故案例，作為培訓的內容，比如通過這個案例，讓我們知道，在施工過程中需要重視哪些問題，需要怎樣的規范操作。但是也因為是案例，當前的工人可能并沒有經歷過，所以無法體驗到那種危險性，在培訓中也不是那么的重視，達不到培訓的目的，再實際的操作中仍然會出現安全隱患。而虛擬現實技術的應用，利用其技術的特點和優勢，建立一個事故體驗系統，在安全培訓中，完全可以利用事故體驗系統，讓工人親身體驗到事故的發生和危險，并且深入記憶，有效的提高安全意識，在實際的施工中也更加的重視安全問題。

3 虛擬現實技術在建筑施工事故體現系統的開發利用

3.1 建筑施工VR事故體驗系統

在建筑安全培訓中，利用虛擬現實技術建立事故體驗系統，主要是利用計算機生成一種施工現場各類危險源以及事故發生的模擬環境。系統中采用交互式的三維動態視鏡和實體行為的系統仿真，讓施工人員戴上相關的傳感器設備，進入到創建的虛擬環境中，親身去體驗高空墜落、觸電、物體打擊的真實傷亡事故的場景。

首先是利用BIM技術，結合現實的建筑施工場景，搭建一個3D場景模型，再把這一個模型場景導入VR程序中，結合相關的技術，設計出一個逼真的場景環境。并且根據安全培訓的需求進行程序的開發，開發出一個安全體驗的虛擬現實環境。然后是體驗者在進入到場景中，需要穿戴相應的設備，比如VR頭盔，去感受真實場景，再加上施工現場的聲音效果，讓體驗者身臨其境，切實感受事故的發生。

3.2 建筑施工VR事故體驗系統培訓類型

目前已經有很多的建筑企業開始采用VR技術建立安全培訓系統，為施工者提供一個真實的施工事故場景，以此來提高安全培訓的質量。目前對于建筑施工VR體驗系統的培訓類型，一般可以分為以下幾種：

一是漫游式VR體驗，也就是體驗者佩戴相應的設備，進入到虛擬現實的環境，其中情景還原施工的具體操作，比如土方開挖的實際操作，比如詳細的展示腳手架搭建、混凝土的澆筑、以及高空的吊裝作業。這種類型，體驗者主要是自動的觀看內容，比如身臨情景的感受一個事故的發生，體驗者是作為一個旁觀者去體驗。

二是互動式VR體驗，體驗了體驗者的主體性，該體驗模式是體驗者使用相應的設備，實現對環境中的對象進行互動，相比較漫游式VR體驗，帶給體驗者更加真實的感覺。比如體驗者可以在虛擬現實環境中進行相關的操作，比如在發生火災的時候，體驗者可以進行相關的滅火操作，而在在操作的過程中，會自動記錄和分析體驗者的交互行為，闡述操作是否正確、錯誤的原因等，加深安全教育，給體驗者留下更加深刻的印象。該體驗模式，是根據不同的事故類型和事故過程，把其整個事故展示出來。

三是事故VR體驗，也是本次主要闡述的事故體驗系統，也是最常見的一種類型，這一系統的實現，是基于前兩種體驗系統基礎上建立的，以沉浸式為基礎，互動式為輔助，借助場景演繹，調動體驗者的感受。該系統主要是以真實發生的事故作為情節的基礎，體驗者在虛擬的環境中作為受害者的第一視角，在虛擬環境中，親身經歷事故的原因、過程以及結果。就比如當體驗者進入環境中，會用旁白字母的形式展示施工的危險源和安全隱患，體驗者會模擬具體的施工過程，并且觸發事故，使事故發生，在場景中直面事故危害，會造成一種面對事故發生的恐慌感覺，刺激感官感受，比如切實感受到高出墜落。在此過程中，也會分析事故的原因和注意事項。事故VR體驗系統不僅可以讓體驗者學習安全知識內容，也能親身體驗事故，表現事故結果，加深記憶。

4 結束語

文章主要是研究VR技術的建筑施工事故體驗系統的開發與應用，首先是分析了當前建筑施工的安全事故，明確了造成安全事故的主要原因，然后通過對VR技術的分析，確定VR技術被應用到安全培訓中具有積極的意義。最后是詳細的分析建筑施工VR事故體驗系統的建立和實現。目前這種事故體驗體統已經被應用到建筑安全培訓中，但是并沒有普及，所以還需要加強研究，推廣這一技術，提高安全培訓的質量，減少建筑施工安全事故的發生，保護施工人員的人生安全。