基于虚拟现实技术的建筑施工进度仿真研究

基于虚拟现实技术的建筑施工进度仿真研究

吴鹏飞 张智慧

身份证号码： 37293019870603****

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摘要：当前的仿真技术与虚拟现实技术为深入研究施工过程中的复杂约束与系统参数之间的内在规律，进行施工单元优化排序、施工资源优化配置及直观展示特定施工方案条件下施工对象面貌变化过程等提供了先进的技术手段和新的研究思路，取得了较好的工程应用效果。本文针对虚拟现实技术的建筑施工进度仿真研究。

关键词：虚拟现实技术；建筑施工进度；仿真

引言

建筑施工工程的效益受到建筑进度管理的影响，有效控制建筑工程进度，能够降低工程开销，提升施工整体效率。建筑工程施工中，诸多因素都会对施工进度造成影响，这些因素包括工程造价、项目设计规划、材料费、工序、建筑整体的物理信息等。分析和处理实际建筑施工时对施工进度造成影响的各项信息数据，使用数字信息处理方式实现建筑施工进度控制。传统建筑施工手段工期长、进度慢、人力消耗大、成本较高，已经难以满足目前市场需求，施工安全标准以及施工质量也不再符合目前的建筑行业要求。随着科学技术的进步，虚拟现实技术、仿真技术、建筑信息模型等技术手段发展迅速，已经广泛应用于建设有关领域的方方面面。虚拟现实技术需要先建模再实行相关控制研究，结合仿真技术，描述实物，通过三维立体，展现真实效果。BIM4D虚拟技术能够模拟复杂的建筑施工过程，在数字模型中集成工程管理数据和工程施工数据，利用虚拟现实技术将建筑施工过程动态、交互的可视化展示，将分析手段和数据支持提供给工程施工团队，以便制定措施，提升施工进度。

1虚拟现实技术的概念与特征

1.1概念

虚拟现实技术是在20世纪由“虚拟现实之父”杰伦·拉尼尔提出的概念，是一种新型计算机应用技术形态。虚拟现实技术以仿真技术为基础，将传感技术、多媒体技术、图形图像技术、大数据网络信息技术等多种学科交叉结合。通过计算机高速的运算程序，创建出虚拟环境，让体验者借助各种计算机软硬件、穿戴设备，将自己的听觉、视觉和触觉等感觉投入到创建的三维空间中，在这个空间里进行交互与交流，进而得到极高的体验感。

1.2特征

虚拟现实技术具有三“I”特征，即：①沉浸性。体验者通过佩戴头盔等交互设备将感官投入到虚拟环境，产生心理层面和生理层面的共鸣，产生陷入其中的沉浸感。②交互性。体验者可通过电脑、鼠标、键盘或者数据手套等硬件设备，进行操作得到反馈信息，使体验者与周边环境产生“人机交互”的行为，通过反馈机制获得数据信息。③想象性。虚拟现实技术扩大和拉深了世界的维度和跨度，为体验者发挥充分的想象提供了土壤，有效地调动和刺激了用户的创造性和创新力，推动多形态的联想方式。

2基于虚拟现实技术的建筑施工进度仿真

2.1BIM4D虚拟技术施工模型

2.1.1BIM4D模型组织结构

平面格式转换为三维模型时，经常会发生丢失信息的情况。可视化管理是一种信息综合性集成平台，为防止三维模型中出现信息丢失的情况，利用外链数据库方式，使三维模型挂接属性数据。ODBC数据库驱动由可视化管理平台提供，该驱动与SQL语言相结合，完成信息与模型间的挂接。构建BIM4D模型管理施工进度的前提是将属性信息完整定义并添加。为了利用虚拟现实技术实现施工进度可视化，还需要将建筑施工进度信息与三维虚拟模型相关联，关联内容包括实际进度与计划进度。通过管理软件完成制定进度信息，将MPP和CSV等格式的进度文件导入到可视化管理平台中完成数据挂接。利用建筑施工进度信息和虚拟可视化模型互相之间的耦联关系，构建BIM4D虚拟建造分析模型。可视化管理平台与施工进度数据之间构建单向链接关系，以便建筑施工相关人员后续动态调整施工现场状况。

2.1.2建立BIM4D模型

构建建筑施工项目的三维模型。通常建筑施工项目与多个专业性内容相关，构建模型时过程较复杂，建模时需要使用数个建模软件同时综合进行。利TIL用CA软件对需要开挖回填和地形比较复杂的结构实行模型设计，能够确保模型整体精度；利用Revit软件对管线、设备、建筑物开展设计，确保高效率建模。将文件格式各不相同的模型，一起导入到可视化管理平台，完成各模型的集成。建模时还需要考虑施工进度信息和三维模型之间是否匹配，初始三维模型不符合施工模拟的基本要求，使用工作分解结构将建筑施工项目逐级分解，依据分解结果切块划分三维模型。以建筑给排水管道为例，最初管道是一个整体模型，将该模型实行切断划分，呈现多个等间距的洞体结构。综合考虑工程量、施工工期等多个因素，实行三维模型的切分，确保三维模型在切分之后仍旧能够与工作分解后的工作包实行挂接。

2.1.3进度实时仿真

仿真初始状态确定之前需要先确定建筑施工工程的实际进度，主要包括实际已完成的单位工序、实际完成的工程量以及目前工作量安排，这些进度会对后续工序的开工时间和后续施工工序造成影响。在仿真计算开展过程中，依据上文BIM4D虚拟技术构建的模型获得各项工程信息，对仿真施工的参数实行仿真。对设计施工参数和实际施工参数之间的偏差加以考虑，例如工程地质条件、施工设备配置方案是否发生变化、岩性条件出现变化导致施工方案的变化以及支护衬砌时间发生的变化。仿真分析时依据实际中出现变化以后的施工参数实行建筑施工进度实时仿真。考虑预测建筑施工进度的需求，执行仿真时保证能够从任何时刻开始或者停止。建筑施工进度实时仿真中，不但要分析当前进度偏差，还需要分析目前同等施工条件下，计划进度和进度发展趋势之间存在的偏差，比较计划进度和实时仿真预测进度，分析是否存在偏差。假如存在偏差，需要使用建筑施工进度优化方法控制进度，保证顺利完成技术施工进度，如果不存在偏差则按计划执行建筑施工进度。

3试验结果与分析结果

将某建筑施工工程作为研究对象，利用本文方法对其建筑施工进度实行仿真研究及进度优化。工程类型属于一等建筑工程，所使用蓄电装机规模为1250MW，整个抽水蓄能电站的主任务是为当地电力系统提升事故紧急备用、调频调向、调相、一级调峰填谷等服务。建筑施工原计划强度与使用本文方法仿真的建筑施工强度与经优化调整后的建筑施工强度之间的对比。从工程开始初期，开挖相关工作尚未开始，仅为开挖准备阶段，所以计划强度、仿真强度和优化进度后的强度值相近；工程中期，开挖量增大，计划强度已经不符合实际施工情况，因此另两种强度高于计划强度。假设工程开始一段时间之后，实际生产效率、资源实际进度定额与生产效率不发生变化的情况下，使用本文方法对剩余工程进度实行仿真。在工程开始初期，进度较慢，计划进度始终高于预测进度，当工期进行到175d时，预测进度与计划进度之间已经存在很大差距，使用本文方法仿真后的进度与计划进度基本拟合，说明本文方法仿真的建筑工程进度仿真结果准确性较高。

结束语

综上所述，将虚拟现实技术和建筑工程施工相结合，方便施工人员提前了解建筑最终建设成效的同时，也能及时发现不足之处，有利于提高施工效率，保质保量的完成建造任务。

参考文献

［1］陈宗基.虚拟原型技术及其应用[J].测控技术.1998(1):5-6.

[2]杨强.基于虚拟原型的产品建模与特征生成方法研究[J].计算机工程与科学,2002(3):109.

［3］李晓光，凤贝贝，孟文静，等.基于虚拟现实技术的高等教育发展［J］.南方农机，2020（17）：160-162.