韓建英 曲輝輝

摘要：隨著我國社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，國內(nèi)的建筑信息化技術(shù)也取得了不菲的成績。如何高效解決建筑工程設(shè)計、施工、管理中存在的信息協(xié)調(diào)問題，是一個值得深入研究的課題。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一門嶄新的綜合性信息技術(shù)，它極大地推動了建筑行業(yè)的發(fā)展，因其特有的沉浸感、交互性和構(gòu)想性，在建筑工程表達方面有獨特的優(yōu)勢。本文介紹了虛擬現(xiàn)實技術(shù)的概念、特點及其優(yōu)勢，探討虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術(shù)；建筑工程；應(yīng)用

引言

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

一、虛擬現(xiàn)實技術(shù)及其特點

（一）虛擬現(xiàn)實技術(shù)簡介

虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VirtualReality，簡稱VR），是一種交互式視景仿真技術(shù)，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(shù)或人工環(huán)境[1]，主要是借助計算機技術(shù)的發(fā)展，融合數(shù)字圖像、傳感器技術(shù)等信息技術(shù)來模擬現(xiàn)實場景，通過人機交互，將一些非具體的、復雜的計算機數(shù)據(jù)采用虛擬的情景展現(xiàn)出來，為非專業(yè)人員所理解和接受。VR技術(shù)所生成的圖像或畫面是虛擬的，并非真實的實際環(huán)境，但通過人機交互進入VR界面時，在感官體驗上和現(xiàn)實環(huán)境類似。VR技術(shù)改變了傳統(tǒng)人與計算機之間單調(diào)的輸入輸出關(guān)系，將一個生硬的計算機界面變成為一個虛擬的現(xiàn)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(zhì)量的建筑工程作品都需要前期不斷修改和論證，而傳統(tǒng)的建筑設(shè)計圖紙往往需要經(jīng)過專業(yè)培訓的人員才能看懂，缺少一些其他非專業(yè)人員的參與，造成建筑完工后不同專業(yè)人員針對同一建筑物的感官體驗不一樣。

（二）虛擬現(xiàn)實技術(shù)特點

1.浸沒感

VR技術(shù)根據(jù)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(shè)備，使自己進入虛擬環(huán)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(shù)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)來模擬現(xiàn)實世界，體驗者通過自身感官系統(tǒng)，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(zhì)。

2.交互性

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的人機交互系統(tǒng)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(shù)據(jù)手套等設(shè)備進行交互。體驗者可以根據(jù)自身的動作，如向前、向后、左右轉(zhuǎn)、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(gòu)造、整體建筑結(jié)構(gòu)，還可以模擬建筑環(huán)境，并且可以做交流互動，模擬真實施工過程碰撞反應(yīng)。

3.構(gòu)想性

構(gòu)想性，是指VR技術(shù)不僅能模擬或再現(xiàn)現(xiàn)實世界，而且還能對建筑環(huán)境進行構(gòu)想和布局。VR的構(gòu)想性給人們帶來了很大的創(chuàng)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(tài)特征，通過虛擬的建筑環(huán)境，可以更好地對建筑整體進行認知，在此基礎(chǔ)上通過發(fā)散思維來考慮建筑工程設(shè)計，從而激發(fā)更多的靈感，產(chǎn)生更多更好的建筑作品。

二、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用分析

（一）防災(zāi)減災(zāi)

自古以來，人類就和火災(zāi)、大風、地震、暴雨等自然災(zāi)害進行著頑強的抗爭。由于自然災(zāi)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(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用，使科研人員能通過計算機模擬各種不同類型的災(zāi)害，研究自然災(zāi)害對不同結(jié)構(gòu)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(zāi)害帶來的損失降到最低。災(zāi)害仿真系統(tǒng)的研究是新興的研究方向。如火災(zāi)仿真系統(tǒng)，通過預(yù)存或用戶建立模型的方式，將房屋結(jié)構(gòu)、房屋形式、室內(nèi)布置、風向風力等參數(shù)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(shè)計人員進行防火設(shè)計提供了資料。

（二）結(jié)構(gòu)設(shè)計

當前，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員基本都依靠設(shè)計軟件完成設(shè)計，特別是大型結(jié)構(gòu)。在國內(nèi)流行的結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)計環(huán)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(shè)置荷載及參數(shù)和計算出圖。

虛擬現(xiàn)實的仿真技術(shù)主要應(yīng)用在三維模型的輸入和計算結(jié)果的輸出兩方面。其有以下幾方面的優(yōu)點：使設(shè)計人員更直觀地進行結(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)分析

以前，進行結(jié)構(gòu)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(tài)。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(xiàn)實技術(shù)，可以用原尺寸進行實驗，很方便地修改構(gòu)件尺寸、混凝土標號、外力大小等參數(shù)，任意更改輸入荷載等初始條件，節(jié)約了經(jīng)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(tài)系統(tǒng)，它通常包括立模、架設(shè)鋼筋、澆筑、振搗、拆模、養(yǎng)護等多道工序，而這些工序中涉及的因素繁多，其間關(guān)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(fā)現(xiàn)實際施工中存在的問題或可能出現(xiàn)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(guān)系由下而上，每一層按柱、梁、板的幾何形狀加以著色來實現(xiàn)對施工過程的模擬?，F(xiàn)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(xiàn)實技術(shù)在施工方面會有很好的發(fā)展前景。

結(jié)語

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一項新興的建筑信息化技術(shù)，符合建筑工程專業(yè)的時代發(fā)展進程，體現(xiàn)了建筑工程專業(yè)的時代特征，促進了建筑工程行業(yè)長遠發(fā)展。在建筑工程的設(shè)計、施工、管理等各個方面，虛擬現(xiàn)實技術(shù)有著廣闊的應(yīng)用前景，是實現(xiàn)建筑工程行業(yè)信息化，高速化發(fā)展的有效途徑。

參考文獻：

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