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虚拟现实技术在施工组织与管理中的应用

2011-6-17

来源:建筑时报

  当前,计算机技术与土木工程的结合日益密切,工程施工组织管理信息化程度取得显著提高,也正是在这种背景下,虚拟现实技术应运而生。

  一、虚拟现实技术在施工组织与管理中的应用

  1.在施工过程控制和管理中的应用

  土木建筑工程的施工控制和管理是复杂的、动态的、集成的,贯穿于每一个工程项目的全生命周期。尤其是现代的大型工程项目,工期长,工程量大。它涉及到各工种协调,大量资金和材料调度、施工机械、设备的管理。工程的进度、质量、成本以及合同、信息的管理如何有效实现,通常的工程经验和横道图、平面布置图是难以做到的。4D项目管理信息系统有效地整合整个工程项目的信息并加以集成,实现施工管理和控制的信息化、集成化、可视化和智能化。所谓4D模型是在建筑CAD三维(3D)模型的基础上,附加时间/成本因素,这个技术的合成不仅是一种可视的媒介,使用户看到物体变化过程的图形模拟,而且能对整个形象变化过程进行优化和控制。这样就有利于保障现场作业的安全;按时间模拟施工进度,可以对工期进行比较精确的计算和控制,有助于人、材、物的统筹和调度,实现了对建筑施工的交互式可视化和信息化管理。

  2.在施工方案的选择及优化中的应用

  合理选择施工方案是工程施工组织设计的核心,它包括确定施工流向和施工程序,选择施工方法和施工机械,安排施工顺序等。对于某些结构复杂、工程量大的工程而言,在施工方案的选择上有一定的难度,然而通过虚拟现实系统,可以对各分部工程的施工方案进行虚拟施工和演示,为施工方案的选择带来极大便利。

  二、工程实例分析

  1.工程概述

  该工程为某景区主体建筑——塔楼工程,建筑物总高147米,宽54米(裙房底盘宽253米)。总用地面积641653平方米,总建筑面积为76690平方米,其中地上为60225平方米,地下为16465平方米,夹层建筑面积29019平方米,塔底部为莲花台基,中部为双手合十的双塔建筑造型,塔楼部分地上11层、地下1层;裙楼地上1层(局部地上3层)、地下1层。就该工程整体而言,具有“难、高、紧”的特点。

  2.虚拟组织与管理

  (1)施工方案的选择及优化

  该工程分为基础地下室、主体结构及装饰装修三大部分,其中主塔工程部分由于结构新颖特殊,在施工顺序和方案的选择上最为复杂。通过虚拟施工工程,多次演示操作,最终确定合理的方案:在保证主塔进度的情况下,适当穿插裙楼施工,裙楼先施工二层以下,中间24米高的范围暂不施工,用作主塔吊装钢构、运输和堆放场地。在进度安排上,主塔混凝土的施工与钢骨施工保持2米高差。主塔施工54米高时,开始插入机电工程管线和设备施工;64米高时,开始穿插室内装修;74米高时,开始穿插外装修;主塔完工后,拆除塔吊,再进行24米裙楼施工。该方案的确定为工程在进度上缩减了大量时间,避免了设备的转运,从而为工程降低成本费用。

  (2)施工场地的平面布置

  传统的施工平面布置图,以图纸形式绘出,无法给人直观立体效果,即使采用3D效果图形式,当需要修改时,也不易及时反映场地布置的动态变化,此时的施工平面布局只能根据施工经验进行。

  在虚拟现实系统中,首先建立该工程所有地上地下已有和拟建建筑物、施工设备、各场地实体、临时设施、库房加工厂、管线道路等实体的3D模型,通过VRML(虚拟现实语言)赋予各3D实体动态属性,实现各对象的实时交互及随时间的动态变化,形成4D场地模型。在4D场地模型中,可以随时修改各实体的造型和位置。

  在系统中,通过建立统一实体属性数据库,存入各实体的位置坐标、存在时间及设备型号等信息,包括临时设施、材料堆放场地、材料加工区、仓库、生活学问区等设施实体的占地面积,能存放数量及其他各种信息。通过漫游虚拟场地,不仅可以直观地了解场地布置,通过鼠标放置看到各实体的相关信息,这在按规范布置场地时提供极大的方便,同时还可通过修改数据库的信息来更改不合理之处。系统还可根据存入数据库的规范信息和场地优化方案,协助组织人员确定更合理的场地位置、运输路线规划和运输方案。

  (3)施工工程的动态管理

  施工工程的管理是保证施工进度、工程质量、安全施工的根本,传统的管理主要依靠管理者的丰富经验,在材料、人力、设备的安排上依靠事先的施工组织设计,但这在施工中不一定能满足实际情况的需要,在工程未来风险上,也只能依靠管理者的经验性预测,对于安全隐患,更不能及时反映。

  在虚拟现实系统中,通过制定已进行多次方案优化、事先已确定的虚拟施工过程,并将其与进度计划同步链接。管理者可以随时观看任意时间应达到的施工进度情况,通过储存在数据库中的信息,能实时了解各施工设备、材料、场地情况的信息,以便提前准备相关材料和设施,及时而准确地控制施工进度。

  通过对未来状况的虚拟施工演示,可提前发现未来可能出现的施工问题和安全隐患,及时控制,以保证人员安全和避免不必要的损失。通过演示,还可发现施工方案的不足之处,以便进行修改,保证工程质量。

  通过该系统的虚拟施工演示,对施工人员进行虚拟培训,了解全工程情况,由于强大的交互性,还可参与虚拟施工,可大大增强施工人员的经验,提高工程效率。

  三、结语

  基于虚拟现实系统的施工组织与管理,通过建立虚拟模型和虚拟施工过程,可大大提高工程管理和施工的效率,保证进度的进展,节约成本,提高安全性,减少工程风险。随着技术的进一步发展,虚拟技术在土木工程中的应用将更加深入、普遍,必定会使传统的施工管理翻开新的一页。

  张萍 邱云(浙江绍兴)

 
 
 
 
 
 

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