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虛擬現(xiàn)實技術(shù)在施工組織與管理中的應(yīng)用

作者:張萍 邱云來源:中國建筑業(yè)協(xié)會發(fā)布日期:2011/7/5 17:42:43瀏覽次數(shù):7601

  當前,計算機技術(shù)與土木工程的結(jié)合日益密切,工程施工組織管理信息化程度取得顯著提高,也正是在這種背景下,虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)運而生。

  一、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在施工組織與管理中的應(yīng)用

  1.在施工過程控制和管理中的應(yīng)用

  土木建筑工程的施工控制和管理是復雜的、動態(tài)的、集成的,貫穿于每一個工程項目的全生命周期。尤其是現(xiàn)代的大型工程項目,工期長,工程量大。它涉及到各工種協(xié)調(diào),大量資金和材料調(diào)度、施工機械、設(shè)備的管理。工程的進度、質(zhì)量、成本以及合同、信息的管理如何有效實現(xiàn),通常的工程經(jīng)驗和橫道圖、平面布置圖是難以做到的。4D項目管理信息系統(tǒng)有效地整合整個工程項目的信息并加以集成,實現(xiàn)施工管理和控制的信息化、集成化、可視化和智能化。所謂4D模型是在建筑CAD三維(3D)模型的基礎(chǔ)上,附加時間/成本因素,這個技術(shù)的合成不僅是一種可視的媒介,使用戶看到物體變化過程的圖形模擬,而且能對整個形象變化過程進行優(yōu)化和控制。這樣就有利于保障現(xiàn)場作業(yè)的安全;按時間模擬施工進度,可以對工期進行比較精確的計算和控制,有助于人、材、物的統(tǒng)籌和調(diào)度,實現(xiàn)了對建筑施工的交互式可視化和信息化管理。

  2.在施工方案的選擇及優(yōu)化中的應(yīng)用

  合理選擇施工方案是工程施工組織設(shè)計的核心,它包括確定施工流向和施工程序,選擇施工方法和施工機械,安排施工順序等。對于某些結(jié)構(gòu)復雜、工程量大的工程而言,在施工方案的選擇上有一定的難度,然而通過虛擬現(xiàn)實系統(tǒng),可以對各分部工程的施工方案進行虛擬施工和演示,為施工方案的選擇帶來極大便利。

  二、工程實例分析

  1.工程概況

  該工程為某景區(qū)主體建筑——塔樓工程,建筑物總高147米,寬54米(裙房底盤寬253米)。總用地面積641653平方米,總建筑面積為76690平方米,其中地上為60225平方米,地下為16465平方米,夾層建筑面積29019平方米,塔底部為蓮花臺基,中部為雙手合十的雙塔建筑造型,塔樓部分地上11層、地下1層;裙樓地上1層(局部地上3層)、地下1層。就該工程整體而言,具有“難、高、緊”的特點。

  2.虛擬組織與管理

  (1)施工方案的選擇及優(yōu)化

  該工程分為基礎(chǔ)地下室、主體結(jié)構(gòu)及裝飾裝修三大部分,其中主塔工程部分由于結(jié)構(gòu)新穎特殊,在施工順序和方案的選擇上最為復雜。通過虛擬施工工程,多次演示操作,最終確定合理的方案:在保證主塔進度的情況下,適當穿插裙樓施工,裙樓先施工二層以下,中間24米高的范圍暫不施工,用作主塔吊裝鋼構(gòu)、運輸和堆放場地。在進度安排上,主塔混凝土的施工與鋼骨施工保持2米高差。主塔施工54米高時,開始插入機電工程管線和設(shè)備施工;64米高時,開始穿插室內(nèi)裝修;74米高時,開始穿插外裝修;主塔完工后,拆除塔吊,再進行24米裙樓施工。該方案的確定為工程在進度上縮減了大量時間,避免了設(shè)備的轉(zhuǎn)運,從而為工程降低成本費用。

  (2)施工場地的平面布置

  傳統(tǒng)的施工平面布置圖,以圖紙形式繪出,無法給人直觀立體效果,即使采用3D效果圖形式,當需要修改時,也不易及時反映場地布置的動態(tài)變化,此時的施工平面布局只能根據(jù)施工經(jīng)驗進行。

  在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中,首先建立該工程所有地上地下已有和擬建建筑物、施工設(shè)備、各場地實體、臨時設(shè)施、庫房加工廠、管線道路等實體的3D模型,通過VRML(虛擬現(xiàn)實語言)賦予各3D實體動態(tài)屬性,實現(xiàn)各對象的實時交互及隨時間的動態(tài)變化,形成4D場地模型。在4D場地模型中,可以隨時修改各實體的造型和位置。

  在系統(tǒng)中,通過建立統(tǒng)一實體屬性數(shù)據(jù)庫,存入各實體的位置坐標、存在時間及設(shè)備型號等信息,包括臨時設(shè)施、材料堆放場地、材料加工區(qū)、倉庫、生活文化區(qū)等設(shè)施實體的占地面積,能存放數(shù)量及其他各種信息。通過漫游虛擬場地,不僅可以直觀地了解場地布置,通過鼠標放置看到各實體的相關(guān)信息,這在按規(guī)范布置場地時提供極大的方便,同時還可通過修改數(shù)據(jù)庫的信息來更改不合理之處。系統(tǒng)還可根據(jù)存入數(shù)據(jù)庫的規(guī)范信息和場地優(yōu)化方案,協(xié)助組織人員確定更合理的場地位置、運輸路線規(guī)劃和運輸方案。

  (3)施工工程的動態(tài)管理

  施工工程的管理是保證施工進度、工程質(zhì)量、安全施工的根本,傳統(tǒng)的管理主要依靠管理者的豐富經(jīng)驗,在材料、人力、設(shè)備的安排上依靠事先的施工組織設(shè)計,但這在施工中不一定能滿足實際情況的需要,在工程未來風險上,也只能依靠管理者的經(jīng)驗性預測,對于安全隱患,更不能及時反映。

  在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中,通過制定已進行多次方案優(yōu)化、事先已確定的虛擬施工過程,并將其與進度計劃同步鏈接。管理者可以隨時觀看任意時間應(yīng)達到的施工進度情況,通過儲存在數(shù)據(jù)庫中的信息,能實時了解各施工設(shè)備、材料、場地情況的信息,以便提前準備相關(guān)材料和設(shè)施,及時而準確地控制施工進度。

  通過對未來狀況的虛擬施工演示,可提前發(fā)現(xiàn)未來可能出現(xiàn)的施工問題和安全隱患,及時控制,以保證人員安全和避免不必要的損失。通過演示,還可發(fā)現(xiàn)施工方案的不足之處,以便進行修改,保證工程質(zhì)量。

  通過該系統(tǒng)的虛擬施工演示,對施工人員進行虛擬培訓,了解全工程情況,由于強大的交互性,還可參與虛擬施工,可大大增強施工人員的經(jīng)驗,提高工程效率。

  三、結(jié)語

  基于虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的施工組織與管理,通過建立虛擬模型和虛擬施工過程,可大大提高工程管理和施工的效率,保證進度的進展,節(jié)約成本,提高安全性,減少工程風險。隨著技術(shù)的進一步發(fā)展,虛擬技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用將更加深入、普遍,必定會使傳統(tǒng)的施工管理翻開新的一頁。

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