虚拟现实技术在施工组织与管理中的应用

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.工程概况

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、生活文化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。