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基于虛擬現實技術的智構3D管理系統

引言

建筑工業化在全球建筑業發展的潮流,建筑工業化的BIM及相關信息化技術是重要基礎,通過建筑工業化的BIM可以提高設計效率,在生產、運輸和安裝階段的BIM應用,隨著各企業和組織對此認識增長,將設計階段的BIM工作延伸到下游,為建筑工業化的BIM應用產生顯著的商業利潤和管理成本的優勢。預制混凝土PC構件作為建筑工業化的主要組成部分,對預制混凝土PC構件的全壽命周期內的信息管理與BIM結合提出新的要求。


本文介紹一種在建筑工業化BIM的框架下,基于虛擬現實技術,利用物聯網技術和移動互聯技術,對預制混凝土PC構件的信息進行三維可視化管理的方法,并在上海某項目中實施的簡介。


1、建筑工業化的信息化技術 BIM

在建筑工業化中,基于信息化、機械化和軟件技術的工藝和工具都具有很重要的位置,特別是建筑信息模型(簡稱 BIM)在建筑行業的得到廣泛的應用,BIM以三維數字技術,將集成的建筑工程項目各階段的相關信息通過三維可視化的方法體現,提高管理人員信息管理的效率。目前能夠支持建筑工業化應用的BIM軟件,主要有AutoCAD Architecture、Revit、TEKLA、ALLPLAN,它們都具有與其他軟件的信息交換的數據格式,方便將BIM數據的傳播。在建筑工業化的實施過程中,在項目會涉及各種產品和專業的工藝時,存在大量的信息數據,通過BIM的方法,對設計、生產、運輸、安裝和運維階段進行信息數據共享,在建筑工業化領域具有廣泛的應用價值。


2、預制混凝土 PC 構件的虛擬現實技術

虛擬現實技術是一門嶄新的綜合性信息技術。它融合了數字圖像處理、計算機圖形學、多媒體技術、傳感器技術等多個信息技術分支,其根據人類的視覺、聽覺的生理心理特點,由計算機產生逼真的三維立體圖像,使用者戴上頭盔顯示器和數據手套等交互設備,便可將自己置身于虛擬環境中,成為虛擬環境中的一員。使用者與虛擬環境中的各種對象的相互作用,就如同在現實世界中的一樣,一切感覺都是那么逼真,有一種身臨其境的感覺。虛擬現實系統中的人機交互是一種近乎自然的交互,使用者不僅可以利用電腦鍵盤、鼠標進行交互,而且能夠通過特殊頭盔、數據手套等傳感設備進行交互。使用者通過自身的語言、身體運動或動作等自然技能,就能對虛擬環境中的對象進行考察或操作,在軍事、醫學、設計、藝術、娛樂等多個領域都得到了廣泛的應用。


在土木工程中,長期以來人們不得不用抽象的概念表示非常豐富的內容,虛擬現實技術可以在其中得到廣泛應用。在虛擬現實技術在仿真建模中的應用、建筑CAD中的虛擬現實技術、建筑結構設計與施工過程的可視化計算、建筑設計與施工的先期技術成果演示和驗證技術等方面都在實踐中。


目前在實際工程項目中,基于虛擬現實的方法是指利用虛擬現實技術,在虛擬的環境中,建立周圍場景、結構構件等的三維CAD模型(虛擬模型),形成基于計算機的具有一定功能的仿真系統,讓系統中的模型具有動態性能,并對系統中的模型進行虛擬顯示,在人機交互的可視化環境中對工程進行管理。主要在針對設計階段和一部分施工過程模擬階段的使用,在工程項目管理中實際使用虛擬現實的技術的方法還很少見。


3、一種基于虛擬現實的3D管理系統

智構系統3D管理系統(簡稱 3D 系統)是基于虛擬現實技術整合BIM數據,將設計、生產、運輸、安裝和運維各階段的信息,在以建筑目標的BIM為基準,協同各階段的項目管理工作的平臺。


圖 3.1 預制外墻掛板構件實景圖


通過3D系統在上海某工程中對外墻掛板的信息管理工作,對3D系統的方法做相應介紹,圖3.1是工程完成后的實景圖,外立面采用預制外墻掛板。


3D系統利用設計階段所使用的BIM軟件,具有與其他軟件的信息交換的數據格式,通過3D系統BIM數據轉換步驟,將設計階段的BIM數據整合在3D系統中,圖3.2表示整合后的預制外墻掛板構件BIM數據的虛擬現實圖,與工程完成后的實景照片中顯示構件的信息是一致的。


圖 3.2 預制外墻掛板構件BIM數據的3D虛擬現實


3D 系統虛擬現實就是最終建筑完成的信息內容的三維模型顯示,作為信息管理各階段工作的入口和構件信息展示的窗口,是一個三維顯示和三維交互的界面。與虛擬現實的三維的交互是通過手勢和按鈕鍵操作,對三維模型進行各種角度和方向進行觀察,圖3.3表示在三維模型在不同視角下的三維模型的虛擬現實。


圖 3.3 三維模型不同角度下的虛擬現實


對預制混凝土PC構件的信息管理就通過上述虛擬現實的方法進行,在管理人員通過用戶名和密碼進入3D系統后,圖3.2和圖3.3顯示的虛擬現實界面就是用戶的三維交互的窗口,在工程項目實施過程中的預制混凝土PC構件的狀態及其所屬的信息階段,采用不同顏色標識,顏色表示的信息階段如下:


1) 狀態紅色:表示構件處于未安排生產計劃階段;

2) 狀態橙色:表示構件處于已安排生產計劃階段;

3) 狀態黃色:表示構件處于生產過程階段;

4) 狀態綠色:表示構件處于在工廠倉庫堆場階段;

5) 狀態青色:表示構件處于物流階段;

6) 狀態藍色:表示構件處于在現場堆場階段;

7) 狀態紫色:表示構件處于施工安裝完成階段。


管理人員通過觀察虛擬現實中的預制混凝土PC構件的不同顏色,快速掌握整個工程的預制構件相關信息,當需要詳細了解特定預制構件的信息時,對虛擬現實中的預制構件用手指點擊,虛擬現實的三維窗口會彈出信息框,在信息框內詳細表述其指定構件的信息的狀態,見圖3.4。


圖 3.4 虛擬現實中彈出特定預制構件的信息框


當預制混凝土PC構件處在工廠倉庫、物流中和現場堆場時的PC構件,在信息框內增加一項GIS地理信息,簡要顯示預制構件所處的位置信息,見圖3.5。對于工程中的預制混凝土PC構件數據管理和信息匯總可在信息框內中表示,見圖 3.6。


圖 3.5 PC 構件的位置信息


圖 3.6 PC 構件的信息匯總


3D系統的虛擬顯示和智構生產管理系統(圖3.7)相輔相成,兩個系統對于工程的數據庫是一致的,在任一系統中的管理的信息在兩個系統中都得到實時體現,都基于“智構云”平臺管理數據庫。通過智構生產管理系統將由生產、安裝人員將預制混凝土PC構件的數據進行錄入,3D系統進行虛擬現實,快速掌握信息。


在項目信息管理工作中,管理人員在某一階段通過對于操作人員可以通過智構掃描識別器掃描預埋在預制混凝土PC構件內的唯一性識別芯片后(圖3.8),在手機上顯示相應預制混凝土PC構件相應信息(圖3.10),包含圖紙文件(圖 3.11)和各階段驗收文件。管理人員只需對當前階段進行確認后,就完成信息的管理工作,可以上傳其管理工作的照片。同時對所有預制混凝土PC構件進行搜索(圖 3.9),對其在深化設計、生產、物流、安裝和竣工等各階段信息資料進行的實時查詢(圖 3.12)。


圖 3.7 系統登陸界面


圖 3.8 掃描芯片界面


圖 3.9 PC 構件表


圖 3.10 PC 構件的信息


圖 3.11 構件圖紙信息


圖 3.12 構件查詢信息


在項目的實施過程中采用3D系統和智構生產管理系統,對預制外墻掛板的信息進行管理,信息得到實時的傳遞,虛擬現實使整個預制外墻掛板的管理信息可視化,采用移動互聯技術,通過手機 App 軟件管理,管理人員隨時隨地掌握信息,提高管理的效率。


4、結論

1、建筑工業化的BIM信息技術可以為建筑虛擬現實提供基礎,預制混凝土PC構件的虛擬現實的使用具有可實施性。


2、基于虛擬現實的建筑工業化信息管理是操作過程簡便,減少管理人員的工作量,對預制混凝土PC構件的各階段信息的進行管理,保證建筑建造各階段的質量。


3、智構3D管理系統作為虛擬顯示、移動互聯App和信息管理工作相融合的平臺,其程序架構和流程布置完全符合預制混凝土PC構件的全生命周期的信息的需求,在實施中提高了管理的工作效率和準確性。


參考文獻:

[1]張菁.虛擬現實技術及應用[M].北京:清華大學出版社:2011

[2]BIM+引領 BIM 發展新方向[J] .中國勘察設計 2015 年 10 期

[3]工業化建筑評價標準裝 GB/T 51129-2015[M]


作者簡介:

1、宣景偉,男,高級工程師、注冊一級結構師,上海同凝節能科技有限公司總工程師 聯系電話:021 50425322  Email:[email protected]

2、蘇奇,男,高級工程師、國家一級建造師、注冊造價工程師,CCPA 預制構件分會副理事長,上海同凝節能科技有限公司總經理 聯系電話:02150425322 Email: [email protected]

3、王洪山,男,工程師,上海同凝節能科技有限公司4、施偉偉,男,工程師,上海同凝節能科技有限公司


來源:上海同凝節能科技有限公司

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