基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的智構(gòu)3D管理系統(tǒng)
引言 建筑工業(yè)化在全球建筑業(yè)發(fā)展的潮流,建筑工業(yè)化的BIM及相關(guān)信息化技術(shù)是重要基礎(chǔ),通過建筑工業(yè)化的BIM可以提高設(shè)計效率,在生產(chǎn)、運輸和安裝階段的BIM應(yīng)用,隨著各企業(yè)和組織對此認識增長,將設(shè)計階段的BIM工作延伸到下游,為建筑工業(yè)化的BIM應(yīng)用產(chǎn)生顯著的商業(yè)利潤和管理成本的優(yōu)勢。預(yù)制混凝土PC構(gòu)件作為建筑工業(yè)化的主要組成部分,對預(yù)制混凝土PC構(gòu)件的全壽命周期內(nèi)的信息管理與BIM結(jié)合提出新的要求。
本文介紹一種在建筑工業(yè)化BIM的框架下,基于虛擬現(xiàn)實技術(shù),利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和移動互聯(lián)技術(shù),對預(yù)制混凝土PC構(gòu)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(yè)化的信息化技術(shù) BIM 在建筑工業(yè)化中,基于信息化、機械化和軟件技術(shù)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(yè)的得到廣泛的應(yīng)用,BIM以三維數(shù)字技術(shù),將集成的建筑工程項目各階段的相關(guān)信息通過三維可視化的方法體現(xiàn),提高管理人員信息管理的效率。目前能夠支持建筑工業(yè)化應(yīng)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(shù)據(jù)格式,方便將BIM數(shù)據(jù)的傳播。在建筑工業(yè)化的實施過程中,在項目會涉及各種產(chǎn)品和專業(yè)的工藝時,存在大量的信息數(shù)據(jù),通過BIM的方法,對設(shè)計、生產(chǎn)、運輸、安裝和運維階段進行信息數(shù)據(jù)共享,在建筑工業(yè)化領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價值。
2、預(yù)制混凝土 PC 構(gòu)件的虛擬現(xiàn)實技術(shù) 虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一門嶄新的綜合性信息技術(shù)。它融合了數(shù)字圖像處理、計算機圖形學(xué)、多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)等多個信息技術(shù)分支,其根據(jù)人類的視覺、聽覺的生理心理特點,由計算機產(chǎn)生逼真的三維立體圖像,使用者戴上頭盔顯示器和數(shù)據(jù)手套等交互設(shè)備,便可將自己置身于虛擬環(huán)境中,成為虛擬環(huán)境中的一員。使用者與虛擬環(huán)境中的各種對象的相互作用,就如同在現(xiàn)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(xiàn)實系統(tǒng)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(shù)據(jù)手套等傳感設(shè)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(huán)境中的對象進行考察或操作,在軍事、醫(yī)學(xué)、設(shè)計、藝術(shù)、娛樂等多個領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)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(nèi)容,虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以在其中得到廣泛應(yīng)用。在虛擬現(xiàn)實技術(shù)在仿真建模中的應(yīng)用、建筑CAD中的虛擬現(xiàn)實技術(shù)、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工過程的可視化計算、建筑設(shè)計與施工的先期技術(shù)成果演示和驗證技術(shù)等方面都在實踐中。
目前在實際工程項目中,基于虛擬現(xiàn)實的方法是指利用虛擬現(xiàn)實技術(shù),在虛擬的環(huán)境中,建立周圍場景、結(jié)構(gòu)構(gòu)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(tǒng),讓系統(tǒng)中的模型具有動態(tài)性能,并對系統(tǒng)中的模型進行虛擬顯示,在人機交互的可視化環(huán)境中對工程進行管理。主要在針對設(shè)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(xiàn)實的技術(shù)的方法還很少見。
3、一種基于虛擬現(xiàn)實的3D管理系統(tǒng) 智構(gòu)系統(tǒng)3D管理系統(tǒng)(簡稱 3D 系統(tǒng))是基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)整合BIM數(shù)據(jù),將設(shè)計、生產(chǎn)、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(xié)同各階段的項目管理工作的平臺。
圖 3.1 預(yù)制外墻掛板構(gòu)件實景圖
通過3D系統(tǒng)在上海某工程中對外墻掛板的信息管理工作,對3D系統(tǒng)的方法做相應(yīng)介紹,圖3.1是工程完成后的實景圖,外立面采用預(yù)制外墻掛板。
3D系統(tǒng)利用設(shè)計階段所使用的BIM軟件,具有與其他軟件的信息交換的數(shù)據(jù)格式,通過3D系統(tǒng)BIM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換步驟,將設(shè)計階段的BIM數(shù)據(jù)整合在3D系統(tǒng)中,圖3.2表示整合后的預(yù)制外墻掛板構(gòu)件BIM數(shù)據(jù)的虛擬現(xiàn)實圖,與工程完成后的實景照片中顯示構(gòu)件的信息是一致的。
圖 3.2 預(yù)制外墻掛板構(gòu)件BIM數(shù)據(jù)的3D虛擬現(xiàn)實
3D 系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實就是最終建筑完成的信息內(nèi)容的三維模型顯示,作為信息管理各階段工作的入口和構(gòu)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(xiàn)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(xiàn)實。
圖 3.3 三維模型不同角度下的虛擬現(xiàn)實
對預(yù)制混凝土PC構(gòu)件的信息管理就通過上述虛擬現(xiàn)實的方法進行,在管理人員通過用戶名和密碼進入3D系統(tǒng)后,圖3.2和圖3.3顯示的虛擬現(xiàn)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(yù)制混凝土PC構(gòu)件的狀態(tài)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(tài)紅色:表示構(gòu)件處于未安排生產(chǎn)計劃階段; 2) 狀態(tài)橙色:表示構(gòu)件處于已安排生產(chǎn)計劃階段; 3) 狀態(tài)黃色:表示構(gòu)件處于生產(chǎn)過程階段; 4) 狀態(tài)綠色:表示構(gòu)件處于在工廠倉庫堆場階段; 5) 狀態(tài)青色:表示構(gòu)件處于物流階段; 6) 狀態(tài)藍色:表示構(gòu)件處于在現(xiàn)場堆場階段; 7) 狀態(tài)紫色:表示構(gòu)件處于施工安裝完成階段。
管理人員通過觀察虛擬現(xiàn)實中的預(yù)制混凝土PC構(gòu)件的不同顏色,快速掌握整個工程的預(yù)制構(gòu)件相關(guān)信息,當需要詳細了解特定預(yù)制構(gòu)件的信息時,對虛擬現(xiàn)實中的預(yù)制構(gòu)件用手指點擊,虛擬現(xiàn)實的三維窗口會彈出信息框,在信息框內(nèi)詳細表述其指定構(gòu)件的信息的狀態(tài),見圖3.4。
圖 3.4 虛擬現(xiàn)實中彈出特定預(yù)制構(gòu)件的信息框
當預(yù)制混凝土PC構(gòu)件處在工廠倉庫、物流中和現(xiàn)場堆場時的PC構(gòu)件,在信息框內(nèi)增加一項GIS地理信息,簡要顯示預(yù)制構(gòu)件所處的位置信息,見圖3.5。對于工程中的預(yù)制混凝土PC構(gòu)件數(shù)據(jù)管理和信息匯總可在信息框內(nèi)中表示,見圖 3.6。
圖 3.5 PC 構(gòu)件的位置信息
圖 3.6 PC 構(gòu)件的信息匯總
3D系統(tǒng)的虛擬顯示和智構(gòu)生產(chǎn)管理系統(tǒng)(圖3.7)相輔相成,兩個系統(tǒng)對于工程的數(shù)據(jù)庫是一致的,在任一系統(tǒng)中的管理的信息在兩個系統(tǒng)中都得到實時體現(xiàn),都基于“智構(gòu)云”平臺管理數(shù)據(jù)庫。通過智構(gòu)生產(chǎn)管理系統(tǒng)將由生產(chǎn)、安裝人員將預(yù)制混凝土PC構(gòu)件的數(shù)據(jù)進行錄入,3D系統(tǒng)進行虛擬現(xiàn)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(gòu)掃描識別器掃描預(yù)埋在預(yù)制混凝土PC構(gòu)件內(nèi)的唯一性識別芯片后(圖3.8),在手機上顯示相應(yīng)預(yù)制混凝土PC構(gòu)件相應(yīng)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(yù)制混凝土PC構(gòu)件進行搜索(圖 3.9),對其在深化設(shè)計、生產(chǎn)、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(tǒng)登陸界面
圖 3.8 掃描芯片界面
圖 3.9 PC 構(gòu)件表
圖 3.10 PC 構(gòu)件的信息
圖 3.11 構(gòu)件圖紙信息
圖 3.12 構(gòu)件查詢信息
在項目的實施過程中采用3D系統(tǒng)和智構(gòu)生產(chǎn)管理系統(tǒng),對預(yù)制外墻掛板的信息進行管理,信息得到實時的傳遞,虛擬現(xiàn)實使整個預(yù)制外墻掛板的管理信息可視化,采用移動互聯(lián)技術(shù),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(jié)論 1、建筑工業(yè)化的BIM信息技術(shù)可以為建筑虛擬現(xiàn)實提供基礎(chǔ),預(yù)制混凝土PC構(gòu)件的虛擬現(xiàn)實的使用具有可實施性。
2、基于虛擬現(xiàn)實的建筑工業(yè)化信息管理是操作過程簡便,減少管理人員的工作量,對預(yù)制混凝土PC構(gòu)件的各階段信息的進行管理,保證建筑建造各階段的質(zhì)量。
3、智構(gòu)3D管理系統(tǒng)作為虛擬顯示、移動互聯(lián)App和信息管理工作相融合的平臺,其程序架構(gòu)和流程布置完全符合預(yù)制混凝土PC構(gòu)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(xiàn)實技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社:2011 [2]BIM+引領(lǐng) BIM 發(fā)展新方向[J] .中國勘察設(shè)計 2015 年 10 期 [3]工業(yè)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(jié)構(gòu)師,上海同凝節(jié)能科技有限公司總工程師 聯(lián)系電話:021 50425322 Email:tonni_xuan@126.com 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(yù)制構(gòu)件分會副理事長,上海同凝節(jié)能科技有限公司總經(jīng)理 聯(lián)系電話:02150425322 Email: suqi@tonni.com.cn 3、王洪山,男,工程師,上海同凝節(jié)能科技有限公司4、施偉偉,男,工程師,上海同凝節(jié)能科技有限公司
來源:上海同凝節(jié)能科技有限公司 |
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