浅析建筑工程项目安全管理中虚拟现实技术的应用__期刊目录网,论文

所属栏目：推荐论文 发布时间：2011-02-25浏览量:59 　　

副标题#e#摘要：虚拟现实技术是一种集合于人工智能、计算机图形学、人机接口、多媒体、计算机网络及电子、机械、视听等多种技术为一体高新技术，被广泛的应用于安全工程中，特别是建筑项目安全管理中被采用的比较多，文章以此技术在建筑安全管理中的应用为研究对象，在简要介绍虚拟现实技术基础上，对目前建筑工程项目安全管理中虚拟现实技术的应用情况进行分析。
　　关键词：建筑工程项目安全管理虚拟现实技术
　　随着社会生活水平及人们认识的不断提高，人们对建筑安全越来越关注，居住者往往对自己住处的一个重要要求就是安全，所以在现代建筑设计中，建筑安全也是设计过程中的一个必要要素，其设计质量的好坏也是评价建筑质量的重要标准。虚拟现实技术是建筑安全管理过程中的一项先进技术，它能够模拟真实环境的系统来辅助人员感受这种环境。并实践应用于建筑安全管理中，因为虚拟现实技术发展的发展历史比较暂短，所以对其简单的介绍和了解一个必要过程。
　　1虚拟现实技术介绍
　　1.1虚拟现实的概念
　　虚拟现实，也称虚拟实境或灵境，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统，它利用计算机技术生成一个逼真的、具有视、听、触等多种感知的虚拟环境，用户通过使用各种交互设备，同虚拟环境中的实体相互作用，使之产生身临其境感觉的交互式视景仿真和信息交流，是一种先进的数字化人机接口技术。与传统的模拟技术相比，其主要特征是：操作者能够真正进入一个由计算机生成的交互式三维虚拟环境中，与之产生互动，进行交流。通过参与者与仿真环境的相互作用，并借助人本身对所接触事物的感知和认知能力，帮助启发参与者的思维，以全方位地获取虚拟环境所蕴涵的各种空间信息和逻辑信息。沉浸临场感和实时交互性是虚拟现实的实质性特征．对时空环境的现实构想是虚拟现实的最终目的。
　　1.2虚拟现实的主要特征
　　①沉浸性。它要求计算机所创造的虚拟环境能使计算机操作人员有“身临其境”的感觉。使操作人员相信在虚拟境界中人也是确实存在的，而且在操作过程中他可以自始至终地发挥作用，就像真正面对客观现实世界一样。
　　②交互性。它是指操作者与虚拟境界中所遇到的各种对象的相互作用的能力，这种交互是三维的，用户是交互作用的主体。与虚拟客体间可进行多行为的交谈。通过虚拟现实向使用者提供的交互机制，使用者的输入可使呈现的界面发生相应的变化，这一变化将给使用者的感觉产生新的内容；后者导致使用者又做出新的输入，使虚拟环境再次发生变化；以上交互过程反复进行，直至使用者感觉到所处的虚拟环境满意为止。
　　③自主性。它要求用户能以客观世界的实际动作或以人类熟悉的方式来操作虚拟系统，让用户感觉到他面对的是一个真实的世界。并且虚拟环境中物体应依据物理定律动作。
　　④多感知性。除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知，甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。理想的虚拟现实技术应该具有人的一切感知功能。由于传感器技术的限制，目前虚拟现实技术所能提供的感知功能仅限于视觉、听觉、力觉、触觉等。
　　1.3典型的虚拟现实系统的构成
　　①效果发生器。效果发生器是完成人与虚拟环境交互的硬件接口装置，包括人们产生现实沉浸感受到的各类输出装置，例如头盔显示器、立体声耳机；还包括能测定视线方向和手指动作的输入装置，例如头部方位探测器和数据手套等。
　　②实景仿真器。实景仿真器是虚拟现实系统的核心部分，它实际上是计算机软硬件系统，包括的软件开发工具及配套硬件组成。其任务是接受和发送效果发生器产生或接收的信号。
　　③应用系统。应用系统是面向不同虚拟过程的软件部分，它描述虚拟的具体内容，包括仿真动态逻辑、结构，以及仿真对#p#副标题#e#象及之间和仿真对象与用户之间交互关系。
　　④几何构造系统。它提供描述仿真对象物理属性，例如形状、外观、颜色、位置等信息，应用系统在生成虚拟世界时，需要这些信息。如图1所示，就是一个典型的建筑工程中虚拟现实系统。
　　
　　图1典型虚拟现实系统结构图
　　1.4虚拟现实与建筑业
　　在建筑领域，可用它实现工业与民用建筑物虚拟仿真，一个具体的建筑物一次性仿真，可细到水龙头、电灯开关、门把手等。还可以用它设计各种建筑产品和施工设备，对施工工程的方案比较和优化大有裨益。在对于大型项目的规划、评估上的前景更是令人振奋。例如：一个大型智能社区的投建、工程的优化施工、大型电力设备的设计、检修和El常维护，直到操作人员的培训等等用虚拟现实技术实现全方位仿真，将对业主、设计单位、施工单位以及小区物业的管理和控制带来前所未有的便利。
　　2建筑工程安全管理中虚拟现实技术应用
　　2.1建筑工程安全的预防
　　建筑施工现场的安全事故主要有以下几种：高处坠落，触电事故，物体打击，机械伤害，坍塌，中毒。主要原因如下：①建筑施工从业人员素质不高。②建筑安全法制不健全，执法不利。③建筑市场秩序混乱。施工单位越级承包工程，一个项目有多个分包商。④违反安全操作规程。⑤施工机具质量不合格。⑥防护设施不齐全。由于问题多样原因多种，因此在实际施工中，防止安全事故发生异常难料。利用虚拟现实系统，可以在虚拟现实的环境中模拟各种事故发生过程及可能造成的后果比如高空落物问题，我们可以在虚拟现实中模拟其下落的情况，包括其下落过程中的风速、方向、遇到阻碍时轨道的变化等，甚至是被碰撞物的运动轨迹，以及碰撞造成的不同的危害；对于各种安全防护网的架设材料、高度、连接方式等。都可以通过在虚拟现实系统中的各种测试来完成，而不用通过真实的物体去测试，根据模拟结果，施工方可以采取相应措施预防和制止这些事故。
　　2.2建筑工程安全事项的解决
　　尽管在施工前以及施工中，施工方想到了许多预防事故的事项，然而在现实中总有百密一疏，危险总是不可避免，这时我们可以在施工过程中借助虚拟现实系统真实再现客观环境。对于施工中坍塌事故。是很难提前做出判断的，我们通过虚拟现实技术将施工进程进行模拟，设计出各种可能发生的危险，并对其危险程度、应急处置顺序、人员安全庇护等做出反应。当工程施工中一旦出现可能发生的坍塌事故，系统首先做出警示，如根据等级出现坍塌模拟、建筑物损坏、危险警告信号等，同时启动相应的预案、各级防护措施生效，人员撤离路线指引，以及各种求生方式的成功率。
　　2.3建筑工程安全事故的分析
　　对于已经发生的事故．我们不仅要吸取教训，更要知道为什么会发生这样的事故，并由此来采取措施进一步防范，这就是所谓的安全事故事后分析。以往的情况大多是听施工现场工人的叙述，或是一些专家结合现场进行分析，现在我们完全可以通过施工过程中我们建立的模型来重演这起事故，因而分析的现象更加直观、数据更加准确、原因更加具体，因此我们说虚拟现实技术在处理复杂的安全事故时更加符合实际，而且正确的分析事故原因对预防和杜绝事故有重大的意义。
　　2.4建筑工程安全方案的评估
　　尽管施工方在投标中、施工前都对施工过程的安全方案给出了详尽的设计，但是哪个方案是有效的、最经济的、最有利于工程进度的才是我们要选的。我们将各种安全方案进行建模，对各相关键数据进行监测，模拟坠落、坍塌、火灾、触电等危险事故通过综合评价给出安全指标，结合工程计价算量软件估算出该安全方案所需的资金，评价出一个理想的投资金额，结合安全方案模拟工程施工进度，评价该方案是否有利于工程进度，利用以上方法选出最优安全方案。
　#p#副标题#e#　2.5建筑工程安全人员培训
　　我国目前从事各种建筑施工的人员大多是民工。他们没有接受过正规的专业教育和培训，缺乏应有的安全知识，安全意识淡薄。利用虚拟现实进行施工安全培训是一种非常理想的培训方式，其优越性主要体现在以下几个方面：①虚拟现实是完全交互的。在虚拟环境中可由操作人员决定下一步做什么、如何做、可重复做，虚拟现实不强调参与者的经验和理论知识，在有经验施工人员的参与下，可向缺乏经验的人员提供安全管理的经验，在先期虚拟环境中认识、学习，验证大型、复杂结构的施工组织和管理；②参与者和虚拟现实交互式活动的方式和参与者在现实世界中的方式是完全相同的，虚拟现实中的任何事物都很容易被参与者接受和理解，参与者不必具备任何操作计算机的技巧，使培训的覆盖面可包括所有的施工人员，可满足标准化安全管理体系提出的“全员参与”的要求。
　　3结语
　　    由于虚拟现实技术与建筑安全管理结合的比较晚，在应用与技术方面存在着诸多的问题，表现的不够成熟，所以文章只是简要的分析其在建筑安全管理中的应用。对于建筑项目安全工程中的危险预防、事项解决、事故分析、方案评价、安全培训等几个方面稍作分析。随着计算机技术、建筑科学以及虚拟现实技术的发展，虚拟现实技术与建筑项目安全管理将不断走向融合。
　　参考文献：
　　[1]戚宣丛,夏征义,汪箭,等.虚拟现实技术在安全工程中的应用[J].中国安全科学学报,1999,(12).
　　[2]胡小强.虚拟现实技术与应用[M].北京:高等教育出版社,2004.