當(dāng)前，計(jì)算機(jī)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(shí)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。
一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在施工組織與管理中的應(yīng)用
1.在施工過(guò)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(fù)雜的、動(dòng)態(tài)的、集成的，貫穿于每一個(gè)工程項(xiàng)目的全生命周期。尤其是現(xiàn)代的大型工程項(xiàng)目，工期長(zhǎng)，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(jī)械、設(shè)備的管理。工程的進(jìn)度、質(zhì)量、成本以及合同、信息的管理如何有效實(shí)現(xiàn)，通常的工程經(jīng)驗(yàn)和橫道圖、平面布置圖是難以做到的。4D項(xiàng)目管理信息系統(tǒng)有效地整合整個(gè)工程項(xiàng)目的信息并加以集成，實(shí)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(shí)間/成本因素，這個(gè)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(guò)程的圖形模擬，而且能對(duì)整個(gè)形象變化過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化和控制。這樣就有利于保障現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的安全；按時(shí)間模擬施工進(jìn)度，可以對(duì)工期進(jìn)行比較精確的計(jì)算和控制，有助于人、材、物的統(tǒng)籌和調(diào)度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)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(jì)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(jī)械，安排施工順序等。對(duì)于某些結(jié)構(gòu)復(fù)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(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，可以對(duì)各分部工程的施工方案進(jìn)行虛擬施工和演示，為施工方案的選擇帶來(lái)極大便利。
二、工程實(shí)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(pán)寬253米)?？傆玫孛娣e641653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(tái)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(diǎn)。
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(fù)雜。通過(guò)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(jìn)度的情況下，適當(dāng)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(yùn)輸和堆放場(chǎng)地。在進(jìn)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(shí)，開(kāi)始插入機(jī)電工程管線和設(shè)備施工；64米高時(shí)，開(kāi)始穿插室內(nèi)裝修；74米高時(shí)，開(kāi)始穿插外裝修；主塔完工后，拆除塔吊，再進(jìn)行24米裙樓施工。該方案的確定為工程在進(jìn)度上縮減了大量時(shí)間，避免了設(shè)備的轉(zhuǎn)運(yùn)，從而為工程降低成本費(fèi)用。
(2)施工場(chǎng)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(wú)法給人直觀立體效果，即使采用3D效果圖形式，當(dāng)需要修改時(shí)，也不易及時(shí)反映場(chǎng)地布置的動(dòng)態(tài)變化，此時(shí)的施工平面布局只能根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行。
在虛擬現(xiàn)實(shí)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(chǎng)地實(shí)體、臨時(shí)設(shè)施、庫(kù)房加工廠、管線道路等實(shí)體的3D模型，通過(guò)VRML(虛擬現(xiàn)實(shí)語(yǔ)言)賦予各3D實(shí)體動(dòng)態(tài)屬性，實(shí)現(xiàn)各對(duì)象的實(shí)時(shí)交互及隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化，形成4D場(chǎng)地模型。在4D場(chǎng)地模型中，可以隨時(shí)修改各實(shí)體的造型和位置。
在系統(tǒng)中，通過(guò)建立統(tǒng)一實(shí)體屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，存入各實(shí)體的位置坐標(biāo)、存在時(shí)間及設(shè)備型號(hào)等信息，包括臨時(shí)設(shè)施、材料堆放場(chǎng)地、材料加工區(qū)、倉(cāng)庫(kù)、生活文化區(qū)等設(shè)施實(shí)體的占地面積，能存放數(shù)量及其他各種信息。通過(guò)漫游虛擬場(chǎng)地，不僅可以直觀地了解場(chǎng)地布置，通過(guò)鼠標(biāo)放置看到各實(shí)體的相關(guān)信息，這在按規(guī)范布置場(chǎng)地時(shí)提供極大的方便，同時(shí)還可通過(guò)修改數(shù)據(jù)庫(kù)的信息來(lái)更改不合理之處。系統(tǒng)還可根據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)的規(guī)范信息和場(chǎng)地優(yōu)化方案，協(xié)助組織人員確定更合理的場(chǎng)地位置、運(yùn)輸路線規(guī)劃和運(yùn)輸方案。
(3)施工工程的動(dòng)態(tài)管理
施工工程的管理是保證施工進(jìn)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(yàn)，在材料、人力、設(shè)備的安排上依靠事先的施工組織設(shè)計(jì)，但這在施工中不一定能滿足實(shí)際情況的需要，在工程未來(lái)風(fēng)險(xiǎn)上，也只能依靠管理者的經(jīng)驗(yàn)性預(yù)測(cè)，對(duì)于安全隱患，更不能及時(shí)反映。
在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，通過(guò)制定已進(jìn)行多次方案優(yōu)化、事先已確定的虛擬施工過(guò)程，并將其與進(jìn)度計(jì)劃同步鏈接。管理者可以隨時(shí)觀看任意時(shí)間應(yīng)達(dá)到的施工進(jìn)度情況，通過(guò)儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息，能實(shí)時(shí)了解各施工設(shè)備、材料、場(chǎng)地情況的信息，以便提前準(zhǔn)備相關(guān)材料和設(shè)施，及時(shí)而準(zhǔn)確地控制施工進(jìn)度。
通過(guò)對(duì)未來(lái)狀況的虛擬施工演示，可提前發(fā)現(xiàn)未來(lái)可能出現(xiàn)的施工問(wèn)題和安全隱患，及時(shí)控制，以保證人員安全和避免不必要的損失。通過(guò)演示，還可發(fā)現(xiàn)施工方案的不足之處，以便進(jìn)行修改，保證工程質(zhì)量。
通過(guò)該系統(tǒng)的虛擬施工演示，對(duì)施工人員進(jìn)行虛擬培訓(xùn)，了解全工程情況，由于強(qiáng)大的交互性，還可參與虛擬施工，可大大增強(qiáng)施工人員的經(jīng)驗(yàn)，提高工程效率。
三、結(jié)語(yǔ)
基于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的施工組織與管理，通過(guò)建立虛擬模型和虛擬施工過(guò)程，可大大提高工程管理和施工的效率，保證進(jìn)度的進(jìn)展，節(jié)約成本，提高安全性，減少工程風(fēng)險(xiǎn)。隨著技術(shù)的進(jìn)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(huì)使傳統(tǒng)的施工管理翻開(kāi)新的一頁(yè)。（文/ 張萍 邱云）