工程管理中的虚拟现实技术应用

随着我国经济的稳步增长和基础建设规模的加大，建设项目的规模越来越大，结构形式日益复杂，对工程项目管理的科学性、精确性要求越来越高。实现工程项目管理的信息化、智能化、可视化和集成化成为土木建筑工程项目管理现代化的要求和本领域的研究热点。虚拟现实技术(Virtual Reality，VR)是综合性与集成性极强的高新技术，多个领域都得到了广泛的应用，土木建筑工程的各个学科专业也不例外。工程项目管理作为土木建筑工程的新兴分支学科，贯穿整个建设项目的生命周期。从项目构思、规划、设计到项目立项、施工等，虚拟现实技术为工程项目管理提供了更有效、更直观、交互式的工程项目管理方法和途径。虚拟现实技术在工程项目管理中的应用主要有以下几个方面：1)建设项目经济评价与可行性研究中的应用；2)在房地产工程项目中的应用；3)在工程项目招标投标中的应用；4)在工程施工管理中的应用；5)在物业管理中的应用。 
一 在工程项目招标投标中的应用 
建筑业是我国的支柱产业，建筑市场的过度竞争已是长期的事实。现代建筑工程项目的运作，业主处于绝对有利的地位。在有限的时间内，如何使业主和评标的专家很好地了解投标文件的招投标文件的编制和被认可的程度直接关系到承包商有没有中标的机会。因此，承包商在注重投标文件的技术可行、报价合理的同时，也非常注重投标文件的包装。尤其是大型工程、国家重点工程和国际工程的招标投标，往往在项目企划阶段就已经开始这方面的运作。 
借助虚拟仿真系统，把不能预演的施工过程和方法表现出来，不仅节省了时间和建设投资，而且不用项目经理的现场答辩，方案的优劣就一目了然。这无疑大大增加了承包商中标的几率。 
二 在施工管理中的应用 
（一）在模拟施工过程和施工结构计算中的应用 
在实际工程施工中，复杂结构施工方案设计和施工结构计算是一个难度较大的问题，前者难点关键就在于施工现场的结构构件及机械设备间的空间关系的表达；后者在于施工结构在施工状态和荷载下的变形大于就位以后或结构成型以后。 
1 在模拟施工过程中的应用 
基于虚拟现实的复杂结构施工方案设计是指利用虚拟现实技术，在虚拟的环境中，建立周围场景、结构构件及机械设备等的三维CAD模型(虚拟模型)，形成基于计算机的具有一定功能的仿真系统，让系统中的模型具有动态性能，并对系统中的模型进行虚拟装配，根据虚拟装配的结果，在人机交互的可视化环境中对施工方案进行修改。复杂结构施工涉及的因素较多，起重机的布置位置、高度，缆风绳着力点的选择，构件堆场的位置，起重机的开行路线，构件起吊路线等，都是施工方案设计必须考虑的问题。若对这些问题考虑得不够，则工程施工的进度、成本等都会受到影响，甚至导致安全事故的发生。 
2 在施工结构计算中的应用 
建筑结构越来越复杂、新颖，施工的难度和要求也日益加大。超大混凝土的运输和浇筑、大体积混凝土的温度控制、超高层建筑的基础工程、模板工程、施工测量和垂直度控制、高层钢结构的制作与安装、超高脚手架工程、吊装机械与垂直运输等等，施工前要对施工方案进行复核、预演。 

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（二）在施工控制和管理中的应用 
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，甚至由一个项目产生一系列的企业，如三峡工程。它涉及到各工种协调、大量的资金和材料调度、施工机械和设备的管理。工程的进度、质量、成本以及合同、信息的管理如何有效实现，通常的工程经验和甘特图、平面布置图是难以作到的。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。4D理论是美国斯坦福大学CIFE于1996年首先提出的。国内的研究主要集中在清华大学研究组。4DSMM++模型(4DSite Management Model++)以工程结构分解WBS为核心，将进度计划、三维模型、资源管理、场地布置和成本分析等施工管理要素相结合，并在虚拟环境中引入时间信道，使得多点施工状态变得一目了然，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。系统主要建立3D模型库和Project、SQL的接口和集成，实现在WIN—DOWS平台下的运行。开发语言可以为面向对象的语言C++、Delphi等。4D工程项目管理系统的研究尚在起步阶段，它的成功实现和人工智能的突破是联系在一起的。 
三 在现代物业管理中的应用 
城市化进程和房地产业的迅猛发展带来了物业管理的兴起和繁荣，人们对居住社区的要求越来越高，居住社区的发展和建设呈现了如下特点：1)大型化，新建的很多社区，建设后居住人口规模都在几万甚至几十万以上；2)智能化，社区的功能扩展，逐步走向智能化管理；3)设施复杂化，社区内各种设施众多，地上地下设施复杂；4)园林化，社区绿化都比较讲究，超大型社区甚至还建有公园。现代居住社区的这些特点，使得物业管理工作内容多样化、复杂化，基于空间数据的管理内容增多，即管理工作很多时候要在图纸上进行，而查找图纸的繁杂和图纸内容表达的片面、陈旧难以满足人们对物业管理快速、实时性的要求。物业管理可视化、信息化是业主和从业人员的共同要求。 
虚拟现实技术是一项新兴的技术，建筑业是传统技术的行业，在当今高新技术时代应当接受高新技术的改造。当今的工程管理是全生命周期的，包括项目立项到工程的试运营，甚至全使用期的维护。虚拟现实技术在土木建筑工程管理的每个专业中都有着广阔的应用前景，虚拟建造、虚拟房地产和虚拟物业构建了工程项目管理的美好未来，是实现信息化、智能化、空间可视化、全生命周期的工程管理有效途径。实现从概念设计或工程可行性方案一建筑设计一结构设计一工程量清单一工程造价一施工方案选择的全程智能实现系统是广大工程设计人员和工程管理人员的共同理想。 
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