公路隧道施工質量監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)與應用技術研究

摘 要：論文應該采取將文字、圖片、視頻動畫等作為資料，將在現(xiàn)實中做工的過程為藍本的對現(xiàn)實虛擬化的技術，建立一個來自現(xiàn)實的環(huán)境卻又在現(xiàn)實環(huán)境之上的一個虛擬的平臺，涵蓋了相應的做工結構的設計、做工平面的安排、素材的預備、放線、質量驗收、安全管理、成本控制等。而結合人機交互建立的虛擬系統(tǒng)能夠有效的幫助學生深入學習和掌握在施工過程中所需要面臨的問題的知識點和技術問題。而且應該結合實景情況來證明這個系統(tǒng)的培訓效果和在現(xiàn)實中取景所得到的效果是一樣的。

關鍵詞：路橋工程；試驗檢測；虛擬仿真；開發(fā)；技術

中圖分類號：TP277

1 路橋工程試驗檢測虛擬仿真系統(tǒng)研究目的

1.1 路橋工程試驗檢測虛擬仿真系統(tǒng)概述

在我國每年都會建造很多的橋梁，這些橋梁樣式新潮、氣勢磅礴、各式各樣，不管是在難度較大的技術方面，我國橋梁建設技術水平已進入世界先進之列。相對于其它基礎措施，公路的成本高、投資大，并且在社會和世界上都有很大的影響力。想要驗證和鑒定新建橋梁工程質量最有效也是最干脆的方式和措施就是在工程施工完成時對那些樣式新潮、社會反響力較大、隱藏性較好的橋梁的橋基和預應力做負荷承載試驗，這樣也是為了充分的保障橋梁的質量。與此同時也是為了總結和累積設計和技術等各方面的經(jīng)驗，并且使橋梁從整體上有了很大的改變和提高，提供橋梁護理的科學根據(jù)。所以，橋梁的負荷承載試驗是一項相當緊要的并且有效的工作。

由于國家的經(jīng)濟的迅猛發(fā)展和人均生活水平的不斷提高，國家也越來越重視交通運輸方式和基礎設備的安全性。為了加強管理和為了能夠更好地融合國際化管理，所以我國從上個世紀末就開始全面的推出和實施了三項關于基礎設備的體制的改革，即實行“項目業(yè)主責任制”、“建設監(jiān)理制”和“招標投標制”進行招標投標、施工、監(jiān)理等工作，從而達到責任明確、公平競爭、嚴格管理、節(jié)約資金、確保質量的目的。所以這樣就要各施工部門、監(jiān)管部門以及業(yè)主部門采用好的監(jiān)管措施和監(jiān)管工具從而去提升監(jiān)管水平。

1.2 路橋工程試驗檢測虛擬仿真系統(tǒng)意義

本課題用正在建的受到國家十分重視的吉林松原路段的“大廣高速公路”的公路項目作為研究對象，在此路段中的北段的松肇高速公路是第一個在黑龍江和吉林省界的公路項目工程，在2008年9月16日已通車，而其中尚未完成的部分還正處于建設的初級階段項目則是我在“7918工程”規(guī)劃網(wǎng)中的一段從黑龍江大慶到廣東省廣州市的高速公路。大廣高速公路則是我國《國家高速公路網(wǎng)規(guī)劃》中的第五條縱向路線，是連接我國南北方向的一條十分關鍵的縱向路線，其軍事及社會經(jīng)濟意義十分重大。

該科研題目所運用的是和計算機和數(shù)據(jù)庫相關的一些高科技并且與實際的項目建設相聯(lián)合，對公路項目實施過程的一些檢測試驗和公路、橋梁的質量的檢測的一些記錄進行處理和保存，并且為了能夠更好地保障項目質量，對項目工程的實施現(xiàn)場和施工質量進行著實時動態(tài)監(jiān)管，而且采用非常先進的有3D效果的技術來檢測對施工現(xiàn)場和各項技術的完成情況是否符合樣板要求，并且可以在現(xiàn)場對完工的部分進行質量測評，還能夠很好的預測即將開始的下一步工作，而研發(fā)和運用公路施工建設的質量監(jiān)管系統(tǒng)的宗旨是：

本課題主要是傳感器采集試驗檢測數(shù)據(jù)采集與橋梁下部基礎隱蔽工程缺陷和橋梁上部預應力施工控制檢測的仿真研究，主要是橋梁無損檢測技術的仿真及其應用，無損檢測技術是一門新興的綜合性應用學科，在被檢測對象不被破壞的基礎上，且在運用材料本身的缺陷特性（即對光、熱、聲、電、磁等現(xiàn)象有所反映和變化），對橋梁的材料、零部件以及結構件的表面和內部缺陷進行測量，并對這些缺陷進行多方面的評價和判斷，包括其數(shù)量、位置、分布、形狀、類型、尺寸、性質、變化等方面。如今的無損檢測技術發(fā)展迅速，在原本的無損檢測技術的基礎上進行了改進，原來常用的一些方法有聲發(fā)射檢測、液體滲透檢測、射線探傷、磁粉檢測與漏磁檢測等，現(xiàn)今的新技術以紅外線、超聲波、激光等為基礎進行創(chuàng)新，有了紅外線熱波無損檢測、超聲相控陣技術、激光無損檢測、微波無損檢測等，同時這些新的技術已經(jīng)開始運用。

2 路橋工程試驗檢測虛擬仿真系統(tǒng)技術實現(xiàn)

該項目的意義在于充分利用我院的行業(yè)及人員技術優(yōu)勢，是“產(chǎn)”、“學”、“研”的完美結合，隨著國家經(jīng)濟和技術的快速發(fā)展，由于傳統(tǒng)的工作的管理受到了很大的影響，所以，擁有一套相對有科學性并且能夠高效的去來評定公路橋梁的質量的系統(tǒng)，并和計算機方面的技術相輔相成來檢測和評定公路橋梁的質量以及一些數(shù)據(jù)的處理和保存，實現(xiàn)現(xiàn)代化的項目工程質量監(jiān)管。

該虛擬實訓開發(fā)研究的實現(xiàn)與應用可以進一步加強公路工程技術專業(yè)的建設，推動我院在教學領域的虛擬技術方面的應用與開發(fā)研究。同時，該項技術的實現(xiàn)與技術接口表明，其可拓展性是相當強大的，例如，將來可以拓展到公路工程相關專業(yè)的實訓虛擬仿真系統(tǒng)中，如工程測量、是、公路工程施工技術等專業(yè)，通過仿真系統(tǒng)的建立節(jié)約大量購買儀器設備的經(jīng)費不足問題，是工程檢測學習以及實際檢測的必要的輔助手段之一，是一項具有重大現(xiàn)實意義的新課題。

現(xiàn)實運用價值：就目前我國的技術而言，在計算機方面的虛擬化現(xiàn)實和仿真技術是現(xiàn)在最為頂尖的技術，并且現(xiàn)在有不少的技術已經(jīng)運用在許多的實踐和建設規(guī)劃中，并在里面有著不可或缺的含義。而現(xiàn)在之所以大多數(shù)都以仿真系統(tǒng)作為前提運用虛擬現(xiàn)實，是因為虛擬現(xiàn)實和仿真技術在很多的方面都有著十分相似的地方。

因為公路工程的建設和監(jiān)管具有施工時間長、資金投入大、人力和物力多、牽涉的專業(yè)涵蓋廣和、對生態(tài)環(huán)境破壞大等特征，所以，這項工作是一項巨大而又繁瑣的系統(tǒng)工程。針對公路工程進行的各種前期實驗、檢測，傳統(tǒng)的方法是采用縮小比尺的物理實體模型，通過施加各種條件來模擬測試公路工程的各種設計、試驗檢測參數(shù)，這種方法雖然也很直觀，但存在實體模型一次成型后很難修改、占地面積大、浪費資源等缺點。傳統(tǒng)的二維的平面設計無法直觀清晰地顯示設計者的思想，因此對公路設計中的機電、施工、樞紐等方面的設計，設計者不能夠進行很好的徹底的具有針對性的交流，同時，在實際施工當中，影響了質量控制管理中的各項數(shù)據(jù)的準確度，對人工報表、手工編制和文檔傳遞等都有影響，這也就造成了現(xiàn)實中的技術要求不達標的現(xiàn)象。虛擬現(xiàn)實與仿真技術的產(chǎn)生和發(fā)展正好適應了這種客觀需要，在公路工程中具有廣闊的應用前景，它為解決上述問題開辟了新的途徑。主要表現(xiàn)在在計算機中真實地表現(xiàn)公路工程將要形成的整體面貌在虛擬環(huán)境中實現(xiàn)公路工程設計多專業(yè)的協(xié)調和聯(lián)合為工程完成后的運行管理提供了三維可視化的虛擬平臺來為公路工程的提供一個良好全面的設計、施工、質量監(jiān)控、教學研究、實訓等全方位仿真展示平臺，該實訓仿真系統(tǒng)可移植到公路工程的相關專業(yè)中。

將路橋工程試驗檢測技術與計算機虛擬仿真技術結合，開展虛擬實訓的開發(fā)研究，實現(xiàn)路橋專業(yè)與計算機技術的無縫銜接，可以在以下方面得到很好應用：

（1）提高教學、科研技術水平、改善實驗實訓環(huán)境。

（2）有利于解決道路與橋梁相關專業(yè)實訓設備缺乏以及實訓場地等問題，未來可以解決實訓設備型號落后、陳舊等問題，節(jié)省大量試驗檢測設備的資金。

（3）本課題的技術實現(xiàn)為其他專業(yè)課程實訓課程留有編程接口，其可移植和擴展功能非常強大，如將來的測量實訓虛擬仿真系統(tǒng)、橋涵水力水文實訓仿真系統(tǒng)、路橋施工技術虛擬仿真系統(tǒng)。因為虛擬培訓實踐的教學體制的建立的特征是投入資金較少、效果明顯，是高等職業(yè)學校用來教育和實訓學生所建設的新思路、新途徑、新方向。將公路工程相關專業(yè)的虛擬培訓和非虛擬培訓兩者有效的聯(lián)合起來，實現(xiàn)資金、資源、規(guī)模、結構、功能的最優(yōu)化配置，節(jié)約試驗檢測、測量等儀器等設備的資金投入，未來有著廣闊前景。

（4）隨著我國技術的不斷革新，虛擬現(xiàn)實技術因為作為一種新類型的教學方式而使教育界對其產(chǎn)生了的極大關注。并且隨著時間的推移，虛擬現(xiàn)實技術的軟件和硬件的制作成本也大幅度的下降。目前我國已有3～5萬元之間的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)問世。就目前形勢來看，在未來虛擬現(xiàn)實硬件的發(fā)展趨勢是性能將會更高，更穩(wěn)定，成本卻會下降。而且，現(xiàn)在存在著軟件的發(fā)展不能跟上硬件的發(fā)展的現(xiàn)象。但是，虛擬現(xiàn)實必然會在某一天完全滲透到我們的現(xiàn)實生活。

在21世紀，這個虛擬現(xiàn)實技術會廣泛運用的社會，虛擬現(xiàn)實教育應用會涉及許多問題，如虛擬現(xiàn)實教育應用的基礎理論、虛擬現(xiàn)實的教學模式和教學策略、學生在虛擬現(xiàn)實中會扮演什么角色、采用什么方法對學生進行控制、教學內容如何呈現(xiàn)、教師在虛擬現(xiàn)實中會起教師會扮演著一個怎樣的角色、發(fā)揮著怎樣的作用、怎樣對學生的學習和技能的運用進行指導而虛擬現(xiàn)實會在學生中又怎樣的影響等諸多問題，探究和解決這些問題對怎樣保障虛擬現(xiàn)實技術在教育上運用的效果有著很重要的影響。虛擬化現(xiàn)實技術的產(chǎn)生和在教育上的運用是一場跨時代的變革。教育工作者尤其是教育技術工作者應在這場變革中勇?lián)厝危瑸樘岣呓逃|量與教學效率，實現(xiàn)教育現(xiàn)代化服務。

3 結束語

在軟件資源和計算機硬件的集成技術的基礎上創(chuàng)建了虛擬現(xiàn)實仿真技術，讓用戶根據(jù)自己的感受在實時、三維的虛擬環(huán)境，通過傳感設備對虛擬環(huán)境中的物體進行實時操作和觀察，用戶可以通過這個虛擬環(huán)境獲得真實的感知，譬如視、聽、觸感等，對虛擬環(huán)境進行全身心的感受。因為在計算機的基礎上建立的，既可以說是虛構世界又可以說好是現(xiàn)實世界的另一種體現(xiàn)。因此虛擬環(huán)境是具有雙視點和實時這兩種特性的三維立體的視圖景象。

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作者簡介：張旭（1972.09-），吉林臨江人，副教授，主要從事道路與橋梁工程教研工作。

作者單位：吉林交通職業(yè)技術學院，長春 130012

基金項目：全國教育科學“十二五”規(guī)劃國家課題，課題名稱：虛擬現(xiàn)實技術在職業(yè)教育中的應用（項目編號：BCA11002）。