三維建模與虛擬現(xiàn)實技術(shù)在交通設(shè)施作業(yè)安全培訓(xùn)中的應(yīng)用設(shè)計

張貽超

計算機輔助軟件教學(xué)一直是近年來土木學(xué)科教學(xué)中的一項專業(yè)課程，主要包括工程制圖專業(yè)軟件、各類建模軟件及設(shè)計分析軟件等。隨著建筑信息模型（BIM）技術(shù)的發(fā)展，部分國內(nèi)外高校將BIM技術(shù)引入工程制圖教學(xué)。此外，虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)也逐漸應(yīng)用于各類工程教學(xué)的場景模擬中，尤其是建筑、土木理論以及人車路相互作用的相關(guān)教學(xué)。本文闡述并分析了BIM及VR技術(shù)在土木領(lǐng)域教學(xué)中的應(yīng)用實踐，以交通基礎(chǔ)設(shè)施為對象進行了BIM及VR技術(shù)的安全培訓(xùn)模式設(shè)計。

一、引M及VR技術(shù)教學(xué)應(yīng)用現(xiàn)狀

建筑信息模型BIM（BuDding InformationModeling）技術(shù)以及這種特定的稱謂是在2002年由Autodesk公司率先提出，并逐漸得到世界建筑行業(yè)的普遍接受和認同。建造業(yè)的工程技術(shù)人員將BIM稱作是建筑、土木工程領(lǐng)域的一門通訊語言，作為一門溝通信息工程，相對于傳統(tǒng)的二維制圖，BIM技術(shù)具有信息完整、直觀及多維信息等優(yōu)勢。以色列理工學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)將BIM技術(shù)應(yīng)用于課堂教學(xué)對學(xué)生來說相對容易學(xué)習(xí)，且學(xué)生畢業(yè)后可以滿足BIM技術(shù)應(yīng)用于設(shè)計的時代要求。斯坦福大學(xué)學(xué)者將BIM項目管理技術(shù)引入教學(xué)，基發(fā)現(xiàn)該給予BIM的項目管理工具使得學(xué)生以結(jié)構(gòu)化的方式了解項目文件，從而幫助學(xué)生專注于更深入的項目計劃細節(jié)。南加州大學(xué)的學(xué)者則充分論證了BIM技術(shù)對于建筑工程管理專業(yè)學(xué)生教學(xué)的必要性。

VR技術(shù)從交通設(shè)施的成果展示、建模、人機交互以及大型結(jié)構(gòu)的直觀感知等多個角度應(yīng)用于土建工程的教學(xué)及培訓(xùn)輔助。虛擬現(xiàn)實（ VR）技術(shù)結(jié)合三維（3D）建模技術(shù)，為遠程教育、職業(yè)培訓(xùn)以及專業(yè)實踐提供了更多可能性，視覺交互及施工互動有助于理解不同的設(shè)計要素及功能，作業(yè)專業(yè)學(xué)習(xí)與實踐的有效支撐。虛擬現(xiàn)實技術(shù)還可以應(yīng)用于環(huán)境模擬試驗及互聯(lián)網(wǎng)遠程實驗室，改善工程學(xué)科的教學(xué)體驗。

二、用戶安全施工培訓(xùn)的三維交互式平臺設(shè)計

1）三維展示及瀏覽服務(wù)

進行多種方式的場景瀏覽，包括：運動物體、模擬汽車、飛機等。精確表現(xiàn)公路以及其他設(shè)備設(shè)施，實現(xiàn)多窗口聯(lián)動及多方案對比或影像對比。

2）三維空間分析服務(wù)

實現(xiàn)三維量算分析、兩點可視分析、扇面可視分析、剖面分析、挖填方分析、日照分析和定點觀察。

3）飛行路線服務(wù)

用戶自定義飛行路線或外部位置信號竇時驅(qū)動（如GPS等），實現(xiàn)人、車、船、飛機、迷你監(jiān)控等任意模型在場景中的沿線運動，并且可以在第一人稱、第三人稱、跟隨或自由四種模式隨意切換。

4）用戶數(shù)據(jù)添加服務(wù)

實現(xiàn)用戶自定義添加三維基礎(chǔ)模型以及數(shù)據(jù)層。

5）搜索服務(wù)

地圖搜索服務(wù)支持多種搜索類型，包括關(guān)鍵字搜索、視野內(nèi)搜索、周邊搜索、普通建議詞搜索、POI搜索、周邊搜索等。

6）路線規(guī)劃服務(wù)

路線規(guī)劃服務(wù)支持駕車路線查詢，可以根據(jù)輸入的起點、終點和途經(jīng)點（如果有）以及規(guī)劃方式查詢駕車路線，系統(tǒng)支持以下幾種方式的駕車路線查詢：最快路線、最短路線、避開高速、少步行。

7）中心點定位查詢服務(wù)

中心點定位查詢服務(wù)支持返回當前地圖范圍的中心點坐標信息。

8）地圖基本操作服務(wù)

對精細矢量二、三維電子地圖任意放大、縮小、移動、旋轉(zhuǎn)、測量，同時可以進行圖層控制。

9）交通安全場景模擬

交通安全場景模擬指的是模擬道路交通中與設(shè)施管理有關(guān)的交通安全管理內(nèi)同，包括施工推演、應(yīng)急預(yù)案等。施工推演利用三維地圖360度全方位展示的特點，實現(xiàn)現(xiàn)實中不同施工方案的真實再現(xiàn)，設(shè)計研究施工作業(yè)對于現(xiàn)有交通在實際場景中的影響并進行施工組織規(guī)劃。

三、總結(jié)與展望

BIM及VR技術(shù)應(yīng)用于交通基礎(chǔ)設(shè)施安全培訓(xùn)中，可以服務(wù)于多種不同的設(shè)施類型，面向不同的人群。基于互聯(lián)網(wǎng)的多維信息平臺可以同時滿足不同用戶的定制化需求。以平臺形式進行三維數(shù)據(jù)建設(shè)及平臺開發(fā)，不同類型的工程施工安全培訓(xùn)可以共享教學(xué)模塊與數(shù)據(jù)，并可以利用平臺接口開發(fā)適合于相應(yīng)案例的素材。