基于MR技術(shù)的建筑施工頭盔的研發(fā)與應(yīng)用

戴文滔　郭秀娟　郭正堯　曹福強(qiáng)　佟勝偉　彭相澍

【摘要】隨著中國社會的高速發(fā)展，建筑行業(yè)對國民經(jīng)濟(jì)的作用仍日益突出，但由于過去行業(yè)發(fā)展受限，建筑行業(yè)存在諸多陋習(xí)及弊端，導(dǎo)致中國城市的城市化率受限，而如何巧妙地利用MR技術(shù)使中國城市朝精細(xì)化和差異化方向發(fā)展，提升中國城市的整體質(zhì)量，推動整個(gè)社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，已成為一種極為重要的課題。

【關(guān)鍵詞】MR技術(shù) 建筑行業(yè) 數(shù)據(jù)庫

一、引言

針對國內(nèi)建筑行業(yè)的研究分析，中國正經(jīng)歷由城市化率低到城市化率高的重要階段，由于過去建筑開放式發(fā)展，建筑行業(yè)暴露了在材料配置、生產(chǎn)周期、人員配置和項(xiàng)目信息交互等方面的問題，導(dǎo)致了一些豆腐渣工程的產(chǎn)生。故精細(xì)化和差異化發(fā)展必是中國建筑行業(yè)今后的發(fā)展方向，建筑行業(yè)必將注入新血液，而MR技術(shù)的產(chǎn)生為建筑施工提供良好的技術(shù)支持，利用云平臺將對材料、周期、人員和信息交互等進(jìn)行合理調(diào)配，推動建筑行業(yè)的極速發(fā)展。

二、系統(tǒng)的研究目的

1、MR技術(shù)的興起

MR技術(shù)（混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)）是一種通過引入現(xiàn)實(shí)場景的數(shù)據(jù)信息，將虛擬場景成為可視化的技術(shù)，其英文全稱為Mixed Reality，是由“智能硬件之父”的多倫多大學(xué)教授Steve Mann提出的介導(dǎo)現(xiàn)實(shí)。該技術(shù)結(jié)合了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步強(qiáng)化升級，將現(xiàn)實(shí)世界、虛擬世界和用戶三者構(gòu)成一條交互信息的反饋回路，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)資源真實(shí)化，提升數(shù)據(jù)信息的交互性，極大地增強(qiáng)用戶的整體體驗(yàn)效果，擁有AR和VR技術(shù)不可比擬的優(yōu)勢。

2、系統(tǒng)解決的問題

基于國內(nèi)建筑行業(yè)領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展，本項(xiàng)目結(jié)合MR技術(shù)的可視化和交互性特點(diǎn)，為建筑施工工程建設(shè)實(shí)施階段提供良好的技術(shù)支持，推動國民經(jīng)濟(jì)的極速發(fā)展，針對生產(chǎn)成本、生產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)周期及生產(chǎn)管理水平這三個(gè)方面，提出并解決以下主要問題：

（1）建筑施工工程項(xiàng)目生產(chǎn)周期不合理，進(jìn)度較慢及質(zhì)量較差問題，進(jìn)而導(dǎo)致工程延期及預(yù)算增大;

（2）建筑施工工程項(xiàng)目的預(yù)期投入的最高人數(shù)和平均人數(shù)，及其人員配置問題;

（3）建筑施工工程項(xiàng)目的材料供應(yīng)不合理，機(jī)械設(shè)備供應(yīng)不齊全問題;

（4）建筑施工工程項(xiàng)目的網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)缺乏，計(jì)算機(jī)技術(shù)薄弱而導(dǎo)致的資源分配不合理及浪費(fèi);

（5）建筑施工工程項(xiàng)目信息交互不全面性及交流不及時(shí)性;

三、系統(tǒng)的技術(shù)支持

1、系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

本系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，應(yīng)用熟練的軟件開發(fā)語言如NET或者JAVA，以及軟件開發(fā)環(huán)境如.python、VB等開發(fā)出一套基于BIM三維設(shè)計(jì)的軟件，可通過互聯(lián)網(wǎng)與云平臺進(jìn)行信息交互，進(jìn)而完善三維信息的架構(gòu)，獲得建筑信息的匹配，并且熟練應(yīng)用數(shù)據(jù)庫開發(fā)語言例如SQL、T-SQL等完成大數(shù)據(jù)庫的基本框架，獲得大數(shù)據(jù)的自我豐富和升級，其旨在如何調(diào)配三者之間關(guān)系，形成完整的混合現(xiàn)實(shí)應(yīng)用系統(tǒng)。

系統(tǒng)的用戶體驗(yàn)

為方便用戶體驗(yàn)流程的介紹，現(xiàn)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架和軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)，針對施工團(tuán)隊(duì)以及項(xiàng)目管理人員的職能，進(jìn)行基于MR技術(shù)的建筑施工頭盔的制作，并在虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試，將數(shù)據(jù)庫和現(xiàn)場施工環(huán)境進(jìn)行調(diào)配，使其性能達(dá)到最佳。

用AutoCad軟件進(jìn)行繪制系統(tǒng)流程圖如下：

如上圖所示，用戶可以通過佩戴頭盔，將信息通過頭盔自帶軟件傳送給云平臺，云平臺通過大數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容，將模型信息與建筑進(jìn)行匹配，并通過互聯(lián)網(wǎng)傳送給頭盔，使用戶形成三維建筑設(shè)計(jì)的視覺體驗(yàn)，其大量的工程實(shí)例信息反饋既糾正了大數(shù)據(jù)庫的錯(cuò)誤信息，又豐富了大數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)內(nèi)容，其建筑信息的廣泛性和適用性為建筑施工工程發(fā)展提供了更加便攜和實(shí)用的基礎(chǔ)。

四、系統(tǒng)的研究意義

1、從本項(xiàng)目的技術(shù)角度來分析

混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)（MR）發(fā)展愈來愈好，逐步成熟，是對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，必是未來的建筑行業(yè)的一大發(fā)展方向。該技術(shù)是將現(xiàn)實(shí)場景信息引入虛擬環(huán)境，在虛擬世界、現(xiàn)實(shí)世界和用戶之間搭起一個(gè)交互反饋的信息平臺，且能在網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等技術(shù)的支持下，滿足建筑行業(yè)的各種需求。

2、從本項(xiàng)目的研發(fā)角度來分析

學(xué)生通過對MR建筑頭盔的研發(fā)，在需求分析、性能分析、總體設(shè)計(jì)、代碼開發(fā)、終端調(diào)試這五個(gè)方面得到充足的鍛煉，進(jìn)而成為一名優(yōu)秀的軟件及建筑施工工程師，且學(xué)生通過創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目將學(xué)習(xí)與實(shí)踐相結(jié)合，為國家提供了高科技創(chuàng)新型人才。

五、結(jié)語

在建筑施工過程中，運(yùn)用MR技術(shù)來改造和完善建筑行業(yè)已成為一種必要的趨勢，在三維技術(shù)支持下，這種MR技術(shù)在建筑業(yè)中已成為可能，MR建筑施工頭盔的使用既能保障施工人員的人身安全，提高建筑的施工效率，又能規(guī)避建筑施工所遇到的錯(cuò)誤，提高建筑工程的質(zhì)量，使中國城市化率普遍又好又快地提高，加速中國社會的進(jìn)程，大幅提高國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

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