VR技術(shù)在建筑行業(yè)的應(yīng)用前景分析

霍禮鑫 李羅婷 沈麗玲 孟祥旺

摘要：近年來VR（Virtual Reality，虛擬現(xiàn)實(shí)）技術(shù)得到了快速發(fā)展，并在很多行業(yè)得到了應(yīng)用，本文對(duì)VR技術(shù)在建筑行業(yè)的應(yīng)用展開了調(diào)查研究。目前VR技術(shù)在建筑行業(yè)尚未形成成熟的市場(chǎng)，技術(shù)應(yīng)用主要集中于安全培訓(xùn)的相關(guān)場(chǎng)景，但業(yè)界普遍認(rèn)同VR技術(shù)在建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)?，F(xiàn)對(duì)VR技術(shù)在建筑行業(yè)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)展開分析，研究VR技術(shù)在建筑行業(yè)的發(fā)展前景，并進(jìn)一步探索VR技術(shù)在建筑行業(yè)的推廣策略。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí) 建筑行業(yè) 場(chǎng)景

一、VR技術(shù)的發(fā)展概述

VR技術(shù)是Virtual Reality技術(shù)的簡(jiǎn)稱，即虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，其基本原理是通過計(jì)算機(jī)技術(shù)來模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，進(jìn)而構(gòu)建出一個(gè)仿真虛擬環(huán)境，通常能夠在虛擬環(huán)境中帶給人沉浸感。

VR技術(shù)是一種多源信息融合交互的技術(shù)，其關(guān)鍵技術(shù)包括動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)、實(shí)時(shí)三維圖形生成技術(shù)、立體顯示和傳感器技術(shù)、VR應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)和面向VR的系統(tǒng)集成技術(shù)等。一般認(rèn)為其發(fā)展最早可追溯到20世紀(jì)80年代，VPL公司的JaronLanier在1984年首次提出“虛擬現(xiàn)實(shí)”的概念。但VR技術(shù)的雛形可以追溯到更早，因?yàn)閂R技術(shù)本質(zhì)上是現(xiàn)實(shí)模擬技術(shù)，早在1929年就誕生了用于訓(xùn)練飛行員的模擬器，基于VR模擬的培訓(xùn)一直以來都是VR技術(shù)最重要的應(yīng)用領(lǐng)域?；赩R的沉浸性、交互性、多感知性等特點(diǎn)，目前VR技術(shù)已經(jīng)在影視娛樂、教育、設(shè)計(jì)、醫(yī)學(xué)、軍事和航空航天等領(lǐng)域取得了新的應(yīng)用進(jìn)展。

二、VR技術(shù)在建筑行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀分析

我們?cè)诮ㄖ袠I(yè)的勘察、設(shè)計(jì)、建設(shè)和施工領(lǐng)域均選取了典型企業(yè)進(jìn)行了調(diào)研，并收集了大量資料，研究VR技術(shù)在建筑行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀。我們發(fā)現(xiàn)，由于VR產(chǎn)品的研發(fā)成本較高，在建筑行業(yè)尚未形成成熟的VR產(chǎn)品，只有面向個(gè)別場(chǎng)景技術(shù)應(yīng)用，且多為培訓(xùn)相關(guān)的場(chǎng)景。

（一）VR技術(shù)在建筑行業(yè)的典型應(yīng)用場(chǎng)景描述

目前，面型建筑行業(yè)的領(lǐng)先的VR技術(shù)廠商，已經(jīng)能夠提供集VR傷害體驗(yàn)?zāi)M、VR安全互動(dòng)教學(xué)、VR安全操作訓(xùn)練等于一體的安全培訓(xùn)解決方案，基于集成的VR場(chǎng)景，能夠?yàn)榻ㄖ髽I(yè)來帶融合教學(xué)、互動(dòng)和實(shí)踐于一體的全新體驗(yàn)。

VR傷害體驗(yàn)?zāi)M，可以構(gòu)建一個(gè)高仿真的施工場(chǎng)景，基于VR技術(shù)還原典型的施工傷害的發(fā)生過程，基于視覺、聽覺和觸覺的融合，培訓(xùn)者可以真實(shí)感受到高空墜落、機(jī)械傷害、觸電傷害、坍塌傷害、重物打擊等傷害體驗(yàn)。

VR安全互動(dòng)教學(xué)，是在傳統(tǒng)多媒體教學(xué)基礎(chǔ)上進(jìn)行可視化、可互動(dòng)的升級(jí)，目前很多廠商已經(jīng)開發(fā)了工地事故模擬、安全帶使用體驗(yàn)、鋼絲繩使用展示、護(hù)欄推倒、隱患排查等場(chǎng)景的互動(dòng)課程。

VR安全操作訓(xùn)練，旨在為培訓(xùn)構(gòu)建一個(gè)安全實(shí)操的體驗(yàn)區(qū)，提供建筑施工中常見的安全實(shí)操，不同于以往以安全手冊(cè)的方式宣貫，VR安全操作訓(xùn)練，可以讓人員真實(shí)感受到工作中的危險(xiǎn)，并模擬安全操作和安全逃生的場(chǎng)景，提升安全自救的技能。

（二）VR技術(shù)在建筑行業(yè)發(fā)展的優(yōu)勢(shì)分析

在我們的調(diào)研中，所有的建筑企業(yè)對(duì)VR技術(shù)在行業(yè)的發(fā)展前景均抱有積極的態(tài)度。VR技術(shù)應(yīng)用在建筑行業(yè)最大的優(yōu)勢(shì)是能夠提升建筑工人的素質(zhì)，一方面，VR技術(shù)通過模擬真實(shí)的工作場(chǎng)景，能夠讓工人在進(jìn)場(chǎng)前就已具備操作經(jīng)驗(yàn)，這對(duì)于一個(gè)具有數(shù)千工人規(guī)模的新施工工程來說，極大地減少了用工風(fēng)險(xiǎn);另一方面，安全管理是建筑企業(yè)最重要的任務(wù)之一，VR技術(shù)通過互動(dòng)式的安全培訓(xùn)，能夠?qū)⒁?guī)則從理論轉(zhuǎn)化為實(shí)踐，極大地提升人員的安全實(shí)操能力。

（三）VR技術(shù)在建筑行業(yè)發(fā)展的劣勢(shì)分析

在我們調(diào)研的調(diào)研中，嘗試運(yùn)用VR技術(shù)的建筑企業(yè)并不多，主要原因是VR技術(shù)的使用門檻仍然很高。一方面，對(duì)于建筑企業(yè)來說，VR技術(shù)的研發(fā)在硬件、軟件和算法方面都具有很高的成本，以硬件為例，目前VR硬件市場(chǎng)距離普及仍有較大的差距，普通的VR硬件無法滿足建筑行業(yè)特殊的使用環(huán)境需求和定制化開發(fā)需求，而成熟優(yōu)質(zhì)的VR硬件較少，并且價(jià)格昂貴;對(duì)于建筑工人來說，VR設(shè)備具有一定的技術(shù)使用門檻，而他們對(duì)新技術(shù)的接納普遍較為緩慢，因此VR技術(shù)在建筑行業(yè)的推廣有一定的阻力。

三、VR技術(shù)在建筑行業(yè)的應(yīng)用前景

雖然目前VR技術(shù)沒有在建筑行業(yè)普及，但在建筑行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景，除了安全培訓(xùn)領(lǐng)域，VR技術(shù)在設(shè)計(jì)和施工領(lǐng)域均具有很大的發(fā)展價(jià)值。

（一）VR技術(shù)在設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用前景

設(shè)計(jì)是建筑行業(yè)最重要的基礎(chǔ)領(lǐng)域，往往需要不同專業(yè)的設(shè)計(jì)師共同參與設(shè)計(jì)，在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，設(shè)計(jì)師只能采用圖紙或者CAD二維制圖來實(shí)現(xiàn)，這個(gè)過程中，不同專業(yè)設(shè)計(jì)師在任務(wù)組織、工作協(xié)調(diào)、成果集成等方面的效率十分低下，設(shè)計(jì)信息的不共享、變更信息的不同步，更是為設(shè)計(jì)方案的失敗埋下了嚴(yán)重的隱患。而基于VR技術(shù)，可以為設(shè)計(jì)師創(chuàng)造一個(gè)虛擬環(huán)境，不同專業(yè)的設(shè)計(jì)師基于共同的參數(shù)在同一個(gè)三維模擬你環(huán)境中作業(yè)，實(shí)現(xiàn)最大程度的信息共享，并且可對(duì)設(shè)計(jì)成果及時(shí)進(jìn)行成果驗(yàn)證，極大地縮短設(shè)計(jì)時(shí)長(zhǎng)、提升設(shè)計(jì)效率、減少項(xiàng)目返工、降低設(shè)計(jì)成本。

（二）VR技術(shù)在施工領(lǐng)域的應(yīng)用前景

施工是建筑行業(yè)耗時(shí)最長(zhǎng)的環(huán)節(jié)，進(jìn)度、質(zhì)量和安全是施工過程管理最重要的三大要素。在進(jìn)度管理上，VR技術(shù)能夠模擬各種工序，及時(shí)找到影響進(jìn)度的干擾因素，使得施工得以在不影響正常作業(yè)的前提下提前調(diào)整，保證進(jìn)度的有效推進(jìn)。在質(zhì)量管理上，VR技術(shù)能夠模擬各種建筑結(jié)構(gòu)，在虛擬環(huán)境中對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的分析結(jié)果能夠直接反饋到現(xiàn)實(shí)中，有效推動(dòng)建筑行業(yè)從事后的質(zhì)量檢查向事前質(zhì)量?jī)?yōu)化轉(zhuǎn)變。在安全管理上，安全培訓(xùn)本身就是VR最長(zhǎng)用的領(lǐng)域，此外，VR技術(shù)還能用于隱患排查，由于建筑施工是一個(gè)潛藏著很多安全隱患的過程。在傳統(tǒng)的隱患排查中，由于安全管理人員水平層次不齊、不同建筑施工環(huán)境各不相同，所以很難清楚的地知道現(xiàn)場(chǎng)有哪些安全隱患，更不用說進(jìn)行全面的隱患排查和整改。VR技術(shù)可以虛構(gòu)施工場(chǎng)景和隱患，將系統(tǒng)的安全隱患知識(shí)體系與施工場(chǎng)景相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)具有高針對(duì)性的隱患排查。

四、VR技術(shù)在建筑行業(yè)的推廣策略

受VR技術(shù)高研發(fā)成本的影響，目前VR技術(shù)尚未在建筑行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，結(jié)合我們的調(diào)研和VR在其他行業(yè)的應(yīng)用研究，我們提出了VR技術(shù)在建筑行業(yè)推廣的兩大策略。

一是技術(shù)合作：建筑行業(yè)的VR技術(shù)可以與BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）技術(shù)結(jié)合起來，BIM在建筑行業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)十分成熟，但往往存在修改成本高、不易被客戶理解等問題。而VR技術(shù)可以發(fā)揮自身的優(yōu)勢(shì)，使得BIM模型能夠以一種更直觀、更容易被理解的方式被構(gòu)建。以成熟的BIM為載體，VR技術(shù)可以在建筑行業(yè)得到有效的推廣。

二是行業(yè)合作：建筑行業(yè)的龍頭企業(yè)與VR技術(shù)廠商聯(lián)合研發(fā)并推廣。之所以需要建筑行業(yè)的龍頭企業(yè)牽頭，是因?yàn)樗麄兡軌蛱峁┳钊娴慕ㄖ袠I(yè)場(chǎng)景，并且能夠承擔(dān)VR技術(shù)研發(fā)成本的能力;之所以需要聯(lián)合VR技術(shù)廠商，是因?yàn)閂R的產(chǎn)業(yè)鏈涉及硬件、軟件、應(yīng)用和服務(wù)，專業(yè)的VR技術(shù)廠商才有能力提供VR技術(shù)的全套解決方案。二者的聯(lián)合研發(fā)推廣，不僅能夠減少VR技術(shù)的研發(fā)成本，還能共享技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和客戶群體，有效推動(dòng)建筑行業(yè)VR市場(chǎng)的形成。

五、總結(jié)

目前VR技術(shù)在建筑行業(yè)并未得到廣泛應(yīng)用，由于VR技術(shù)的研發(fā)成本很高，僅有一些大型建筑企業(yè)在安全培訓(xùn)領(lǐng)域使用VR技術(shù)。但VR技術(shù)在建筑行業(yè)的應(yīng)用前景廣泛，得益于VR技術(shù)對(duì)環(huán)境高保真的模擬特性，無論是在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)還是施工環(huán)節(jié)，建筑行業(yè)能夠通過VR技術(shù)對(duì)建筑本身和施工過程提前模擬，將會(huì)極大地減少施工項(xiàng)目的返工率。目前，僅返工一個(gè)原因在大型項(xiàng)目中導(dǎo)致的成本就高達(dá)數(shù)千萬，因此在建筑行業(yè)進(jìn)一步推廣VR技術(shù)十分必要。

參考文獻(xiàn)：

[1]VR技術(shù)在建筑行業(yè)的應(yīng)用[J].柳岸.價(jià)值工程.2018（8）：231-232

[2]BIM+VR在建筑施工場(chǎng)地中的應(yīng)用[J].陳攀，周鵬，李紅喜.工程技術(shù)研究. 2019.

[3]虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑行業(yè)中的應(yīng)用[J].李敏杰，張堃.現(xiàn)代計(jì)算機(jī)：上下旬. 2011.

[4]建筑設(shè)計(jì)中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的運(yùn)用淺析[J].王海鷹.建筑與裝飾.2016（10）：8-9.

[5]VR技術(shù)在建筑業(yè)的應(yīng)用研究[J].王玲.納稅. 2018. No.192（12）：240-241.

[6]BIM技術(shù)在建筑施工中的應(yīng)用[J].王智.建設(shè)科技.2017. 000（010）：126-127.

[7]基于VR技術(shù)的體驗(yàn)式學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)策略與案例實(shí)現(xiàn)[J].鐘正，陳衛(wèi)東.中國(guó)電化教育. 2018.No.373（02）：57-64.

[8]虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究進(jìn)展[J].趙沁平，周彬，李甲等.科技導(dǎo)報(bào).2016.034（014）：71-75.

[9]虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].張智雄，劉沫.建材與裝飾.2018.000（023）：101.

[10]中國(guó)虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、問題與趨勢(shì)[J].高紅波.現(xiàn)代傳播.2017.039（002）：8-12.

作者單位：南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院