虛擬仿真技術在建筑工程測量中的應用研究

張和鵬

虛擬仿真技術簡稱VR，是集人工智能技術、傳感技術、計算機技術于一身的綜合集成技術，該技術通過計算機硬件、軟件以及傳感器構(gòu)成一個人工虛擬的三維空間，使操作者產(chǎn)生身臨其境的感覺。

測量工作貫穿建筑工程施工全過程。但是，在建筑工程所在地的地表環(huán)境差、地質(zhì)結(jié)構(gòu)復雜、自然氣候條件惡劣，導致測量工作無法正常進行的情況下，施工單位為了給施工過程提供精準的測量數(shù)據(jù)，將虛擬仿真技術引入到測量工作當中，技術人員根據(jù)虛擬環(huán)境下的模擬測量數(shù)據(jù)，能夠及時了解和掌握建筑工程施工地點的標高數(shù)據(jù)以及建筑物的尺寸形態(tài)信息。因此，虛擬仿真技術不僅給測量工作提供了一個數(shù)據(jù)交換平臺，同時，使每一道施工工序能夠順利進行。

1.虛擬仿真技術與建筑工程測量技術概述

1.1 虛擬仿真技術

虛擬仿真技術的數(shù)據(jù)輸入載體是計算機鍵盤、鼠標頭盔、數(shù)據(jù)手套等設備，當數(shù)據(jù)輸入到計算機系統(tǒng)后，將自動生成一個虛擬環(huán)境，操作人員可以和虛擬環(huán)境之間進行實時交互，這一體驗過程仿佛置身于現(xiàn)實世界當中。目前，這項新技術已經(jīng)走進國內(nèi)諸多高等院校的課堂，成為學生的一門必修課程。隨著虛擬仿真技術的日漸成熟，在社會各領域也得到普及推廣和應用，比如施工組織設計階段、施工人員培訓階段、工程測量放樣階段等，都能夠看到虛擬仿真技術身影。

1.2 建筑工程測量技術

工程測量作為一門應用型學科，起初主要用來測量與計算實物的長度、寬度、周長、面積等參數(shù)，后來逐漸演化成一門利用精密測量儀器與復雜運算的專項技術，在建筑工程項目實施階段，工程測量內(nèi)容涉及基礎測量、高程測量、視距測量、角度測量、建筑物形變測量等。隨著測量儀器的不斷創(chuàng)新以及設計生產(chǎn)技術水平的不斷提升，近年來，一些新型的測量技術應運而生，比如數(shù)字攝影測量技術、三維激光掃描技術、全球定位系統(tǒng)實時動態(tài)測量技術等，而虛擬仿真技術在測量學中的應用則是建筑工程施工領域的一種全新嘗試[1]。

2.虛擬仿真技術在建筑工程測量中的應用優(yōu)勢

2.1 不受時間、空間影響

對于建筑工程來說，測量工作是招投標文件以及施工組織設計方案中的重要組成內(nèi)容，在方案與文件當中，明確規(guī)定了測量時間與測量工作流程，因此，測量本身是一項明確固定時間與固定地點的工作任務。而應用模擬仿真技術時，則無需考慮時間與空間的限制，施工單位在中標以后，即可以利用該技術在虛擬環(huán)境當中完成初始測量放樣任務。同時，測量人員也無需親臨施工現(xiàn)場，只需要在日常辦公場所就可以計算出施工現(xiàn)場的各項數(shù)據(jù)。

2.2 不受自然氣候影響

建筑工程項目施工過程始終在室外進行，而測量工作地點也處于室外環(huán)境當中，一旦施工地點的自然氣候條件發(fā)生改變，將給測量工作的正常開展帶來不利影響，甚至出現(xiàn)測量中止的情況。比如雨雪天氣、大霧天氣，測量工作將無法進行。在這種情況之下，施工單位可以利用虛擬仿真技術，將工作地點搬到室內(nèi)，測量人員在計算機系統(tǒng)構(gòu)建的虛擬環(huán)境中，就可以對施工現(xiàn)場進行測量放樣，以獲取精準的測量數(shù)據(jù)。

2.3 不受施工進度影響

隨著施工進度的不斷推進，每一道工序都需要精準測量數(shù)據(jù)的支撐，但是，由于人為失誤，極易影響實地測量的精準度，為了不影響施工進度，施工單位可以應用虛擬仿真技術，在模擬的虛擬環(huán)境中，對此前的測量結(jié)果能夠進行反復校驗，以確定測量數(shù)據(jù)是否準確，如果發(fā)現(xiàn)測量誤差較大，測量人員可以及時采取補救措施，以保證施工進度不受任何影響[2]。

3.虛擬仿真技術在建筑工程測量中的應用策略

3.1 在基礎樁位測量中的應用

建筑基礎測量的核心任務是確定基礎樁位的準確位置，在實地測量中，需要根據(jù)施工規(guī)范要求，合理控制好承臺樁位的誤差值，如果樁位的測量誤差較大，就必須對原設計方案進行重新修訂，這樣一來，將給施工單位造成巨大的經(jīng)濟損失。而應用虛擬仿真技術，能夠有效解決這一問題[3]。首先，測量人員將施工現(xiàn)場的地質(zhì)結(jié)構(gòu)信息、施工設計圖紙的建筑位置信息以及周邊的地理信息輸入到計算機系統(tǒng)當中，然后在傳感器的作用下，能夠在計算機顯示界面出現(xiàn)施工現(xiàn)場的虛擬畫面，在畫面當中，承臺樁位的位置能夠直觀地展現(xiàn)在測量人員面前，測量人員根據(jù)位置中心點的坐標數(shù)據(jù)，能夠快速地計算出基礎樁位的高程數(shù)據(jù)，這不僅節(jié)省了大量的測量放樣時間，也能夠保障測量數(shù)據(jù)的精準度。

3.2 在底板基礎測量中的應用

在測量底板基礎時，由于施工作業(yè)現(xiàn)場的作業(yè)條件較為惡劣，部分區(qū)域不具備放置全站儀等測量儀器的條件，這就需要利用虛擬仿真技術來獲取土方開挖深度以標高數(shù)據(jù)。首先，測量人員將建筑物基礎的周邊環(huán)境信息輸入計算機系統(tǒng)當中，此時，借助于計算機系統(tǒng)生成一個基礎開挖現(xiàn)場的虛擬環(huán)境。然后，測量人員通過手動操作，確定基礎開挖的中心點，利用傳感器提供的人機交互功能，在虛擬環(huán)境中對實地測量步驟進行模擬操作。比如底板、承臺、底梁的土方開挖深度，經(jīng)過測量模擬可以得出一個測量數(shù)據(jù)，測量人員將這一數(shù)據(jù)與施工設計圖紙進行比對，當誤差值滿足標準要求后，即視為該階段的模擬測量工序結(jié)束。再比如測量墊層與樁頭標高時，對測量精度提出了較高要求，如果在實地測量時，測量人員需要進行多次復測才能提高精準度，而應用虛擬仿真技術，只需要與虛擬環(huán)境進行實時交互，甚至一鍵操作就可以完成一次完整的測量過程，最后將每一次模擬的數(shù)據(jù)進行比對，就可以精準地確定墊層與樁頭的標高值。由此可以看出，在底板基礎測量施工中應用虛擬仿真技術能夠大幅提高工作效率與測量精度，進而使底板基礎的施工質(zhì)量得到切實保障[4]。

3.3 在墻柱平面垂直度測量中的應用

墻柱平面的垂直度是建筑物質(zhì)量的衡量標準，如果垂直度誤差較大，建筑物的主體結(jié)構(gòu)就會產(chǎn)生傾斜現(xiàn)象，嚴重的還會導致樓體坍塌，因此，墻柱平面垂直度的測量工序尤為重要。測量墻柱平面垂直度一般在混凝土澆筑工序結(jié)束后，為了提前預知測量結(jié)果，不影響墻柱鋼筋綁扎以及模板施工工序的正常進行，測量人員可以利用虛擬仿真技術對測量現(xiàn)場進行仿真模擬。通過在操作界面的手動操作，測量人員與虛擬空間可以進行實時互動。

比如所選的墻體長度小于3m，在模擬空間中，可以在同一面墻的4 個角當中選取左上及右下2 個角，然后按照45的角斜放靠尺，測量2 次表面平整度，距離地面約20cm 的位置測放靠尺一次，并將3 個實測值作為指標合格率的3 個計算點。在檢測墻柱平面垂直度時，測量人員可以模擬空間中固定吊線，在鉛錘自然下垂時，吊線對應的下部標尺刻度應當為0，如果墻柱平面垂直度存在偏差，測量人員可以在下部標尺上面讀出最終的偏差數(shù)值。通過這種方法，測量人員能夠準確測量出墻柱平面的垂直度，而且最終實測結(jié)果可以作為墻柱施工階段的重要參考數(shù)據(jù)[5]。

3.4 在建筑物標高測量中的應用

在測量高層建筑的標高時，由于測量儀器的施放地點的選擇較為困難，因此，測量人員可以應用虛擬仿真技術完成標高測量工序。在虛擬空間中，測量人員可以利用手動操作的方法，首先利用從樓體的起始標高線向上豎直測量各樓層的樓面標高，在選定量測點，至少應當確定三個點位，這樣才能減少測量誤差。比如在模擬測量標高時，從一樓的+30 或+50 線向施工樓層上直接量取，并在鋼筋上面做好標記。當模擬演示過程結(jié)束后，測量人員應當對照高層建筑標高測量的允許誤差，確定測量演示時的誤差值是否介于標準區(qū)間內(nèi)。樓層層間標高的測量偏差不得大于±3mm，建筑物全高的測量偏差值不得大于±5mm。通過應用虛擬仿真技術，整個測量流程能夠直觀地展現(xiàn)在測量人員面前，這樣可以有效規(guī)避測量儀器在實地測量時出現(xiàn)的偏差。

4.結(jié)束語

虛擬仿真技術與建筑工程測量工作的融合，不僅給測量人員提供了高效便捷的服務，也使建筑工程施工能夠順利開展。因此，測量技術人員應當不斷提升專業(yè)技術水平，積極借鑒虛擬仿真技術的實踐操作經(jīng)驗，為保障建筑工程質(zhì)量提供準確、完備的測量數(shù)據(jù)。