CN111862716A - 基于建筑信息模型的预制装配式结构施工虚拟实训系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于建筑信息模型的预制装配式结构施工虚拟实训系统，可用于建筑施工实训教学领域，主要包括融合混合现实技术的智能眼镜、混合现实技术配套外设手持控制器、动作传感器、主机系统和追踪系统。本发明通过混合现实技术营造身临其境的虚拟施工场景，来完成对场地要求和成本要求高的预制装配式建筑施工生产性实训，降低实训成本，避免施工安全风险，便于普及和实施。并通过实际施工录像指导实训人员的操作和建筑信息模型修正操作中的失误。
Description
技术领域
本发明涉及建筑施工教学领域，尤其涉及一种基于建筑信息模型和混合现实技术的预制装配式结构施工虚拟实训系统。
背景技术
住房和城乡建设部《建筑产业现代化发展纲要》提出到2025年装配式建筑占新建建筑比例50%以上，各地方也纷纷出台政策，对装配式建筑占新建建筑比例都提出明确要求。但是一线施工工人和技术管理人员的缺乏限制了预制装配式建筑的发展。传统的建筑工人和技术人员所掌握的技术并不能满足预制装配式建筑施工的需要。对技术人员和产业工人的技术培训除了理论培训之外，更重要的是进行实操性、生产性实训。但是，实际工程的限制和建设样板楼的高成本，进行实际结构生产操作实训需要构件堆场、结构占地和汽车吊等大型机械设备，同时吊装施工过程中存在重大的安全隐患，这些都大大限制了预制装配式建筑生产性实训的开展和普及。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种基于建筑信息模型的预制装配式结构施工虚拟实训系统和方法，在混合现实技术营造的虚拟环境中，在预制装配式建筑建筑信息模型和4D虚拟施工录像和实际施工录像指导下通过预制装配式结构施工模拟，完成真实的施工操作，并通过信息追踪和反馈不断进行修正，从而实现在室内环境下完成预制装配式建筑施工的生产性实操实训，节约实训成本，提高实训效率，缩短实训时间，避免施工安全隐患。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于建筑信息模型的预制装配式结构施工系统，包括融合混合现实技术的智能眼镜，智能眼镜具有用于建立装配式建筑信息模型和虚拟施工录像信息传输显示的左镜片，智能眼镜还具有用于现实装配式建筑施工录像信息传输显示的右镜片；
混合现实技术配套外设手持控制器，用于控制智能眼镜的信息播放和显示；
动作传感器，用于把实训者的动作投射到混合现实设备配套的预制装配式建筑施工软件营造的虚拟世界当中；
追踪系统，用于将实训者的操作信息反馈到建筑信息模型和虚拟施工录像中。
一种基于建筑信息模型的预制装配式结构施工虚拟实训方法，包括以下步骤：
S1、建立预制装配式建筑的三维信息模型；
S2、利用三维信息模型，利用４Ｄ技术建立装配式建筑虚拟施工录像A，将信息传输到智能眼镜左眼镜片，并通过手持控制器控制播放和显示；
S3、拍摄实际的预制装配式建筑实际施工录像B，与虚拟施工录像过程一一对应，将信息传输到智能眼镜右眼镜片，并通过手持控制器控制播放和显示；
S4、利用虚拟现实开发软件，开发与混合现实设备配套的预制装配式结构虚拟施工软件，包括各类预制装配式构件，实现预制装配式结构吊装施工交互式操作功能，按照设定的流程逐步实现构件吊装、临时固定、灌浆施工、叠合层施工、支撑架施工、外脚手架施工等预制装配式建筑全过程虚拟施工操作；
S5、利用手持控制器上的控制按钮，首先在智能眼镜中控制播放实际施工录像B，让学习者通过录像了解施工过程；然后，同时控制播放虚拟施工录像A和实际施工录像B，实际施工录像B中施工某一构件时，在虚拟施工录像A中同步显示，并同时在建筑信息模型中亮显；
S6、实训者通过手持控制器在虚拟施工软件营造的虚拟施工现场进行装配式结构施工操作的同时，智能眼镜中可以播放虚拟施工录像A和实际施工录像B，在施工录像的指导下实训者完成虚拟施工操作；
S7、通过追踪系统将实训者的操作信息反馈到建筑信息模型和虚拟施工录像中，相对应的构件亮显并播放相应构件的施工录像；操作与录像中的施工流程和方法一致时，建筑信息模型中对应的构件绿色闪烁，提示正确，依次施工下一个构件；不一致时，建筑信息模型中对应的构件红色闪烁，报错，并提示受训人员修正并重新操作，直至正确为止，开始下一构件施工；
S8、完成一个构件的施工后，依次完成结构的每一个构件的施工，直至完成。
进一步，受训者可以选择某一个单独的构件进行施工模拟；通过控制器在虚拟环境中选择某一个构件后，信息反馈给建筑信息模型，在信息模型中亮显该构件，让受训者了解构件在结构中的相关信息，然后控制同步播放该构件施工的虚拟施工录像A和实际施工录像B，受训者可以边看录像边实训，并通过追踪系统将实训者的操作信息反馈到建筑信息模型和虚拟施工录像中，操作与录像中的施工流程和方法一致时，建筑信息模型中对应的构件绿色闪烁，提示正确，不一致时，建筑信息模型中对应的构件红色闪烁，报错，并提示受训人员修正并重新操作，直至完成。
进一步，虚拟施工录像A和实际施工录像B实时指导虚拟现实施工操作，并建立构件对应关系，按照录像中的操作方法完成虚拟现实施工操作才能进行下一个构件施工。
本发明的有益效果：
1、本发明利用虚拟现实技术，利用虚拟实训来完成预制装配式建筑施工实操实训，避免预制装配式建筑施工要求的场地和样板楼建设的成本投入，消除实训安全隐患，实训成本低，便于普及实施。
2、综合建筑信息模型及其4D虚拟施工录像和实际施工录像指导预制装配式结构施工模拟，实训针对性强，便于掌握，确保实训质量。同时可以根据需要选择单个构件施工实训或者结构体系施工，提高效率，缩短实训时间。
附图说明
图1 是本发明的实施流程图。
具体实施方式
下面以预制装配式框架结构施工的虚拟实训为例对本发明的实施做详细说明。
一种基于建筑信息模型的预制装配式结构施工系统，包括融合混合现实技术的智能眼镜，智能眼镜具有用于建立装配式建筑信息模型和虚拟施工录像信息传输显示的左镜片，智能眼镜还具有用于现实装配式建筑施工录像信息传输显示的右镜片； 混合现实技术配套外设手持控制器，用于控制智能眼镜的信息播放和显示；
动作传感器，用于把实训者的动作投射到混合现实设备配套的预制装配式建筑施工软件营造的虚拟世界当中；追踪系统，用于将实训者的操作信息反馈到建筑信息模型和虚拟施工录像中。
一种基于建筑信息模型的预制装配式结构施工虚拟实训方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、建立预制装配式建筑的三维信息模型；
S2、利用三维信息模型，利用４Ｄ技术建立装配式建筑虚拟施工录像A，将信息传输到智能眼镜左眼镜片，并通过手持控制器控制播放和显示；
S3、拍摄实际的预制装配式建筑实际施工录像B，与虚拟施工录像过程一一对应，将信息传输到智能眼镜右眼镜片，并通过手持控制器控制播放和显示；
S4、利用虚拟现实开发软件，开发与混合现实设备配套的预制装配式结构虚拟施工软件，包括各类预制装配式构件，实现预制装配式结构吊装施工交互式操作功能，按照设定的流程逐步实现构件吊装、临时固定、灌浆施工、叠合层施工、支撑架施工、外脚手架施工等预制装配式建筑全过程虚拟施工操作；
S5、利用手持控制器上的控制按钮，首先在智能眼镜中控制播放实际施工录像B，让学习者通过录像了解施工过程；然后，同时控制播放虚拟施工录像A和实际施工录像B，实际施工录像B中施工某一构件时，在虚拟施工录像A中同步显示，并同时在建筑信息模型中亮显；
S6、实训者通过手持控制器在虚拟施工软件营造的虚拟施工现场进行装配式结构施工操作的同时，智能眼镜中可以播放虚拟施工录像A和实际施工录像B，在施工录像的指导下实训者完成虚拟施工操作；
S7、通过追踪系统将实训者的操作信息反馈到建筑信息模型和虚拟施工录像中，相对应的构件亮显并播放相应构件的施工录像；操作与录像中的施工流程和方法一致时，建筑信息模型中对应的构件绿色闪烁，提示正确，依次施工下一个构件；不一致时，建筑信息模型中对应的构件红色闪烁，报错，并提示受训人员修正并重新操作，直至正确为止，开始下一构件施工；
S8、完成一个构件的施工后，依次完成结构的每一个构件的施工，直至完成。
在实训中，受训者可以选择某一个单独的构件进行施工模拟；通过控制器在虚拟环境中选择某一个构件后，信息反馈给建筑信息模型，在信息模型中亮显该构件，让受训者了解构件在结构中的相关信息，然后控制同步播放该构件施工的录像A和录像B，受训者可以边看录像边实训，并通过追踪系统将实训者的操作信息反馈到建筑信息模型和虚拟施工录像中，操作与录像中的施工流程和方法一致时，建筑信息模型中对应的构件绿色闪烁，提示正确，不一致时，建筑信息模型中对应的构件红色闪烁，报错，并提示受训人员修正并重新操作，直至完成。
虚拟施工录像A和实际施工录像Ｂ实时指导虚拟现实施工操作，并建立构件对应关系，按照录像中的操作方法完成虚拟现实施工操作才能进行下一个构件施工。
基于本发明的核心思想，可以根据实际实训需要，开发不同结构体系的虚拟施工软件，并建立配套的建筑信息模型、虚拟施工录像A和实际施工录像B，完成相应的结构施工虚拟实训。
Claims (4)
1.一种基于建筑信息模型的预制装配式结构施工系统，其特征在于：包括融合混合现实技术的智能眼镜，系统中输入有虚拟装配式建筑施工的虚拟施工录像A和录制的现实装配式建筑施工的实际施工录像B，
所述智能眼镜具有用于播放虚拟施工录像A的左镜片和用于播放实际施工录像B的右镜片；
混合现实技术配套外设手持控制器，用于控制智能眼镜的信息和录像播放和显示；
动作传感器，用于把实训者的动作投射到混合现实设备配套的预制装配式建筑施工软件营造的虚拟世界当中；
追踪系统，用于将实训者的操作信息反馈到建筑信息模型和虚拟施工录像中。
2.一种基于建筑信息模型的预制装配式结构施工虚拟实训方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、建立预制装配式建筑的三维信息模型；
S2、利用三维信息模型、4D技术建立装配式建筑的虚拟施工录像A，将信息传输到智能眼镜左眼镜片，并通过手持控制器控制播放和显示；
S3、拍摄预制装配式建筑的实际施工录像B，与虚拟施工录像A过程一一对应，将信息传输到智能眼镜右眼镜片，并通过手持控制器控制播放和显示；
S4、利用虚拟现实开发软件，开发与混合现实设备配套的预制装配式结构虚拟施工软件，包括各类预制装配式构件，实现预制装配式结构吊装施工交互式操作功能，按照设定的流程逐步实现构件吊装、临时固定、灌浆施工、叠合层施工、支撑架施工、外脚手架施工等预制装配式建筑全过程虚拟施工操作；
S5、利用手持控制器上的控制按钮，首先在智能眼镜中控制播放实际施工录像B，让学习者通过录像了解施工过程；然后，同时控制播放虚拟施工录像A和实际施工录像B，实际施工录像B中施工某一构件时，在虚拟施工录像A中同步显示，并同时在建筑信息模型中亮显；
S6、实训者通过手持控制器在虚拟施工软件营造的虚拟施工现场进行装配式结构施工操作的同时，能选择在智能眼镜中播放虚拟施工录像A和实际施工录像B，在施工录像的指导下实训者完成虚拟施工操作；
S7、通过追踪系统将实训者的操作信息反馈到建筑信息模型和虚拟施工录像中，相对应的构件亮显并播放相应构件的施工录像；操作与录像中的施工流程和方法一致时，建筑信息模型中对应的构件绿色闪烁，提示正确，依次施工下一个构件；不一致时，建筑信息模型中对应的构件红色闪烁，报错，并提示受训人员修正并重新操作，直至正确为止，开始下一构件施工；
S8、完成一个构件的施工后，依次完成结构的每一个构件的施工，直至完成。
3.根据权利要求2所述的一种基于建筑信息模型和混合现实技术的预制装配式结构施工虚拟实训方法，其特征在于：受训者能选择某一个单独的构件进行施工模拟；通过控制器在虚拟环境中选择某一个构件后，信息反馈给建筑信息模型，在信息模型中亮显该构件，让受训者了解构件在结构中的相关信息，然后控制同步播放该构件施工的虚拟施工录像A和实际施工录像B，受训者边看录像边实训，并通过追踪系统将实训者的操作信息反馈到建筑信息模型和虚拟施工录像中，操作与录像中的施工流程和方法一致时，建筑信息模型中对应的构件绿色闪烁，提示正确；不一致时，建筑信息模型中对应的构件红色闪烁，报错，并提示受训人员修正并重新操作，直至完成。
4.根据权利要求2所述的一种基于建筑信息模型和混合现实技术的预制装配式结构施工虚拟实训方法，其特征在于：虚拟施工录像A和实际施工录像B实时指导虚拟现实施工操作，并建立构件对应关系，按照录像中的操作方法完成虚拟现实施工操作才能进行下一个构件施工。
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