一种钢桁架液压提升施工的VR实现方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种钢桁架液压提升施工的VR实现方法及系统，用于钢桁架液压提升施工现场的模拟演练，具有以下优点：（1）化抽象为具体，工程管理人员可以身临其境地观察钢桁架液压提升施工现场，从而改进并得到最佳的现场布置方案，综合确定出最优的施工进度计划；（2）可以充分考虑钢桁架液压提升施工当天的天气情况和照明条件，并能够通过第一、第三人称视角自由漫游施工现场，帮助工程管理人员及时发现一些设计的疏漏以及现场施工可能出现的问题，从而有效保障施工质量与安全；（3）能够帮助现场施工人员提前熟悉钢桁架液压提升的施工工序，并能够进行反复演练，从而大大提高施工效率。

【技术实现步骤摘要】
一种钢桁架液压提升施工的VR实现方法及系统
本专利技术属于建筑领域，尤其是涉及一种钢桁架液压提升施工的VR实现方法及系统。
技术介绍
大跨度钢桁架结构是一种典型的空间结构，被广泛应用于商业中心、航站楼、火车站、体育场馆等大型公共建筑的设计。相比于传统的混凝土结构施工，大跨度钢桁架结构涉及到高空作业、焊接等问题，对施工技术要求较高，对施工技术人员来说既是机遇也是挑战。传统钢桁架结构施工大多采用吊装施工的方法，过程中存在一些问题：（1）稳定性欠缺：在吊装中容易发生结构整体旋转、偏移等问题，从而钢桁架结构不能快速并且准确的吊装就位；（2）工作量大：吊车吨位往往不足以满足钢桁架整体的吊装，若采用吊装施工，常常需要先进行高空散件拼装和焊接，大大增加了工作量以及安全隐患。钢结构液压整体提升的方法相比于吊装施工的方法，越来越受到施工技术人员的青睐，近年来得到了广泛的应用。这种钢桁架施工方法是先将钢桁架结构在下部拼装平台上拼装为整体，然后在目标高度之上架设提升平台。提升平台上布置有液压提升器，液压提升器通过钢绞线与钢桁架结构整体连接。施工技术人员通过控制计算机系统，将钢桁架结构整体缓慢提升至目标高度，最后通过焊接或螺栓连接的方法将钢桁架和周边型钢柱连接起来，便完成了整个施工工序。然而，在实际施工过程中仍存在如下问题：（1）提升平台难以布置。提升平台为钢桁架液压提升施工中的临时结构，需要独立于建筑物设计，其位置既要满足钢桁架的提升又要便于施工，若非经验丰富的施工管理人员，很难从已有建筑结构图纸上确定出最佳布置方案。（2）钢桁架施工的时间节点难以确定。钢桁架施工过程中往往同时进行着其他钢结构或者混凝土结构的施工，若考虑不周全，不同的施工之间会相互影响。当周边结构的施工早于钢桁架液压提升施工时，在钢桁架提升过程中容易产生碰撞及其他安全隐患。（3）施工具体时间难以确定。钢桁架的液压提升施工一般需要一整天的时间，在施工过程中不同的天气以及不同的照明情况都会对工程技术人员产生一定的影响，从而施工质量也会受到波及。（4）施工现场的布置复杂。施工现场大型液压油缸、用电线路、安全观察区域等布置的合理与否也影响着施工效率、质量与安全，这些仅凭设计图纸是难以确定的。VR是虚拟现实技术的简称，该技术通过利用计算机模拟真实的环境，并将视觉、听觉等多源信息进行融合，为用户提供多种交互，来实现沉浸式的体验。VR在娱乐行业已经得到了广泛的应用，在医学、军事航天、工业等领域也逐渐走向成熟。将VR运用于钢桁架液压提升施工之中，不但可以帮助施工人员提前熟悉施工工序，提高现场施工效率，还能帮助施工管理人员更加直观的观察施工现场，及时发现问题并解决，从而得到最优的施工方案。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的在于，为了解决以下五个方面的问题：（1）对于一般技术人员，难以仅凭设计图纸确定出最佳提升平台布置方案；（2）钢桁架液压提升施工的时间节点难以确定，需要结合其他施工情况综合考虑；（3）不同天气情况和照明条件对施工的影响难以考虑；（4）如何合理布置施工现场是一个难题；（5）仅凭图纸和想象容易遗漏一些现场可能出现的问题；而提供一种钢桁架液压提升施工的VR实现方法。为此，本专利技术的上述目的通过以下技术方案来实现：一种钢桁架液压提升施工的VR实现方法，所述钢桁架液压提升施工的VR实现方法由如下步骤实现：（1）依据设计文件，通过Revit平台构建目标建筑物的BIM三维模型；目标建筑物的BIM三维模型应与设计文件严格一致；（2）将目标建筑物的BIM三维模型转换为FBX文件，导入Unity引擎进行VR渲染，并加入一系列装饰及交互元素。在采用上述技术方案的同时，本专利技术还可以采用或者组合采用以下进一步的技术方案：优选地，所述步骤（2）具体包括：所述步骤（2）具体包括：（201）场景的装饰贴图及照明：场景的装饰贴图包括建筑物梁、柱、楼板等混凝土构件的混凝土材质贴图、型钢柱和钢桁架结构的钢材材质贴图、地面的土体和绿化贴图以及天空场景贴图；照明与真实世界一致，所有物体的照明强弱程度和阴影特效由太阳的位置和光线的强弱确定；（202）第一、第三人称随时切换的场景观察：进行VR体验时，位于钢桁架层会出现一个身高1.7m、头戴红色安全帽、身穿蓝色工作服的工程技术人员；按下数字键“1”，体验者可以以该工程技术人员的第一人称视角观察整个场景；按下数字键“2”，体验者可以以第三人称视角观察整个场景，此时上述工程技术人员也位于视野之中；通过滑动鼠标，可以实现在工人技术人员所在位置进行360°场景观察；（203）工程技术人员的互动及漫游：在（202）的基础之上，体验者可以与工程技术人员进行一系列的互动，按下“w”、“s”、“a”、“d”键可以分别控制工程技术人员向前、后、左、右方向进行走动；按下“r”键可以进行行走和跑步状态的切换，跑步的移动速度为行走的三倍；按下“c”键可以控制工程技术人员下蹲，此时其高度变为之前的一半，即0.85m，下蹲过程中同样可以进行走动；按下“空格”键可以控制工程技术人员跳跃，跳跃高度为1m；工程技术人员可以在非跳跃操作下上下楼梯及通过高差不超过0.2m的区域；（204）钢桁架液压提升的控制：钢桁架一开始位于施工情况下的待提升位置，钢桁架两端建有下吊点模型，钢桁架最终提升位置处建有提升平台和液压提升器模型，液压提升器与下吊点间通过钢绞线连接；为钢桁架添加“Rigidbody”属性，参数选用系统默认值，并勾选“IsKinematic”使钢桁架可以通过坐标变换进行控制；为钢桁架编写C#控制脚本，判断：若小键盘“8”键按下，则调用“transform.Translate”函数令钢桁架的Z轴坐标增加Δt/5，其中Δt为按键时间；若小键盘“5”键按下，则调用“transform.Translate”函数令钢桁架的Z轴坐标减少Δt/5；为钢绞线编写C#控制脚本，判断：若小键盘“8”键按下，则同时调用“transform.localScale”和“transform.Translate”函数令钢桁架的Z轴尺寸先以中心为基准缩小Δt/5，再令Z轴坐标增加Δt/5；若小键盘“5”键按下，则同时调用“transform.localScale”和“transform.Translate”函数令钢桁架的Z轴尺寸先以中心为基准增大Δt/5，再令Z轴坐标减少Δt/5；通过上述C#脚本可实现按下小键盘“8”键可以控制钢绞线收缩，钢桁架整体被向上提升；按下小键盘“5”键可以控制钢绞线伸长，钢桁架整体向下移动；钢桁架只能够在待提升位置和最终提升位置之间运动，（202）和（203）中工程技术人员运动的控制与钢桁架运动的控制之间相互独立，体验者可以同时与二者进行互动；（205）场景的物理：场景中所有物体都具有碰撞体积和质量，可以受到力的作用产生运动；工程技术人员无法穿越其他物体，与真实情况一致；当钢桁架被提升0.85m及以上高度时，工程技术人员能够蹲伏通过钢桁架下方区域；当钢桁架被提升1.7m及以上高度时，工程技术人员方可正常通过钢桁架下方区域；（206）场景的时间控制：时间的控制由场景光线的强弱及方位来体现，为场景添加“Light”系统中的“DirectionalLight”，将“Rotation”属性中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钢桁架液压提升施工的VR实现方法，其特征在于，所述钢桁架液压提升施工的VR实现方法由如下步骤实现：（1）依据设计文件，通过Revit平台构建目标建筑物的BIM三维模型；目标建筑物的BIM三维模型应与设计文件严格一致；（2）将目标建筑物的BIM三维模型转换为FBX文件，导入Unity引擎进行VR渲染，并加入一系列装饰及交互元素。

【技术特征摘要】
1.一种钢桁架液压提升施工的VR实现方法，其特征在于，所述钢桁架液压提升施工的VR实现方法由如下步骤实现：（1）依据设计文件，通过Revit平台构建目标建筑物的BIM三维模型；目标建筑物的BIM三维模型应与设计文件严格一致；（2）将目标建筑物的BIM三维模型转换为FBX文件，导入Unity引擎进行VR渲染，并加入一系列装饰及交互元素。2.根据权利要求1所述的钢桁架液压提升施工的VR实现方法，其特征在于，所述步骤（2）具体包括：（201）场景的装饰贴图及照明：场景的装饰贴图包括建筑物梁、柱、楼板等混凝土构件的混凝土材质贴图、型钢柱和钢桁架结构的钢材材质贴图、地面的土体和绿化贴图以及天空场景贴图；照明与真实世界一致，所有物体的照明强弱程度和阴影特效由太阳的位置和光线的强弱确定；（202）第一、第三人称随时切换的场景观察：进行VR体验时，位于钢桁架层会出现一个身高1.7m、头戴红色安全帽、身穿蓝色工作服的工程技术人员；按下数字键“1”，体验者可以以该工程技术人员的第一人称视角观察整个场景；按下数字键“2”，体验者可以以第三人称视角观察整个场景，此时上述工程技术人员也位于视野之中；通过滑动鼠标，可以实现在工人技术人员所在位置进行360°场景观察；（203）工程技术人员的互动及漫游：在（202）的基础之上，体验者可以与工程技术人员进行一系列的互动，按下“w”、“s”、“a”、“d”键可以分别控制工程技术人员向前、后、左、右方向进行走动；按下“r”键可以进行行走和跑步状态的切换，跑步的移动速度为行走的三倍；按下“c”键可以控制工程技术人员下蹲，此时其高度变为之前的一半，即0.85m，下蹲过程中同样可以进行走动；按下“空格”键可以控制工程技术人员跳跃，跳跃高度为1m；工程技术人员可以在非跳跃操作下上下楼梯及通过高差不超过0.2m的区域；（204）钢桁架液压提升的控制：钢桁架一开始位于施工情况下的待提升位置，钢桁架两端建有下吊点模型，钢桁架最终提升位置处建有提升平台和液压提升器模型，液压提升器与下吊点间通过钢绞线连接；为钢桁架添加“Rigidbody”属性，参数选用系统默认值，并勾选“IsKinematic”使钢桁架可以通过坐标变换进行控制；为钢桁架编写C#控制脚本，判断：若小键盘“8”键按下，则调用“transform.Translate”函数令钢桁架的Z轴坐标增加Δt/5，其中Δt为按键时间；若小键盘“5”键按下，则调用“transform.Translate”函数令钢桁架的Z轴坐标减少Δt/5；为钢绞线编写C#控制脚本，判断：若小键盘“8”键按下，则同时调用“transform.localScale”和“transform.Translate”函数令钢桁架的Z轴尺寸先以中心为基准缩小Δt/5，再令Z轴坐标增加Δt/5；若小键盘“5”键按下，则同时调用“transform.localScale”和“transform.Translate”函数令钢桁架的Z轴尺寸先以中心为基准增大Δt/5，再令Z轴坐标减少Δt/5；通过上述C#脚本可实现按下小键盘“8”键可以控制钢绞线收缩，钢桁架整体被向上提升；按下小键盘“5”键可以控制钢绞线伸长，钢桁架整体向下移动；钢桁架只能够在待提升位置和最终提升位置之间运动，（202）和（203）中工程技术人员运动的控制与钢桁架运动的控制之间相互独立，体验者可以同时与二者进行互动；（205）场景的物理：场景中所有物体都具有碰撞体积和质量，可以受到力的作用产生运动；工程技术人员无法穿越其他物体，与真实情况一致；当钢桁架被提升0.85m及以上高度时，工程技术人员能够蹲伏通过钢桁架下方区域；当钢桁架被提升1.7m及以上高度时，工程技术人员方可正常通过钢桁架下方区域；（206）场景的时间控制：时间的控制由场景光线的强弱及方位来体现，为场景添加“Light”系统中的“DirectionalLight”，将“Rotation”属性中X、Y、Z均调为“0”，此时场景中的光线从东方平行照向场景中的所有物体，代表一开始场景中为早晨6点；接着为“DirectionalLight”编写C#脚本，判断：若小键盘“+”键按下，则其“Rotation”属性中X增加50Δt，此时场景中的太阳也会自东至西旋转；若小键盘“-”按下，则其“Rotation”属性中X减少50Δt，此时场景中的太阳也会自西至东旋转；阳光的强弱会根据太阳位置发生变化，变化与真实世界一致：早晨6点对应于“Rotation”属性中X=0，晚上6点对应于“Rotation”属性中X=180，X的取值范围为-180到180；早晨6点和晚上6点分别为清晨和黄昏，光线昏暗；正午12点对应于X=90，光线最为强烈；（207）场景的天气控制：添加系统中的“ParticleSystem”，勾选“Looping”，添加雨滴粒子贴图，“Shape”设为“cone”，“StartSpeed”和“MaxParticles”参数根据需求，雨越大则值越大；为“ParticleSystem”添加“AudioSource”，调用录有下雨声的音频文件；最后为“ParticleSystem”添加C#脚本，判断：若“Tab”键按下，“ParticleSystem”处于激活状态，则调用“objects.SetActive(false)”关闭“ParticleSystem”；若“Tab”键按下，“ParticleSystem”处于关闭状态，则调用“objects.SetActive(true)”激活“ParticleSystem”；天气分为“晴天”和“雨天”两种，分别对应于“ParticleSystem”处于关闭状态和激活状态；默认为晴天施工的情况，此时万里无云、阳光明媚；若为雨天施工状态则会有雨滴不断下落，对视线有一定干扰，且场景中出现下雨声；按下“Tab”键可以随时进行晴天和雨天施工的切换。3.根据权利要求1所述的钢桁架液压提升施工的VR实现方法，其特征在于，所述钢桁架液压提升施工的VR实现方法还包括如下步骤：（3）在Unity引擎中生成EXE文件，可以独立于Revit和Unity软件，在Windows系统下直接运行，用以钢桁架液压提升施工的模拟。4.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡德军，张柏岩，黄铭枫，吴利泽，张永光，王帅，
申请(专利权)人：浙江耀厦控股集团有限公司，浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33