施工安全的可视化技术及应用

摘要 在工程施工中，施工资源所具有的数据量非常庞大，无论是对人员、材料还是设备数据的收集都具有着较为复杂的特点。而随着近年来我国智能数据处理技术与数据传感器技术的发展，部分数据可视化工具也逐渐出现在了工程施工之中。在本文中，将就施工安全的可视化技术及应用进行一定的研究与分析。

关键词：施工安全；可视化技术；应用；

1 引言

在以往工程项目建设的过程中，项目的参与各方都是以口头或者纸质文件的形式对信息实现沟通与交流，而在信息具体传递的过程中，却往往由于传递信息所存在的模糊与不足而使项目参与者不能够以正确、迅速的方式作出决定。为了能够在原有基础上以更为准确、及时的方式作出工程决策，项目的参与各方就急需能够从视觉基础上对建筑活动信息进行建立、理解，而这也对施工的可视化技术应用提出了具体的要求。

在现今的设备、材料以及人员的建筑场地信息收集方面，一般是由人工记录与监控的方式进行的，这项工作对于工程师自身的技术水平以及工作经验也具有着非常高的要求。同时，由于该项工作开展耗时较长、且往往会受到记录人员主观性的影响，无论信息记录人员的经验如何丰富也会不可避免的出现差错。这种情况的存在，则使得在具体工程项目施工中，当工作要求能够以准确、快速的方式作出决策时，往往存在着较大的不足与滞后。在这种情况下，虚拟现实技术的出现为我们提供了一个较好的解决方案，通过该项技术对于施工现场的真实模拟以及强烈现场感的提供，目前已经被较为广泛的应用到了工程施工过程中。

2 可视化技术

通过建模技术以及激光扫描技术的应用，则能够对现场施工环境进行准确的创建，如场地地形以及场地布局等。而通过实时位置跟踪传感器的应用，则能够在施工现场对相关数据进行收集的同时将这部分数据集成到虚拟现实环境之中。

2.1 可视化虚拟现实环境

对于虚拟现实环境来说，其是由很多个能够对真实环境进行代表的属性与实体所组成，其基本元素包括有光、对象、属性、场景以及对象间的相互关系等。对于场景静态对象以及表面来说，通过激光扫描的方式则能够准确的获得，且通过扫描方式的应用，则能够每次都获得一个独特的坐标系统，对此，我们在开展具体扫描时就需要能够将结果都统一集成到一个坐标系统之中。同时，照明也是该环境所具有的一个特点，虽然在我们所处的现实世界中，光线并不是无时无刻存在，而在模拟环境中，光则能够起到一个重要的定向作用。

同时，在该环节中，我们也通过CAD软件的应用对对象进行创建，并通过虚拟相机的应用从不同的视角对场景进行定义。而对于关系来说，其则代表特定场景中不同实体之间的联系，能够对不同元素间的相关性进行代表，如两个物体间的距离。而当我们从传感器中对实时数据进行接收、再传送到数据服务器之后，则能够对动态对象的属性起到较好的更新作用。

2.2 实时数据分布

为了能够对工程管理者具体施工过程的信息需求进行满足，在系统获取信息之后，不仅需要将其传输到本地服务器之中，还需要将其传输到远程3D查看器中。这种情况的存在，就需要该可视化系统能够具有数据的与订购功能，且需要信息能够通过局域网或者互联网实现访问共享。

对于该虚拟现实环境来说，其应当包括有较为复杂的动态对象以及静态结构，如设备、人员、建筑物以及材料等，以此帮助人们能够对建筑活动产生理解与感知。而当实施传感器数据同虚拟环境元素实现连接之后，通过当地数据处理器的应用则能够以较为及时的方式对传感器中的数据进行更新。而其中查询、机制的存在，则允许数据收集器能够对虚拟现实环境信息进行同步更新，而用户借助局域网与互联网的访问则能够对系统所的实时数据进行查询，以此帮助管理者能够以更为正确、快速的方式作出决策。

3 模拟试验

3.1 临近施工人员危害的模拟

在该场景模拟中，首先要在系统中构建场景表面，并根据所需模拟的现场对3D对象模型以及对象之间的关系进行创建，之后，则将其运用到系统虚拟现实环境之中。在场景中，我们主要设定了5个对象，即工人、推土机、建筑物、起重机以及装载机，而通过空间测量设备的应用，则能够对施工现场场景进行生成。

首先，我们需要将所需要模拟的空间数据传输到服务器之中，并将处理生成后的信息发表到3D查看器中。之后，我们以绿色圆圈对场景中的危险区域进行标记，如果其临近区域变为红色，则说明在该场景中具有着非常严重的安全风险。而如果现场设备、工人处于接近危险的状态，系统则能够对其在标记之后立即发出警告，并完成相关数据的记录。在系统中，对塔式起重机进行模拟也是非常重要的一项技术，起重机是现今施工中应用较多的一项技术，其具有两个自由度，即升降负载以及起重机臂。由于定位传感器数据仅仅能够对绝对空间信息进行提供，在具体应用中则需要具有很多的传感器，根据这种特征，我们则将其分解为4个组件，即吊杆、地基、小车与负载。

3.2 现场施工活动可视化

通过位置跟踪与激光扫描技术的应用，则能够帮助我们对工程施工现场数据进行收集。一般来说，工程施工现场的主要对象有匝道车辆、施工人员出入口、钢筋混凝土结构、施工材料以及安全保护设备等。而当对现场施工环境模拟完成之后，则可以通过UWB技术的应用对施工现场动态对象如起重机、工人以及车辆等进行跟踪。对于每个工人，都需要对其至少配备一个UWB，通过将UWB所收集到的数据发送到服务器之中，服务器则能够对其速度、位置等参数进行计算。而在起重机方面，则需要将其安装6个UWB，其中4 个安装在支架上，1个安装在起重机舱室，1个安装在起重机吊钩上。通过模拟整个施工现场，对所有元素作标记，这些元素在任何给定时间的位置已知。当没有警告时，起重机的邻近区域是黄色的。当工人进入到起重机的邻近区域时，黄色变成红色，表明工人有危险。起重机的邻近区域可以由用户定义以避免无用的警报。此外，根据起重机操作员在驾驶室的视野。当起重机必须把建筑材料放置在一个竣工的建筑物后面时，起重机操作员可以通过虚拟现实环境“看见”所应放置的位置，对于实际施工起到了积极的作用。

3.3 工人培训可视化

通过将可视化技术应用于工人的培训环境，能更有效地促进他们学习技术。在某公司，进行了一个试验，目的是测试可视化系统对提高培训师和学员工作及学习效率的可行性。基本元素包括学员、起重机和材料。其中，对本次培训的教师与工人都配备了UWB，经过培训之后，通过可视化分析方式的应用则能够使参与培训的工人更为明确的认识到错误是如何发生的、如何对这部分错误进行避免，以此起到了提升施工安全性的作用。

4 结束语

在上文中，我们对施工安全的可视化技术及应用进行了一定的分析与研究，可以看到，该项技术对实际工程施工的安全、顺利开展具有非常积极的意义，需要在今后工程施工中对其更好的推广、利用。

参考文献

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