三维建模与虚拟现实技术在交通设施作业安全培训中的应用设计

张贻超

计算机辅助软件教学一直是近年来土木学科教学中的一项专业课程，主要包括工程制图专业软件、各类建模软件及设计分析软件等。随着建筑信息模型（BIM）技术的发展，部分国内外高校将BIM技术引入工程制图教学。此外，虚拟现实（VR）技术也逐渐应用于各类工程教学的场景模拟中，尤其是建筑、土木理论以及人车路相互作用的相关教学。本文阐述并分析了BIM及VR技术在土木领域教学中的应用实践，以交通基礎设施为对象进行了BIM及VR技术的安全培训模式设计。

一、引M及VR技术教学应用现状

建筑信息模型BIM（BuDding InformationModeling）技术以及这种特定的称谓是在2002年由Autodesk公司率先提出，并逐渐得到世界建筑行业的普遍接受和认同。建造业的工程技术人员将BIM称作是建筑、土木工程领域的一门通讯语言，作为一门沟通信息工程，相对于传统的二维制图，BIM技术具有信息完整、直观及多维信息等优势。以色列理工学者研究发现将BIM技术应用于课堂教学对学生来说相对容易学习，且学生毕业后可以满足BIM技术应用于设计的时代要求。斯坦福大学学者将BIM项目管理技术引入教学，基发现该给予BIM的项目管理工具使得学生以结构化的方式了解项目文件，从而帮助学生专注于更深入的项目计划细节。南加州大学的学者则充分论证了BIM技术对于建筑工程管理专业学生教学的必要性。

VR技术从交通设施的成果展示、建模、人机交互以及大型结构的直观感知等多个角度应用于土建工程的教学及培训辅助。虚拟现实（ VR）技术结合三维（3D）建模技术，为远程教育、职业培训以及专业实践提供了更多可能性，视觉交互及施工互动有助于理解不同的设计要素及功能，作业专业学习与实践的有效支撑。虚拟现实技术还可以应用于环境模拟试验及互联网远程实验室，改善工程学科的教学体验。

二、用户安全施工培训的三维交互式平台设计

1）三维展示及浏览服务

进行多种方式的场景浏览，包括：运动物体、模拟汽车、飞机等。精确表现公路以及其他设备设施，实现多窗口联动及多方案对比或影像对比。

2）三维空间分析服务

实现三维量算分析、两点可视分析、扇面可视分析、剖面分析、挖填方分析、日照分析和定点观察。

3）飞行路线服务

用户自定义飞行路线或外部位置信号窦时驱动（如GPS等），实现人、车、船、飞机、迷你监控等任意模型在场景中的沿线运动，并且可以在第一人称、第三人称、跟随或自由四种模式随意切换。

4）用户数据添加服务

实现用户自定义添加三维基础模型以及数据层。

5）搜索服务

地图搜索服务支持多种搜索类型，包括关键字搜索、视野内搜索、周边搜索、普通建议词搜索、POI搜索、周边搜索等。

6）路线规划服务

路线规划服务支持驾车路线查询，可以根据输入的起点、终点和途经点（如果有）以及规划方式查询驾车路线，系统支持以下几种方式的驾车路线查询：最快路线、最短路线、避开高速、少步行。

7）中心点定位查询服务

中心点定位查询服务支持返回当前地图范围的中心点坐标信息。

8）地图基本操作服务

对精细矢量二、三维电子地图任意放大、缩小、移动、旋转、测量，同时可以进行图层控制。

9）交通安全场景模拟

交通安全场景模拟指的是模拟道路交通中与设施管理有关的交通安全管理内同，包括施工推演、应急预案等。施工推演利用三维地图360度全方位展示的特点，实现现实中不同施工方案的真实再现，设计研究施工作业对于现有交通在实际场景中的影响并进行施工组织规划。

三、总结与展望

BIM及VR技术应用于交通基础设施安全培训中，可以服务于多种不同的设施类型，面向不同的人群。基于互联网的多维信息平台可以同时满足不同用户的定制化需求。以平台形式进行三维数据建设及平台开发，不同类型的工程施工安全培训可以共享教学模块与数据，并可以利用平台接口开发适合于相应案例的素材。