装配式建筑VR建造工艺

赵昊磊 田宇哲 叶中文

基金项目：合肥工业大学2019年校级大学生创新创业训练计划项目资助（项目编号：X20191035953）。

摘 要： 我们针对装配式建筑施工过程中，普通工人对于装配式建造工艺了解不深，施工又缺乏相应技术指导，学生在校缺乏学习装配式建筑的辅助软件等问题，将装配式建筑建造工艺与VR技术相结合，利用3ds Max和MATLAB，开发了一个基于MATLAB的交互式软件。

关键词： 装配式;建筑;VR技术;交互式

【中图分类号】TU201.4     【文献标识码】A     【文章编号】1674-3733（2020）04-0100-02

1 有关装配式建筑的概述

装配式建筑又称预制装配式建筑，即建筑的部分或全部构件在工厂预制完成，然后运输到施工现场，将构件通过可靠的连接方式组装而建成的建筑。

装配式建筑的很多优点随着现代工业技术的进步逐渐展露出来，如建造房子可以像机器生产那样，成批成套地制作，只需把预制好的房屋构件，运到工地装配起来就成了，避免现浇混凝土养护问题，大大缩短了工期。目前我们国家的装配式建筑尚处于初级阶段，正处于普及的过程中，所以我们需要克服建造过程中的些问题，促进发展装配式建筑。

2 装配式建筑领域中存在的一些问题

我们的项目，就是针对装配式建筑中的一些问题提出解决方案。根据我们的调研，我们发现装配式建筑在实际应用中存在一些的缺点和不足之处。尤其在施工过程中，缺乏相应技术人员指导施工，普通工人对于装配式建造工艺了解不深，容易造成施工错误，甚至产生安全隐患。而且后备力量不足，学生在学校不能学习很多有关装配式建筑的知识，缺乏一种生动形象的装配式建筑施工教学方法。

3 预定的技术方案及途径

经过我们项目内部讨论，我们认为VR技术（一种能够创建和体验虚拟世界的计算机仿真技术）能够很好的解决当下装配式建筑领域的这部分问题。我们将装配式建筑的建造过程与VR技术相结合，利用计算机生成一种交互式的三维动态视景，其实体行为的仿真系统可以进行虚拟操作，用于建筑业可以更直观的模拟施工过程，实现预施工，对建筑模型实施交互式控制。

3.1 技术方面

我们使用3ds Max、CAD、VRay、Premiere、MATLAB、MinGW、MATLAB Runtime这些软件，进行模型创建、动画制作、场景渲染、后期剪辑、MATLAB GUI设计以及对该m文件的编译。

3.2 模型创建

建模是一个难度大、耗时长的过程。3ds Max这款软件对于初学者来说不容易上手，前期学习非常漫长。

我们在dwg格式的施工现场的平面布置图，将各个功能区的实体模型创建出来，包括塔吊、未建成的楼、职工宿舍、生活区、预制构件堆放区、施工人货电梯等。

对于模型中的基础设施部分，部分借用原有模型，如活动板房，但需这些模型一一拆开，再重新搭建起来，完成职工宿舍等模型的创建。对于预制构件，尽量还原其最真实的样子。并且对整个施工现场做了细节处理，如沙堆的起伏凸凹感、出入口设置员工实名制通道等，使得场景更为真实。

3.3 场景渲染

整个项目一共有七个部分的模拟动画，包括楼梯的运输，楼梯的放置，楼梯的起吊，楼梯的安装，墙安装，墙板安画，墙板起吊。

利用3ds Max中VRay渲染器对原动画视频渲染。通过添加材质，调整材质参数，增加天空贴图，将编辑好的材质球赋予半球壳上，完成背景天空的设置。照明方面，采用VRaySun模拟太阳光。通过调整相应参数，特别是针对太阳光强度的设置，需要多次調整。初次发现整个场景显示暗淡，通过多次尝试后，改用VRayMtlWrapper包裹VRayLightMtl，并使天空背景仅发光而不影响周围环境，进而实现明媚的场景需要。

在模型、动画、摄影机等一切准备就绪之后，采用了VRay渲染器进行渲染，每帧画面渲染用时约1.5分钟，动画设置的是每秒30帧，所以对于一个十秒钟的视频渲染需要约8小时。渲染完成后输出的视频为avi格式，图片为bmp格式。

3.4 MATLAB GUI设计及m文件编译

在完成7部分的视频剪辑之后，在MATLAB中输入guide命令，创建一个GUI界面，添加7个按钮，分别对应这7个视频。使用VideoReader、read、inshow、pause这几个命令。采用VideoReader命令获取视频文件的每一帧，设置一个for循环并用read命令使MATLAB读取所获得的帧，inshow命令使每一帧显示出来，pause命令设置帧与帧的间隔为0.01秒。将这些用于播放的代码粘贴到GUI界面自动生成的代码中相应按钮代码下，尤其注意视频的位置不能写错。

代码编写完成后运行，达到预期的目的，将这个m文件与fig文件合并生成exe文件，生成一个新的m文件，再进行编译。

运行编译命令，要保证操作设备上有MinGW编译器，选择c++语言进行编译，生成一个exe文件，命名为achievement_export.exe。这个软件在设备上就可以正常运行。

当把这个软件在其他设备上运行时，要安装MATLAB Runtime软件。这个软件是一套独立的共享库，可以执行已编译的 MATLAB 应用程序或组件。这样就可以在任意一台未安装MATLAB的设备上使用该软件。

3.5 视频导出方面

导出的视频中，在调慢了播放速度的片段，画质受损严重，是调慢了播放速度，每秒读取的帧数变少，表现出来的效果是画面模糊并且跳闪;还有同一个视频文件因为反复导入导出，画质受损叠加，这个问题在后期才发现，视频导出格式采用H.264，预设 High Quality 1080p HD，长宽比为方形像素，时间插值为光流法等，以上这些问题都会影响导出视频的画质。

4 成绩和收获

使用3ds Max制作施工动画，并设计一个基于MATLAB编写的软件，通过点击软件里对应的按钮，可以查看不同预制构件从运输、摆放再到施工的全部流程，将装配式建筑施工工艺与VR技术相结合，实现了人机交互式。

我们的软件具有很强的实用性，操作简单且受众广泛：

指导施工：施工人员可以针对性的查看装配式建筑不同预制构件在施工时的具体流程，使用起来较市面上的装配视频更加方便快捷。

教学功能：教师可以将此软件运用于课堂，对学生进行装配式建筑教学，使课堂更加生动，有助于培养装配式建筑行业相关人才。

现场演示：施工企业还可以运用此软件进行施工现场及各个细节的展示，便于监督管理。

5 结语

装配式建筑施工前进行施工动画模拟有助于推动建造工艺的巨大进步，也对完善施工步骤、减少工程造价有重要作用。本文介绍了实现装配式建筑预施工的一种可能和详细的过程，对装配式预施工起到一定的指导作用。

参考文献

[1] 刘炜.装配式建筑工程全过程成本控制研究[D].安徽建筑大学，2018.

[2] 王爽，王春艳.装配式建筑与传统现浇建筑造价对比浅析[J].建筑与预算.2014（07）.

[3] 龙莉波，马跃强，赵波.预制装配式建筑施工技术及其配套装备的创新研究[J].建筑施工，2016（7）：90-92.