AR技术在建筑施工塔式起重机培训系统设计中的应用研究

冯保明

(上海建工七建集团有限公司，上海 200120)

1 技术方案

AR技术在建筑施工塔式起重机培训系统的设计中体现出非常重要的应用价值，不仅实现了交互式塔机操作的智能化模拟，而且综合运用了全视角立体显示技术与三维图形处理技术，为提高师生良好的使用体验发挥出重要作用。建筑施工塔式起重机培训系统的设计离不开对AR技术的应用，AR技术主要借助虚拟现实技术和人工智能技术，通过采用子系统融合的方式，将体感操作控制台、视觉系统、音响系统结合为统一整体[1]，为师生提供良好的塔式起重机仿真互动体验，有效地提高了教学培训的可靠性和安全性，教师利用该系统，对学员进行针对性地培训，可以最大限度地提高学员的操作技能和突发事件处理能力。基于AR技术建筑施工塔式起重机培训系统组成见图1。

图1 基于AR技术建筑施工塔式起重机培训系统组成

1.1 教学系统

基于AR技术建筑施工塔式起重机培训系统主要包含两大核心功能，分别是教员管理功能和学员管理功能。教员和学员在使用该系统之前[2]，需要通过身份认证后，方可进入到系统相应界面。其中，教员通过利用该系统可以采用远程控制的方式，对该系统进行远程维护，或者远程上传教学资料等操作，同时，还拥有设置学员考试科目、查看学员考试成绩、跟踪学员训练状态以及记录学员训练结果等功能；学员利用该系统可以对学习资料进行检索、查看和浏览。

1.2 图像视景系统

该子系统在具体的设计和实现中，在AR技术的应用背景下，充分借助了投影背投技术，实现了多维立体成像相关功能的实现，为学员带来真实化的临场感[3]，最大限度地提高系统的仿真还原程度。同时，在音响系统的配备下，还可以为学员模拟真实化的现场施工环境音效。

1.3 塔吊实操模拟训练系统

在AR技术的应用背景下，该子系统在具体的设计中，借助体感震动座椅的使用优势，对塔吊驾驶室的环境进行真实化模拟，同时，还对设备实际运行状态进行真实化还原，让学员在虚拟化的工作环境中，对相关设备的参数进行配置[4]，便于更好地提高学员的操作技能。

2 系统实现方式

2.1 塔吊模型仿真

通过对塔吊三维模型进行构建，实现对各种传感器出发点的设置，如风速传感器、高度传感器、角度传感器等，以达到提高塔吊实际运行环境模拟效果的目的。塔式起重机三维模型如图2所示。

图2 塔式起重机三维模型

2.2 运行环境仿真

在这一环节中，根据建筑工程施工需求，通过将多种外界影响因素融入到对施工现场相关信息模型进行构建中，如空气温度、空气湿度、光照强度等，实现对施工现场相关信息模型的科学构建和应用，同时，还要在真实化的施工环境中，对塔吊的各个关键节点进行真实化模拟，以得到真实化的塔式起重机作业场景。塔式起重机作业场景如图3所示。

图3 塔式起重机作业场景

2.3 数据接口

在AR技术的应用背景下，建筑施工塔式起重机培训系统具有多个数据接口，便于学员根据训练需要，在结合工程种类以及塔吊规格的基础上，对塔吊信息模型以及施工环境进行针对性地编辑和修改，极大地提高了学员的使用体验。

3 技术创新点及优势

3.1 可编辑塔机运行环境与施工现场环境

通过将AR技术应用于建筑施工塔式起重机培训系统的设计中，学员借助该系统相关功能，可以根据建筑工程各种施工因素，如工程塔吊型号、工程种类以及现场环境，对塔吊信息模型、现场施工环境进行针对性地编辑和修改，以满足建筑工程施工需求，为进一步提高建筑施工质量和施工进度打下坚实的基础。同时，AR技术还对真实化模拟施工现场的光环境提供了很好的支持，施工现场光环境可以针对当前季节特点，对不同时间段的光照强度进行真实化模拟，让学员在不同的光照强度下进行针对性训练以提高培训教育的有效性和科学性。此外，在对那些即将持证上岗的学员进行培训时，通过利用该系统，可以针对建筑工程的实际需求，对塔吊的工作环境进行真实化模拟，将塔式起重机实际操作风险降到最低。

3.2 全视角立体显示技术与三维图形处理技术应用

通过综合运用全视角立体显示技术与三维图形处理技术，可以实现对多维立体成像相关功能的设计和开发，为学员呈现出与现实比例相同的景物和画面，向学员呈现真实的虚拟环境，产生一种身临其境的感觉，从而保证了系统的仿真效果。同时，在AR技术的应用背景下，该系统还可以为学员呈现出真实化的施工现场全景视觉效果，借助跟踪技术的应用优势，对学员进行相关业务培训，以达到提高学员技术水平的目的。

3.3 交互式塔机操作模拟

为了充分发挥和利用AR技术的应用优势，学员通过利用该系统可以对实际操作工作进行真实化模拟，然后，借助仿真设计方式，对各个操作技能进行针对性地学习，以达到提高自身专业操作技能的目的。同时，还可以对各种突发事件进行模拟，如货物撞击、塔身倾斜、碰撞报警器异常等，便于学员在处理这些突发事件的过程中，提高自身的随机应变能力和突发事件处理能力。

3.4 部署简单，周转便捷

通过将AR技术应用于建筑施工塔式起重机培训系统的设计中，确保图像视景系统、音响系统、体感控制平台进行有效融合，使其结合为统一整体，为学员提供训练、考核一体化的学习功能。同时，还可以提高该系统部署简单性和周转便捷性，从根本上解决了传统系统受外界因素限制等问题，为缩小学员培训成本，提高学员培训效率和效果提供了重要的平台支持。

4 结束语

在AR技术的应用背景下，建筑施工塔式起重机培训系统在设计和应用方面取得了很大的突破和创新，该系统通过综合运用电子传感技术和AR技术，科学模拟了塔式起重机使用过程以及在实际使用中可能出现的安全隐患，学员通过利用该系统可以在多种虚拟化的复杂、突发施工环境中，进行针对性地训练和提高自身的操作技能以及处理突发事件能力，为更好地保证塔吊可靠、安全生产提供有力的保障。因此，AR技术具有非常高的应用价值和应用前景，为促进建筑施工塔式起重机培训系统的健康、可持续发展提供了重要的技术支持。

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