CN110648564A - 一种基于bim和vr技术的施工安全教育装置 - Google Patents

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王梓任
贾君
庞旭东
刘霞
闫亚东
要倩雅
魏延祺
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Abstract

本发明公开了一种基于BIM和VR技术的施工安全教育装置，包括主控制器、VR设备、BIM模型以及情景模拟单元，主控制器分别连接情景模拟单元、BIM模型和VR设备；BIM模型还包括BIM数据库,BIM用于构建建筑设置三维数据模型并存储到BIM数据库供主控制器调取，主控制器将BIM数据库建筑设施的三维数据模型转换成用于VR设备的三维模型并在VR设备上显示；情景模拟单元用于危险情景模拟。该装置具有临场体验好、教学生动、直观，培训效果明显提高,节省资源，无时限和地域的限制。

Description

一种基于BIM和VR技术的施工安全教育装置
技术领域
本发明涉及建筑施工安全管理技术领域，特别涉及一种基于BIM和VR技术的施工安全教育装置。
背景技术
BIM的核心是通过建立虚拟的建筑工程三维模型，利用数字化技术，为这个模型提供完整的、与实际情况一致的建筑工程信息库。该信息库不仅包含描述建筑物构件的几何信息、专业属性及状态信息，还包含了非构件对象（如空间、运动行为）的状态信息。借助这个包含建筑工程信息的三维模型，大大提高了建筑工程的信息集成化程度，从而为建筑工程项目的相关利益方提供了一个工程信息交换和共享的平台。
虚拟现实VR技术综合了计算机图像技术、计算机仿真技术、传感器技术、显示技术等多种科学技术，它在多维信息空间上创建一个虚拟信息环境，能使用户具有身临其境的沉浸感，具有与环境完善的交互作用能力，并有助于启发构思。
随着建筑业的发展，越来越多的大型建筑拔地而起，由于高层建筑作业情况复杂以及多工种交叉作业等特点，这也使得建筑施工过程中的安全隐患也越来越严峻，有必要对建筑施工的人员进行安全培训，使施工人员加强安全生产的意识，消除安全隐患，保护人身安全。
现有的安全教育培训大都为传统的培训方式，老师在讲台上讲学员下面听，这种培训方式效果不甚理想，培训直观性差，学员无亲身体验感，无法提高学员对突发安全事件的临场处置能力。
如果采用在场地搭建安全教育体验装置，通过模拟施工现场中的危险场景，使施工者体验危险场景，达到安全警示的目的，则需要消耗大量的人力物力，安全教育体验装置大多不能进行二次利用，这也造成了材料的浪费。
所以，有必要采用虚拟现实VR技术将BIM模型展现给学员，使学员在安全培训中能有亲临其境的感受，对安全隐患有亲临现场的体验，从而达到更好的培训效果。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于BIM和VR技术的施工安全教育装置，该装置具有临场体验好、教学生动、直观，培训效果明显提高。该装置节省资源，无时限和地域的限制。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种基于BIM和VR技术的施工安全教育装置，包括主控制器、VR设备、BIM模型以及情景模拟单元，所述主控制器分别连接情景模拟单元、BIM模型和VR设备；所述BIM模型还包括BIM数据库，所述BIM用于构建建筑设置三维数据模型并存储到BIM数据库供主控制器调取，所述主控制器将BIM数据库建筑设施的三维数据模型转换成用于VR设备的三维模型并在VR设备上显示；所述情景模拟单元用于危险情景模拟。
上述的基于BIM和VR技术的施工安全教育装置，其中， 所述VR设备为VR视觉头盔。
上述的基于BIM和VR技术的施工安全教育装置，其中，所述情景模拟单元包括触电模拟装置、火灾模拟装置、脚手架塌落模拟装置、高空坠落模拟装置。
上述的基于BIM和VR技术的施工安全教育装置，其中，还包括音响装置，所述音响装置用于危险情景模拟中的各种声响。
上述的基于BIM和VR技术的施工安全教育装置，其中，还包括动作采集单元，所述动作采集单元与所述主控制器连接,用于采集学员在教学过程中的动作。
上述的基于BIM和VR技术的施工安全教育装置，其中，还包括触摸显示屏，所述触摸显示屏与主控制器连接用于选择预存的情景模拟单元的危险情景，以及实时显示VR装置的影像。
上述的基于BIM和VR技术的施工安全教育装置，其中，还包括存储器，所述存储器与主控制器连接用于存储教学过程的实时数据。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
本发明通过BIM技术及虚拟现实VR技术的结合，对建筑施工人员的培训更具有直观性、生动性，培训效果更好。
学员培训的时候，不受时间、环境的限制，使培训及模拟演练方便、实用、效果好。
VR头戴显示器可以让体验者进行沉浸式的直观感受。本发明中的情景模拟装置可以让体验者体验到不同的感官体验，可以让学员体验到模拟真实场景时学员应当采取的应对策略，提升安全教育的实际效果。
本发明通过BIM模型构建虚拟三维模型并存储到BIM数据库， VR设备通过主控制器在VR设备上显示三维模型并与情景模拟装置结合，营造出逼真的虚拟环境，使学员体验到各种危险事件，以及学习对危险事件的规避及处置方法，提升安全教育的效果。
本发明具有节省资源，无需搭建体验设施，节约人力物力；采用虚拟现实技术及BIM模型，学员体验效果好；学员培训不受时间地域的限制，教学方便灵活。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
如图1所示，一种基于BIM和VR技术的施工安全教育装置，包括主控制器、VR设备、BIM模型以及情景模拟单元，主控制器分别连接情景模拟单元、BIM模型和VR设备；BIM模型还包括BIM数据库，BIM用于构建建筑设施的三维数据模型并存储到BIM数据库供主控制器调取，主控制器将BIM数据库建筑设施的三维数据模型转换成用于VR设备的三维模型并在VR设备上显示；情景模拟单元用于危险情景模拟。
本实施例的VR设备为VR视觉头盔。VR设备用于显示通过主控制器将BIM模型数据转换成适于VR设备的三维模型，从而给学员提供视觉感受。
本实施例的情景模拟单元包括触电模拟装置、火灾模拟装置、脚手架塌落模拟装置、高空坠落模拟装置。情景模拟单元提供给学员感官体验，在学员通过VR视觉头盔感受视觉体验的同时，还能感受到其他感官的体验。根据不同的场景，可以预设相应的危险情景模拟单元启动，使学员感受模拟亲临其境的危险事件，从而达到较好的教学效果。
本实施例还包括音响装置，音响装置用于危险情景模拟中的各种声响，使学员能个更加逼真的感受危险情景，如脚手架跌落时的巨响。
本实施例还包括动作采集单元,动作采集单元与主控制器连接,用于采集学员在教学过程中的动作。
本实施例还包括触摸显示屏，触摸显示屏与主控制器连接用于选择预存的情景模拟单元的危险情景，以及实时显示VR装置的影像。触摸显示屏能够实时显示教学过程中的建筑三维模拟模型及情景模拟单元的危险情景，可以供教师及其他的观摩者观看学习。
本实施例还包括存储器，存储器与主控制器连接用于存储教学过程的实时数据。
VR设备、情景模拟单元与主控制器之间的连接可以是有线连接或无线连接完成信息的传递与交换。VR设备给学员带入一个逼真的环境，犹如身临其境，真实感强，预设的情景模拟单元时学员感受逼真环境下的危险事件，使学员得到相应的感官体验及视觉感受。
本实施例的BIM数据库存储有BIM模型对建设设施构建的三维模型，建设设施的BIM模型还设有危险情景模拟，预设情景模拟单元用以模拟真实危险事件的发生，教学时可通过BIM数据库调取相应危险BIM模型，进行危险事故的模拟教学。
触电模拟装置可以让学员体验触电感受。火灾模拟装置可以让学员体验闻到烟雾、热风感受，主要模拟火灾场景。脚手架跌落模拟装置可以让学员感受脚手架跌落时的感受。高空坠落装置可以让学员感受高空坠落时的感觉。
本发明工作过程如下：利用BIM技术建立施工现场的三维数据模型，同时在三维数据模型中进一步建立危险事件情景，将上述三维模型存储到BIM数据库，通过主控制器控制并设定教学所需危险事件情景的开启，系统输入设备可以是键盘也可以是触摸显示屏，如教学的时候可以通过触摸显示屏选择情景模拟单元的具体内容，并将BIM数据库中的三维数据模型转换为适于VR装置的三维模型，学员通过VR装置以沉浸式方式感受三维虚拟施工现场情景，音响装置播放相应的声音，当出现危险场景事件时，情景模拟单元模拟出相应的危险事故，动作采集单元实时采集学员的运动轨迹，并将采集到的数据发送至主控制器，主控制器对传送来的运动轨迹数据进行处理，根据处理结果通过VR设备输出相应视角场景，使学员体验到各种危险事件的发生，从而加强安全意识，同时还可以考验学员对危险事件发生时的规避和应对方法，如发生火灾，触电等危险事件时，采用相应预案处理，使安全教育能够达到更好的效果，减少施工过程中出现的安全事故，更好的保护施工者的人身安全。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (7)

1.一种基于BIM和VR技术的施工安全教育装置，其特征在于，包括主控制器、VR设备、BIM模型以及情景模拟单元，所述主控制器分别连接情景模拟单元、BIM模型和VR设备；所述BIM模型还包括BIM数据库，所述BIM用于构建建筑、设置三维数据模型并存储到BIM数据库供主控制器调取，所述主控制器将BIM数据库建筑设施的三维数据模型转换成用于VR设备的三维模型并在VR设备上显示；所述情景模拟单元用于危险情景模拟。
2.如权利要求1所述的基于BIM和VR技术的施工安全教育装置，其特征在于， 所述VR设备为VR视觉头盔。
3.如权利要求1所述的基于BIM和VR技术的施工安全教育装置，其特征在于，所述情景模拟单元包括触电模拟装置、火灾模拟装置、脚手架塌落模拟装置、高空坠落模拟装置。
4.如权利要求1所述的基于BIM和VR技术的施工安全教育装置，其特征在于，还包括音响装置，所述音响装置用于危险情景模拟中的各种声响。
5.如权利要求1所述的基于BIM和VR技术的施工安全教育装置，其特征在于，还包括动作采集单元,所述动作采集单元与所述主控制器连接,用于采集学员在教学过程中的动作。
6.如权利要求1所述的基于BIM和VR技术的施工安全教育装置，其特征在于， 还包括触摸显示屏，所述触摸显示屏与主控制器连接用于选择预存的情景模拟单元的危险情景，以及实时显示VR装置的影像。
7.如权利要求1所述的基于BIM和VR技术的施工安全教育装置，其特征在于， 还包括存储器，所述存储器与主控制器连接用于存储教学过程的实时数据。
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