CN114708126A - 基于交互式虚拟环境的建筑施工工艺培训的方法及系统 - Google Patents

基于交互式虚拟环境的建筑施工工艺培训的方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提出基于交互式虚拟环境的建筑施工工艺培训的方法及系统，包括对各节点中的建筑物构件进行三维建模，输出模型数据，将模型数据发送至编程平台；编程平台接收模型数据，对模型数据进行编程处理，确定各构件在各个建筑环节中的位置约束关系，模拟建筑施工工艺环境，生成程序文件，发送至交互端；交互端帮助用户通过交互模块对程序文件进行浏览体验，进入虚拟环境模拟训练建筑施工工艺，完成培训。本发明将模型利用编程输出至VR设备，减少成果模型修改操作步骤，并且在编程中对模型各构件输入专属命令，将其适用于施工现场不同部位，在VR设备中对其进行沉浸式操作体验，以实操的方式对相关人员进行培训教育，达到安全施工、精准施工的目的。

Description

基于交互式虚拟环境的建筑施工工艺培训的方法及系统
技术领域
本发明属于建筑施工技术领域，特别涉及基于交互式虚拟环境的建筑施工工艺培训的方法及系统。
背景技术
随着建筑行业内的建筑复杂程度的日益提高，建筑过程中的施工要求也在不断提高，建筑施工过程中的安全施工、精准施工越来越成为备受关注的一个重要问题。
长久以来，国内施工单位通过传统方式进行建筑施工工艺教育，效率低下，且教育成本过高，作业人员接受能力不同导致培训效果不理想，为了解决上述问题，现有的解决方式是基于建筑信息模型(BIM)技术对建筑施工工艺教育。
具体方式为利用三维模型建立软件对方案节点、施工工艺进行单独的模型建立，以达到三维立体的形式展现质量节点，将节点模型输出为动画、图片的形式，再辅以文字进行展示。以立体的形式展现质量控制节点。
具体包括：利用Revit系列软件建立节点模型→导出Revit模型→在其他软件导入模型并对模型进行渲染、动画制作→图片、三维动画视频导出→在视频编辑软件中进行配音、文字添加→最终完成视频→在施工工艺进行前对相关人员进行教育。
现有技术具有以下问题：1、操作繁琐，工艺节点一旦发生些许变化，便需要对源头模型进行更改，然后重新对以上所有阶段进行重复工作，导致浪费大量的人力成本、时间成本；2、视频成果只能形成观看印象，对于需要现场实际操作的工艺，无法帮助实际操作人员积累实战经验，进而导致施工前的教育效果不理想。
发明内容
为了提高建筑施工工艺培训教育的效果，保证高精度高安全性的建筑施工，本发明提出基于交互式虚拟环境的建筑施工工艺培训的方法及系统。
第一方面，本发明提出一种基于交互式虚拟环境的建筑施工工艺培训的方法，包括如下步骤：
预先对建筑施工工艺进行节点分割，确定各环节中的建筑物构件；
对各节点中的建筑物构件进行三维建模，输出模型数据，将模型数据发送至编程平台；
编程平台接收模型数据，对模型数据进行编程处理，确定各构件在各个建筑环节中的位置约束关系，模拟建筑施工工艺环境，生成程序文件，发送至交互端；
交互端帮助用户通过交互模块对程序文件进行浏览体验，进入虚拟环境模拟训练建筑施工工艺，完成培训。
在一些实施方式中，所述对各节点中的建筑物构件进行建模，输出模型数据包括：利用三维建模软件对建筑工艺方案中涉及的构件进行三维建模，输出FBX格式文件的模型数据。
在一些实施方式中，所述编程平台对模型数据进行编程处理，确定各构件在各个建筑环节中的位置约束关系包括：
在编程平台中创建关卡，对关卡进行蓝图编程，将模型数据导入关卡中；
在蓝图中设置Box collision编程，用以约束构件的可移动范围；
对模型数据中的构件添加控制变量；
当构件位于Box collision内，触发控制变量，选择控制指令。
在一些实施方式中，所述在蓝图中设置Box collision编程包括：
读取模型数据；
获取模型数据中与目标构件相同类型的构件；
对所获取的构件进行规则制定；
在规则范围内，控制构件做出于指令对应的操作。
在一些实施方式中，所述编程平台为Unreal Engine 4。
在一些实施方式中，所述方法还包括：定期对建筑施工工艺方案中构件进行更新；
具体包括：
在三维建模软件中，对发生改变的构件进行三维模型更新，输出模型数据，将模型数据发送至编程平台；
编程平台接收模型数据，对发生改变的构件重新编程，更新各构件在各个建筑环节中的位置约束关系。
第二方面，本发明还提供基于交互式虚拟环境的建筑施工工艺培训的系统，其特征在于：所述系统包括：
建模模块，对建筑工艺预先完成节点分割，确定各环节中的建筑物构件，建模模块用于对各建筑工艺环节中的建筑物构件进行三维建模，输出模型数据，将模型数据发送至编程模块；
编程模块，用于接收模型数据，对模型数据进行编程处理，确定各构件在各个建筑环节中的位置约束关系，输出程序文件，发送至交互模块；
交互模块，用于帮助用户通过交互模块对程序文件进行浏览体验，进入虚拟环境模拟训练建筑施工工艺，完成培训。
在一些实施方式中，编程模块，用于接收模型数据，对模型数据进行编程处理，确定各构件在各个建筑环节中的位置约束关系包括：
在编程模块中创建关卡，对关卡进行蓝图编程，将模型数据导入关卡中；
在蓝图中设置Box collision编程，用以约束构件的可移动范围；
对模型数据中的构件添加控制变量；
当构件位于Box collision内，触发控制变量，选择控制指令。
在一些实施方式中，所述在蓝图中设置Box collision编程包括：
编程模块读取模型数据；
获取模型数据中与目标构件相同类型的构件；
对所获取的构件进行规则制定；
在规则范围内，控制构件做出于指令对应的操作
在一些实施方式中，所述编程模块选择Unreal Engine 4。
本发明的基于交互式虚拟环境的建筑施工工艺培训的方法及系统将BIM与编程蓝图结合，将施工工艺、施工方案与VR设备结合，并且在VR设备中进行沉浸式体验，从而在虚拟空间中实际体验施工工艺及施工方案，在施工工艺开始之前进行培训，有助于相关人员掌握施工工艺及施工方案，更好的管控现场的施工质量。
此外，在后续的成果更改过程中也不需要耗费大量的时间来进行渲染及视频制作，由于将软件数量进一步缩小，以及编程语言的固定化，很大程度解决了技术人员的工作负担和在软件学习上的投入。由此即提高了现场施工质量，又减少了项目管理团队对管理成本上的投入。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明实施例的基于交互式虚拟环境的建筑施工工艺培训的方法流程示意图；
图2示出了本发明实施例的基于交互式虚拟环境的建筑施工工艺培训的系统结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
随着建筑行业内的建筑复杂程度的日益提高，建筑过程中的施工要求也在不断提高，建筑施工过程中的安全施工、精准施工越来越成为备受关注的一个重要问题。
目前解决上述问题的方法主要为三维建模辅助于动画、语音等进行解说，完成对相关人员的培训。该种方式只能依据视频展示来进行展示施工方案及施工工艺，无法帮助待培训人员达到更深层次的去体验操作，并且每个人对视频的接受程度不同，视频最终起到的效果取决与观看人员的记忆程度，在仅仅观看视频进行培训的情况下，能够被记住的培训内容基本上都是框架性内容，涉及到细节问题的建筑施工工艺则是容易被遗忘的部分，这就导致在实际施工的环节中，建筑施工的精准度不高，影响建筑的质量，且在建筑施工过程中，非常多的细节是关键节点，一旦有所疏漏，将会产生非常严重的安全隐患，为了保证培训的效果，通常的做法是对待培训人员进行多次重复视频培训，该种方式一方面效率较低，一方面无法保证培训效果。
为此本申请提出基于交互式虚拟环境的建筑施工工艺培训的方法。请参照图1，图1示出了本发明实施例的基于交互式虚拟环境的建筑施工工艺培训的方法流程示意图。如图1所示，基于交互式虚拟环境的建筑施工工艺培训的方法包括如下步骤：
步骤S100：预先对建筑施工工艺进行节点分割，确定各环节中的建筑物构件。
具体的，在建筑施工工艺进行之前，需要对建筑施工工艺中的各个节点进行确定，确定建筑施工工艺的进程，同样的，在各个环节中的每个构件的位置、结构等关系也已经被确定。
步骤S200：对各节点中的建筑物构件进行三维建模，输出模型数据，将模型数据发送至编程平台。
具体地，依据工艺方案建立节点，在三维建模软件中对建筑施工过程中的每个构件进行三维建模。在三维模型建立过程中不需要对其进行参数设置，只需依据其尺寸建立三维模型即可。在本发明方法中，三维建模软件包含但不限于Revit，3D MAX、Rhino、Tekla。示例性的，在本实施例中，选用的三维建模软件为Revit系列软件。建筑构件的三维模型建好之后输出模型数据。
示例性的，本发明实施中输出的模型数据为FBX格式文件的模型数据。因为FBX格式的文件导出后就自动将模型中各个构件独自成为单体，并将模型进行轻量化，所以需要将模型导出成为FBX格式的文件，而导出FBX文件也是Revit系列软件自带的功能，所以并不需要额外安装其他插件，简单快捷易操作，便于提高效率。
步骤S300：编程平台接收模型数据，对模型数据进行编程处理，确定各构件在各个建筑环节中的位置约束关系，模拟建筑施工工艺环境，生成程序文件，发送至交互端。本发明实施中选择的编程平台为Unreal Engine 4，简称UE4，中文译为“虚幻引擎4”。UE4是一款开源、商业收费、学习免费的游戏引擎，UE4采用了目前最新的即时光迹追踪、HDR光照、虚拟位移等新技术，而且能够每秒钟实时运算两亿个多边形运算，效能是目前“Unreal Engine”的100倍。
具体地，对模型数据进行编程处理包括如下步骤：
在编程平台中创建关卡，对关卡进行蓝图编程，将模型数据导入关卡中；在蓝图中设置Box collision编程，用以约束构件的可移动范围；对模型数据中的构件添加控制变量；当构件位于Box collision内，触发控制变量，选择控制指令。示例性的，本发明实施例中的控制变量包括但不限于捡起构件、放下构件、旋转构件。本发明实施例中的控制指令包括但不限于是、否。
更进一步地，在蓝图中设置Box collision编程包括：编程平台去三维模型数据，获取构件目标，设定选择类是否确定对其编程。建立编程规则，将三维模型中的构件与预设的构件相同类型进行筛选，转换类型，与建立的规则进行关联。
在编程平台对建筑施工工艺过程中的每一个构件进行编程，编程语言为通用，无需重复手动输入编程语言。编程完成，将所做的模型工程文件打包导出为EXE程序文件。
步骤S400：交互端帮助用户通过交互模块对程序文件进行浏览体验，进入虚拟环境模拟训练建筑施工工艺，完成培训。
具体的在实际使用过程中，交互端需要借助电脑终端打开EXE程序文件进行体验浏览。在浏览过程中，用户会借助VR设备进入虚拟环境模拟训练建筑施工工艺中的每个环节，整个过程等同于实际操作一遍建筑施工工艺。不仅能够对整个施工工艺的过程进行快速掌握，每个工艺过程中的关键节点也会身临其境体验一番，沉浸式体验培训，从而在虚拟空间中实际体验施工工艺及施工方案。相较于以第三人称视角的视频文字方式，以第一人称的VR设备在虚拟空间中的真实体验更加加深了对施工工艺及施工方案的把握，从而更了解施工现场的施工顺序及注意节点。由此达到控制现场施工质量的效果，达到安全施工、精准施工的目的。
针对现有技术中的操作繁琐，工艺节点一旦发生些许变化，便需要对源头模型进行更改，然后需要大量重复性操作，所有步骤中模型修改、模型渲染、动画制作导出、视频制作、配音、文字均需要逐一修改，导致浪费大量的人力成本、时间成本的问题，本发明实施例中的基于交互式虚拟环境的建筑施工工艺培训的方法还包括：步骤S500：定期对建筑施工工艺方案中构件进行更新。
具体包括：
步骤S501：在三维建模软件中，对发生改变的构件进行三维模型更新，输出模型数据，将模型数据发送至编程平台；步骤S502：编程平台接收模型数据，对发生改变的构件重新编程，更新各构件在各个建筑环节中的位置约束关系。
若建筑成果需要修改时只需要对模型中的构件三维模型进行修改，再将三维模型直接导出为FBX格式，然后将各编程语言与需要替换的构件重新关联即可，不需要重复编程操作，大大节省了成果修改的便捷性，从而提高工作效率。
接下来，将会示例性的阐述本发明实施例的基于交互式虚拟环境的建筑施工工艺培训的方法的具体过程。
预先对建筑施工工艺进行节点分割，确定各环节中的建筑物构件。在Revit软件中依据建筑施工工艺方案建立节点中各构件的三维模型，在模型建立过程中无需对其进行参数设置，只需依据其尺寸建立1:1模型即可，输出模型数据，将模型数据发送至编程平台。
在三维模型建立完成后对其进行导出FBX格式的文件，打开编程平台，在平台中创建关卡，对其进行蓝图编程，将三维模型导入编程平台中，在蓝图中对其进行编程操作。
具体包括：步骤1：进入Unreal Engine 4编程平台，打开平台关卡，在关卡中导入FBX格式的三维模型。步骤2：为建筑构件添加控制变量，示例性的，本发明实施例中的控制变量设置为if PickUp和if Down。本控制变量主要为是否允许构件被拿起或者放下。步骤3：创建Actor编程蓝图，在蓝图中创建Box collision编程，用以约束构件的可移动范围。其中，Box collision进行编程包括：get overlap actor获取目标，设定选择类bp_PickupCube，建立For Each Loop，将其Array与get overlap actor子项中OverlappingActors关联；将For Each Loop子项Exec与运行事件关联；对其For Each Loop子项ArrayElement转换类别为bp_PickupCube，将转换类型bp_PickupCube与Loop Body关联；最后将bp_PickupCube连接步骤2的变量if PickUp和if Down。本步骤是限制构件在Boxcollision内中可以拿起或者放下。步骤4：设立触发事件PickUp，建立分支，将分支子项True延伸进行Set simulated physics,将目标设为选定构件，并将Set simulatedphysics延伸为Attach component,将Attach component子项中的Parent与事件Pickup中Attach To连接，最后将变量if PickUp与分支子项Condition连接。步骤5：设立触发事件Drop，建立分支，将分支子项True延伸进行Set simulated physics,将目标设为选定构件，并将Set simulated physics延伸出detach actor。步骤6：将Box collision放置于所需构件上，作为模型构件的起始位置，再复制出一个Box collision，作为模型构件的放置位置，将构件摆放位置就进行了范围限制。步骤7：由于编程蓝图的便利性，其他构件的编程语言复制步骤4和步骤5即可，不需要再重复手动输入编程语言。
编程完毕后将所做的模型工程文件打包导出为EXE程序文件。EXE文件可以直接打开，通过电脑链接VR设备，用户头戴VR设备，将电脑链接VR设备后即可对程序进行浏览和实际操作。
与现有技术对比，本发明通过BIM与编程蓝图结合，将建筑施工工艺、施工方案与VR设备结合，并且在VR设备中进行沉浸式体验，从而在虚拟空间中实际体验施工工艺及施工方案，提前掌握施工工艺及施工方案，更好的管控现场的施工质量。
并且在后续的过程中，一旦建筑成果需要更改，在更改过程中也不需要耗费大量的时间来进行渲染及视频制作，由于将软件数量进一步缩小，以及编程语言的固定化，很大程度解决了技术人员的工作负担和在软件学习上的投入。由此即提高了现场施工质量，又减少了项目管理团队对管理成本上的投入。
本发明实施例还提供基于交互式虚拟环境的建筑施工工艺培训的系统，请参照图2，图2示出了本发明实施例的基于交互式虚拟环境的建筑施工工艺培训的系统结构示意图。如图2所示，该系统包括：
建模模块，对建筑工艺预先完成节点分割，确定各环节中的建筑物构件，建模模块用于对各建筑工艺环节中的建筑物构件进行三维建模，输出模型数据，将模型数据发送至编程模块；
编程模块，用于接收模型数据，对模型数据进行编程处理，确定各构件在各个建筑环节中的位置约束关系，输出程序文件，发送至交互模块；
交互模块，用于帮助用户通过交互模块对程序文件进行浏览体验，进入虚拟环境模拟训练建筑施工工艺，完成培训。
更进一步地，编程模块，用于接收模型数据，对模型数据进行编程处理，确定各构件在各个建筑环节中的位置约束关系包括：
在编程模块中创建关卡，对关卡进行蓝图编程，将模型数据导入关卡中；
在蓝图中设置Box collision编程，用以约束构件的可移动范围；
对模型数据中的构件添加控制变量；
当构件位于Box collision内，触发控制变量，选择控制指令。
更进一步地，所述在蓝图中设置Box collision编程包括：
编程模块读取模型数据；
获取模型数据中与目标构件相同类型的构件；
对所获取的构件进行规则制定；
在规则范围内，控制构件做出于指令对应的操作
更进一步地，本发明实施例中的编程模块选择Unreal Engine 4。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.基于交互式虚拟环境的建筑施工工艺培训的方法，其特征在于：
包括如下步骤：
预先对建筑施工工艺进行节点分割，确定各环节中的建筑物构件；
对各节点中的建筑物构件进行三维建模，输出模型数据，将模型数据发送至编程平台；
编程平台接收模型数据，对模型数据进行编程处理，确定各构件在各个建筑环节中的位置约束关系，模拟建筑施工工艺环境，生成程序文件，发送至交互端；
交互端帮助用户通过交互模块对程序文件进行浏览体验，进入虚拟环境模拟训练建筑施工工艺，完成培训。
2.根据权利要求1所述的基于交互式虚拟环境的建筑施工工艺培训的方法，其特征在于：
所述对各节点中的建筑物构件进行建模，输出模型数据包括：利用三维建模软件对建筑工艺方案中涉及的构件进行三维建模，输出FBX格式文件的模型数据。
3.根据权利要求1所述的基于交互式虚拟环境的建筑施工工艺培训的方法，其特征在于：所述编程平台为UnrealEngine 4。
4.根据权利要求3所述的基于交互式虚拟环境的建筑施工工艺培训的方法，其特征在于：所述编程平台对模型数据进行编程处理，确定各构件在各个建筑环节中的位置约束关系包括：
在编程平台中创建关卡，对关卡进行蓝图编程，将模型数据导入关卡中；
在蓝图中设置Box collision编程规则，用以约束构件的可移动范围；
对模型数据中的构件添加控制变量；
当构件位于Box collision内，触发控制变量，选择控制指令。
5.根据权利要求4所述的基于交互式虚拟环境的建筑施工工艺培训的方法，其特征在于：所述在蓝图中设置Box collision编程包括：
读取模型数据；
获取模型数据中与目标构件相同类型的构件；
对所获取的构件进行规则制定；
在规则范围内，控制构件做出于指令对应的操作。
6.根据权利要求1所述的基于交互式虚拟环境的建筑施工工艺培训的方法，其特征在于：
所述方法还包括：定期对建筑施工工艺方案中构件进行更新；
具体包括：
在三维建模软件中，对发生改变的构件进行三维模型更新，输出模型数据，将模型数据发送至编程平台；
编程平台接收模型数据，对发生改变的构件重新编程，更新各构件在各个建筑环节中的位置约束关系。
7.基于交互式虚拟环境的建筑施工工艺培训的系统，其特征在于：所述系统包括：
建模模块，对建筑工艺预先完成节点分割，确定各环节中的建筑物构件，建模模块用于对各建筑工艺环节中的建筑物构件进行三维建模，输出模型数据，将模型数据发送至编程模块；
编程模块，用于接收模型数据，对模型数据进行编程处理，确定各构件在各个建筑环节中的位置约束关系，输出程序文件，发送至交互模块；
交互模块，用于帮助用户通过交互模块对程序文件进行浏览体验，进入虚拟环境模拟训练建筑施工工艺，完成培训。
8.根据权利要求7所述的基于交互式虚拟环境的建筑施工工艺培训的系统，其特征在于：
编程模块，用于接收模型数据，对模型数据进行编程处理，确定各构件在各个建筑环节中的位置约束关系包括：
在编程模块中创建关卡，对关卡进行蓝图编程，将模型数据导入关卡中；
在蓝图中设置Box collision编程规则，用以约束构件的可移动范围；
对模型数据中的构件添加控制变量；
当构件位于Box collision内，触发控制变量，选择控制指令。
9.根据权利要求8所述的基于交互式虚拟环境的建筑施工工艺培训的系统，其特征在于：
所述在蓝图中设置Box collision编程包括：
编程模块读取模型数据；
获取模型数据中与目标构件相同类型的构件；
对所获取的构件进行规则制定；
在规则范围内，控制构件做出于指令对应的操作。
10.根据权利要求9所述的基于交互式虚拟环境的建筑施工工艺培训的系统，其特征在于：所述编程模块选择UnrealEngine 4。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116993930B (zh) * 2023-09-28 2023-12-22 中冶武勘智诚(武汉)工程技术有限公司 一种三维模型教培课件制作方法、装置、设备及存储介质

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