张威
中国铁路郑州局集团有限公司郑州建筑段
摘要：建筑企业在施工生产环节必须坚持“安全第一、预防为主”的方针。随着建筑业的不断发展和转型升级的不断深化，加强工程质量安全管理，提高从业人员素质成为行业发展的迫切要求，对施工现场安全技术工人的安全专项能力、自我防护意识以及对安全事故的预防和处理能力也提出了更高的要求。
关键词：施工企业；安全教育；虚拟现实技术；应用
1虚拟现实技术概述
虚拟现实技术(VirtualReality)是借助于计算机来创造出一种虚拟化的空间环境，借助于多种传感设备来促使用户能够直接进入到相应的环境当中，从而达到用户与所对应环境之间的直接交互。在此方面所提到的虚拟化空间环境即为计算机所产生出的具备表面色彩的立体化图像，其可以是某种特定现实空间的真实再现，亦可以是完全的凭空构想。在进行人与机器的交互过程当中所需要应用到的设备主要包括立体头盔、数据手套、数据衣物等，并将之穿戴于身上来实现与虚拟空间的交互。虚拟现实技术的特点：第一，沉浸性(Immersion)。指计算机操作人员作为人机环境的主导者溶入于虚拟环境中，通过多维方式与计算机所创造的虚拟环境进行交互，能使参与者全身心地沉浸在计算机所生成的三维虚拟环境中，产生身临其境的感觉。第二，交互性(Interaction)。是指操作者与虚拟环境中所遇到的各种对象的相互作用的能力，它是人机和谐的关键性因素。交互性包含对象的可操作程度及用户从环境中得到反馈的自然程度、虚拟场景中对象依据物理学定律运动的程度等。第三，构想性(Imagination)。是通过虚拟现实，从定性和定量综合集成环境中结合，引导人们去深化概念和萌发新意，抒发人们的创造力。
2关键技术
在虚拟现实技术当中所主要包括的核心技术主要有以下几方面：第一，对三维立体图像的实时生成。此项技术手段目前已经十分成熟，在诸多领域当中已经得到了广泛的普及应用，尤其是以动漫作品的制作尤为普遍。此项技术的难点即为在不对图像的质量及容量产生影响的前提下，怎样能够增强刷新频率将是目前对于此项技术的主要研究重点。第二，系统集成技术。由于VR系统中包含大量的感知信息和模型，因此系统的集成技术起着至关重要的作用。集成技术包括信息的同步、模型的标定、数据转换、数据管理模型、识别与合成等技术。第三，立体显示与传感技术。要实现虚拟现实技术最重要的底层核心技术即为立体现实与传感器技术。
3施工企业安全教育中虚拟现实技术的应用
3.1项目概况
本项目以某教育培训中心为实施场地，项目经费预算总额为1178．12万元，主要用于实训设施设备添置和虚拟现实安全技能仿真实训系统的开发。
安全技能模块的建设分步实施，涵盖市政工程与建筑工程相关专业，从基础施工阶段、结构施工阶段、装饰施工阶段、钢结构施工阶段一直到安装施工阶段，每一个专业每一个阶段每一个工程需要掌握的安全技能都不尽相同。第一阶段致力于市政工程基础施工阶段深基坑工程作业现场的场景模拟与模块构建，系统推进针对上海建工集团施工生产一线员工在生产环节所必须具备的安全技能专项能力的培训与鉴定工作。
3.2项目策划设计与实施方案
基于传统安全教育现状分析及虚拟现实技术在施工安全教育中的优势，本项目建设在硬件方面根据培训工位由60台高性能图形工作站、60套头戴显示器和传感控制手柄、1套仿真立体投影系统、2套五人小组VＲ协同交互硬件平台以及交换机、服务器等组成，硬件选择上均为国内外一流先进设备，力求创造出逼真的沉浸感。配套的软件系统由一套仿真实训系统、一套多人适配交互软件系统及一套考试系统组成。其中，仿真实训系统包含了系统配置、系统管理、权限管理、预案引擎、事件触发等基本功能。培训课件分阶段实施，第一阶段为深基础工程安全模块，以某个地下连续墙工程作为虚拟场景进行建设，考虑到部分安全事故和工艺施工方法本身也有紧密联系，所以将整个施工工法进行细分拆解，从前期准备开始直至后期基坑开挖及支撑，在讲述工艺的同时，将每一阶段可能发生的安全隐患通过危险源识别、危险行为的预防及处理以及虚拟现实事故体验等方式进行全方位教学与体验，借助虚拟现实技术展现出真实的施工现场，满足施工现场作业安全专项能力的培训需求。软件框架为全方位的开放式结构，以便于将来扩充功能，增加新课件和事故体验，易于升级、定制和集成。除此之外，借助2套五人小组VＲ协同交互硬件平台及多人适配交互软件系统构建出一套以5人为一组可共同进入同一个虚拟施工场景，每个人扮演不同的角色在场景中自由移动，共同开展安全隐患排查的协同互动系统。具体操作为，建立一个虚拟场景，在该场景中预先配置多个安全隐患，然后由最多5名培训人员通过头戴显示器同时进入该虚拟场景内进行安全隐患排查，在找到疑似安全隐患时，通过各自手中的传感控制手柄，进行交互操作，甄别记录，以类似于大家来找茬的方式让培训人员在实操中巩固所学所得。
考试系统包括资源管理、课件管理、题库管理、试卷管理、考试管理等多个模块，除了传统的试卷问答形式，还可通过虚拟现实技术进行实际操作考核，比如对虚拟场景中安全隐患的排查，对事故处理的演练等，以此来检验培训人员的培训成果。
3.3项目绩效分析
贴合科学培训、绿色培训的宗旨，本项目在设施设备的添置上做到精简、典型与实用的原则。在施工现场模拟设计上具有唯一性和可推广性。用仿真实训设备进行操作实训，不仅降低投资成本，而且利用虚拟现实技术充分整合硬件实训和仿真实训的优点。
本次项目建设是为了更好地培养一线施工人员的安全技术水平，在操作规范和安全意识上有进一步的认识，为此根据不同施工阶段的特点开展培训，每批可培训60名一线操作人员。我们利用虚拟现实技术以实训为主，理论够用的任务引领培训模式，真正做到贴近实际的培训目的。
4结语
虚拟现实技术在安全教育方面是非常有价值的，这种全新的体验式教学，摒弃了传统说教式被动安全教育，不受场地限制的模拟真实环境中的安全事故，避免了材料、人工的浪费，大大降低了投入演练的时间成本，同时使体验者印象更加深刻，强化了体验者对安全事故的感性认识，在促进施工企业人员安全技能的学习中，优势显著，效果良好。
当然，虚拟现实技术在现阶段也依然有许多问题。在硬件层面，这几年设备分辨率虽然已经有了长足的进步，但是要带来足以以假乱真的超高画质依然有所欠缺。另外在力反馈技术上目前还只是主要依赖于视觉与听觉，触觉反馈及嗅觉反馈技术需要借助一些更先进的设备，这些设备产品较少，价格昂贵，经济性较差，这些都在一定程度上影响了沉浸式体验。在健康问题上，目前的头盔类设备戴久了容易使人劳累，长时间处于虚拟场景中会产生3D晕眩症，发生头晕恶心现象;在软件层面，配套的课件开发和资源设计技术门槛较高，开发团队需要同时具备对施工专业的了解，丰富软件开发的经验以及对教学内容及方法的理解和把握，这些都限制了虚拟现实技术在企业人才培训中的发展。但是我们有理由相信，随着硬件水平的不断发展、施工企业不断深化的转型升级以及对安全生产的迫切需求，虚拟现实技术在施工企业安全教育中的应用会拥有越来越广阔的前景。
参考文献:
[1]云化虚拟现实网络技术研究[J].刘晓军,武娟,徐晓青.广东通信技术.2020(11)
[2]虚拟现实技术在建筑设计中的应用[J].张智雄,刘沫.建材与装饰.2018(23)