VR技术在塔式起重机检测培训中的应用_白朋辉.pdf

第 15 卷 第 6 期 建 筑 监 督 检 测 与 造 价 2022 年12 月 Supervision Test and Cost of Construction 1 VRVR 技术在塔式起重机检测培训中的应用技术在塔式起重机检测培训中的应用 白朋辉，徐雅蒙（广东省建设工程质量安全检测总站有限公司，广东 广州 510500）摘要：摘要：塔式起重机是建设工程检测领域的重点内容，其主要事故类型是高处坠落和物体打击，尤其是高处坠落的风险较高。本文将 VR 虚拟现实技术应用到塔式起重机检测的环境中去，将塔式起重机检测各环节点及实体真实的展现出来，使得体验者在虚拟环境中身临其境，激发检测作业人员的兴趣，提升塔式起重机检测安全培训效果。关键词：关键词：VR 技术；塔式起重机；工程检测；培训 中图分类号：中图分类号：TU61 文献标识码：文献标识码：C 文章编号：文章编号：1674-2133（2022）06-01-05 Application of VR technology in tower crane testing training BAI Peng-hui XU Ya-meng(Guangdong Construction Engineering Quality&Safety Testing Head Station Co.,Ltd.,Guangzhou,Guangdong 510500,China)Abstract:Tower crane is the key content in the field of construction engineering testing,and its main accident types are falling from high places and striking objects,especially the high risk of falling.In this paper,VR technology is applied to the environment of tower crane testing,and all link points and entities of tower crane testing are truly displayed,so that the experiencer can be personally involved in the virtual environment,stimulate the interest of detection operators,and improve the safety training effect of tower crane testing.Key words:VR technology;Tower crane;engineering testing;training 1 1 引言引言 塔式起重机是高层建筑施工过程中比较常用的工具之一。在施工的过程中，塔式起重机主要的任务就是将建筑物品运送到高空中。所以加强对塔式起重机检测工作的重视，确保塔式起重机的安全，能够避免建筑物品高空坠落的现象发生，进而确保地面工作人员的人身安全。尤其是在人员密集的施工场所，确保塔式起重机的正常使用更显得尤为重要。加强对塔式起重机检测工作的重视，确保塔式起重机在使用过程中的安全，不仅能够对操作人员的人身安全进行保障，还能够促进建筑项目的顺利进行，节省建筑企业的成本开支。据统计，高处坠落事故是建筑行业五大伤害之首1-5，而塔式起重机检测作业的主要风险就是高处坠落6-10。与塔式起重机检验工作的人员必须受过相应的培训具有对应的资格，检验人员必须保持身体健康和满足作业要求的精神状态，在作业过程中应佩戴好安全帽和安全带等劳动防护装备，以此来确保检验人员的人身安全。同时，塔式起重机的检测工作必须在较为晴朗的天气中进行，进而避免雷电对检测人员的安全造成威胁。虚拟现实技术（Virtual Reality）是一款集计算机网络技术、在线通讯技术、虚拟仿真技术、3D显示技术、人工智能技术等新兴科学技术于一体的高仿真环境处理系统，其通过三维建模功能在 2 建 筑 监 督 检 测 与 造 价 第 15 卷 第 6 期 计算机中构建仿真度极高的虚拟环境，触发用户的视觉、听觉、感觉，进而通过人的基本行为和动作与虚拟环境实现交互，给体验者带来更为逼真的感受。VR 技术的迅猛发展刺激了诸多行业领域的神经，纷纷投入到对 VR 技术的探索与应用当中。基于上述存在的问题与 VR 技术的应用，广东省建设工程质量安全检测总站有限公司开发了塔式起重机检测 VR 系统。把检测作业现场搬进了办公室，对应刚入门的从业者无疑是一个巨大的实践平台，室内的体验可以把室外的检测作业中对于人身的不安全因素完全的排除掉，而对于检测的工作内容可以通过虚拟环境一一的展示出来，让体验者仅仅进入虚拟空间即可进入一线作业现场进行操作，体验真实的作业感受。将 VR 虚拟现实技术应用到塔式起重机检验检测的环境中去，使得体验者在虚拟环境中身临其境，VR 技术将塔式起重机检测各环节点及实体真实的展现出来，将对塔式起重机检验作业前的安全教育、作业培训、技术交流起到巨大的促进作用。塔式起重机检测 VR培训系统是一款基于 VR技术的软件，由于体验者身临其境感受塔式起重机的检验检测环节，因而模型所需精度较高，前期使用 SolidWorks 进行三维的模型搭建，建模完成后利用 3dmax 对模型进行减面处理和纹理修正，导出 FBX 文件，接下来利用 UE4 里做场景的美术渲染，完成后到程序 UE4 源文件继续做程序开发，塔式起重机检验检测的流程及交互内容得以由此实现。程序开发完成后打包输送到主机并连接硬件设备，包括 VR 眼镜和操作手柄，最后进行完善和调试，体验者亲身体验真实的塔式起重机的检验检测、事故发生、考核测评等功能。该软件总体功能可分检测安全培训模式、考验测评模式和事故体验模式三个功能模块。2 2 检测安全培训模式检测安全培训模式 检测安全培训模式内容模块主要是对体验者进行塔式起重机检测作业的安全教育培训，培训内容主要分为六大部分：准备工作、塔机基础检测、塔机塔身检测、套架与平台处检测、司机室及平衡臂检测、起重臂检测。2 2.1.1 准备工作准备工作 体验者需进行劳保用品与防护用具的穿戴和检查，体验者手持手柄依次模拟抓取安全帽、劳保鞋和安全带等并相应佩戴，完成后前往现场检测配合人员处针对现场作业进行技术交底，一般情况下现场检测过程中，继而采取点对点移动的方式前往至塔机基础处开展塔机基础处的检测。2 2.2.2 塔机基础检测塔机基础检测 虚拟系统中的塔机基础采用基础预埋螺栓的形式，因而体验者在进行基础检验的过程中需围绕塔机基础一周进行查看，塔机基础处无缺陷的情况下进入塔身内部做攀爬准备。2 2.3.3 塔机塔身检测塔机塔身检测 体验者控制虚拟人物开始向上攀爬标准节直梯，体验者双手持手柄模拟虚拟人物双手交替向上攀爬，完成若干动作后于虚拟人物头部上方出现一处悬挂点，依据高处作业规范及要求，凡在离地面两米以上的地点进行工作为高处作业，高处作业人员必须使用安全绳索，因而此悬挂点为检测过程中检验员所佩戴的双钩安全绳索的挂点，同时也是安全带悬挂的讲解要点。虚拟人物通过手柄操作依次设置安全带挂点，安全带挂点应采用高挂低用模式，虚拟人物向上攀爬过程中双钩挂点交替设置保证安全。向上攀爬一段距离后，触发标准节的检验讲解。讲解形式为虚拟文字面板及音频结合，内容包括塔身标准节、销轴或螺栓连 2022 No.6 白朋辉，徐雅蒙：VR 技术在塔式起重机检测培训中的应用 3 接副等，虚拟人物站在标准节休息平台处开展模拟检测。2 2.4.4 套架与平台处检测套架与平台处检测 体验者操控虚拟人物继续向上攀爬，场景中塔机的模型总高度由十几个标准节组成，因为 VR虚拟现实眼镜是以透镜+屏幕的方式成像，透镜在眼前 23cm 处，屏幕距透镜 36cm，虚像成像在眼前 25cm50cm 左右。当体验者头戴 VR 设备进入虚拟场景中，视线将一直持续聚焦在 25cm50cm 处，无法移动，视野里全部是电子屏幕显示的场景，时间较长后眼部肌肉会出现疲劳。所以为了控制虚拟场景的体验时长，避免体验者因体验时间过长引发眼部不适，场景设置中将虚拟人物的标准节的重复攀爬动作进行减少。当虚拟人物完成一处的塔身标准节的检验检测后继续攀爬，而后瞬移至塔吊塔机顶升套架底部处的塔身标准节爬梯以及休息平台处，继而可由此处点对点移动至顶升套架下平台处，以开始模拟对套架处检测点的检测。检验员需围绕此处平台一周开展检验工作，具体包括爬升套架外观、顶升机构、泵站、液压系统等检验检测内容，虚拟人物围绕爬升套架的下平台行走一周，通过直梯向上攀爬至上平台开展对爬升套架上端部的虚拟检验检测。与下平台相同的是，虚拟人物需要对爬升套架的上平台行走一周开展检验检测，内容包含了爬升套架与塔机回转下支座的固定、顶升机构等。完成后回归到最上一节标准节处，由最上一节标准节向上攀爬通过回转下、上支座进入到回转塔身处。2 2.5.5 司机室及平衡臂检测司机室及平衡臂检测 体验者从回转塔身移动至门口司机室处并进入司机室，虚拟人物模拟进行司机室，司机室检验检测内容包含电气实验、外观检查、标牌及资料核查等，完成后返回至司机室外侧，利用回转塔身处直梯向上攀爬至平衡臂处，虚拟人物进行平衡臂的检验检测。平衡臂处包含起升机构、电气柜和电气元件、平衡重等机构。虚拟人物可在平衡臂自由移动，移动过程中依次触发不同检测点的讲解内容，是的体验者掌握检验具体内容，依次进行电气柜的检测、起升机构各机构件、平衡重进行虚拟检验，最后从平衡回归向塔顶攀爬，攀爬过程中虚拟人物仍然采用高挂低用双钩交替悬挂安全绳索向上攀爬至塔顶，开展对塔顶的检验检测。2 2.6 6 起重臂检测起重臂检测 体验者操控虚拟人物由起重臂跟处开始，等待起重小车由司机室操控向臂跟处回归，虚拟人物由臂根处平台进入变幅小车篮中，由变幅小车带动缓慢向起重臂尖驶去开展检验检测。至某一检测点时，虚拟人物先行悬挂安全绳索，确认安全条件下由小车篮走出开展对起重臂的检测环节，而后回到小车篮，解开安全绳索，由变幅小车带动继续向起重臂尖前进，最终到达起重臂尖并完成整套检测程序。图图 1 穿戴护具穿戴护具 图图 2 塔基基础检测塔基基础检测 图图 3 塔基塔身检测塔基塔身检测 图图 4 司机室检测司机室检测 图图 5 平台检测平台检测 图图 6 起重臂检测起重臂检测 4 建 筑 监 督 检 测 与 造 价 第 15 卷 第 6 期 3 3 考验测评模式考验测评模式 考验测评模式内容模块主要是对体验者进行塔式起重机检测作业常见问题的考核，主要分为两个阶段：准备阶段和考核阶段。在准备阶段，体验者需进行劳保用品与防护用具的穿戴和检查，体验者手持手柄依次模拟抓取安全帽、劳保鞋和安全带等并相应佩戴，完成后前往现场检测配合人员处针对现场作业进行技术交底。在考核阶段，体验者需要依次完成塔身垂直度测量、吊钩不允许出现的缺陷、正确悬挂安全带、找出塔架外观缺陷等问题，选出正确的答案。在考核测评模块中，仍然通过一比一还原真实现场构建出虚拟建筑施工现场的场景，塔式起重机检测体验者在虚拟世界进行沉浸式考核，以更符合真实情况下的实操。传统中，塔式起重机检验检测的培训都是以“老带新、传帮带的培训形式进行现场讲解”，由经验丰富的检验员带领具备起重机械检测资格且受到足够的安全教育培训的新人开展现场作业培训，只有经过足够的学习和培训，方能独立开展塔式起重机的高空作业情况下的检验检测。起重机械检测作为通过 VR 虚拟系统完成危险性较大的肢体动作和检验环节，可以使体验者完全不必担心高空作业安全问题以及现场检验操作过程中出现的失误而引发的严重后果，让受训者或体验者更加专注且更具有目的性的开展模拟检测工作。考核测评模块中，对在普通情况中的检验检测存在的安全隐患点进行简单提醒，通过模型搭建和检验题目虚体问答的方式给体验者不同隐