石油化工建设2020.06
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管综深化设计，无论在核电领域，还是石油化工、精细化工、医药工程等领域，都是常见且容易给设计和施工单位造成困难的工序。因此，亟待提高深化设计能力，增强深化设计的准确性，为业主、设计、施工和运维等各方带来便利，从而提高施工效率，保障工厂运行的安全性。本文通过对虚拟现实（V R ）技术原理及应用进行全面分析，利用其直观性、交互性和构想性等特点，为施工过程中的管综深化设计提供解决方案，从三维立体到虚拟现实，更直观地展现设计中存在的错漏碰缺等问题，将B I M 技术应用提升至新高度，从而大大提升业主对项目的管控，减少设计与现场的反复沟通，降低施工单位的返工率，促进项目高质量、高效率、高安全的施工建设。 1绪论
1.1研究背景
美国是V R 技术的发源地，其V R 技术水平也基本代表了国际V R 的发展水平。目前美国在该领域的基础研究主要集中在感知、用户界面、后台软件和硬件4个方面，主要应用领域为军事航天、影视艺术、3
D 游
戏等，特别是N ASA 已经建立了航空、卫星维护V R 训练系统，以及空间站V R 训练系统，并且也已建立了可供全国使用的V R 教育系统，但在建筑安装行业的应用较少。
与发达国家相比，我国的V R 技术起步较晚，但国内各大高校包括哈工大、清华大学、浙大、北航等，都已开展相关研究，并取得了一定成果。2018年12月25日，工信部发布了《工业和信息化部关于加快推进虚拟现实产业发展的指导意见》。该意见指出，全球V R 产业正从起步培育期向快速发展期迈进，到2020年，我国V R 产业链条基本健全，打造一批可复制、可推广、成效显著的典型示范应用和行业应用解决方案。
目前,V R 技术的主要应用领域为娱乐、军事航天、艺术、教育、文物古迹和工业生产领域等。建筑安装行业的V R 技术应用主要集中在建筑竣工模拟漫游、房地产销售用视觉漫游等，安装行业中的应用还相对较少。1.2研究目的
管线综合深化与优化，是包括核电、石油化工、精细化工、医药和市政工程等在内的行业施工痛点，依据 浅析VR 技术在管综深化设计中的应用
程定富王树昂
张强
董春龙
中国核工业第五建设有限公司工程研究院上海201512
摘要将V R 技术与管综深化设计相结合，解决管综深化设计中的常见问题。利用V R 技术的直观性、交互
性、构想性等特点，对各专业管线进行排布，并对路径走向的不合理之处进行调整，提高了管综深化的准确性，减少了材料消耗。
关键词V R 技术管线综合深化设计模型中图分类号T E 682
文献标识码B
文章编号1672-9323（2020）06-0043-04
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DOI:10.16264/jki.1672-9323.2020.06.011
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项目的复杂程度，其对净高要求、管线分布、管间距离、美观性等都有不同要求。现阶段，应用B I M 技术已对此问题作出了巨大改善，但对于碰撞量较大、空间较为狭小、管线排布紧凑等位置，B I M 优化仍存在操作困难、
排布不合理等问题。针对以上问题，目前建筑安装行业暂无合适的解决办法，本文拟通过V R +B I M 的方式，利用V R 技术的可视化、
可操作性等特点，对管线综合进行优化与深化，以提高深化设计水平，提高施工效率。
2VR 技术
2.1技术原理
V R 的实现主要基于视觉原理和跟踪原理。V R 技术原理图见图1。
2.1.1视觉原理———V R 眼镜
工程仿真人在看周围世界时，由于两只眼睛的位置不同，得到的图像略有不同，
这些图像在大脑里融合起来，最终形成了一个关于周围世界的整体景象，这个景象中包括了距离远近的信息。在V R 系统中，应用双目立体视觉作用，用户的两只眼睛看到的不同图像是分别产生的，显示在不同的显示器上，一只眼睛只能看到奇数帧图像，另一只眼睛只能看到偶数帧图像，奇、偶帧之间的不同产生的视差即立体感。2.1.2跟踪原理———虚拟现实头套
在传统的计算机图形技术中，视场的改变是通过鼠标或键盘来实现的，用户的视觉系统和运动感知系统是分离的。而利用头部跟踪来改变图像的视角，用户的视觉系统和运动感知系统之间就可以联系起来，感觉更逼真。同时，用户不仅可以通过双目立体视觉去认识环境，而且可以通过头部的运动去观察环境。
图1VR 技术原理图
2.2技术特点2.2.1沉浸性
沉浸性是V R 技术最主要的特征，就是让用户成为并感受到自己是计算机系统所创造环境中的一部分。V R 技术的沉浸性取决于用户的感知系统，当使用者感知到虚拟世界的刺激时，包括触觉、味觉、嗅觉和运动感知等，便会产生思维共鸣，造成心理沉浸，感觉如同进入真实世界。2.2.2交互性
交互性是指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度。当操作者进入虚拟空间，V R 技术可以将操作者与当前环境内物体进行虚拟交互；当操作者与物体进行互动时，周围的环境和物项也会做出某种反应。例如，若使用者手部接触到虚拟空间中的物体，其手部应该有感觉；若使用者对物体有所动作，物体的位置和状态也应发生改变。2.2.3构想性
构想性也称想象性。操作者在虚拟空间中，可以与环境内物项进行动作、语言交互，从而延展认知范围。操作者还可以根据自己的感觉与思维认知能力理解场景内容，发散拓宽思维，创立新的概念和环境。2.2.4多感知性
多感知性表示计算机技术应该拥有很多感知方式，比如听觉、触觉和嗅觉等。理想的V R 技术应该具有一切人所具有的感知功能。由于相关技术，特别是传感技术的限制，目前大多数V R 技术所具有的感知功能仅限于视觉、听觉、触觉和运动等有限的几种。
3管综深化设计
3.1深化设计范围精密电阻箱
机电管线综合深化设计，是指将同一区域内的机电管线进行综合，根据不同管线的不同性质、不同功能，以及不同的施工要求，结合建筑装修的要求，进行统筹的管线位置排布。3.2深化设计难点
设计院给排水、工艺介质管道、动力与照明、通风与空调、弱电、土建和结构等各专业设计人员各自布置管线和出图，彼此配合不足，甚至部分专业系多家设计
计算机硬件+VR 引擎
交互
实
例
渲染显示
物理交互空间
传感器、
设备
传感器集成
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院设计，加之施工过程受到现场情况、专业协调、物资供应和技术差异等因素的影响，不可避免地存在一些局部、隐性、不可预见的问题，导致一些设备及管线会在建筑平面、
立面位置上相互交叉发生冲突，延缓施工进度，增加施工成本，甚至影响建筑物的正常使用。
4VR 技术在管综深化设计中的应用
以核电站常规岛管综为例，详细阐述管综深化设计过程，特别对设计不明、碰撞等问题，提供解决方案。4.1全专业模型
（1）对设计文件进行梳理，主要包括需深化设计管线相关的设计图纸、流程图，以及项目相关的要
求文件，如技术规格书和设计说明等。另外，要梳理需要深化的管线及其附件的设计要求，如规格、尺寸、材质、压力温度等级、壁厚和材料标准等。
（2）应用B I M 软件，结合各专业二维施工图纸，根据设计文件要求确定深化设计基准坐标系，保证各专业管线模型建模的准确性。
（3）应用B I M 软件对设计模型进行碰撞检查，生成碰撞检查报告，并在模型上做出标记，将模型转化为通用格式，以在V R 软件中备用。
图2为核电站常规岛的模型图。
图2常规岛机电模型图
4.2全景沉浸式模型
应用V R 专用软件，将常规岛全专业模型导入至软件中，同时对场景、关卡设计、地形设计、材质贴图、空间音效、粒子特效、动画效果和全局照明等进行编辑设置。
项目文件建立完成后，开启V R 支持，场景中的主摄像机可以直接渲染场景内容至头戴显示器（H M D ）中，同时头部跟踪信息将自动应用于摄像机，摄像机的位置、旋转等属性将由跟踪信息提供（图3）。
图3相机位置、视角设定
4.3深化与优化管线路径
深化设计原则包括专业内管线避让原则（图4）和专业间管线避让原则（图5）。
图4专业内管线避让原则
图5专业间管线避让原则
应用V R 沉浸式可视化特点，可直观地在厂房内部进行漫游，对已确定的碰撞点进行交互性操作（图6）；可查看各专业管线属性，自由操作管线走向、确定
管线长度，以及选用相对应的管道组件（图7）。对于室内、地下管廊的净空优化，以同样的方式，依据深化原则和净空要求，可便捷地操作各专业管线，最大限度地提高净空值。修改完成后的模型，可通过B I M 软件抽取管道I SO 图（图8）或者平面布置图，与设计人员进行沟通确认
。
大管径
汽车空调电磁离合器优先
小管径
无压管
优先
有压管高低温管
优先
常温管高压管
优先
低压管
可弯管
优先
不可弯管附件多管
优先
附件少管
不存在大面积重叠时由上至下
水管桥架风管
存在大面积重叠时
由上至下不开风口的风管开风口的风管
桥架管道
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图8管道施工I SO图
图6可操作修改碰撞桥架方向
图7可操作修改管线路径
5总结
随着时代的发展，新技术的不断涌现，建筑安装行消音工程
挤压爆破业的施工痛点、难点将逐步得到解决。应用V R+B I M
技术，综合两种新技术的直观性、交互性、可操作性和
可出图性的特点，对管线综合深化设计和净空优化起
到了关键性作用。将其应用于施工准备阶段和实施阶
段，可极大地减少因错漏碰缺造成的施工工期延长和
施工成本的增加，同时提高了与设计、业主的沟通效
率，以及各单位间的协同工作效率。
参考文献
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坛，2018.
5姜学智，李忠华.国内外虚拟现实技术的研究现状[J].辽宁工
程技术大学学报，2004.
审批流（收稿日期：2020-09-30）
祐
大幕拉开！山东裕龙岛炼化一体化项目宣布开工！
2020年10月24日下午，山东省举行重大项目集中开工活动，496个重大项目集中开工建设，裕龙岛炼化一体化项目同时开工。
裕龙岛炼化一体化项目（一期）位于山东省烟台市龙口裕龙岛2#、3#岛，项目建设投资约1274亿元，建设周期24个月。
项目拟建设2000万吨/年原油加工能力，主要配置1000万吨/年常压蒸馏装置和1000万吨/年常减压蒸馏装置、轻烃回收装置、脱硫脱硫醇装置、渣油加氢装置等炼油工艺装置，乙烯、裂解汽油加氢、芳烃抽提、丁二烯抽提、E VA/L D P E等化工工艺装置，配套公用工程、辅助设施和海水淡化、海水取水及排水等设施。
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