摘 要：复杂岩土工程面临复杂地质条件、严格的周边环境保护要求等多重因素影响，使风险监测工作面临严峻挑战。采用混合现实（MR）技术与地下空间岩土工程相结合，增强了现场风险管控与监测效果。MR 技术凭借虚实结合的数字场景构建和实时数据交互功能，提升了巡查效率和风险识别的准确性，成功应对了多源风险。同时，MR 技术加强了远程分析和监测能力。这种智能化的风险管理模式提高了工程的管理效能，为未来类似项目提供了重要的经验参考。

关键词：岩土工程；混合现实；风险管控；监测

1 岩土工程 MR 概述

1.1 岩土工程场景特点

地下空间作为城市三维发展不可或缺的一部分，承载着交通、商业、人防、物流等多种城市需求。地下空间岩土工程信息多源且离散，呈现显著的不确定性和变异性。地下空间开发面临复杂岩土工程问题，增加了工程过程风险的叠加，导致对潜在风险的识别不足、对安全状态的全面掌握困难，从而使得风险管理和防控过程充满挑战。具体问题包括：隐蔽风险难以实现可视化，复杂的地质信息往往依赖于图纸、地图、影像或模型等虚拟形式进行表达，然而这些信息难以与实际场景精确对应；巡查效率低且精度不足，目前的巡查方式主要依靠肉眼观察和拍照记录，难以迅速捕捉到异常状况，容易忽视环境变形、过度开挖等风险，因此亟需提高巡查的效率和精细化水平；风险识别和决策支持能力不足，现有方法难以重现现场条件并整合多源数据，阻碍了专家对风险的快速判断。为此，迫切需要整合多种技术手段，增强信息呈现和风险管理能力，以便为决策提供更有力的支持。

1.2 MR 技术概述

混合现实将物理世界与数字世界融合在一起，通过计算机视觉、图形处理、显示技术和输入系统的创新整合，构建了人类、计算机与环境之间的全新互动方式。使用轻便、舒适的智能眼镜设备，利用计算机视觉技术，能够将三维虚拟对象精确地置入现实环境中，实现虚拟与现实的无缝结合。这种技术让用户不仅可以与虚拟对象互动，还能增强对周围环境的感知，获取更多关于现实世界的深入信息。在国内外工程领域，MR 技术的研发和应用主要集中在三维设计协同和安全生产方面。MR 技术在国内外仍处于探索和推广阶段，尤其是在数字化起步较晚的工程领域。随着智能设备和云计算技术的快速发展，MR 技术在提升工程管理能力和推动行业未来发展方面将发挥重要作用。

1.3 岩土工程 MR 技术应用思路

通过集成 BIM 模型，MR 技术能够将复杂的地下空间和岩土工程信息进行可视化展示，尤其是对于隐蔽的测点预警位置和现场潜在的风险点位。在巡查过程中，混合现实技术将复杂的地质信息、历史监测数据等与现实场景相结合，通过混合现实设备，工程巡查人员可以更加高效地识别和分析现场的风险要素，防止重大事故的发生。MR 技术能够整合多种风险因素，结合巡查内容将发现的问题迅速反馈至管理系统，通过远程分析功能，实现远程的风险监控与管理。

2 MR 数字场景构建

2.1 BIM 模型集成

混合现实（MR）场景构建技术通过虚拟场景的创建和数据采集，将信息传输至混合现实设备，并结合定位校准，实现三维空间内的信息融合展示。这项技术涵盖了场景元素构建和虚实映射，在地下空间岩土工程应用中，需要考虑风险巡查和过程管控，MR 技术将岩土工程信息与建筑信息模型（BIM）有效结合，确保同一数据源驱动多个工程流程，形成全面的三维数字场景，直观展示地下空间中的隐蔽信息。采用 BIM 技术，通过读取勘察数据，快速建立三维地质模型，确保地质信息在虚拟场景中的准确呈现。地下管线建模则通过标准化数据模板，实现几何信息和属性信息的整合，确保管线模型的完整性和一致性。基坑围护建模则依据基坑边线与结构模型的位置关系，生成精确的围护和支撑结构模型。这些技术手段使 MR 技术能够高度集成 BIM 模型和地下空间信息，提供生动的三维虚拟场景。

2.2 岩土工程环境适配

在复杂的岩土工程环境中，MR 设备的适应性对于提高工作效率和确保安全至关重要。工程现场的多变环境给 MR 设备的使用带来了诸多挑战。例如，在室外强光条件下，虚拟内容往往因光线过强而变得模糊不清。为解决这一问题，可以通过配置合适的光学设备，调整光学介质组合，对光线进行弱化处理，确保虚拟内容在室外强光下依然清晰可见，从而消除视觉障碍。相反，在地下环境中，由于光线不足，佩戴 MR 设备时可能会遇到观察不清真实环境的问题，伴随着安全隐患。通过增加适当的照明装置，提供足够的光线支持，使工程人员能够清晰地查看周围环境，有效减少安全风险。

此外，工程现场的噪音和信号微弱问题也会影响 MR 设备的使用效果。可以通过配备声学设备，增强嘈杂环境中的语音通讯效果，确保巡查人员能够顺畅沟通。同时，优化通信设备以提升信号接收能力，确保 MR 设备在信号较弱的区域也能正常运行。通过灵活搭配光学、声学和通信设备，MR 设备能够更好地适应岩土工程中的多种复杂环境，提升信息呈现的清晰度和巡查工作的整体效率，还加强了巡查人员安全保障。

2.3 岩土工程环境适配

将 MR 技术与工程风险管控相结合，开展了一系列关键技术的研发与实践，形成了基于 MR 的智慧巡查技术。在此过程中，通过虚拟场景内容的采集与创建，并利用BIM 技术进行创建和更新，确保虚拟场景与实际工程情况保持一致。这些数据被传输至 MR 设备，实现三维空间下的信息混合呈现。结合工程应用的特点，研究并设计了交互控制逻辑，使人员能够识别并控制虚拟元素，同时获取相关信息，用户可以与虚拟模型进行互动，并及时反馈信息。在技术开发中，构建了 MR 应用程序架构，将虚拟模型与采集的真实场景数据融合，生成完整的工程巡查场景。用户通过 MR 设备进入该场景，进行实时巡查和检查，同时分析和管理相关数据，如工程状态和安全隐患等。

通过云服务接入，定位报警测点，并提供现场报警点的指引，帮助用户快速响应潜在问题。现场人员可以实时查询点位的历史数据曲线，快速洞察当前状况和发展趋势，实现所见即所得的高效监测。将虚拟模型与实际施工场景叠加展示，直观地显示两者差异，帮助工程师迅速发现并解决施工中的问题。

3 应用案例

某超深基坑工程的最大开挖深度约为 30.7 米，采用地下连续墙和六道混凝土支撑作为围护结构，基坑模型如图 7 所示。由于地质条件复杂，地层起伏较大，基坑工程中存在较大的挑战。周边环境复杂，对保护要求较高，且承压水的降水深度较大，影响范围广泛，可能导致周边重点建筑结构出现不均匀沉降，这进一步增加了工程的难度和风险管理的复杂性。通过将MR 技术与地下空间岩土工程相结合，增强了现场风险管控与监测效果，在实际应用中取得了显著成果。

4 结语

通过本项目的应用实践，MR 技术在岩土工程风险管控中的潜力得到了充分展示。凭借虚实结合的数字场景构建与实时数据交互功能，MR 技术显著提升了现场巡查效率和风险识别的精准度，有效应对了复杂工程环境中的多源风险。同时，MR 技术还加强了远程分析和监测能力，为工程决策提供了可靠的数据支撑。这种智能化的风险管控模式，不仅提高了工程安全性和管理效能，还为未来类似项目的实施提供了宝贵的经验和参考。

参考文献

[1] 吴威，徐傲. 数字孪生与数字化运维 [J]. 智能建筑电气技术，2023，17(03)：115～119

[2] 陶建华，巫英才，喻纯,等. 多模态人机交互综述 [J]. 中国图象图形学报，2022，27(06)：1956～1987