虛擬仿真技術(shù)在建筑工程施工中的應(yīng)用

劉全坤

隨著我國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，建筑工程的施工中應(yīng)用了越來(lái)越多的智能技術(shù)。虛擬仿真技術(shù)在建筑工程施工中的應(yīng)用，可以建立起具體的仿真模型對(duì)建筑工程施工進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)建筑工程施工過(guò)程中存在的問(wèn)題，并及時(shí)的進(jìn)行修改。虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用到建筑工程施工中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)施工成本的有效控制，同時(shí)降低了建筑工程的施工風(fēng)險(xiǎn)，提升了建筑施工企業(yè)的整體效益。通過(guò)對(duì)建筑工程施工中虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行研究，希望可以有效提高建筑工程的施工質(zhì)量，促進(jìn)建筑工程施工的發(fā)展。

1 虛擬仿真技術(shù)的概念

虛擬仿真技術(shù)也叫做模擬技術(shù)，是利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)模擬出另一個(gè)系統(tǒng)，可以與人們進(jìn)行交互，虛擬仿真技術(shù)是一種遵循自然界發(fā)展規(guī)律的高新技術(shù)。虛擬仿真技術(shù)可以對(duì)工程施工方案進(jìn)行虛擬驗(yàn)證和優(yōu)化，極大程度上降低了施工安全事故的發(fā)生機(jī)率，實(shí)現(xiàn)了的建筑工程施工成本的有效控制。虛擬仿真技術(shù)具有交互性，而且非常的逼真，它可以結(jié)合圖形技術(shù)、仿真技術(shù)以及傳感技術(shù)建立起虛擬的信息空間，進(jìn)行人性化的模擬仿真互動(dòng)，虛擬仿真技術(shù)是一種對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型的試驗(yàn)方法，在建立數(shù)字城市、室內(nèi)設(shè)計(jì)、建筑工程施工等很多方面都應(yīng)用的非常廣泛。

2 虛擬仿真技術(shù)在建筑工程施工中的應(yīng)用意義

虛擬仿真技術(shù)可以對(duì)建筑工程的施工過(guò)程進(jìn)行模擬，在工程正式施工之前，就可以對(duì)建筑工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件的位置和相對(duì)關(guān)系進(jìn)行驗(yàn)證，準(zhǔn)確的計(jì)算出建筑工程相關(guān)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力情況，以便可以及時(shí)的對(duì)建筑工程施工方案進(jìn)行優(yōu)化。在選擇建筑工程施工方案時(shí)，需要有一定的施工經(jīng)驗(yàn)，這種優(yōu)化方式需要建筑工程施工開(kāi)始之后才能進(jìn)行優(yōu)化，具有一定的局限性。應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)可以在建筑工程施工之前就展現(xiàn)出施工效果，以便有效的選擇施工方案，實(shí)現(xiàn)建筑工程施工的最優(yōu)化。虛擬仿真技術(shù)在建筑工程施工中的應(yīng)用有助于施工技術(shù)的創(chuàng)新，同時(shí)縮短了建筑工程的施工周期，降低了建筑工程的施工風(fēng)險(xiǎn)。虛擬仿真技術(shù)可以對(duì)建筑工程的施工全過(guò)程進(jìn)行模擬，發(fā)現(xiàn)建筑工程存在的施工質(zhì)量問(wèn)題，同時(shí)也幫助施工人員對(duì)整個(gè)施工流程進(jìn)行了解，可以保證施工人員的人身安全。虛擬仿真結(jié)果可以幫助設(shè)計(jì)人員對(duì)不合理的施工結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，使這個(gè)建筑工程的施工流程更加規(guī)范。

3 虛擬仿真技術(shù)在建筑工程施工中的應(yīng)用

3.1 虛擬仿真施工技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用

虛擬仿真技術(shù)可以在虛擬模型上完成建筑工程的虛擬施工，對(duì)建筑工程的施工方案合理性進(jìn)行驗(yàn)證，確定具體施工環(huán)節(jié)的進(jìn)度。傳統(tǒng)建筑工程的施工需要根據(jù)設(shè)計(jì)人員的工作經(jīng)驗(yàn)來(lái)制定詳細(xì)的施工方案，這種根據(jù)經(jīng)驗(yàn)制定的方案很容易產(chǎn)生施工漏洞，造成建筑工程的施工進(jìn)度或者施工質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題，施工方案存在一定的局限性。在建筑工程中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)可以提前建立起建筑工程的仿真模型，對(duì)設(shè)計(jì)完成的施工方案進(jìn)行驗(yàn)證，尋找施工方案中存在的漏洞，以便制定更加完善的施工方案。建筑工程中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)有效的降低了工程施工的成本，并保證了建筑工程的施工質(zhì)量。

虛擬仿真技術(shù)還可以根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，對(duì)建筑物周邊的道路、場(chǎng)景等進(jìn)行渲染處理，并利用計(jì)算機(jī)對(duì)建筑工程的具體環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，也可以深入到整個(gè)建筑模型當(dāng)中，對(duì)建筑物的內(nèi)在環(huán)境進(jìn)行觀察，有利于建筑工程設(shè)計(jì)人員對(duì)建筑圖紙進(jìn)行有效的修改。設(shè)計(jì)人員可以感受到自己設(shè)計(jì)的成果建設(shè)完成后的景象，并對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的相關(guān)功能進(jìn)行檢測(cè)，使設(shè)計(jì)者可以更加精確的了解建筑工程中各個(gè)結(jié)構(gòu)部件的位置以及相對(duì)關(guān)系，使設(shè)計(jì)人員對(duì)建筑工程設(shè)計(jì)的更加全面，實(shí)現(xiàn)了對(duì)建筑工程施工過(guò)程的全面控制。某建筑工程在施工之前制定了三種圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案，通過(guò)虛擬仿真技術(shù)對(duì)三種圍護(hù)方案的能耗進(jìn)行分析，最終可以選擇出最佳的節(jié)能?chē)o(hù)方案，如表1 所示。

表1 建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)能耗模擬仿真結(jié)果

3.2 虛擬仿真技術(shù)在復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用

建筑工程中的復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)是整個(gè)施工過(guò)程中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，因?yàn)榻ㄖ摻Y(jié)構(gòu)是單獨(dú)的鋼制構(gòu)件拼接在一起，不同鋼結(jié)構(gòu)的受力情況和承載力都是不同的，在不同的施工階段鋼結(jié)構(gòu)的平衡性也是不同的。鋼結(jié)構(gòu)的特殊性就需要保證安裝過(guò)程的嚴(yán)謹(jǐn)，一旦鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)或者安裝出現(xiàn)差錯(cuò)，會(huì)導(dǎo)致建筑工程的整體受力情況受到影響。鋼結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)施工可以實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑工程的施工指導(dǎo)，避免增加無(wú)效的施工成本。在對(duì)復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工時(shí)，僅依靠施工人員的經(jīng)驗(yàn)是不可能完成的，但是虛擬仿真技術(shù)彌補(bǔ)了復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工中存在的不足，可以對(duì)復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件位置進(jìn)行精準(zhǔn)定位，并實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)施工的全過(guò)程跟蹤，實(shí)現(xiàn)施工過(guò)程的有效控制，降低建筑工程施工事故的發(fā)生機(jī)率，有效提高建筑工程的經(jīng)濟(jì)效益。在對(duì)復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工時(shí)，虛擬仿真技術(shù)可以使建筑工程實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化施工。

3.3 建筑工程施工過(guò)程中三維動(dòng)畫(huà)技術(shù)的應(yīng)用

傳統(tǒng)的建筑工程施工，施工進(jìn)度只能依靠施工人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷，不能對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行針對(duì)性指導(dǎo)。而在建筑施工過(guò)程中應(yīng)用三維動(dòng)畫(huà)技術(shù)，可以將施工全過(guò)程利用高仿真動(dòng)畫(huà)的形式展現(xiàn)出來(lái)，并著重體現(xiàn)出施工過(guò)程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，使施工人員在建筑工程施工之前就可以了解到施工過(guò)程中的每個(gè)細(xì)節(jié)，注意到施工過(guò)程中的注意事項(xiàng)。三維動(dòng)畫(huà)技術(shù)在虛擬仿真技術(shù)中屬于比較低端的技術(shù)，可以降低建筑工程的施工成本，避免了建筑工程的重復(fù)更改和修理，加快了建筑工程的施工進(jìn)度，使建筑工程的施工質(zhì)量得到有效的提升。中央電視臺(tái)新址以及上海環(huán)球金融中心在施工過(guò)程中都應(yīng)用了三維動(dòng)畫(huà)技術(shù)。

3.4 模擬仿真技術(shù)在建筑工程施工安全中的應(yīng)用

模擬仿真技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑施工方案的最優(yōu)化控制，傳統(tǒng)的施工安全控制不能對(duì)施工方案進(jìn)行優(yōu)化分析，所以不能發(fā)現(xiàn)施工方案中存在的問(wèn)題，但是通過(guò)虛擬仿真技術(shù)可以對(duì)建筑工程的施工方案進(jìn)行模擬演練，發(fā)現(xiàn)施工過(guò)程中可能出現(xiàn)問(wèn)題的部位，并利用三維動(dòng)畫(huà)技術(shù)對(duì)問(wèn)題部位進(jìn)行動(dòng)畫(huà)演示，以便制定有效的安全預(yù)案和相關(guān)的應(yīng)急措施，以便發(fā)生安全事故時(shí)可以將建筑工程的損失降至最低，避免造成嚴(yán)重的施工安全事故。施工人員也可以借助虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行安全演練，增加施工人員的安全防護(hù)能力，進(jìn)一步提高了建筑工程的安全水準(zhǔn)。

4 虛擬仿真技術(shù)在建筑工程施工中的實(shí)現(xiàn)

在建筑工程施工中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)首先要建立起虛擬場(chǎng)景，并各具各個(gè)結(jié)構(gòu)部位的不同特征，建立起相應(yīng)的細(xì)節(jié)模型。在所有的細(xì)節(jié)模型建立完成后，通過(guò)內(nèi)部聯(lián)節(jié)點(diǎn)將所有的結(jié)構(gòu)部件拼接成一個(gè)整體，并將地物造型與原有的地形結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合在一起，完成整體效果圖的建立。虛擬仿真場(chǎng)景中，為了增加建筑工程虛擬模型的真實(shí)感，可以對(duì)虛擬模型進(jìn)行交互設(shè)計(jì)，通過(guò)不同的指令，設(shè)計(jì)人員可以在模型中進(jìn)行自由移動(dòng)。設(shè)計(jì)人員可以在虛擬方則仿真平臺(tái)內(nèi)對(duì)建筑工程相關(guān)結(jié)構(gòu)的施工軌跡進(jìn)行定位，例如在對(duì)復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工時(shí)，仿真模型可以對(duì)吊裝過(guò)程進(jìn)行交互仿真，將各種二維數(shù)據(jù)全部輸入到三維模型中，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的虛擬施工。這種方法提高了建筑工程施工的可視化效果，使相關(guān)施工方案可以更加直觀的表達(dá)出來(lái)，同時(shí)也可以對(duì)施工過(guò)程中重點(diǎn)位置進(jìn)行分析，制定針對(duì)性的施工措施，有效保證建筑工程施工項(xiàng)目的順利進(jìn)行，讓建筑工程的技術(shù)交底更加全面，促進(jìn)了建筑工程施工的發(fā)展。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)虛擬仿真技術(shù)在建筑工程施工中的應(yīng)用進(jìn)行研究，分析各類(lèi)虛擬仿真技術(shù)在不同工程結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用，有效實(shí)現(xiàn)了建筑工程施工的全過(guò)程控制，加快了建筑工程施工進(jìn)度，降低了施工成本，使建筑工程可以發(fā)揮出更大的經(jīng)濟(jì)效益。在建筑工程施工發(fā)展過(guò)程中，要積極推廣虛擬仿真技術(shù)，促進(jìn)虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用，使其可以更好的為社會(huì)提供服務(wù)。

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