試分析建筑施工中虛擬仿真技術的運用

沈 雯

(南通開放大學)

試分析建筑施工中虛擬仿真技術的運用

沈 雯

(南通開放大學)

虛擬仿真技術也可以稱為電子模擬技術。本文將虛擬仿真技術作為主要的研究對象，簡要地闡述了虛擬仿真技術的基本概念，分別從仿真技術、虛擬施工技術、三維動畫技術這三種技術層面入手，對虛擬仿真技術在建筑施工過程中的具體應用進行了詳細分析，同時又分開探討了虛擬仿真技術在復雜空間鋼結構和建筑安全控制中的應用實踐。希望能夠在文中為建筑施工現(xiàn)場的工作人員提供虛擬仿真技術上的理論參考和實踐幫助。

建筑施工；虛擬仿真技術；運用

將先進的虛擬仿真技術引入現(xiàn)代化建筑的施工過程中，可以提升施工方案的規(guī)范性、系統(tǒng)性和經(jīng)濟性，也能及時地對施工過程中的安全隱患進行預警。這種綜合利用了計算機、多媒體和網(wǎng)絡信息等多種科學技術的虛擬仿真技術是針對建筑施工的一種輔助性工具，在保證建筑工程施工質(zhì)量和經(jīng)濟效益上具有一定的作用和意義。

一、虛擬仿真技術的概述

虛擬仿真技術是一種利用計算機系統(tǒng)模擬出另一個系統(tǒng)，結合圖形技術，利用逼真的仿真技術在人和系統(tǒng)之間形成交互性溝通的先進技術。這種遵循著自然界發(fā)展規(guī)律的虛擬仿真技術，是當今時代在世界范圍的應用都極為廣泛的一種先進的高新科技，在教育、娛樂、設計、藝術和制造業(yè)等方面都有著普遍性的應用。截止2014年，虛擬仿真技術在軍事航空上的應用達到了16.4%，在醫(yī)學上達到了

9.3 %，在商業(yè)方面達到了5.83%，在建筑業(yè)上的應用高達27.51%。不難發(fā)現(xiàn)，虛擬仿真技術已經(jīng)在不知不覺中深入到了人們的日常生活和社會生產(chǎn)中，為社會與科技的發(fā)展帶來了巨大的經(jīng)濟效益、科學效益和社會效益。尤其是在建筑施工行業(yè)，虛擬仿真技術本身所具有的預測性、快捷性和安全可控性等優(yōu)勢特點，為建筑的設計、施工和維修等工作帶來了便利性的服務。工作人員不僅可以借助虛擬仿真的技術解決抽象思維和實際建筑之間的關聯(lián)問題，也大大提升了建筑施工在科技含量和建設效率上的綜合水平。虛擬仿真技術的有效應用，可以對建筑工程的施工方案進行模擬性的仿真驗證和虛擬性的優(yōu)化提升，在有效控制建筑工程施工成本的同時，也降低了建筑施工現(xiàn)場安全事故的發(fā)生幾率。

二、虛擬仿真技術在建筑施工過程中的具體應用

(一)仿真技術在建筑施工中的應用

仿真技術，顧名思義，就是模仿著真實的物體建立起虛擬的仿真物體。仿真技術在建筑工程的施工過程中通常被應用于施工環(huán)境的模擬。技術人員可以利用仿真技術，按照設計圖紙上的宏觀規(guī)劃，對施工現(xiàn)場周圍環(huán)境中的建筑物、草地、街道和加油站等實際物體進行仿真建模。而建立起仿真的環(huán)境模型以后，設計人員可以站在不同的角度上觀察施工現(xiàn)場的外圍環(huán)境，也可以從不同的入口和通道透視虛擬建筑物的內(nèi)部情況，還可以利用鼠標對仿真模型進行嘗試性的交互改動，觀察環(huán)境模型在改動過后的實時性變化。應用仿真技術建立起的施工環(huán)境模型既可以和實際物體成同等的大小，也可以按照一定的比例對其進行放大和縮小，方便設計人員的進一步觀察。此外，基于仿真技術建立的模型中還伴有仿真的聲音和動作。不管是街道鬧事的喧鬧聲還是交通運輸?shù)牧鲃有裕寄軌蜃尛h(huán)境模型的觀察者們有身臨其境的真實感。

(二)虛擬施工技術在建筑施工中的應用

建筑施工的過程是一個將施工設計方案的圖紙轉變成實際物體的創(chuàng)作過程。就以往而言，要想建筑工程的建設施工完全按照設計的圖紙開展和實施，保證最終的成品和設計圖紙的一致性是非常困難且?guī)缀醪豢赡軐崿F(xiàn)的。因為在建筑施工的過程中存在太多的不確定因素。多種施工方式和技術工藝的同時實行，很容易導致建筑工程項目建設在實際施工的過程中發(fā)生一定限度內(nèi)的變化。所以，以往的建筑施工更多是依靠建筑施工人員的施工經(jīng)驗，選擇出最優(yōu)的施工方案。然而，以人的經(jīng)驗為依據(jù)進行的工作往往存在主觀性的缺陷和錯誤，會阻礙建筑施工工作的順利開展。而虛擬施工技術可以通過數(shù)字型幾何模型的科學設計，利用現(xiàn)代化網(wǎng)絡信息技術的交互性和仿真性，建立起與施工方案相一致的建筑虛擬施工模型，用計算機推演和計算出方案的可行性與安全性，從而選擇出最佳的施工方案。

這種虛擬施工技術可以大幅降低施工成本中的多余花銷，提高建筑工程的施工質(zhì)量和效率，常常被應用于施工前期的方案選擇和施工預演。

（三）三維動畫技術在建筑施工中的應用

三維動畫技術的應用主要是針對建筑工程施工的全程分析。建筑施工中的三維動畫技術是建立在施工全過程的記錄基礎之上的，利用這種帶有記錄性質(zhì)的三維動畫，工程施工中的注意事項和重難點，可以通過高仿真的3D效果呈現(xiàn)在監(jiān)督管理者面前。一方面，可以幫助施工人員隨時掌握施工現(xiàn)場的每一個細節(jié)性施工環(huán)節(jié)，對每一個施工階段中的工序和工藝進行精細化管理，適時、及時地對施工方案進行合理修改和調(diào)整。另一方面，三維動畫技術對專業(yè)人員的技術要求并不高，這就在一定程度上節(jié)約了建筑工程施工的投資成本。鑒于這兩個方面的優(yōu)勢特點，三維動畫技術在各個地區(qū)的建筑施工過程中都能夠得到廣泛的應用與推廣，也都能取得良好的技術效果和應用反饋。目前，三維動畫技術在包括建筑施工在內(nèi)的許多行業(yè)中都獲得了高度的關注與重視。

（四）虛擬仿真技術在復雜空間鋼結構中的應用

現(xiàn)代化的建筑設計基本上采用的都是復雜空間的鋼結構施工。由于復雜空間鋼結構的形態(tài)、負載受力和邊界條件在不同施工階段都會呈現(xiàn)出不同的特性。而且每兩個階段交接的時候，已經(jīng)安裝的復雜空間鋼結構很容易受到新安裝結構的推擠和影響。然而，技術人員必須保證建筑施工的每一個階段中，復雜空間鋼結構的整體性始終處于相對平衡的狀態(tài)。所以，每到一個新的施工階段，技術人員都需要找到復雜空間鋼結構中新的平衡點。建筑工程里的復雜空間鋼結構施工是一個由部分到整體的施工過程。需要根據(jù)鋼結構部分施工的具體情況選擇出針對不同部位的施工方法。利用虛擬仿真技術對復雜空間鋼結構的施工過程進行全程性的跟蹤記錄，既能夠從整體上分析出鋼結構的最佳施工方案，也可以就單個部分規(guī)劃出最優(yōu)的組合方案。應用虛擬仿真技術，可以分析出建筑工程建設施工過程中最危險的階段，同時提高建筑工程設計方案中的技術含量和安全可靠性。

（五）虛擬仿真技術在建筑安全控制中的應用

安全問題在建筑工程的施工中是最重要的工作之一。施工現(xiàn)場出現(xiàn)的安全事故，帶來的風險遠不止經(jīng)濟上的損失這一點，嚴重的時候還會威脅到現(xiàn)場施工人員的人身安全和財產(chǎn)安全，同時還會推遲施工的工期。利用虛擬仿真技術，可以對建筑工程施工的設計方案進行提前的模擬性演練，也可以對安全事故的過程進行動態(tài)的仿真建模。模擬性演練有利于技術人員對不同的施工方案進行比較性的選擇，進而對施工現(xiàn)場各種各樣的不安全狀態(tài)進行預測、評估、管理和防范。施工人員也可以在施工過程中了解到安全隱患所在的施工位置。

結束語：

應用于建筑工程建設施工的虛擬仿真技術，在自身基礎性的技術層面上又提升到了一個新的高度。既推動了建筑工程的施工工藝和技術，又有效實現(xiàn)了對工程質(zhì)量、成本資金和安全問題的控制。施工現(xiàn)場的技術人員只要可以充分掌握虛擬仿真技術的應用技術，就必然能夠提高建筑施工的經(jīng)濟效益和社會效益。

[1]馬玉杰.探討虛擬仿真技術在建筑施工中的應用研究[J].中國科技投資, 2012, 24:50.

[2]李眾立,李培亮等.基于虛擬現(xiàn)實技術的建筑施工動態(tài)仿真研究[J].計算機與現(xiàn)代化,2012,08:80-83.

[7]陳曉玲.虛擬仿真技術在建筑工程施工中的應用現(xiàn)狀和展望[J].門窗,2014, 06:81+84.

TU75

B

1007-6344（2016）02-0177-01

沈雯 1988 女 漢族；籍貫：江蘇省 單位：南通開放大學 學歷：本科 職務：學務導師 研究方向：建筑類