試分析建筑施工中虛擬仿真技術(shù)的運(yùn)用

沈 雯

(南通開放大學(xué))

試分析建筑施工中虛擬仿真技術(shù)的運(yùn)用

沈 雯

(南通開放大學(xué))

虛擬仿真技術(shù)也可以稱為電子模擬技術(shù)。本文將虛擬仿真技術(shù)作為主要的研究對(duì)象，簡(jiǎn)要地闡述了虛擬仿真技術(shù)的基本概念，分別從仿真技術(shù)、虛擬施工技術(shù)、三維動(dòng)畫技術(shù)這三種技術(shù)層面入手，對(duì)虛擬仿真技術(shù)在建筑施工過程中的具體應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)分析，同時(shí)又分開探討了虛擬仿真技術(shù)在復(fù)雜空間鋼結(jié)構(gòu)和建筑安全控制中的應(yīng)用實(shí)踐。希望能夠在文中為建筑施工現(xiàn)場(chǎng)的工作人員提供虛擬仿真技術(shù)上的理論參考和實(shí)踐幫助。

建筑施工；虛擬仿真技術(shù)；運(yùn)用

將先進(jìn)的虛擬仿真技術(shù)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(jì)性，也能及時(shí)地對(duì)施工過程中的安全隱患進(jìn)行預(yù)警。這種綜合利用了計(jì)算機(jī)、多媒體和網(wǎng)絡(luò)信息等多種科學(xué)技術(shù)的虛擬仿真技術(shù)是針對(duì)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(jì)效益上具有一定的作用和意義。

一、虛擬仿真技術(shù)的概述

虛擬仿真技術(shù)是一種利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)模擬出另一個(gè)系統(tǒng)，結(jié)合圖形技術(shù)，利用逼真的仿真技術(shù)在人和系統(tǒng)之間形成交互性溝通的先進(jìn)技術(shù)。這種遵循著自然界發(fā)展規(guī)律的虛擬仿真技術(shù)，是當(dāng)今時(shí)代在世界范圍的應(yīng)用都極為廣泛的一種先進(jìn)的高新科技，在教育、娛樂、設(shè)計(jì)、藝術(shù)和制造業(yè)等方面都有著普遍性的應(yīng)用。截止2014年，虛擬仿真技術(shù)在軍事航空上的應(yīng)用達(dá)到了16.4%，在醫(yī)學(xué)上達(dá)到了

9.3 %，在商業(yè)方面達(dá)到了5.83%，在建筑業(yè)上的應(yīng)用高達(dá)27.51%。不難發(fā)現(xiàn)，虛擬仿真技術(shù)已經(jīng)在不知不覺中深入到了人們的日常生活和社會(huì)生產(chǎn)中，為社會(huì)與科技的發(fā)展帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益、科學(xué)效益和社會(huì)效益。尤其是在建筑施工行業(yè)，虛擬仿真技術(shù)本身所具有的預(yù)測(cè)性、快捷性和安全可控性等優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，為建筑的設(shè)計(jì)、施工和維修等工作帶來(lái)了便利性的服務(wù)。工作人員不僅可以借助虛擬仿真的技術(shù)解決抽象思維和實(shí)際建筑之間的關(guān)聯(lián)問題，也大大提升了建筑施工在科技含量和建設(shè)效率上的綜合水平。虛擬仿真技術(shù)的有效應(yīng)用，可以對(duì)建筑工程的施工方案進(jìn)行模擬性的仿真驗(yàn)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(shí)，也降低了建筑施工現(xiàn)場(chǎng)安全事故的發(fā)生幾率。

二、虛擬仿真技術(shù)在建筑施工過程中的具體應(yīng)用

(一)仿真技術(shù)在建筑施工中的應(yīng)用

仿真技術(shù)，顧名思義，就是模仿著真實(shí)的物體建立起虛擬的仿真物體。仿真技術(shù)在建筑工程的施工過程中通常被應(yīng)用于施工環(huán)境的模擬。技術(shù)人員可以利用仿真技術(shù)，按照設(shè)計(jì)圖紙上的宏觀規(guī)劃，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)周圍環(huán)境中的建筑物、草地、街道和加油站等實(shí)際物體進(jìn)行仿真建模。而建立起仿真的環(huán)境模型以后，設(shè)計(jì)人員可以站在不同的角度上觀察施工現(xiàn)場(chǎng)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(biāo)對(duì)仿真模型進(jìn)行嘗試性的交互改動(dòng)，觀察環(huán)境模型在改動(dòng)過后的實(shí)時(shí)性變化。應(yīng)用仿真技術(shù)建立起的施工環(huán)境模型既可以和實(shí)際物體成同等的大小，也可以按照一定的比例對(duì)其進(jìn)行放大和縮小，方便設(shè)計(jì)人員的進(jìn)一步觀察。此外，基于仿真技術(shù)建立的模型中還伴有仿真的聲音和動(dòng)作。不管是街道鬧事的喧鬧聲還是交通運(yùn)輸?shù)牧鲃?dòng)性，都能夠讓環(huán)境模型的觀察者們有身臨其境的真實(shí)感。

(二)虛擬施工技術(shù)在建筑施工中的應(yīng)用

建筑施工的過程是一個(gè)將施工設(shè)計(jì)方案的圖紙轉(zhuǎn)變成實(shí)際物體的創(chuàng)作過程。就以往而言，要想建筑工程的建設(shè)施工完全按照設(shè)計(jì)的圖紙開展和實(shí)施，保證最終的成品和設(shè)計(jì)圖紙的一致性是非常困難且?guī)缀醪豢赡軐?shí)現(xiàn)的。因?yàn)樵诮ㄖ┕さ倪^程中存在太多的不確定因素。多種施工方式和技術(shù)工藝的同時(shí)實(shí)行，很容易導(dǎo)致建筑工程項(xiàng)目建設(shè)在實(shí)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(yàn)，選擇出最優(yōu)的施工方案。然而，以人的經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)進(jìn)行的工作往往存在主觀性的缺陷和錯(cuò)誤，會(huì)阻礙建筑施工工作的順利開展。而虛擬施工技術(shù)可以通過數(shù)字型幾何模型的科學(xué)設(shè)計(jì)，利用現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)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(jì)算機(jī)推演和計(jì)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(shù)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(yīng)用于施工前期的方案選擇和施工預(yù)演。

（三）三維動(dòng)畫技術(shù)在建筑施工中的應(yīng)用

三維動(dòng)畫技術(shù)的應(yīng)用主要是針對(duì)建筑工程施工的全程分析。建筑施工中的三維動(dòng)畫技術(shù)是建立在施工全過程的記錄基礎(chǔ)之上的，利用這種帶有記錄性質(zhì)的三維動(dòng)畫，工程施工中的注意事項(xiàng)和重難點(diǎn)，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(shí)掌握施工現(xiàn)場(chǎng)的每一個(gè)細(xì)節(jié)性施工環(huán)節(jié)，對(duì)每一個(gè)施工階段中的工序和工藝進(jìn)行精細(xì)化管理，適時(shí)、及時(shí)地對(duì)施工方案進(jìn)行合理修改和調(diào)整。另一方面，三維動(dòng)畫技術(shù)對(duì)專業(yè)人員的技術(shù)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(gè)方面的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，三維動(dòng)畫技術(shù)在各個(gè)地區(qū)的建筑施工過程中都能夠得到廣泛的應(yīng)用與推廣，也都能取得良好的技術(shù)效果和應(yīng)用反饋。目前，三維動(dòng)畫技術(shù)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(guān)注與重視。

（四）虛擬仿真技術(shù)在復(fù)雜空間鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

現(xiàn)代化的建筑設(shè)計(jì)基本上采用的都是復(fù)雜空間的鋼結(jié)構(gòu)施工。由于復(fù)雜空間鋼結(jié)構(gòu)的形態(tài)、負(fù)載受力和邊界條件在不同施工階段都會(huì)呈現(xiàn)出不同的特性。而且每?jī)蓚€(gè)階段交接的時(shí)候，已經(jīng)安裝的復(fù)雜空間鋼結(jié)構(gòu)很容易受到新安裝結(jié)構(gòu)的推擠和影響。然而，技術(shù)人員必須保證建筑施工的每一個(gè)階段中，復(fù)雜空間鋼結(jié)構(gòu)的整體性始終處于相對(duì)平衡的狀態(tài)。所以，每到一個(gè)新的施工階段，技術(shù)人員都需要找到復(fù)雜空間鋼結(jié)構(gòu)中新的平衡點(diǎn)。建筑工程里的復(fù)雜空間鋼結(jié)構(gòu)施工是一個(gè)由部分到整體的施工過程。需要根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)部分施工的具體情況選擇出針對(duì)不同部位的施工方法。利用虛擬仿真技術(shù)對(duì)復(fù)雜空間鋼結(jié)構(gòu)的施工過程進(jìn)行全程性的跟蹤記錄，既能夠從整體上分析出鋼結(jié)構(gòu)的最佳施工方案，也可以就單個(gè)部分規(guī)劃出最優(yōu)的組合方案。應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)，可以分析出建筑工程建設(shè)施工過程中最危險(xiǎn)的階段，同時(shí)提高建筑工程設(shè)計(jì)方案中的技術(shù)含量和安全可靠性。

（五）虛擬仿真技術(shù)在建筑安全控制中的應(yīng)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(chǎng)出現(xiàn)的安全事故，帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)不止經(jīng)濟(jì)上的損失這一點(diǎn)，嚴(yán)重的時(shí)候還會(huì)威脅到現(xiàn)場(chǎng)施工人員的人身安全和財(cái)產(chǎn)安全，同時(shí)還會(huì)推遲施工的工期。利用虛擬仿真技術(shù)，可以對(duì)建筑工程施工的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行提前的模擬性演練，也可以對(duì)安全事故的過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)的仿真建模。模擬性演練有利于技術(shù)人員對(duì)不同的施工方案進(jìn)行比較性的選擇，進(jìn)而對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)各種各樣的不安全狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)、評(píng)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(jié)束語(yǔ)：

應(yīng)用于建筑工程建設(shè)施工的虛擬仿真技術(shù)，在自身基礎(chǔ)性的技術(shù)層面上又提升到了一個(gè)新的高度。既推動(dòng)了建筑工程的施工工藝和技術(shù)，又有效實(shí)現(xiàn)了對(duì)工程質(zhì)量、成本資金和安全問題的控制。施工現(xiàn)場(chǎng)的技術(shù)人員只要可以充分掌握虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用技術(shù)，就必然能夠提高建筑施工的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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

[2]李眾立,李培亮等.基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的建筑施工動(dòng)態(tài)仿真研究[J].計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化,2012,08:80-83.

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

TU75

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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(xué) 學(xué)歷：本科 職務(wù)：學(xué)務(wù)導(dǎo)師 研究方向：建筑類