关于虚拟仿真技术在建筑施工中的应用

【摘　要】伴随着信息技术的到来，计算机虚拟技术飞速发展，并有效地与仿真技术进行了整合，最终成功应用于建筑工程的设计与施工中。与传统的设计、施工模式相比，虚拟仿真技术具备高仿性、交互性、价格低廉、可以重复试验等技术优势，不但降低了施工成本，又缩短了施工工期，很好地满足了施工效益。那么，虚拟仿真技术的概念到底是什么，它又是如何应用建筑施工中来的？笔者结合自身实践经验，就虚拟技术如何在应用到建筑施工中进行了简要的分析。

【关键词】虚拟仿真技术；建筑施工；应用从传统角度来看，所谓的系统仿真技术很难对人的感知情况进行模拟，也就是说这种仿真技术很少涉及到对人的感知进行仿真建模。但是伴随着信息技术的蓬勃发展，仿真技术与传感技术渐渐渗入到现实领域，这也导致人们开始对外界环境感知进行建模研究。现如今，虚拟仿真技术越来越成熟，通过虚拟现实技术进行仿真建模，使仿真技术实现了图像化，人们甚至可以通过仿真立体模型有种身临其境的感觉，此外，由于仿真系统与生俱来的三维属性、实时交互等特点，给仿真技术的发展也来了极大的推动作用，这就使得虚拟现实技术在今后社会中更加具有生命力。

1.虚拟仿真技术应用于建筑施工中的意义

近几年来，由于国内经济发展需求以及国民需要，建筑工程的开展如火如荼，我国在针对建筑工设计时，在套用规范的基础上，仍然依据加大设计安全系数的方法来实现对建筑受力与变形的控制，这就导致了建筑工程造价普遍过高的现象。建筑设计作为工程实施的基础条件，对整个建筑工程系统以及周边建筑环境都有着重要的意义和影响，并在总体的规划目标等方面给其他的专业设计提供了正确的引导。考虑到建筑内部结构的复杂性与多变性，因此在研究时不得不在施工工艺方面谨慎考虑，从而涉及到信息化设计的全部内容，在此方面，关于优化方案、现场施工等较为少见，这就间接体现了我国建筑建设在信息化技术上存在的不足。

虚拟仿真技术的出现大大弥补了这一不足，虚拟施工技术具备交互性、高度仿真性等优点，通过它建立的设计数字几何模型与施工，不但能同时满足设计师、业主、施工方等参建单位的需要，对多种施工方案展开模拟、验证、对比和优化，并最终找到一种最优的施工方法，实现低成本、短工期、高质量的效益目的。可见，虚拟仿真技术给建筑工程带来了一定的时代挑战意义，虚拟仿真技术在施工中的应用无疑决定着施工方案的优劣与否，它一方面对建筑工程的施工产生影响，另一方面也决定着工程的设计方案。所以说，应用虚拟现实技术建立建筑工程的三维模型，对施工的各个阶段实施三维可视化的模拟，在施工前了解各种构件在实际结构中的相对位置和相互关系，势必有利于我国建设的技术经济效益，对建筑工程的设计与施工都会有非常好的借鉴与指导意义。

2.虚拟仿真技术在建筑设计中的应用

伴随现代化科学技术的飞速发展，计算机网络技术和新型载体的应用越来越广泛，在这种趋势下，传统的园林设计模式必将被淘汰，新的设计理念也就呼之欲出了。“虚拟仿真”设计概念的提出可以追溯道上世纪80年代，它从理论的角度上对园林布局进行分析，认为所有建筑的地理数据都能在多维的虚拟模型中得到表示，这些表示形式除一般的时空维数之外，色彩、光影、甚至声音等因素也被归纳入额外的“维度”中，用以增强视觉信息效果。经过三十多年的发展，虚拟仿真技术渐趋成熟，比较传统模式下的设计理念，虚拟仿真技术打破了传统思维上建筑的局限性，在系统作业上对设计的表达可以说是较为全面的。

如今，虚拟仿真技术的发展方向极为明确，它通过操作系统的便捷性，图形的设计时间快、质量高、系统处理能力强。这些方面的改进势必对建筑设计中虚拟仿真技术的应用产生影响，也将进一步领导建筑设计方法论和本质革新，建筑设计者在园林设计领域的地位也将重新定论。我们可以试着想象，当建筑设计者在挖掘虚拟仿真技术潜能的时候，他们对建筑的复杂性与微妙性的理解也将日益深刻，这不但有利于虚拟仿真技术的发展，对现代建筑工程的设计创新也会有着莫大帮助。

3.虚拟仿真技术在建筑施工中的应用

计算机在全球范围内的运用，推动了工程仿真模拟技术的迅猛发展，这一阶段，虚拟仿真技术也不断成熟，其优点是可以对施工环境下的复杂环境条件（介质的非均质特性、不连续性和各向异性等因素）进行综合考虑。简单地来说，建筑施工的过程就是把设计图建成实物的过程，虚拟仿真技术在建筑施工中的应用步骤大抵可以分为四个阶段，即工程调研阶段、概念模型抽取阶段、力学模型建立阶段、数值计算以及结果检验阶段。虚拟仿真技术可以将工程结构同环境整合起来并建立理论模型，通过“仿真试验”获取最佳设计方案。

站在传统的角度来看，建筑工程从设计阶段开始，一直到施工执行阶段，由于施工方法的多样性，并且现场情况的可变化性，很难按照设计者的初衷开展作业。而虚拟仿真技术中所建立的仿真系统，无论是施工前后，对工程环境的外景仿真都能做到很好的把握。在建筑工程施工阶段，对于土层规律发生变化而产生沉降时，及时修改施工方案无疑是重要手段之一，在这种土质变化的不确定性因素下，仿真模拟技术远远不能仅靠简单的运算就能解决所面临的问题，它更多地是要进行野外地质调查，到室内试验研究、计算模拟、地质力学模型抽取以及野外验证的全过程，在很大程度上，其准确性与可靠性都决定了工程对地质认识的正确性。

在虚拟仿真系统中，场景中的一切物体，与实体都有着高度的仿真效果。对于建筑物模型，完完全全按照设计图纸进行仔细地建模，并把建筑物旁边环境的场景、道路等也实施建模渲染，与真实场景可谓是如出一辙。虚拟仿真技术作为信息化设计的重要环节，直接左右着信息的来源渠道，可以毫不过分地说，虚拟仿真技术直接影响到建筑信息化设计与施工的实施。它是监督设计施工的法眼，是规避工程风险的有力手段，更是建筑工程建设中不可或缺的内容。其建模内容涵盖了地质与支护的现状观察、位移监测、应力与应变监测、围岩扰动及弹性波测试、支护质量检查等等，至于具体的量测手段、工具和时间，要根据工程现场具体要求而设定。

虚拟仿真技术渗入工程施工中，除了外形三维的仿真之外，声音仿真、动作仿真等“三维外”的技术也有突破，这使得场景的真实感极强，给人的感受尤为逼真。观察者可以从不同的入口进入虚拟仿真系统，在虚拟的建筑模型中边走边看，并从不同的角度实施观察，借助鼠标等媒体工具同虚拟仿真模型实时交互，使漫游场景中所见到的各种实体可以切实地反映现实中的每种状况，它对施工全过程进行模拟，在施工前了解各种构件在实际结构中的相对位置及相互关系，试验多种施工方法，并在一系列的应用实践之下，取得了举世睹目的应用成效。

此外，针对我国建设工程中的一些不安全因素，如基础沉降、塌方、渗水等不利于工程实施的一系列现象，虚拟仿真技术在工程施工上的应用能够很好的解决此类问题，它不但可以通过建模很好地掌握基础和支护结构的工作状态，利用测量数据对设计进行整改，并指导施工作业；还可以预见事故风险，采取一系列的事前措施，给工程的安全施工提供信息，将工程的事故突发率降至最低；在分析处理量测数据后，通过反馈上来的信息，可以很好地保障施工环境的安全与稳定；另外，通过积累相关的工程资料，也可以作为以后相似工程的实施的重点依据。

4.结束语

综上所述，通过应用虚拟仿真技术到建筑施工中来，不但可以大幅降低施工安全风险，还能很好地控制施工成本，最终求得施工控制的最优化解。为此，我们务须不断探索虚拟仿真技术在建筑施工中的应用策略，以便更好地为社会主义现代化服务。