试分析建筑施工中虚拟仿真技术的运用

2016-04-10沈雯

四川水泥 2016年2期

关键词：三维动画仿真技术钢结构

沈雯

(南通开放大学)

试分析建筑施工中虚拟仿真技术的运用

沈雯

(南通开放大学)

虚拟仿真技术也可以称为电子模拟技术。本文将虚拟仿真技术作为主要的研究对象，简要地阐述了虚拟仿真技术的基本概念，分别从仿真技术、虚拟施工技术、三维动画技术这三种技术层面入手，对虚拟仿真技术在建筑施工过程中的具体应用进行了详细分析，同时又分开探讨了虚拟仿真技术在复杂空间钢结构和建筑安全控制中的应用实践。希望能够在文中为建筑施工现场的工作人员提供虚拟仿真技术上的理论参考和实践帮助。

建筑施工；虚拟仿真技术；运用

将先进的虚拟仿真技术引入现代化建筑的施工过程中，可以提升施工方案的规范性、系统性和经济性，也能及时地对施工过程中的安全隐患进行预警。这种综合利用了计算机、多媒体和网络信息等多种科学技术的虚拟仿真技术是针对建筑施工的一种辅助性工具，在保证建筑工程施工质量和经济效益上具有一定的作用和意义。

一、虚拟仿真技术的概述

虚拟仿真技术是一种利用计算机系统模拟出另一个系统，结合图形技术，利用逼真的仿真技术在人和系统之间形成交互性沟通的先进技术。这种遵循着自然界发展规律的虚拟仿真技术，是当今时代在世界范围的应用都极为广泛的一种先进的高新科技，在教育、娱乐、设计、艺术和制造业等方面都有着普遍性的应用。截止2014年，虚拟仿真技术在军事航空上的应用达到了16.4%，在医学上达到了

9.3 %，在商业方面达到了5.83%，在建筑业上的应用高达27.51%。不难发现，虚拟仿真技术已经在不知不觉中深入到了人们的日常生活和社会生产中，为社会与科技的发展带来了巨大的经济效益、科学效益和社会效益。尤其是在建筑施工行业，虚拟仿真技术本身所具有的预测性、快捷性和安全可控性等优势特点，为建筑的设计、施工和维修等工作带来了便利性的服务。工作人员不仅可以借助虚拟仿真的技术解决抽象思维和实际建筑之间的关联问题，也大大提升了建筑施工在科技含量和建设效率上的综合水平。虚拟仿真技术的有效应用，可以对建筑工程的施工方案进行模拟性的仿真验证和虚拟性的优化提升，在有效控制建筑工程施工成本的同时，也降低了建筑施工现场安全事故的发生几率。

二、虚拟仿真技术在建筑施工过程中的具体应用

(一)仿真技术在建筑施工中的应用

仿真技术，顾名思义，就是模仿着真实的物体建立起虚拟的仿真物体。仿真技术在建筑工程的施工过程中通常被应用于施工环境的模拟。技术人员可以利用仿真技术，按照设计图纸上的宏观规划，对施工现场周围环境中的建筑物、草地、街道和加油站等实际物体进行仿真建模。而建立起仿真的环境模型以后，设计人员可以站在不同的角度上观察施工现场的外围环境，也可以从不同的入口和通道透视虚拟建筑物的内部情况，还可以利用鼠标对仿真模型进行尝试性的交互改动，观察环境模型在改动过后的实时性变化。应用仿真技术建立起的施工环境模型既可以和实际物体成同等的大小，也可以按照一定的比例对其进行放大和缩小，方便设计人员的进一步观察。此外，基于仿真技术建立的模型中还伴有仿真的声音和动作。不管是街道闹事的喧闹声还是交通运输的流动性，都能够让环境模型的观察者们有身临其境的真实感。

(二)虚拟施工技术在建筑施工中的应用

建筑施工的过程是一个将施工设计方案的图纸转变成实际物体的创作过程。就以往而言，要想建筑工程的建设施工完全按照设计的图纸开展和实施，保证最终的成品和设计图纸的一致性是非常困难且几乎不可能实现的。因为在建筑施工的过程中存在太多的不确定因素。多种施工方式和技术工艺的同时实行，很容易导致建筑工程项目建设在实际施工的过程中发生一定限度内的变化。所以，以往的建筑施工更多是依靠建筑施工人员的施工经验，选择出最优的施工方案。然而，以人的经验为依据进行的工作往往存在主观性的缺陷和错误，会阻碍建筑施工工作的顺利开展。而虚拟施工技术可以通过数字型几何模型的科学设计，利用现代化网络信息技术的交互性和仿真性，建立起与施工方案相一致的建筑虚拟施工模型，用计算机推演和计算出方案的可行性与安全性，从而选择出最佳的施工方案。

这种虚拟施工技术可以大幅降低施工成本中的多余花销，提高建筑工程的施工质量和效率，常常被应用于施工前期的方案选择和施工预演。

（三）三维动画技术在建筑施工中的应用

三维动画技术的应用主要是针对建筑工程施工的全程分析。建筑施工中的三维动画技术是建立在施工全过程的记录基础之上的，利用这种带有记录性质的三维动画，工程施工中的注意事项和重难点，可以通过高仿真的3D效果呈现在监督管理者面前。一方面，可以帮助施工人员随时掌握施工现场的每一个细节性施工环节，对每一个施工阶段中的工序和工艺进行精细化管理，适时、及时地对施工方案进行合理修改和调整。另一方面，三维动画技术对专业人员的技术要求并不高，这就在一定程度上节约了建筑工程施工的投资成本。鉴于这两个方面的优势特点，三维动画技术在各个地区的建筑施工过程中都能够得到广泛的应用与推广，也都能取得良好的技术效果和应用反馈。目前，三维动画技术在包括建筑施工在内的许多行业中都获得了高度的关注与重视。

（四）虚拟仿真技术在复杂空间钢结构中的应用

现代化的建筑设计基本上采用的都是复杂空间的钢结构施工。由于复杂空间钢结构的形态、负载受力和边界条件在不同施工阶段都会呈现出不同的特性。而且每两个阶段交接的时候，已经安装的复杂空间钢结构很容易受到新安装结构的推挤和影响。然而，技术人员必须保证建筑施工的每一个阶段中，复杂空间钢结构的整体性始终处于相对平衡的状态。所以，每到一个新的施工阶段，技术人员都需要找到复杂空间钢结构中新的平衡点。建筑工程里的复杂空间钢结构施工是一个由部分到整体的施工过程。需要根据钢结构部分施工的具体情况选择出针对不同部位的施工方法。利用虚拟仿真技术对复杂空间钢结构的施工过程进行全程性的跟踪记录，既能够从整体上分析出钢结构的最佳施工方案，也可以就单个部分规划出最优的组合方案。应用虚拟仿真技术，可以分析出建筑工程建设施工过程中最危险的阶段，同时提高建筑工程设计方案中的技术含量和安全可靠性。

（五）虚拟仿真技术在建筑安全控制中的应用

安全问题在建筑工程的施工中是最重要的工作之一。施工现场出现的安全事故，带来的风险远不止经济上的损失这一点，严重的时候还会威胁到现场施工人员的人身安全和财产安全，同时还会推迟施工的工期。利用虚拟仿真技术，可以对建筑工程施工的设计方案进行提前的模拟性演练，也可以对安全事故的过程进行动态的仿真建模。模拟性演练有利于技术人员对不同的施工方案进行比较性的选择，进而对施工现场各种各样的不安全状态进行预测、评估、管理和防范。施工人员也可以在施工过程中了解到安全隐患所在的施工位置。