虚拟仿真技术在建筑施工中的应用分析

韦素青

【摘 要】随着计算机技术的发展，仿真技术逐步自成体系。计算机技术和信息技术的快速融合，推动了建筑业虚拟仿真技术的应用和发展。文章介绍了虚拟仿真技术的原理及特点，论述了虚拟仿真技术在建筑工程施工中应用的现状，并对当前建筑行业应用虚拟仿真技术面临的实际问题及发展前景做了分析。

【关键词】建筑；虚拟仿真；技术应用

【中图分类号】TU74 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2017）12-0074-03

计算机技术的广泛应用，以及信息化、智能化在建筑工程施工中的应用，促进了施工技术和管理水平的显著提高，并有效地推动了建筑行业的发展。实践证明，应用虚拟仿真技术，分析研究建筑工程施工中的重点、难点问题，对促进施工新技术、新工艺的研发，降低施工风险，保证施工进度和质量，促进建筑信息化技术的进步等效果显著。

1 虚拟仿真技术原理

虚拟仿真自20世纪90年代以来，已为科学界和工程界所关注，其可视化的特性为各类工程的大规模数据提供了新的描述方法。虚拟技术是多媒体技术发展的更高境界，虚拟仿真是一种可创建和体验虚拟环境的计算机系统。该虚拟环境由计算机生成，可为现实世界的再现，亦可为构想中的世界，体验者可借助视、听及触摸等多种传感途径与虚拟世界进行交互。它以仿真的形式，给人们创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的虚拟三维世界，并通过辅助传感设备，如头盔显示器、目镜等，提供体验者与该虚拟世界交互的三维界面，感知仿真对象在所处环境中的作用与变化，使体验者产生沉浸感。

2 虚拟仿真技术主要特点

虚拟仿真技术主要有以下4个基本特点。

2.1 沉浸感

在虚拟仿真环境中，体验者可通过视、听、嗅、触觉及运动感觉等多种感知，获得身临其境的感受。最理想的虚拟仿真系统是可以提供给人所有感知信息的功能特性。

2.2 交互性

体验者可以在模拟环境下，作用于虚拟环境，并可以感知到环境的反馈，其自然性、真實性近似于人们的日常行为。例如，在室内装饰虚拟环境中，体验者可以根据自己的喜好来移动室内家具摆放位置，所移动的家具近乎真实地按照需求就位。

2.3 虚幻性

仿真系统中模拟环境是虚幻的，它是人利用计算机等技术模拟出来的。它既可以模拟客观世界中从前存在过的或是现在真实存在的环境，也可以模拟出客观世界中，当前并不存在的但将来有可能出现的环境，更可以模拟出客观世界中不可能存在的仅属人们幻想或理想中的环境。

2.4 感知性

虚拟仿真系统其逼真性除了与一般的计算机一样有视听感知之外，还可以有力觉、触觉、运动等感知。例如：假设给虚幻物体一个作用力，则该物体受力后的运动就会符合力学定律，并会沿着作用力的方向产生相应的加速度；当它遇到障碍物时，则会受阻。未来的虚拟仿真技术可以向具有一切人所具有的感知功能发展。

3 虚拟仿真技术创新应用

虚拟仿真技术的互动性和逼真性带来了娱乐的革命性升级，尤其是在体验式游戏领域，带给人们一种前所未有的娱乐刺激，身临其境的存在感。互动多媒体技术的创新发展从商业、生活、娱乐、工业制造、城市规划、建筑设计施工等都卷起了一场场技术与艺术的双性创新，虚拟仿真产品诠释着科技改变生活的理念。比如，虚拟驾驶，它能够真实模拟车辆驾驶的路况及行使特性，并能在主要性能上获得等同于实车驾驶的效果；工程力学（虚拟仿真工程）、虚拟现实平台系统依靠其精美绝伦的三维视觉环境及表现力，以及近似于照片级的真实效果，使得设计中的建筑体直观地呈现在人们面前，让人们可以在实体工程实施前对其视觉效果和使用效率进行评估，有效降低建筑设计和工程施工风险，大大提高了设计和施工效率。在地质灾害防治方面，通过虚拟的环境，可以实现地震应急救援仿真、地震应急推演仿真、地质灾害仿真、水利工程仿真，实现地质灾害虚拟环境功能与展示的完美结合。通过虚拟仿真平台，进行预防地质灾害的模拟演练，可达到防灾、避灾科技能力的提升，加强安全意识防范等目的。

4 虚拟仿真技术在建筑施工中的应用现状

（1）施工组织设计方案的优选。传统工艺技术下，建筑工程施工组织中的施工方法及施工组织方案的选择和优化，主要是建立在日常工作经验积累的基础上，存在很大的局限性。随着科技的进步，现代建筑越来越追求建筑形式个性化、建筑结构的多样性，使得建筑工程施工方案也朝着个性化发展。虚拟仿真技术融合到建筑施工过程中，可以直观、科学地展现不同作业方法、施工方案、技术组织措施的效果，并能将施工方案进行量化比对，帮助项目管理者进行施工组织设计方案的优选，实现最优化施工。

（2）建筑施工新技术、新工艺研发。我国正处于万众创新的良好大环境，建筑技术、工艺、工法都需要不断创新研发。研发过程中需要进行反复的试验，传统的实验方法既耗费财力、物力，有些试验还具有一定的危险性，应用虚拟仿真技术，用模拟的设备及材料进行试验，既安全高效又节约成本，同时增加了试验的趣味性。虚拟仿真试验系统的应用，极大地促进了企业员工创新创造能力的提升。

（3）施工进度、质量管理。虚拟仿真施工全过程系统可以将建筑施工按分部、分项独立拆解，并可模拟分部、分项施工过程，通过仿真模拟真实施工环境和条件，可以防控施工过程中可能出现的质量隐患，并可据此在事前有针对性地采取防控措施，避免质量事故的发生。对影响工期的关键工序进行模拟施工比对，对进度控制、保证工程按期完成具有很现实的意义。

（4）安全防范、危险源排查分析。建筑行业是高危行业，参与建设者对安全生产都负有监管责任。虚拟仿真施工技术可以将生产过程中存在的安全隐患在施工前直观地展示出来，安全虚拟系统还可以模拟真实场景，如触电、物体打击、高空坠落等，项目参建者均可亲身体验，与传统的安全教育相比，虚拟仿真系统有身在其中的感觉，更具有真实感。

（5）大型、结构复杂的工程设计。施工虚拟仿真系统在设计方案评审中已有广泛的应用。通过虚拟建筑，将建筑直观地展现在评审专家面前，其合理性、功能性都可以让专家以漫游的方式进入建筑中感知，在设计阶段发现问题并能及时修改，通过评审完善，设计成果更令人满意。设计阶段利用虚拟仿真技术，在设计单位与业主、施工单位进行设计交底过程中，设计理念将得以真实、具体、直观地表达。

（6）工程交易市场管理。在建设工程招投标过程中，利用施工虚拟仿真技术，能直观比对投标人的施工方案、经济效益成本控制，使工程评标过程中的透明度、公平性、公正性得以有效体现，有利于工程交易市场的规范化、科学化管理。

（7）地质灾害防治。例如，基坑沉降、塌方、渗水等的防治。

（8）复杂空间、结构施工等其他结构方面的跟踪分析，找出存在风险的阶段，最后针对风险阶段采取有效的防范措施。

5 虚拟仿真技术在工程施工中的应用前景

随着国家对建筑信息模型（BIM）技術的推广应用，推动了虚拟仿真技术在建筑工程施工全过程的应用，很多大型企业都实行校企（研）联合的方式，其目的是通过建立长期的合作关系，利用高等院校的科研实力，以及高校的人才优势，促进企业开发和应用建筑工程虚拟仿真系统的积极性，促进施工技术的进步和发展。教育部关于印发《教育信息化十年发展规划（2011—2020年）》的通知（教技〔2012〕5号）中，在加快建设职业教育信息化发展环境章节中指出：“建设仿真实训基地等信息化教学设施，建设实习实训等关键业务领域的管理信息系统，建成支撑学生、教师和员工自主学习和科学管理的数字化环境。”南宁职业技术学院是国家示范院校，非常注重院校发展与产业融合信息化教学。笔者在2015—2016年期间，立项创建了南宁职业技术学院的施工技术虚拟仿真综合实训室，把建筑施工全过程利用虚拟仿真技术，以施工信息转换为依托的建筑与施工工艺仿真设计，建筑空间漫游，模拟施工全过程。该实训室对拓展大学生能力培养具有重要作用，引领建筑制图识图、施工技术、建筑材料、房屋构造、工程造价、建筑测量、施工安全等一系列相关课程的教材、教学方法的改革与突破。加强实践教学，创新仿真实训资源应用模式，提高使用效益，实训室建成投入使用，为合作企业提供了虚拟仿真实训平台。虚拟仿真技术在建筑行业的应用将更加深入和广泛，前景广阔。

参 考 文 献

[1]赵能.虚拟仿真技术在建筑设计中的应用研究[D].长沙：长沙理工大学，2009.

[2]郑亚文.虚拟仿真技术在建筑施工中的应用研究[J].施工技术，2009（4）.

[3]孙立雷.虚拟仿真技术在建筑施工中的应用研究[J].基层建设，2015（5）.

[4]教技〔2012〕5号，教育部关于印发《教育信息化十年发展规划（2011—2020年）》的通知[S].

[责任编辑：钟声贤]