论虚拟仿真技术在建筑技术中的应用现状和展望

2018-02-17汲生全

建筑与装饰 2018年8期

汲生全

临沂市城市资产经营开发有限公司山东临沂 276000

引言

在科学技术飞速发展的新形势下，虚拟仿真技术在建筑工程施工过程中的应用越来越普遍，并取得了一些成果。虚拟仿真技术在施工过程中的应用，有助于施工人员发现施工过程中存在的问题。同时，模拟试验不仅能有效地降低工程造价，而且能保证施工的安全和质量。本文论述了虚拟仿真技术在建筑工程中的应用，旨在为虚拟仿真技术在施工过程中的应用提供一定的参考。

1 虚拟仿真技术介绍

虚拟仿真技术称为虚拟现实技术，以仿真的方式给用户创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维虚拟世界，即在虚拟系统环境中模拟真实环境。虚拟仿真技术与各种技术的集成主要体现在计算机图形处理技术、人机交互技术、智能技术、传感技术、人机接口技术、信息技术等方面，通过软件+硬件+技术，建立模型，模拟还原我们需要的过程，成为继数学推理、科学实验之后人类认识自然界客观规律的第三类基本方法，是人类认识、改造和创造客观世界的一项通用性、战略性技术。建筑虚拟仿真技术，则是在虚拟仿真技术的基础上，加入建筑元素，在设计、施工、造价、运行维护上，提供可视化、人机交互的界面和环境，是建筑业科技进步的一项革命性工具和技术[1]。

2 应用虚拟技术进行建筑施工的具体意义

2.1 使施工方案变得更加优化

在建筑施工中，通常根据施工经验对施工方法进行优化。由于这个原因，限制非常强烈。建筑物具有的生产流动性、形式多样性和技术复杂性，使得施工方法有所不同。虚拟技术的应用，能直观地展示人们面前的施工方法和组织，施工方案可以定量地完成。这将使施工方案得到优化，使优化施工得以实现。

2.2 施工技术创新

虚拟技术在施工中的应用，可以使技术人员检验新技术，降低试验成本，充分发挥技术人员的创造性。同时，将展示新技术的应用效果，大大缩短新技术引进推广的时间，大大降低新技术的应用风险。

2.3 便于施工管理

虚拟技术的应用可以模拟施工前的整个施工过程，提前发现施工管理中的隐患和隐患，从而制定合理的预防方案，达到施工管理的最佳效果。

2.4 使培训和生产更加安全

通过虚拟技术，可以直观地观察施工过程中的实际情况，使操作者能够通过该技术了解施工的全过程，从而完成高质量的工程任务。

2.5 设计项目

虚拟技术可以用来检查设计是否符合要求，并做出相应的修改，使设计更加合理。同时，可以使设计单位和业主顺利进行设计交底工作。

2.6 其他方面

随着虚拟技术的发展，虚拟现实技术将在许多领域得到广泛的应用。如果将其应用于建筑业，将会使城市的规划更加合理[2]。

3 虚拟技术的主要应用方法

（1）三维动画的应用。施工动画属于三维动画中的一个分支，制作人员既要熟悉施工图纸、建筑结构安装技术、工艺标准，又要熟练地使用计算机三维建模技术，来搭建真实的施工方案和环境，用动画形式表现出我们需要和意图。在传统的工程项目建设过程中，项目相关人员只能依靠个人经验来判断项目建设进度，难以实现项目建设的指导。在虚拟仿真技术的支持下，三维动画技术在施工过程中得到了广泛的应用。相关人员可以通过三维动画的形式显示每个施工过程的细节，以确保相关人员能够掌握施工过程的注意事项，保证项目的质量。应用三维动画技术可以避免在当前建设项目施工过程中对项目进行反复修改，帮助相关人员更好地进行项目进度管理。如中建三局施工的上海环球金融中心，施工方案应用三维动画演示技术，有效地保证了施工的整体质量，达到了预期的效果。

（2）BIM技术的应用。BIM的全拼是Building Information Modeling，通常指我们所

说的建筑信息模型，具有可视化、协调性、模拟性、优化型、可出图性，是传统二维制图革命性的创新，可广泛应用于识图、工程量计算及成本控制、模拟建造、冲突检查、运行维护等。

BIM是近年来发展比较快的一类虚拟仿真技术，也是国家大力倡导发展的一门新技术。国家住房和城乡建设部《2016-2020年建筑业信息化发展纲要》指出，十三五期间，要加快BIM在勘察设计阶段的普及应用，深度融合BIM与大数据、大数据、智能化、移动通讯、云计算等信息技术，研究BIM应用条件下的施工管理模式和协同工作机制，建立基于BIM的项目管理信息系统。国家从战略层面上突出了BIM技术的重要性。广东、上海、湖南等地区也相继出台了BIM技术政策支持，山东济南市建委也出台了《关于加快推进建筑信息模型（BIM）技术应用的意见》，加速BIM技术应用步伐。从目前的BIM应用来看，应用还没有大面积展开，处于应用的初级阶段，大多数是施工图设计后阶段的建模，进行施工阶段的BIM信息模型建立，包括模拟建造、方案优化、管线碰撞检查。

比如在建筑工程施工过程中，复杂的钢结构是整个施工过程中的一个难点和难点。由于钢结构由钢结构拼接在一起，导致不同钢结构的应力差，从而导致结构在施工过程中的不同平衡。针对这种情况，相关人员可以通过BIM虚拟仿真技术弥补钢结构施工中的缺陷。通过虚拟仿真技术，模拟建造，可以准确定位钢结构中的相关零件，并能帮助项目管理人员随时跟踪工程实施情况，为提高复杂钢结构的施工质量奠定基础。

（3）VR技术的应用。VR虚拟仿真技术发展迅速，虽然现在的应用还处于起步阶段，但这一黑科技，同无人驾驶一样，会逐渐进入人们的生活，包括建筑VR技术。阿里巴巴推出的Buy+虚拟现实技术，让我们见识到了这种黑科技的魅力，只要戴上VR眼镜就能像现实中逛街一样身临其境。VR技术不仅能够进行视觉交互，还能模拟听觉、运动、触觉感知，甚至还能模拟味觉感知。对于我们的建筑施工来说，是一个全新的工具，模拟实施工的过程给我们的建筑施工带来全新的体验和认识。目前可以应用到工程施工上的是工艺展示、模拟建造[3]。

4 虚拟仿真技术在建筑施工中展望

随着科技进步，人工智能、大数据和计算机软硬件与虚拟仿真技术的深度融合，虚拟仿真技术必然越来越多的应用到我们的建筑工程施工中来。特别是BIM技术和VR技术的应用，将带来革命性的变革。

由于目前虚拟仿真技术没有统一的技术标准，没有统一的接口，各个软件数据不能交互使用，需要耗费大量的资源去建模，我们首先要解决的是技术规则标准的统一。由于虚拟技术还处于应用的初级阶段，用户还没有形成使用习惯，也没有强制性标准，大部分还是使用传统的二维制图来表现建筑设计成果，后续施工根据需要来建模，业主、勘察、设计、施工、运维、造价方不能很好地统一进行人机交互、数据共享。随着国家对虚拟技术的重视程度，各用户对虚拟施工技术的使用渐渐养成习惯，虚拟仿真技术必然会普及，特别是BIM技术，将代替传统的二维制图表现形式。虚拟仿真技术从勘察设计阶段就进行建筑信息建模，是未来虚拟仿真技术的基础，勘察设计阶段建模后，在此基础上进行施工、造价、运维模块扩展，实现信息共享[4]。