虚拟仿真技术在建筑工程中的应用探析

郭 良 山西六建集团有限公司

1 虚拟仿真技术概述

1.1 虚拟仿真技术的定义

虚拟仿真技术从本质上而言是一种计算机图形学。虚拟仿真技术是指将传感技术和数字处理融合于一体的技术，通过虚拟环境实现真实情景的创设和体验。虚拟仿真技术实际上是在依托计算机系统的基础上，模拟衍生出的另一个系统，具有交互功能。

虚拟仿真技术作为一项技术系统，能够结合图形技术、传感技术和仿真技术建立虚拟的信息空间，在空间里能够进行人性化的模拟仿真互动，凭借着系统的优越性和实用性，在室内设计、建立数字城市、游戏设计等方面有着广泛的应用。

虚拟仿真技术在建筑工程中的应用主要是对工程的施工方案进行虚拟验证，通过验证结果的分析对方案进行及时的优化，提前根据合理科学的验证发现在建筑工程方案中的问题，在极大的程度上避免了建筑工程在施工过程中可能出现的事故和失误。

在建筑工程中应用虚拟仿真技术可以在建筑工程施工之前就显示按照建筑工程设计和施工方案现实实施之后的效果，给予了建筑工程施工方案更多的设计空间，帮助建筑工程施工实现最优化，因此虚拟仿真技术在建筑工程中的应用能够缩短建筑工程的施工周期、提高施工质量、加深相关设计和工作人员对整个建筑工程的结果和流程、有利于保障施工人员的人身安全等。

1.2 虚拟仿真技术的特征

虚拟仿真技术可以根据自身特质制定优良的技术模式，从而达到优化设计的目的。虚拟仿真技术具有真实的沉浸式、丰富的想象性、实时的交互性等特征。

1.2.1 真实的沉浸式

沉浸感是让客户感受到真实的虚拟世界，可以通过计算机的辅助将场景参数模拟出来，而用户则只需通过眼镜或是头盔等传感工具的辅助实现真实场景的感同身受。从而通过自身感受来实际的表达和提议，使整体效率得到稳步提升。虚拟仿真技术可以模拟真实世界，用户能够在虚拟世界中感受到与现实一样的感觉，这种技术是对人类感官的全面模拟，能够带来极为真实的体验。

1.2.2 丰富的想象性

丰富的想象性是虚拟仿真技术应用的重要特点，基于这种特点能够让用户充分感受到虚拟世界的真实感，并完全沉浸在其中。由于虚拟仿真技术是一种模拟技术（未来事物或虚拟事物），因而用户可以在实际的模拟场景中通过丰富的联想开阔思维，使得创造力得到有效提升，达到建筑室内设计的综合效果，拓宽人们的认知限度。

1.2.3 实时的交互性

交互性主要指的是用户能够根据自己的需求对虚拟世界进行操作，这种操作具有一定的实时性，通过对虚拟世界操作能够获得及时的反馈，常用的交互方式包括动作捕捉、触觉反馈等。例如，在某个虚拟的场景中拿物体，这样就可以使客户感受到真正拿住物体的感觉，还能够体验物体自身的重量。

2 虚拟仿真技术在建筑设计中的应用意义

2.1 全方位模拟空间感受

对建筑室内设计来说，室内空间设计需要更加直观的感受才能更好地进行设计。当前比较常用的方法是通过拍照、摄影和绘制三维模拟模型来完成，目前的方法还仅仅只是基于视觉这方面，真正的空间体验应该还包括听觉、触觉等感受。

另外，空间是静止的，但是在其中的人相对于空间是运动的，在对真实世界模拟的过程中，虚拟仿真技术能够从多个角度对虚拟世界进行全方位的展现，并对用户到达的目的地提供多种不同的路线方案选择，模拟人在空间运用时所感受到的不同体验。

2.2 解决时间和场地局限

建筑室内空间从早到晚的视觉光线感受是不一样的，要想研究清楚光线的不同变化也许要在该空间中待上一天时间来感受体会。而虚拟仿真技术能有效解决这一问题，它可以模拟一年四季，一天中各个时间段光线照进屋的不同感觉。

除了时间，在不同项目场地方面也存在类似的问题，由于每个房间所处的位置和方向存在差异，导致房间的光线、通风等情况也存在差别，考虑到成本问题，很难对每个房间都制作模型进行分析。因此在这种情况下，虚拟仿真技术就能够解决这一问题，根据比例以及所处的房间位置对真实场景进行还原。

2.3 降低时间和资金成本

传统室内空间设计，从设计、水电、硬装、软装、家居配饰到验收，大概需要几个月的时间。而用虚拟仿真技术能够在很大程度上降低时间成本，在短期内设计出样板房，达到与真实样板房相差无几的效果，大幅提升工作效率，并降低资金成本。

2.4 它增强了传统艺术的趣味性，有利于形成普遍的社会价值

现代社会对艺术形式的快感要求越来越高。在感知过程中，情感的输入和获得成为衡量艺术形式能否传播的标志性因素。具有社会意义的传统艺术本身能够满足人们对美和秩序最原始的需求。借助虚拟现实技术模拟沉浸效果，运用形式、色彩、形式和综合体验，从感官本能层面传达最直接、最实在的感官情感。

在当代艺术和技术的影响下，传统艺术形式逐渐从边缘化回归视觉中心。数字技术使传统艺术以一种新的表现语言闪耀在公众面前，在虚拟仿真技术的演绎下，传统艺术的精神和内涵更生动、更直接地呈现在人们眼前，缩短了人们与传统艺术的距离。表现形式的多样性有利于传统艺术的延续和传播。

随着移动设备的发展和技术的升级，人们越来越习惯于对电子设备和仪器的控制。在新媒体的支持下，传统艺术的表现语言由传统的视觉或听觉上升为立体的综合感知，激发了人们对传统文化艺术的敏感性。从愉悦的角度看，在媒介传播的过程中，虚拟现实技术从内容到形式都呈现出传统艺术的固有特征。人的体验所带来的快乐、美感和冲击力，在情感上影响着人的认知。这种快乐适应了人们的生理和心理需求。同时，通过新媒体的传播，传统艺术带来的审美愉悦也是一种普遍的社会价值。

3 虚拟仿真技术在建筑工程中的具体应用

3.1 虚拟仿真技术和建筑过程方案设计与实施

传统建筑工程施工的合理性只要依靠相关设计人员以往的工作经验来判断，但是通过经验制定的施工方案并不能真正地保证建筑工程施工的安全有效性，在一定的程度上会造成施工周期过长、施工质量出现问题、方案具有局限性。

而通过虚拟仿真技术建立起的仿真模型则可以在极大的程度上避免由于人为因素而造成的失误，科学验证施工方案的合理性，及时发现在方案中隐藏的漏洞，与此同时虚拟仿真技术还可以通过大数据掌握建筑物周围的环境特征，利用计算机技术对工程的具体环境进行实时交互，及时对建筑工程设计人员给出设计建议。例如通过对不同方案的建筑结构能耗数据分析计算，得出节能效率比例，使得设计人员在对方案修改和选择时能够有科学的依据。

3.2 虚拟仿真技术中的三维动画技术在建筑工程中的应用

在传统的施工过程中，对施工进度的判断通常是基于相关人员的经验，而虚拟仿真技术可以为施工过程提供一种可视化的手段。通过三维动画技术，施工过程中的所有细节都以高仿真动画的形式展现出来，相关施工人员可以通过高仿真动画了解和掌握每一个细节，了解施工过程中需要注意的事项，可以在很大程度上避免施工项目方案的重复修改，缩短施工项目实施周期。在中央电视台新址和上海环球金融中心的建设中，采用了虚拟仿真技术的三维动画技术。

3.3 虚拟仿真技术在施工安全中的应用

虚拟仿真技术作为现代先进的应用技术体系之一，依托计算机技术的优势，可以实现建筑工程施工方案的优化控制，是传统建筑工程无法比拟的。施工安全是整个建设工程的核心内容。为保证施工安全，需要提前对施工方案中存在的问题进行预测，以便及时采取措施，尽量避免差错的发生或减少事故发生后的损失。虚拟仿真技术可以提前对建筑工程项目方案进行系统的仿真演练，从计算机数据中分析建筑工程项目方案中可能出现的问题，以及出现问题的概率，并通过各种数据的展示和分析，给出相应的建议。

3.4 虚拟仿真技术在复杂钢结构施工中的应用

复杂钢结构的施工是整个施工过程中最困难、最关键的环节。由于不同钢结构的受力和承载力不同，相关工作人员需要在不同的施工阶段判断不同钢结构的平衡性，尽量避免在安装过程中出现错误，因为一旦钢结构在设计或安装过程中出现错误，其应力就会降低整个建设项目将受到很大影响，后期建筑的安全也将受到影响，无法得到有力的保障。

钢结构的准确设计和安装可以避免工程造价的无效增加。在复杂钢结构的施工中，相关人员的经验判断并不能保证复杂钢结构的准确安装，而虚拟仿真技术可以通过精确的计算，准确计算出复杂钢结构构件的位置，准确快速的计算计算机技术位置。同时，采用虚拟仿真技术对钢结构施工全过程进行跟踪，实现有效控制和精确安装，降低建筑工程人为因素造成事故的概率，进一步提高建筑工程的经济效益，优化建筑工程施工工艺。

4 结束语

综上所述，随着我国科技的快速发展，虚拟仿真技术在建筑工程中的应用越来越普遍、越来越成熟。虚拟仿真技术和建筑工程的有机融合，突破了以往传统的建筑工程中存在的局限，通过计算机精密准确的计算、三维动画的可视化手段和效果、对建筑工程周围环境等因素的综合考虑、在建筑工程中具体环节的应用等，在极大的程度上使得建筑工程相较于以往有了在建筑工程质量上的提升、施工费用的降低、施工周期的缩短、在施工过程中安全性能的提高、复杂环节得到有力保障。虚拟仿真技术为建筑工程事业的发展提供了更加广阔的空间，切实促进了建筑工程的深远发展。