计算机仿真技术在建筑工程设计中的应用

计算机仿真技术在建筑工程设计中的应
用
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摘要：随着时代的快速发展，我国社会经济发展迅速，信息科技水平快速提高，计算机仿真技术的飞速发展，并有效地与建筑工程施工设计和技术进行了有机整合，最终成功地应用于现代建筑工程的自动化设计与监理施工中。

与其传统的设计、施工管理模式相比，仿真技术具备了模拟性、交互性、价格低廉、可以同时重复进行试验等一系列技术的优势，不但极大地降低了建筑施工的成本，又极大地缩短了建筑施工的工期，很好地达到满足了建筑施工的效益。

那么，建筑工程仿真技术的基本概念到底究竟是什么，它又是如何被广泛地应用到现代建筑施工中而发展起来的？本文结合实践经验，就计算机仿真技术如何在其应用推广到现代建筑施工中进行了简要的分析。

关键词：计算机仿真技术；建筑工程设计；应用
引言
近年来，随着我国信息科技水平的快速提高，计算机技术在各领域得到了广泛的应用，仿真技术顾名思义是把计算机科学和仿真技术糅合在一块，随着科技的发展，仿真模拟科技获得了广泛的运用。

三维化的模拟系统具有非常广阔的应用前景，推动了我国建筑产业产品设计等各个应用领域的蓬勃发展，也大大提高了环境工程设计的效益与要求。

1计算机仿真技术概述
1.1计算机仿真技术概念
构造一个实际或虚拟的模型，模仿实际系统内所发生的运动过程，这种建立
在模型系统上的试验技术称为仿真技术（ComputerSimulation，简称CS），或称
为模拟技术，它是建立在系统工程学、计算机科学、控制工程学等学科基础上的。

仿真技术从技术层面来看分为：数值仿真、可视化仿真、多媒体仿真和VR仿真
系统（VRSimulation）等。

仿真技术与虚拟技术联系紧密，VR仿真即虚拟仿真，
是虚拟技术与仿真技术的结合，是仿真发展的趋势。

系统模拟学是指构建在监控
基础理论、系统相似理论、信息处理科学技术和计量科学技术等基本科学理论上的，以电子计算机和某些专用物理效应装置为主要工具，运用信息系统模拟方法
对现实或假想中的控制系统开展试验，并运用专家经验知识统计数据和信息资源
对试验成果加以分析与研讨，从而作出科学决定的一种综合型的试验性科学研究。

计算机模拟学是以电子计算机为主要工具，运用模拟理论知识来研究对象系统的
科学技术。

1.2计算机仿真技术的发展
从人类发展史来看，电脑模拟思维主要经过了以下4个阶段：1.建模实验阶段。

最原本的模拟思维，其模拟测试都是根据物理模型实现的，并没有柔性和准
确度。

2.数字化模拟阶段。

利用电子计算机进行的分析运算，但计算结果表达局
限于记录文字和图形上，不够直接形象。

3.图像化模拟阶段。

利用丰富的图形图
像技术来表现模拟结果。

4.虚拟现实技术阶段。

不仅利用三维图像技术表现计算
结果，还同时通过特殊设备，让人有身临其境的感受。

1.3计算机仿真的关键技术
目前，计算机模拟计算的技术特点主要包括：1.面向对象的模拟。

其重点是
将利用整个软件系统的功能设计的功能归属为对对象的使用和数据信息的彼此综
合利用，而对象之间数据的相互传递就引起了整个信息系统的活动。

2.分布式交
互模拟。

主要是利用计算机网络与散布于世界各地的模拟计算机相连，形成时间
和空间上相互耦合的虚拟仿真环境。

3.人工智能模拟。

主要采用以认知功能为核
心的人类思想活动为背景的人工智能方法，并引入模拟和仿真流程，以建立各种
基本知识的开发过程，这是新型人工智能方法和仿真技术的集成。

2电脑仿真技术在现代建筑室内设计中的运用
2.1仿真施工技术的应用研究
从一定层面来说，实际施工过程就是将设计者的建筑蓝图真实化的过程，将
虚拟的建筑蓝图进行现实施工的过程有着重要意义。

但是，因为建筑自身的复杂性，其所采用的设计方案和技术十分繁杂，造成了在建筑施工中，设计图纸往往
需随实际状况的变化而变化。

设计图纸在进行初步设计之后，往往需要进行反复
矫正与纠错，因此实际的施工过程和工程设计技术存在着较大差异。

另外，在传
统的施工方案设计中，为确保施工的安全平稳及顺畅，往往会依靠大量的成功经
验来处理建设项目施工时的某些问题。

但同时由于缺乏对工程理论验证的经历，
很可能会导致更大的安全事故。

而目前，随着建筑物构造趋于复杂，传统的施工
方案设计已无法满足完整的建筑设计结构需要，而电脑仿真技术则可以更有效找
到工程设计的漏洞与缺陷，从而改变建筑施工技术的盲点。

2.2仿真系统的应用研究
利用计算机模拟系统，可直观模拟出建筑项目的施工流程及其周围施工环境
的真实情况，并产生十分逼真的效果。

通过利用计算机模拟系统，建筑设计技术
人员能够将建筑设计图纸的具体内容和施工现场的周围景物等进行更加直观建模，从而产生三维的立体影像，并且还可以将影响施工项目的原因，如交通网络、施
工场地等进行更加细致的建模，使建筑设计技术人员可以真正掌握施工的进程和
各项要求，以便更合理地对设计方案进行策划和改进。

3仿真系统在地下工程施工中的应用
以隧洞项目施工问题为例，运用该模式开展隧洞施工流程模拟，可以确定建
筑工期、设备生产率、资料闲置的等待时间、资料使用率、施工费用和找出拥挤
堵塞点等，并由此为决策过程提供所需要的各种信息，又可根据复杂地下厂房系
统的施工问题，给出地下厂房建筑系统可视化仿真理论方案，并研制开发一套计
算机软件ESAS。

利用对地下洞室群施工的全过程动态模拟，对整个施工流程进行量化统计和大数据分析，从而实现更多方法的对比与优选，直至确定最满意的方法。

通过电脑仿真技术，通过仿真工作对象的循环过程和随机时间，可计算出在各种资源条件的机械施工组合状况下循环进行的工期与时间，从而找到拥挤堵塞节点，同时利用高灵敏度计算可得出合理的机械配套组合情况和理想的工期效率最优的方法。

4仿真系统在水利工程中应用
在20世纪90年代兴起的统一结构强度理论认为，本构关系之间拥有统一的力学模式以及数理表示方式，需要结合金属材料，应用在岩石类建筑材料之中，这一理论被广泛应用在高速弹体侵彻混凝土的模拟之中。

但对于当前复杂多变的结构系统，需要做更深入的研究。

针对单一构件如钢筋砼梁的模拟，可以充分依照对象的概念构建混凝土之间的本构关系，并且需要依照模拟的条件对每一个本构关系得到的各种结果进行重载，从而实现结构选择优化。

中国在水利与水电工程建设方面获得了新的发展，并积累了大量的工程设计与建造经验，但同时也仍然面临着若干技术难题，如研究与完善特大型地下洞室群高混凝土大坝、高土石大坝等的施工技术组织设计方法和工程管理模式，怎样提高质量、节约投入、压缩工期等等。

不少正待建设中的水利水电枢纽的施工规模都很大，在项目建设施工中影响千变万化，但由于当时计算机技术的发达，已经能够利用计算机仿真技术分析工程进度变动，对所造成的环境影响做出即时动态调度，为水利水电工程创造一种全新的环境分析平台。

结束语
计算机仿真技术在建筑工程设计当中能够大大减少传统设计的复杂程度，对于整体的建筑工程设计行业的发展也都有着非常重要的意义，相信在未来的发展中，建筑工程设计会对计算机仿真技术进行更深入的探索和研究，从而为整体的行业提供更为优质的技术支撑，从而推进行业的稳健发展。

参考文献
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