虚拟仿真技术在建筑工程施工中的应用现状和展望

工前了解各种构件在实际结构中的相对位置及相互 关系， 实验多种施工方法， 计算相应工况应力， 对方 案进行优化， 这对以下几方面将产生重大意义。 （#） 建筑工程施工方案的选择和优化 建筑工 程施工的施工方法及施工组织的选择和优化主要是 建立在施工经验的基础上， 存在一定局限性。同时， 现代建筑基本都具有鲜明的个性， 建筑工程施工成 为不可完全重复的过程。使用施工虚拟仿真技术将 可以直观、 科学地展示不同施工方法和施工组织措 施的效果， 可以定量地完成方案的对比， 有助于施工 方案的选择和优化， 真正实现最优施工。 （!） 施工技术革新和新技术引入 施工虚拟仿 真技术一方面能使广大施工技术人员低成本地试验 施工新工艺和革新思路， 有助于创造性的充分发挥， 同时能真切展示新技术的成效， 缩短建筑业新技术的 引入期和推广期， 降低新技术、 新工艺的实验风险。 （%） 施工管理 施工虚拟仿真技术能事先模拟
面。目前应用虚拟仿真施工系统存在以下问题： （&） 虚拟仿真系统开发和应用要求的硬件平台 较高， 需要在较高的专用工作站或实验室上进行， 企 业自行开发系统时， 要建造专用虚拟实验室， 购买国 外进口设备和软件， 这需投入一定的资金和人力。 另外系统的演示受设备的限制， 移动不方便。 （-） 在对单项工程进行开发时， 需从国外进口 +, 软件平台。由于虚拟仿真系统在工程施工中集 成型软件几乎没有， 再加上工程施工中影响因素较 多， 客观上造成开发一个项目所需成本较高， 努力开 发出一套面向建筑工程施工的专用集成型软件系 统， 为单项工程的开发提供一个方便的开发平台 （模 块） 是重要的前提。目前中国建筑三局与华中科技 大学正在着手进行此项工作。 （%） 施工企业要引进专业软件人才， 培养自己的 开发骨干， 会增加施工企业的开支。 目前， 我国一些大型建筑企业集团建立了自己 的设计研究院， 这为施工企业的技术人才培养和蓄 纳创造了条件。 我国施工企业的工程技术人员已具有一定的软 件研发能力和应用水平， 省、 市级建筑施工集团已成 为开发和应用施工定额软件、 施工管理软件的主力。 高等院校和科研机构也积极开发各种工程施工中所 需的计算机辅助设计软件， 另外在工程实践方面对 计算机的工艺集成控制技术也有不少探索和应用， 并取得了丰硕的成果。整个施工学科领域应用计算 机辅助软件正逐步形成， 完成完整的、 适用的人工智 能方法研究和实际推广已具备可能性。 仿真技术的应用使仿真软件取得了飞速发展， 新的并行计算方法、 新的仿真平台和编程技术使其 具有更好的可扩展性， 因而能被更多的领域所使用。 同时仿真系统的微机化探索已经取得进展， 虚拟现 实在微机上实现已有可能。通过开发通用和集成型 施工软件 （模块） ， 必将降低单项工程的开发造价和 加快软件的普及。 实行校企 （研） 联合是加快建筑业科技进步， 推 进施工现代化的一个重要捷径。建筑企业采用与专 门科研院所合作的方式， 充分利用高等院校的科研 实力和人才优势， 建立起长期的合作伙伴关系， 积极 开发和应用虚拟仿真系统。 面对信息革命和日益发展的高新技术， 建筑业 必须勇于吸纳新技术并积极改造， 以努力促进施工 技术的进步和发展， 实现现代化， 这是建筑施工企业 适应知识经济、 增强竞争力的唯一途径。
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施工技术
第 %. 卷
施工全过程， 能提前发现施工管理中质量、 安全等方 面存在的隐患， 因而可以采取有效的预防和强化措 施， 提高工程施工质量和施工现场管理效果。 （!） 安全、 生产培训 施工虚拟仿真技术能实 时、 直观地显示施工过程的实际情况， 有助于操作人 员全面了解操作流程， 优质安全地完成施工任务。 （"） 大型工程设计 施工虚拟仿真技术可以考 察建筑设计是否合理， 可以方便地对拟改进部位进 行修改， 从而得到满意的设计结果。设计的仿真也 有利于设计单位与业主、 施工单位进行设计交底。 （#） 建筑市场管理 施工虚拟技术在招投标过 程中能直观对比各方的施工方法和成效， 增加评标 的透明度和公正性， 有利于建筑市场的规范管理。 （$） 其它方面 开发施工虚拟仿真技术必然带 动虚拟现实技术广泛地应用于建筑业其它方面， 带 动以下几方面的进步： !城市和市政规划的优化； " 投资者的投资意图及市场推销； #建筑机械设计； $ 仿真和虚拟现实技术。 ! 虚拟仿真系统在建筑施工中的研究和应用现状 虚拟现实是一门新兴学科， 虚拟建造更是尚未 成体系， 甚至没有一个明确的提法， 现阶段国外对理 论的研究主要集中在 % 个方面： ! 对建造理论的研 究， 奠定了虚拟建造的理论基础； "建造领域的可视 化仿真、 精益建造、 敏捷建造等相关研究工作， 构成 了虚拟建造的核心技术和支撑体系； # 虚拟现实技 术在建筑业的应用， 主要涉及软件研制和系统开发。 在上海同济大学召开的第四届亚洲 &’’’ 年 " 月， 计算机辅助建筑设计研究国际会议上， 讨论了建筑工 程 ()* 技术中应用虚拟现实的专题， 介绍了 +, 技术 在建筑设计、 仿真、 模拟和教学中的研究和应用。上 述讨论主要偏重于设计方面， 国内真正把虚拟仿真技 术用于工程施工的实例是上海正大广场。 上海正大商业广场施工虚拟仿真系统主要包括 （&） 上海正大商业广场建筑外观与城市场 % 大部分： 景虚拟漫游， 即在建筑物建成之前， 虚拟显现建筑物 建成后周围的环境； （-） 钢结构施工方案及其优化； （%） 桅杆起重机和钢构件内力及焊接变形分析。其中 （-） （ 、%） 是虚拟仿真系统的核心部分。该项目 -... 年 到会专家给予此项目很 " 月在上海组织了技术评审， 高的评价。该项目的开发研制为虚拟仿真技术在工 程施工中的应用提供了重要的经验和尝试。 " 虚拟仿真技术在工程施工中的研究和应用展望 仿真技术能否在建筑工程施工领域得以推广和 应用取决于计算机硬件和仿真软件本身的发展方
虚拟仿真技术在建筑工程施工中的应用现状和展望
张希黔# ， 张 利!
（# 3 中国建筑三局， 湖北 武汉 重庆 4%""5"； ! 3 重庆大学土木工程学院， 4"""46）
［摘要］论述在建筑工程施工中应用虚拟仿真技术的意义， 并结合现实问题展望了虚拟仿真技术的应用前景。 ［关键词］虚拟现实； 计算机仿真技术； 建筑工程施工 ［中图分类号］*,54#7% ［文献标识码］8 ［文章编号］#""!9$4:$ （!""#） "$9""%#9"!
!""# 年 $ 月 第 %" 卷 第 $ 期
施 工 技 术 &’()*+,&*-’( *.&/(’0’12
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<#+ =/.80： KA?ED>I ?<>IAEL； CGF=DE<? BAFDI>EAGJ； MDAI@AJN CGJBE?DCEAGJ 随着计算机技术的普及和发展， 在建筑工程施 工中采用智能方法极大地促进了施工技术和管理水 平的提高， 从而推动着施工学科的不断进步和发展。 目前施工领域应用较成熟的软件系统有： &8O 辅助 设计技术、 专家系统、 智能管理系统、 办公自动化系 统等， 这些计算机技术的应用改造了传统的施工方 法和理论， 带来了新的理念。通过在建筑工程施工 中引入虚拟技术的工程实践证明， 建筑工程施工应 用虚拟技术已成为可能， 用虚拟技术研究建筑工程 施工， 将创造极大的经济性和促进技术的进步。 > 虚拟仿真技术 虚拟现实技术综合了计算机图形技术、 计算机 仿真技术、 传感器技术、 显示技术等多种学科的优 势， 为人机交互对话提供了更直接和真实的三维界 面， 并能在多维信息空间上创建一个虚拟信息环境， 使用户身临其境。虚拟现实技术不但具有仿真技术 的优点还能提供真实的环境效果， 在许多应用领域 取得飞速发展。国内外的土木工程界在 “大坝安全 在线监控系统” 和建筑消防研究方面也有一些尝试。 仿真技术是对系统动态模型的一种实验手段， 在安全性和经济性方面有较大的优越性， 使其广泛 地被航空、 航天、 军事、 电力、 交通等行业采用， 在化 工、 煤炭、 冶金等方面也有较好应用。
［收稿日期］!""#9"49"4 ［作者简介］张希黔 （#:%:—） ， 男， 湖南新化人， 中国建筑三局总 工程师， 博士生导师， 英国皇家特许建造师， 教授级高级工程师， 武汉珞狮路 !4$ 号 4%""5"， 电话： （"!5） $5%:%#4#
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建筑施工中应用虚拟仿真系统的意义 使用虚拟现实技术对施工过程进行模拟， 在施