PAGEPAGE10虛擬仿真技術(shù)在建筑工程施工中的應(yīng)用研究目錄176381虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于建筑工程的理論基礎(chǔ) 4111531.1建筑工程虛擬仿真的意義 4216461.2建筑工程虛擬仿真的應(yīng)用 543002建筑工程虛擬仿真的核心技術(shù) 630402.1建模技術(shù) 6191832.2仿真技術(shù) 7322082.3優(yōu)化技術(shù) 8210432.4虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) 957323當(dāng)前在建筑工程中主要的虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用 10113783.1BIM技術(shù)在建筑工程的應(yīng)用 1036663.2VR技術(shù)在建筑工程的應(yīng)用 11227283.3視覺識別在建筑工程的應(yīng)用 12216574虛擬仿真技術(shù)在建筑工程施工的發(fā)展展望 1333854.1施工智能化 13261224.2設(shè)計綠色化 13324364.3工程敏捷化 1425124.4管理精益化 14281285結(jié)語 15

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)從高速發(fā)展向著高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)變，我國的建筑行業(yè)也將逐步從粗狂發(fā)展的模式向著更加具有科技和創(chuàng)新含量的方向發(fā)展。然而從實(shí)踐效果來看，長期以來,我國建筑業(yè)處于一種粗放式和數(shù)量型的增長方式,建筑施工效率低下能耗大、數(shù)字化信息化水平不高。隨著我國全面深化改革的不斷推進(jìn),經(jīng)濟(jì)增長逐新由高速增長的方式轉(zhuǎn)變?yōu)楦哔|(zhì)量增長。從長遠(yuǎn)來看,建筑工程采用工業(yè)化生產(chǎn)方式乃是建筑行業(yè)發(fā)展方向。這說明制造業(yè)和建筑業(yè)發(fā)展有歸趨同的勢頭,建筑材料和建筑制品的集中、大批量、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn),施工方法的模塊化選擇都為此開辟了道路?；诖吮疚囊蕴摂M仿真技術(shù)在建筑工程施工中的應(yīng)用為主題進(jìn)行了探討。虛擬仿真在本質(zhì)上是實(shí)際建造過程在計算機(jī)上的映射,因此它可以通過計算機(jī)虛擬建造環(huán)境來模擬和預(yù)估建筑物的外觀、功能及施工性能等各方面可能存在的問題,從而提高了人們的預(yù)測和決策水平，它為建造師們提供了從建筑物概念的形成、設(shè)計到施工全過程的三維可視及交互的環(huán)境,使得建造技術(shù)走出了主要依賴經(jīng)驗的狹小天地,發(fā)展到了全方位預(yù)報的新階段。基于此目的本文分析了當(dāng)前我國工程建設(shè)中的虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用，并對其未來發(fā)展進(jìn)行了展望，以期對于進(jìn)一步探討高新技術(shù)在工程建設(shè)中的應(yīng)用有所裨益。關(guān)鍵詞：虛擬仿真,建筑工程，施工，引用1虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于建筑工程的理論基礎(chǔ)1.1建筑工程虛擬仿真的意義將虛擬仿真技術(shù)運(yùn)用于建筑行業(yè),必將對傳統(tǒng)的建筑業(yè)帶來耳目一新的變化,不管是在觀念還是在技術(shù)上。現(xiàn)擬從不同的角度來分析虛擬建造和虛擬產(chǎn)品的重要意義。首先是業(yè)主。他們在投資之前都希望能獲得建筑物更為直觀、具體的概念。需要在建筑行業(yè)尤顯重要,因為工業(yè)產(chǎn)品的批量生產(chǎn)使得消費(fèi)者在購買之前對產(chǎn)品己有了解,這有助于他們的選擇和決定:而建筑產(chǎn)品的個性強(qiáng),質(zhì)量的離散性或隨機(jī)性較大,業(yè)主在決策之前對要進(jìn)行投資的建筑產(chǎn)品很難有明確的概念。類似于制造業(yè)在開發(fā)新產(chǎn)品之前需要試制樣機(jī)一樣,身臨其境、多感知地體會未來的建筑產(chǎn)品無疑將對業(yè)主的決策起到良好的引導(dǎo)作用。再則是設(shè)計單位。我們很難苛求設(shè)計師既懂土木,又懂水電安裝、還懂通風(fēng)、采暖和空調(diào),隨著智能建筑的興起,最好還懂得控制和網(wǎng)絡(luò)。但是建筑物卻是一個綜合性產(chǎn)品,任何建筑產(chǎn)品都離不開這諸多專業(yè)的合作。我們已經(jīng)注意到:在實(shí)際建造過程中,很多質(zhì)量問題和工期耽誤都來自設(shè)計中各專業(yè)未能統(tǒng)一協(xié)調(diào)。例如:在建筑物進(jìn)行機(jī)電設(shè)備安裝時,一份統(tǒng)一各工種的綜合施工圖就顯得尤為重要,而設(shè)計單位卻很少進(jìn)行此類工作。設(shè)計分專業(yè)進(jìn)行無可厚非,但設(shè)計出的產(chǎn)品卻必須共用統(tǒng)一的空間,否則就會出現(xiàn)矛盾。使用虛擬產(chǎn)品作為通用標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計正好給出了完滿的解決方案,將建筑產(chǎn)品的不同方面從空間上統(tǒng)一起來。而收獲最大的可能是承包商。建筑產(chǎn)品最終是靠施工單位實(shí)現(xiàn)的,決策者頭腦中的建筑產(chǎn)品早已在初設(shè)、擴(kuò)初、總包、分包等等層層技術(shù)交底中受到扭曲。即使在施工單位內(nèi)部,由于面對的技術(shù)圖紙幾乎沒有可視性,加之目前建筑工人的素質(zhì)普遍不高,哪怕是工長的意圖也并不那么方便下傳。更為可怕的是來自業(yè)主和設(shè)計單位的永無止境的設(shè)計變更。虛擬產(chǎn)品的出現(xiàn)對于協(xié)調(diào)各分包商的關(guān)系,統(tǒng)一認(rèn)識,透徹理解設(shè)計意圖,増強(qiáng)應(yīng)變能力都有著不可比擬的優(yōu)越性。更重要的是,虛擬建造系統(tǒng)使得優(yōu)化施工真正成為可能。在虛擬產(chǎn)品上很容易進(jìn)行實(shí)驗和比較,有助于施工者制定出經(jīng)濟(jì)快捷、安全可行的施工方案,極大減少了施工風(fēng)險,也便于進(jìn)行質(zhì)量、成本和進(jìn)度的控制和管理。1.2建筑工程虛擬仿真的應(yīng)用建筑業(yè)作為最古老的產(chǎn)業(yè)之一,從事建造各類房屋和興建各項土木工程的活動,其發(fā)源遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于工業(yè)革命時代和現(xiàn)在的信息革命時代,并在這兩個時代中產(chǎn)生了深刻的變化。但隨著全球知識經(jīng)濟(jì)的興起和快速變化,各項新技術(shù)的廠廣泛射,競爭日益激烈的現(xiàn)代市場對建造業(yè)提出了更為苛刻的要求,可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略也要求工業(yè)將其對環(huán)境的負(fù)面影響減至最小:所以建筑業(yè)這項古老的產(chǎn)業(yè)也面臨著更新和改造。主要體現(xiàn)在：①建造業(yè)是勞動密集型產(chǎn)業(yè),要發(fā)展以人為中心的組織模式,通過人力集成和技術(shù)集成來提高質(zhì)量。②建造活動對人類生存環(huán)境有著不可避免的負(fù)面效應(yīng),從可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略出發(fā),應(yīng)開發(fā)合理技術(shù)來控制削這類負(fù)面效應(yīng)。③世界經(jīng)濟(jì)正相互滲透,國內(nèi)建筑市場開放較晚,目前尚有很多國家保護(hù)政策、地方保護(hù)政策,所以受外企的沖擊并不明顯。隨著現(xiàn)代企業(yè)制度的建立和國營大中型企業(yè)的轉(zhuǎn)軌,特別是隨著中國加入世貿(mào)組織,建筑行業(yè)的各類外資企業(yè),包括咨詢公司、設(shè)計事務(wù)所、總承包商將會紛紛涌入國內(nèi)建筑市場,日前在國內(nèi)市場暫時占有有利地位的優(yōu)勢企業(yè),如何在激烈競爭環(huán)境下保持持久、強(qiáng)大的競爭能力,已成為這些企業(yè)亟待思考和解決的問題。面對這些嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)和前所未有的機(jī)遇,將新技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)的建造業(yè)并對之進(jìn)行改造,成為現(xiàn)代建造業(yè)發(fā)展的必由之路,同時也成為我國建筑行業(yè)實(shí)現(xiàn)飛躍的良機(jī)。在這樣的情況下,把目光投向虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),試圖通過借鑒制造業(yè)業(yè)已取得經(jīng)驗來實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)的更新?lián)Q代則是很自然的了。而且,從長遠(yuǎn)來看,建筑工程采用工業(yè)化生產(chǎn)方式乃是建筑行業(yè)發(fā)展方向。這說明制造業(yè)和建筑業(yè)發(fā)展有歸趨同的勢頭,建筑材料和建筑制品的集中、大批量、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn),施工方法的模塊化選擇都為此開辟了道路。2建筑工程虛擬仿真的核心技術(shù)2.1建模技術(shù)虛擬產(chǎn)品建模特別強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品在計算機(jī)上的本質(zhì)實(shí)現(xiàn),強(qiáng)調(diào)對產(chǎn)品開發(fā)全過程的支持,這就要求:產(chǎn)品模型具有可重用性,因此必須建立產(chǎn)品主模型描述框架,隨著產(chǎn)品開發(fā)的推進(jìn),模型描述日益詳細(xì),但始終可保持模型的一致性及模型信息的可繼承性;實(shí)現(xiàn)虛擬建造過程各階段和各方面的有效集成,因此,要求實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)的有限組織與管理。①產(chǎn)品建模方法虛擬建造的核心問題之一是產(chǎn)品建模問題。從本質(zhì)上說,虛擬建造是多學(xué)科無縫集成仿真,而各應(yīng)用領(lǐng)域的仿真模型是從不同的視角以及不同的抽象程度上對同一個建筑產(chǎn)品信息進(jìn)行描述和表示,它們之間難以進(jìn)行真正的數(shù)據(jù)共享和重用,因此需要一個集成的虛擬模型對建筑產(chǎn)品相關(guān)的信息進(jìn)行組織和描述。適用于虛擬建造的集成模型必須滿足以下三個要求：1)它必須保證建筑產(chǎn)品信息的完整性,能夠?qū)Σ煌橄髮哟紊系慕ㄖa(chǎn)品信息進(jìn)行描述和組織。2)不同的應(yīng)用能夠根據(jù)它提取所需的信息,行生出自身所需的模型,并能夠添加新的信息到建筑產(chǎn)品模型,保證信息的可重用性和一致性。3)它應(yīng)該支持自上向下設(shè)計,特別是概念設(shè)計和設(shè)計變更。②數(shù)字化產(chǎn)品組織與管理建筑產(chǎn)品的虛擬建造意味著對產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型進(jìn)行操作和處理,包括了各種工程分析(如有限元分析、運(yùn)動學(xué)分析、動力學(xué)分析、可制作性分析、可安裝性分析、可施工性分析等)信息的添加,修改?；赑DU定義的產(chǎn)品核心模型是支持虛擬建造的基礎(chǔ)模型。為實(shí)現(xiàn)虛擬模型信息的添加和修改,以及模型信息的一致和可重用,必須解決模型信息的有效組織與管理。產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)技術(shù)可用于虛擬建造環(huán)境下產(chǎn)品模型信息的組織。PDM是用來管理所有與產(chǎn)品相關(guān)的信息和過程的技術(shù),與產(chǎn)品相關(guān)的信息包括構(gòu)件信息、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)配置信息文檔、CAD文件、審批信息等;與產(chǎn)品相關(guān)過程管理,即對過程的定義和管理,包括信息的授權(quán)、審批和分配等。PDM系統(tǒng)為企業(yè)提供了一種管理和控制所有與產(chǎn)品相關(guān)的信息和過程的機(jī)制。圖1基于PDM的產(chǎn)品模型組織及管理2.2仿真技術(shù)計算機(jī)仿真(ComputerSimulation,以下簡稱CS),就是構(gòu)造出一個“模型”(包括實(shí)際模型和虛擬模型)來模仿實(shí)際系統(tǒng)內(nèi)所發(fā)生的運(yùn)動過程,這種建立在模型系統(tǒng)上的試驗技術(shù)稱為仿真技術(shù),或稱之為模擬技術(shù)。它是建立在系統(tǒng)工程、計算機(jī)科學(xué)、控制工程等學(xué)科基礎(chǔ)上的,以概率論與數(shù)理統(tǒng)計為基礎(chǔ)的學(xué)科。它應(yīng)用計算機(jī)對復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)經(jīng)過抽象和簡化形成系統(tǒng)模型,然后在分的基礎(chǔ)上運(yùn)行此模型,從而得到系統(tǒng)一系列的統(tǒng)計性能。由于仿真是以系統(tǒng)模型為對象的研究方法,它在模型上進(jìn)行試驗,不會干擾實(shí)際生產(chǎn)系統(tǒng),同時仿真可以利用計算機(jī)的快速運(yùn)算能力,用很短時間模擬實(shí)際生產(chǎn)中需要很長時間的生產(chǎn)周期,因此可以縮短決策時間,避免資金、人力和時間的浪費(fèi),而且安全可靠計算機(jī)還可以重復(fù)仿真,優(yōu)化實(shí)施方案。仿真的基本步驟為:研究系統(tǒng)→收集數(shù)→建立系統(tǒng)模型→確定仿真算法→建立仿真模型→運(yùn)行仿真模型→輸出結(jié)果并分析。簡單地說,VR是以仿真技術(shù)為基礎(chǔ)的,仿真引擎是VR的核心。這里按虛擬系統(tǒng)建立的不同目的,可將其分為VR仿真系統(tǒng)和VR應(yīng)用系統(tǒng)兩類。如果目的在于研究具有不確定性的某一類系統(tǒng)的表現(xiàn)特征,重點(diǎn)關(guān)注仿真的過程及結(jié)果,要根據(jù)仿真的過程及結(jié)果來輔助決策,這樣的VR系統(tǒng)我們稱之為VR仿真系統(tǒng):如果目的在于解決某種實(shí)際問題,一般只關(guān)心結(jié)果,這樣的WR系統(tǒng)則可稱之為VR應(yīng)用系統(tǒng)如影視效果的虛擬系統(tǒng)。當(dāng)然在建設(shè)工程領(lǐng)域的VR都應(yīng)屬于仿真系統(tǒng)。2.3優(yōu)化技術(shù)仿真技術(shù)與優(yōu)化技術(shù)是結(jié)合在一起的。它是我們構(gòu)建虛擬建造系統(tǒng)的最終目的。優(yōu)化技術(shù)即將現(xiàn)實(shí)的物理模型經(jīng)過仿真過程轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型以后,通過設(shè)定優(yōu)化目標(biāo)和運(yùn)算方法,在制定的約束條件下,使目標(biāo)函數(shù)達(dá)到最優(yōu),從而為決策者提供科學(xué)的、定量的依據(jù)。應(yīng)用優(yōu)化原理進(jìn)行建筑工程的規(guī)劃、設(shè)計、施工、管理時,我們希望能全面綜合地考慮到在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上、運(yùn)行中、時間上的最優(yōu)。因此,在建筑工程的各個階段推廣應(yīng)用優(yōu)化原理和方法,都會取得顯著的技術(shù)效果和經(jīng)濟(jì)效益。優(yōu)化技術(shù)研究在一定數(shù)量的人力和物力資源條件下,如何恰當(dāng)?shù)倪\(yùn)用這些資源達(dá)到最有利的目的,這種問題用數(shù)學(xué)語言來表達(dá),就是在一組約束條件下尋找個函數(shù)(稱為目標(biāo)函數(shù))的極值問題。它使用的方法包括:線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、運(yùn)籌學(xué)、決策論和對策論等等。其中,特別要提到網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。過去,工程中編制生產(chǎn)計劃或施工進(jìn)度表常采用橫道圖表,這種圖表直觀易懂,但各項工作之間的相互聯(lián)系不易表現(xiàn)。五十年代美國出現(xiàn)的以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的“關(guān)鍵路線法”和“計劃協(xié)調(diào)技術(shù)”早以應(yīng)用于工程實(shí)踐中并為廣大土木工程師所熟悉。而這種以工序所需的工時為基本時間因素,用來表達(dá)各項工作任務(wù)的全貌,指明對全局有影響的關(guān)鍵項目,并對工作做出合理安排的網(wǎng)絡(luò)技術(shù),在工程領(lǐng)域真正革命性的影響在于它的出現(xiàn)使得對工程的仿真和優(yōu)化成為可能,更加簡便易行。2.4虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)工程虛擬建造是在虛擬環(huán)境下實(shí)現(xiàn)的。毋庸置疑,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)當(dāng)然是虛擬建造系統(tǒng)的核心技術(shù)之一。當(dāng)前國際上,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究大致可以分為三類。第一類是研究虛擬人機(jī)交互界面:第二類是研究虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的構(gòu)造技術(shù),主要研究內(nèi)容包括實(shí)時生成有真實(shí)感的圖形畫面算法和硬件體系結(jié)構(gòu);第三類著重于研究虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用。作為建造師從事的是構(gòu)造系統(tǒng)(包括確定建造晢理)和應(yīng)用的工作。人機(jī)交互界面、實(shí)時顯示、圖形圖像處理、跟蹤系統(tǒng)空間范圍不足和滯后時間過長等軟、硬件問題由計算機(jī)專業(yè)的工程師處理。但要建成及利用虛擬建造系統(tǒng)就必須了解它相關(guān)的軟硬件目前,隨著計算機(jī)技術(shù)水平的迅速發(fā)展,己出現(xiàn)相應(yīng)的軟硬件,在某些方面已有成功的應(yīng)用實(shí)例。VR與己有的CD技術(shù)與CS技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等學(xué)科技術(shù)形成綜合系統(tǒng)技術(shù),因此其相關(guān)軟件也是多方面的。就像沒有一種CAD/CAE軟件可以滿足用戶的所有要求一樣,現(xiàn)在出現(xiàn)的相關(guān)商業(yè)軟件都不能稱之為真正的VR軟件。目前一些商業(yè)軟件只是繼承己存在的CAD技術(shù),將它作為設(shè)計工具放入虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中。無論如何,要實(shí)現(xiàn)VR,需要應(yīng)用產(chǎn)品可視化軟件、虛擬產(chǎn)品建模軟件、虛擬現(xiàn)實(shí)軟件、PIM軟件以及將各種軟件聯(lián)系起來的網(wǎng)絡(luò)接口軟件。國外已經(jīng)出現(xiàn)了一些類似軟件,如EAI公司的PDV產(chǎn)品、Realax、Division、Multigen、Deneb等,這些軟件有一些共同特點(diǎn)一一與已存在的CAD軟件(如AUTOCAD、UGI、Pro/E、IDEAS、CATIA)等有很好的接口、支持VR的外設(shè)、支持網(wǎng)絡(luò)等等。3當(dāng)前在建筑工程中主要的虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用3.1BIM技術(shù)在建筑工程的應(yīng)用BIM(BuildingInformationModeling)即建筑信息模型。早在1975年,美喬治亞理工大學(xué)的ChuckEastman教投在其研究的課題中提出“acomputer-baseddescriptionofabuilding”的概念,用以實(shí)現(xiàn)建筑的可視化和量化分析,提高建筑工程的生產(chǎn)效率。這一概念便是最早期的BM理念,之后不斷有專家學(xué)者對這一理念進(jìn)行補(bǔ)充和完善。1986年,美國著名學(xué)者RobertAish首次提出了“BuildingModeling”概念,而“BuildingInformationModeling”這個建筑術(shù)語最早出現(xiàn)在1987年vanMeregen和vanDissel發(fā)表的論文中昭,一直到2002年,Autodesk公司正式提出了“BuildingInformationModeling的概念習(xí)。在決策、設(shè)計、施工、運(yùn)營方面,BIM技術(shù)的應(yīng)用,極大的方便了建筑利益相關(guān)者虛擬設(shè)計和建造建筑物,幫助項目利益相關(guān)者協(xié)作管理可持續(xù)建筑,同時也為建筑師和工程師提供可視化的解決方案及建筑性能信息集合。Zhang等人將自動安全規(guī)則應(yīng)用于BIM模型,用以提示施工過程的安全鳳險以及防范措施,并且例證了該方法的有效性。Morawa等人開發(fā)了一個蒸于BIM和CBR案例推理)的集成系統(tǒng),將嵌入在CBR系統(tǒng)中的知識管理原則與嵌入BM系中的信息管理原則相結(jié)合,以幫助維修人員快速實(shí)現(xiàn)整個建筑物的維護(hù)和運(yùn)營Kumar等人基于BM模型信息和傳算法,開發(fā)了一個考慮現(xiàn)場人員和設(shè)備的實(shí)際行進(jìn)路徑的優(yōu)化框架,合理的運(yùn)用了建筑物的室內(nèi)空間,解決了狹小施工場地的材料堆放間題,優(yōu)化了材料運(yùn)輸路徑。國內(nèi)學(xué)者在BIM技術(shù)的設(shè)計、施工、運(yùn)營方面做了大量的工作和思考。平論述了基于BIM的設(shè)計流程,分析了結(jié)構(gòu)施工圖平面表示法引進(jìn)BIM技術(shù)的可行性。宋福春等通過研究從大跨度斜拉橋信息化模型中導(dǎo)出二維施工圖紙的方法,論證了將BIM技術(shù)應(yīng)用于大跨度斜拉橋設(shè)計的便利性。該方法與常規(guī)設(shè)計方法比較,減少了了材料浪費(fèi),節(jié)約了成本。牛標(biāo)生給出了將BIM技術(shù)引入進(jìn)度管理建4D模型和模擬施工過程的思路和步驟,分析BIM技術(shù)應(yīng)用與項目管理的阻礙并提出了解決辦法。林佳瑞等提出一種基于BM模型數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IFC的資源配置離散事件仿真模型自動生成算法,提升了仿真建模效率和準(zhǔn)確性,強(qiáng)了施工管理人員對進(jìn)度以及資源配置的管控。楊震卿等以北京綠地中心工程為例,闡述了BIM技術(shù)在超高層建筑工程深化設(shè)計的應(yīng)用。充分利用BIM信息,能夠有效提升工程建設(shè)管理的有效性,解決工程建設(shè)過程中的重難點(diǎn)間題,提高建筑生產(chǎn)效率與建筑業(yè)的信息化水平。3.2VR技術(shù)在建筑工程的應(yīng)用VR(VirtualReality,慮擬現(xiàn)實(shí))技木是綜合計算機(jī)圖形學(xué)、仿真技術(shù)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、多體技術(shù)、傳感技術(shù)等形成的一種交叉性科學(xué)技術(shù)。該技術(shù)起源于1965年美國Sutherland對其論文中“theUltimateDisplay”的描述一透過屏幕人們可以觀察一個看起來真實(shí)、動起來真實(shí)、起來真實(shí)、感受真實(shí)的虛擬世界。上世紀(jì)90年代開始至今,掀起了一股對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究的熱潮。在醫(yī)學(xué)事、航空航天、娖樂、教育等領(lǐng)域虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)均有廣泛研究和應(yīng)用。在土木工程施工領(lǐng)域,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要用于施工教學(xué)、技術(shù)人員操作培訓(xùn)、施工方案模洯、安全教育、施工進(jìn)度安排管理等方畫。國外的專家學(xué)者對VR技術(shù)的施工中的應(yīng)用研究較早,Sampaio等明人重點(diǎn)考慮了VR技術(shù)在施工教學(xué)中的作用他們通過建立老舊房子的3D模型幫助學(xué)生理解如何進(jìn)行異常檢測和修復(fù);通過VR展示了兩種可選方案,展示結(jié)構(gòu)模型內(nèi)部不同視角的畫面以及照明的控制;還通過VR模擬仿真了橋梁建設(shè)過程中懸臂法的運(yùn)用。我國對于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究的起步較晚,目前在施工中的運(yùn)用不多。嚴(yán)物等人結(jié)合當(dāng)?shù)氐匦巍⒕坝^和交通條件設(shè)計了洞庭湖大橋景觀的三維模型動畫,并設(shè)計了通過鼠標(biāo)進(jìn)行漫游觀察的系統(tǒng);他們還設(shè)計了鋼結(jié)構(gòu)交錯桁架體系和某大橋擴(kuò)建工程施工的動態(tài)演示,李國成等人針對某結(jié)構(gòu)吊裝工程進(jìn)行了VR仿真模擬,通過吊裝過程中的碰撞檢測,發(fā)現(xiàn)了桅桿起重機(jī)的副桅析在構(gòu)件吊裝就位旋轉(zhuǎn)中與纜風(fēng)繩干涉,起重機(jī)副椸桿與托架梁相干涉而無法達(dá)到拼裝位置等問題,之后通過優(yōu)化方案預(yù)防了問題的發(fā)生。李靜等人基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬建筑施工的主要施工環(huán)節(jié),實(shí)現(xiàn)建筑施工過程的動態(tài)虛擬仿真,并實(shí)現(xiàn)了多角度、全方位觀察建筑模型。相比于國外,我國在施工領(lǐng)域應(yīng)用VR技術(shù)制作的虛擬場景真實(shí)度較低、人機(jī)交互性較差,此外也缺乏VR技術(shù)與工程信息實(shí)時結(jié)合。3.3視覺識別在建筑工程的應(yīng)用視覺識別技術(shù)是一種基于計算機(jī)視覺的目標(biāo)識別、定位、蹤與測量的技術(shù)在上世紀(jì)80年代初,Mar練合了圖像處理和醫(yī)學(xué)等方面的重要研究成果,第一個提出了比較完善的視覺識別理論框架。到90年代以后,視覺識別技術(shù)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展,識別精度也有了質(zhì)的飛躍。國外不少學(xué)者都提出了自己的套視覺識別系統(tǒng),并通過精確的擬動臺試驗進(jìn)行識別精度的檢驗,結(jié)果表明識別榭度最高能達(dá)到0.1mm。視覺識別技術(shù)在各行各業(yè)都有著廣泛的應(yīng)用。Liu等人將視覺識別技術(shù)用于飛機(jī)機(jī)翼變形的測量評估則將該技術(shù)用于機(jī)器人的移動導(dǎo)航,并實(shí)施于車載運(yùn)行原型火星探測器上;蔣煥煜等人在自動化采摘果就中運(yùn)用了視覺識別技術(shù)來指導(dǎo)機(jī)器人作業(yè);吳駿等人將視覺識別技術(shù)用于道路車輛檢測與測距,不同天氣下車輛平均檢測率可達(dá)98.42%。在結(jié)構(gòu)監(jiān)測與檢測方面,視覺識別技術(shù)也展示出了巨大的優(yōu)勢,采用視覺識別的方法對風(fēng)洞試驗中的兩座橋梁模型進(jìn)行測試,證實(shí)了該技術(shù)對結(jié)構(gòu)監(jiān)測的精確性,并且可以克服激光干涉儀和加速度計在某些特殊情況下的缺點(diǎn)。有學(xué)者一種基于視覚識別的結(jié)構(gòu)動態(tài)位移監(jiān)測方法,采用該方法監(jiān)測根豎向鋼筋的結(jié)枃形態(tài),結(jié)果表明該方法能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸式監(jiān)測多點(diǎn)動位移且與加速度系統(tǒng)監(jiān)測分析的動態(tài)特征十分接近，他們對一根懸臂梁采用基于小波邊緣檢測的視覺識別的測量方法成功識別出了損傷的結(jié)構(gòu)和位置;孫共軍等人采用視覺識別技術(shù)測量水平和豎直位移,為橋梁結(jié)構(gòu)的安全評估提種新的思路。李超和李運(yùn)華將視覺識別技術(shù)用于頂推法橋梁施工中橋箱位姿的識別;孫宏軍等人基于該技術(shù)設(shè)計了一套塔式起重機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)來塔機(jī)吊臂運(yùn)動軌跡進(jìn)行追蹤,正確率達(dá)95%以上。相比于人眼識別,機(jī)器視覺識別技術(shù)能夠更加精確地進(jìn)行定位、檢測和測量工作,且自動化程度高,可以大大提高工程效率和質(zhì)量,縮短工期,具有廣闊的應(yīng)用前景。4虛擬仿真技術(shù)在建筑工程施工的發(fā)展展望4.1施工智能化智能施工是一種由智能機(jī)器和人類專家共同組成的人機(jī)一體化智能系統(tǒng),它在建造過程中能進(jìn)行智能活動,諸如分析推理、判斷、構(gòu)思和決策等。通過人與智能機(jī)器的合作共事,去擴(kuò)大、延伸和部分地取代人類專家在建造過程中的腦力勞動。這是將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和模糊控制技術(shù)等先進(jìn)建造技術(shù)應(yīng)用于建造業(yè),使建造過程實(shí)現(xiàn)智能化;它將信息技術(shù)集成進(jìn)行分析、判斷并具有規(guī)劃自身形為的能力,即自組織能力,因此集成是智能的基礎(chǔ),人工.智能是智能建造的高級階段。日前,智能建造系統(tǒng)是人機(jī)一體化智能系統(tǒng),是采取以人為中心,人與機(jī)具一體的技術(shù)路線,二者處在平等地位,組成個系統(tǒng),各自執(zhí)行自己擅長的工作,共同認(rèn)識、共同感知、共同決策和共同工作。4.2設(shè)計綠色化綠色設(shè)計是一個綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)代建造設(shè)計模式,其目標(biāo)是使得建筑產(chǎn)品從規(guī)劃、施工、運(yùn)輸、使用的整個生命周期中,對環(huán)境的影響(負(fù)作用)最小,資源的使用效率最高。綠色建造的提出是人們?nèi)找嬷匾暛h(huán)境保護(hù)的必然選擇,發(fā)展不能以環(huán)境污染為代價。國際建造業(yè)的實(shí)踐表明,通過改進(jìn)整個施工工藝來少廢棄物,要比處理工廠處理已經(jīng)排放的廢棄物大大節(jié)省開支,因此,當(dāng)綠色建造發(fā)展到一定階段時,在虛擬建造技術(shù)中必定要集成綠色制建造這一部分,即綠色建造可以通過虛擬建造中的仿真功能來實(shí)現(xiàn)。4.3工程敏捷化工程敏捷性是以競爭力和信譽(yù)度為基礎(chǔ),選擇合作者組成虛擬公司,分工合作,為同一日標(biāo)共同努力來增強(qiáng)整體竟?fàn)幠芰?對用戶需求做出快速反應(yīng),以滿足用戶的需要。為了達(dá)到快速應(yīng)變能力,虛擬企的建立是關(guān)鍵技術(shù),其核心是虛擬建造技術(shù)。它借用了1988年美國通用汽車公司(G)與里海(Lehigh)大學(xué)共同提出的種新的制造企業(yè)戰(zhàn)略:敏捷制造(Agi1Manufacturing簡稱M)。目前世界各國都有人在研究AC,尚沒有公認(rèn)的定義。在美國敏捷建造的研究者認(rèn)為:AC被定義為能在不可預(yù)測的持續(xù)變化的競爭環(huán)境中使企業(yè)繁榮和成長,并具有面對由顧客需求的產(chǎn)品和服務(wù)驅(qū)動的市場做出迅速響應(yīng)的能力。一個AC企業(yè)要具有多種能力,包括企業(yè)間聯(lián)作集成、高度柔性、快速建造和人力資源最優(yōu)使用等敏捷建造AC的特征是:①企業(yè)間聯(lián)作集成充分發(fā)揮各企業(yè)的長處,針對限定市場的目標(biāo)要求,共同合作完成任務(wù),任務(wù)完成后聯(lián)作解體,再依需求組織新的聯(lián)作。參與聯(lián)作的企業(yè)能實(shí)施信息通倍網(wǎng)絡(luò)技術(shù),進(jìn)而在建成信息高速公路的前提下,使產(chǎn)品設(shè)計、施工技術(shù)及數(shù)據(jù)共享,才能更好的聯(lián)作開發(fā)、聯(lián)作設(shè)計及聯(lián)作施工。②具有高度的建造柔性是指建造企業(yè)對市場要求迅速轉(zhuǎn)產(chǎn)和實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品多品種變批量的快速建造?？焖俳ㄔ觳粌H涉及工藝及機(jī)具,也涉及施工組織及管理需要繼續(xù)加大研究開發(fā)力度。③充分發(fā)揮企業(yè)職工的作用不斷提高企業(yè)職工的素質(zhì)和教育水平,優(yōu)化人機(jī)功能分配是企