虚拟建造技术及其应用展望

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1、虚拟建造技术及其应用展望摘要：虚拟建造是从虚拟制造概念基础上发展起来的，其本质是对实际建造施工过程的计算机模拟和预演，从而实现施工中的事前控制和动态管理。虚拟建造支撑的关键技术包括虚拟现实技术、仿真技术、优化技术、建模技术和各种软硬件环境平台，形成了虚拟建造的系统体系。虚拟建造技术的应用将会开创一个全新的数字化施工新时代。关键词：虚拟建造；施工技术；现实；仿真信息技术革命已对现代社会带来了巨大的冲击和影响，加快施工生产的信息化是改造和提升传统建筑业、促使施工生产进步与发展的方向。研究与开发土木工程施工技术的数字化与集成化，可促进我国建筑业的发展，改

2、造和提升建筑业的生产水平。虚拟建造技术就是基于计算机与信息技术的应用和借鉴先进制造业的技术而提出的概念。1.虚拟建造的概念虚拟建造(VirtualConstruction),简称VC，是实际建造过程在计算机上的本质实现。它采用计算机仿真与虚拟现实、建模等技术，在高性能计算机及高速网络的支持下，在计算机上群组协同工作，对建造活动中的人、材、物、信息流动过程进行全面的仿真再现，发现建造中可能出现的问题，在实际投资、设计或施工活动之前即可采取预防措施，从而达到项目的可控性，并降低成本、缩短开发周期，在增强建筑产品竞争力的同时，增强各企业在各级建造过程中的

3、决策、优化与控制能力。不难看出，虚拟建造技术是一种跨学科的综合性技术，它包括产品数字化定义、仿真、可视化、虚拟现实、数据集成、优化等。虚拟建造不消耗现实资源和能量，所进行的过程是虚拟过程，所生产的产品也是虚拟的。从上述定义可以看出，借助虚拟建造技术，工程师能够像在真实环境下一样对建设过程进行分格和优化设计，在计算机中对建筑产品进行各种实时分析，如力学分析、工效分析、干涉分析、施工工艺分析等，然后迅速地修改建筑物的外观、结构、材质和施工工艺等。这种功能为建造商提供了前所未有的技术手段，使他们更快、更全面地了解想像中的产品施工过程，提高了他们的竞争力；

4、还能使业主、设计者和施工者在策划、投资、设计和施工前能够首先看到并了解建造的过程和结果。虚拟建造系统(VCS)是现实建造系统在虚拟环境下的映射，与真实产品的生命周期一样，虚拟建造产品的生命周期应覆盖规划设计和施工管理等过程，因此可通过统一建模，建立以设计为中心的VCS(设计主导型),以施工为中心的VCS(生产主导型).以及以管理控制为中心的VCS(管理主导型)3个子系统，构成完整的虚拟建造系统。以设计为中心的虚拟建造把施工信息引入到设计全过程，利用仿真技术来优化建筑和结构设计，从而在设计阶段即可对所设计的建筑甚至构件的制作、安装进行可实现性分析-包

5、括施工过程的工艺分析、力学分析、运动部件的运动学和动力学分析等.，以及工期、成本、质量等的分析，它主要解决“设计出来的建筑是怎样的建筑”的问题。以施工为中心的虚拟建造是在施工过程模型中融入仿真技术，以此来评估和优化施工过程，以便低费用、快速地评价不同的施工方案、材料需求规划、工期安排等，其主要目标是评价施工的合理性。它主要解决“这种组织施工是否合理”的问题。以管理控制为中心的虚拟建造是将仿真以及其他管理应用软件加到控制模型和实际处理中，实现基于仿真的计划管理控制系统。它利用计算机软硬件的强大功能，将建造过程的相关管理要素进行计划和实施控制，使之和具

6、体建造过程相对应。它主要解决“应如何去管理和控制”的问题。从上述定义看，虚拟建造是对施工过程中的各个环节进行统一建模，形成一个可运行的虚拟建造环境，以软件技术为支撑，借助于高性能的硬件，生成数字化产品，形象地再现施工建造的全过程。它是数字化形式的广义建造系统，是对实际建造过程的动态模拟。虚拟建造具有高度集成、敏捷灵活、分布合作、高度并行等特点。2虚拟建造的技术体系虚拟建造涉及多个学科领域，是对这些领域知识的综合集成与应用，而其中虚拟现实技术、仿真技术、建模技术和优化技术是虚拟建造的核心与关键技术。2.1虚拟现实技术虚拟现实技术首先应用于机械制造领域

7、。迄今，虚拟现实技术在制造业已经有了多方面的发展，并取得了宝贵的经验。正是基于虚拟制造技术的基础和启发，才提出了虚拟建造理论。虚拟现实于20世纪80年代初提出，1992年才有对VR较系统的论述。它对未来影响被视为仅次于因特网，对人们的生活、认识和实践方式都将产生深刻的影响。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，它为人机交互对话提供了更直接的真实的三维界面，并能在多维信息空间上创建一个虚拟信息环境，使用户具有身临其境的沉浸感。正是这种特点，使虚拟现实技术成为“身体在知识探求过程中的能动作用得以保证的第

8、一个智能技术”。由于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，因而在许多应用领域取得飞速发展，如军事、医