关于对虚拟建设的研究

关于对虚拟建设的研究李国锐，俞智钦，张祥，张芳川，徐永祺（西华大学建筑与土木工程学院，四川成都，610039）摘要：随着现代信息技术的高速发展，使得信息技术越来越多的成功运用到生活生产的实际。“虚拟建设”便是一个较为典型且和我们的专业贴合较为紧密的例子。关键词：虚拟建设、虚拟现实技术（VR）、建筑业一、虚拟建设是以虚拟现实技术为核心的新型建设概念美国发明者协会于1996年首先提出了虚拟建设的概念，是指在计算机技术和信息技术基础上，利用VRML、AutoCAD、3DSMAX等软件，采用虚拟现实技术（VR），三维建模理论以及用LOD算法优化虚拟系统，对建筑物或项目事先进行模拟建设，进行各种虚拟环境条件下的分析，以提前发现可能出现的问题，提前采取预防措施，以达到优化设计、节约工期、减少浪费、降低造价的目的，或者应用JavaScript语言扩展虚拟世界的动态行为，提前为顾客提供一个可以观看，可以感觉，可以视听的虚拟环境。简言之，虚拟建设是在虚拟的环境下对项目进行建设，并尽早的发现可能出现的问题，不断的修改方案直到建设项目的整个过程符合建设者和顾客的要求。二、虚拟现实技术（VR）在建筑中的应用目前,建筑和结构设计通常采用CAD(ComputerAidedDesign)软件和一些专业的计算软件以及辅助建模软件和图片处理软件等来完成。这些软件在一定程度上提高了设计的工作效率,但是建筑的绘图和结构设计的计算是分离的,不能进行全局的分析、计算。利用VR技术,可以将两个阶段集成(Integrate),在一定程度上解决上述问题。首先,建筑师利用VR系统可以方便地建立和修改设计方案。在VR系统中,建筑师仿佛置身于现场,可以方便地从库中提取各种材料、家具、设备,像搭积木一样搭起一座虚拟的建筑。该虚拟建筑的尺寸和实际设计中的建筑一样,其色彩逼真,并且有材料的质感。建筑师可以在随时改变视角和光源的条件下从任何视点去观察这座建筑,以便得出满意的方案。之后,结构工程师就可以利用已经建起的模型,选取结构方案,进行荷载的定义和调整,由系统自动进行结构分析,得出最终结果。上世纪90年代后,虚拟现实技术被广泛地应用于实体模型制作、信息交流和管理、艺术及娱乐等领域,同时也受到了建筑师们的青睬。(1)作为设计和体验的工具为了确保生产出来的产品符合不同用户的需求,有必要让用户在产品的设计阶段就能体验产品的性能,以便随时修改设计方案。利用虚拟现实技术让用户在虚拟空间中,对系统进行性能评价和模拟体验。例如虚拟厨房体验,设计者先根据用户的要求设计厨房的大致框架,据此用CAD系统划出平面图、立面图筹,并列出费用清单。然后让用户在模拟体验系统中体验厨房的方便程度。可以体验与厨房设计所对应的虚拟空间中各部分的配置,空间的高度感、前后的延伸感等。体验厨房门的开闭、水龙头的操作以及在壁柜内放置物品的情况等。有了这种虚拟厨房,可以使用户在厨房制造前检验设计的合理性,然后根据用户确定的设计启动计算机集成制造生产线,其加工精度为毫米。这就是虚拟现实技术作为设计和体验的工具的应用。(2)技术论证在实际工程项目中,因施工技术问题而导致原设计失败的例子屡见不鲜,因此,对于许多大型的建设项目而言,进行施工技术可行性的论证非常有必要。虚拟现实技术的出现为我们解决了这一难题。利用虚拟现实技术不仅仅可以作视觉方面仿真,还能对动力学、运动学等方面进行仿真。例如,通过模拟建筑施工中大型构件运输、装配过程,可以检验此过程中是否存在物件的碰撞、干涉,是否因构件形变导致结构破坏等,经过虚拟施工建造过程,可以检查施工计划和技术的合理性和有效性。三、虚拟建设的发展现状分析虚拟建设目前正蓬勃发展，虽然在一些常规工程中的运用较少，但在一些大工程中的应用是必要且必然的。项目工程量一定程度上决定了工期，项目质量的保证也离不开精准的计算，而虚拟现实技术（VR）技术的运用大大优化了工程的进度和质量。上海正大广场工程是我国首次将虚拟现实技术应用于建筑工程的项目。正大广场位于上海浦东陆家嘴东方明珠电视塔下，平面基本呈矩形，地下3层，地上10层，长约260米，宽约100米，总长度50米，总建筑面积达24.3万平米，是集商业、餐饮娱乐为一体的综合性建筑。上海正大商业广场施工虚拟现实技术主要包括3大部分：（1）上海正大商业广场建筑外观与城市场景虚拟漫游，即在建筑物建成之前，虚拟显现建筑物建成后周围的环境；（2）钢结构施工方案及其优化；（3）桅杆起重机和钢构件内力及焊接变形分析。其中（2）、（3）是虚拟现实技术的核心部分。该项目2000年5月在上海组织了技术评审，到会专家给予此项目很高的评价。该项目的开发研制为虚拟现实技术在虚拟建设中的应用提供了重要的经验和尝试。四、虚拟建设的发展趋势和前景分析相较于传统的建设模式，虚拟建设更易于满足设计师的设计需求，也能保证工程的高效优质。虚拟现实技术的运用使建筑等能够满足人们一些要求，人们通过视觉、听觉、触觉、乃至嗅觉以及形体、手势或口令，参与到建设过程中，取得身临其境的感觉，产生较为直观的感受。在当代信息化的局势下，人们的个性化和舒适度要得以满足，虚拟建设的模式就自然而然地会被人们认知、选择、应用。虚拟建设要走的路还很长，如何充分利用发达的硬件技术,顺应虚拟现实技术领域的发展趋势,采用国际上先进的技术手段和软件工具,推动整个建筑业生产力的提高,从而提高经济效益,已成为一个亟待解决的问题；如何使较多的人认识虚拟建设，认识虚拟现实技术，还需要进行长期的探索。正是因为这样，虚拟建设正走在科技的前沿，虚拟建设势必会带来建筑行业的一场革命。参考文献：[1]吴涛.虚拟现实技术在建筑设计领域的应用,2002[2]沈金良.虚拟现实技术在工程设计中的应用[J],2004[3]沈婕,闾国年,刘晓艳.虚拟城市建设方法研究[J],2001作者简介李国锐，1993年04月，男，汉族，四川广元，西华大学建筑与土木工程学院，本科在读俞智钦，1995年06月，男，汉族，安徽无为，西华大学建筑与土木工程学院，本科在读张祥，1993年05月，男，汉族，四川西昌，西华大学建筑与土木工程学院，本科在读张芳川，1993年03月，男，汉族，四川达州，西华大学建筑与土木工程学院，本科在读徐永祺，1991年04月，女，汉族，四川成都，西华大学建筑与土木工程学院，本科在读