虚拟施工的技术特点与应用

虚拟施工的技术特点与应用【摘要】本文阐述了虚拟施工是通过应用虚拟现实、计算机仿真等技术对设计和施工过程进行计算机模拟、分析和优化，达到对施工过程的事前控制；分析了虚拟施工技术在现阶段产生的作用，介绍了虚拟施工技术在实践中的应用，并展望了虚拟施工技术将来在我国广阔的发展前景，必将提高建筑业生产力水平。【关键词】虚拟施工优化应用1.引言虚拟施工作为建筑信息模型（BIM）技术在施工阶段的运用，它彻底颠覆了建筑施工“一次性”的概念，真正实现了施工过程的事前控制，打破了以往依靠施工经验对施工方法和施工组织进行控制和优化的局限，随着虚拟施工技术的不断发展和广泛应用，必将成为提升建筑业生产力水平的有效途径，带来建筑工程项目管理方式的新变革，促进建筑业的标准化、预制化的发展。2.虚拟施工的概念虚拟施工（VirtualConstruction，简称VC），是一种在虚拟中建模、模拟、分析建筑设计与施工过程中的数字化、可视化技术，是将以虚拟现实为基础的仿真技术应用于建筑施工领域，利用虚拟现实技术建立建筑物的几何模型和施工过程模型，对设计、施工方案进行实时、交互、逼真地模拟，验算对比，优化建筑项目设计、施工过程和施工管理活动，提前发现设计和施工中存在的问题，并通过模拟找到解决问题的方法，进而获得最佳的设计和施工方案，从而指导真实的施工，达到降低返工成本和管理成本的目的。3.虚拟施工的技术优势“先试后建”是虚拟施工的指导思想，利用“三维模型+时间+成本”五维技术提前模拟、展现施工过程，进行分析和优化，提前采取防治措施。由于虚拟施工本身不消耗施工资源，却又能事先看到并了解施工的过程和结果，可以大大降低管理成本、减少风险，增强管理者对施工过程的控制，这是虚拟施工作用的集中体现。3.1优化项目设计设计方案的完善、可施工性是一个建筑项目得以顺利实施的前提和保证，但由于各专业设计是由不同的专业设计师来完成，限于设计深度不够和各专业设计沟通不畅缺乏协同、检测平台等因素，经常出现设计的可施工性不强或不可行等问题，增加设计、施工返工成本，影响施工进度。采用虚拟施工技术建立相关建筑项目的3D设计整体模型，根据建设项目需要设定相关参数，确定检测范围，从而进行设计检测、协同修改。例如，管理人员发现建筑结构与设备管线之间发生交叉问题，可以基于虚拟平台和3D设计模型进行分析与沟通，及时、有效、协同解决。从设计之初就引入设计检测，形成一个有效的“设计-检测-设计”循环过程，在施工前就能及时解决掉所有设计缺陷，提前消除设计中存在的错误和设计中忽略的问题，确保设计的可施工性。3.2优化施工方案由于施工方案对施工过程有巨大的指导意义，它的科学性、合理性，尤其是可行性对建设项目施工极其重要。然而，面对越来越庞大且复杂的建筑工程项目，加之建筑项目的单一性和不可重复性，施工方案的编制指导仅凭施工技术人员的施工经验是无法完成的，往往造成施工进度拖延、安全问题频发、建造成本超支等诸多问题。虚拟施工技术不仅可以检测和比较不同的施工方案，还可以优化施工方案。在建立的3D设计模型上采用虚拟施工技术模拟和分析施工方案，可以对某一具体安装方案进行模拟施工工序、设备调试、资源配置等细节过程，从中发现不合理的施工程序、设备调试程度与冲突、资源的浪费、安全隐患、作业空间不充足等一系列问题，为及时调整、修改施工方案提供决策依据。更为重要的是对施工方案的优化功能，通过“初步施工方案-模拟-发现问题-更新方案”这样一个循环过程，最终找到一个最佳的施工方法，形成一套合理可行的施工方案，科学指导施工，最大可能实现“零碰撞、零冲突、零返工”目标，从而降低返工成本，减少资源浪费，消除安全隐患。3.3优化施工管理建筑施工管理是复杂的、动态的、集成的，贯穿工程项目的全生命周期，会面临一系列的问题，需要配备大量的管理人员去协调解决，无形中增加了管理成本。虚拟施工技术可以清晰展现整个建筑项目的施工过程，创造出个融合视觉、听觉、触觉，让人身临奇境的虚拟环境，使操作者能够获得对所需问题的直观、清晰认识，虚拟建造了一个立体、抽象的施工技术交底和操作说明，增加了施工管理人员各施工环节管理的针对性，为施工人员实际操作提供直观参考，提前避免了实际施工中可能出现的问题，大大简化了管理活动程序，减少了建设项目对管理人员的需求量。4.虚拟施工的实践应用虚拟施工的研究与应用是建筑业一个前沿的课题，在国外及香港地区已经开始应用，包括住宅、酒店、办公楼、体育场、桥梁等大型复杂工程，针对不同的建筑项目特点，得到了不同程度的应用。例如，采用了虚拟施工的香港岛东中心工程，实现了利用虚拟三维全真建筑构件模型帮助施工者事先研究如何在现场进行构件的安装和控制；利用三维施工现场模型直观、便利地协助管理者分析现场的限制，找出施工现场布置潜在的问题，制定可行的施工秩序，提高现场生产率和施工安全性；利用施工设备模型分析爬模设备预留孔洞和主体结构横梁的位置关系，并模拟出爬升挂靴的插入状态，精确地确定预留孔洞位置；利用三维临时设施模型为承包商事先准确地估算出所需要的施工资源，评估出临时设施的安全性。另外，该工程利用虚拟施工三维模型平台实现了施工方法、工作空间的可视化，通过对施工方法进行了可视化的模拟，让所有项目参与者在施工前就能清楚地知道所有的施工内容和自己的工作职责，促进了施工过程中的有效交流。同时，由于能够模拟全真运行过程，清晰了解每一步施工活动，发现问题能够及时提出新方法，并进行模拟验证可行性，有效解决了施工风险和问题。通过可视化地模拟施工空间、工作人员施工状况，可以形象地看到施工工作面、施工设备位置的情形，并评估施工进展中这些工作空间的可用性、安全性。5.虚拟施工的发展前景目前，虚拟施工仍是一门新兴学科，尚未形成成熟的知识体系，并且在建筑施工领域得以推广和应用，主要取决于计算机硬件和相关软件本身的发展。由于虚拟现实软件系统的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。同时国内还没有完善的自己开发的软件平台，需向国外进口，比如产品可视化软件、建模软件、虚拟现实软件以及相关网络接口软件等，这都需要投入大量的资金和人力，在当前形势下对我国的建筑行业是一个很大的考验，造成很大经济压力，实施起来还比较困难。因而努力建设虚拟现实技术实验室，开发出一套面向工程施工的专用集成型软件系统，降低单项工程的应用造价、加快软件的普及，是使虚拟施工技术在建筑业进一步推广运用的关键。相信随着研究和应用的深入，计算机软件开发的迅猛发展，虚拟施工技术最终应是一个对运行硬件要求较低、具有良好通用性的软件系统，它将不仅仅局限于设计和施工阶段，其适用于建筑项目的整个生命周期，包括规划、招标和物业管理等各个阶段，必将产生巨大的经济效益和社会效益，从而真正提高我国整个建筑业的生产力水平。6.结束语由于近年来我国建筑业存在的问题越来越突出，虚拟施工技术已经引起了业界的高度关注，特别是中国建筑业正处在高速发展时期，我国对建筑信息化重视程度日益提高，丞待极具高效能、高附加值的技术来提升生产力水平，节约成本，降低能耗，大力推进国家城镇化进程。虚拟施工这样极具潜力和效用的技术产品在不久的将来必定能够在我国得到广泛的推广应用，对未来管理方式中有效做好施工事前管理、及时发现问题、提前规避风险、提高成效的根本性变化，为我国建筑业向更高水平的发展起到极大的推动作用。参考文献：1.《建筑工程虚拟施工技术与实践》，中国建筑工业出版社.2.张希黔，张利.虚拟仿真技术在建筑工程施工中的应用现状和展望【J】.施工技术，2001，30（8）：31-32.