虚拟施工技术应用实践和研究开发展望（二）

2.虚拟施工的技术支撑体系
虚拟施工涉及多个学科，其主要支撑技术包括虚拟现实技术、计算机仿真技术、建模与优化技术，以及相关的软硬件技术。
2.1。虚拟现实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、显示技术等学科的优势。为人机交互对话提供了更直接、更真实的三维界面，可以在多维信息空中营造虚拟的信息环境，让用户有身临其境的感觉。虚拟现实技术为虚拟建筑开发提供了一个直观的可视化交互环境。
。计算机模拟技术模拟技术主要应用于土木工程中的结构计算、施工技术和管理等领域。仿真技术是虚拟建筑的核心。对于结构工程施工，内力模拟分析将为工程施工的安全提供直接保障。2.3。优化与建模技术将优化原理应用于建设项目的规划、设计、施工和管理，可以综合考虑技术、经济和时间效益。优化方法是虚拟施工系统的重要支撑技术。
产品建模方法是虚拟建造的另一项支撑技术。虚拟施工的系统模型包括基础模型、设计模型和施工模型。其中，构造模型将过程参数与影响构造的属性联系起来，以反映构造模型与设计模型之间的相互作用。施工模型必须具备以下功能:计算机过程模拟、施工数据表、施工计划、统计模型、物理和数学模型等。2.4。软硬件基础虚拟施工系统是现有CAD技术与计算机仿真技术、数据库技术、计算机网络技术、人工智能技术、虚拟现实技术等学科的综合系统集成，因此其相关软件也是多方面的，如PDV产品的EAI、Realax、Division、MultiGen、Deneb等。相关硬件主要包括各种型号的SGI工作站、SUN工作站、HP工作站、IRIX工作站，以及各种立体眼、显示器、头盔、手套等。网络应用方面有VRML(虚拟现实建模语言)语言等等。
3。虚拟施工技术的应用实践
国外正在开展一系列虚拟施工技术的相关研究和实验。克拉斯高斯特拉斯克莱德大学信息科学与土木工程系开展的研究项目是研究一种共享协同施工过程可视化方案的方法。这项研究包括一个非沉浸式虚拟现实界面，它允许可视化监控和与模拟过程的交互，允许用户以互动和协作的方式调查和研究几种不同的施工顺序和现场组织，同时验证和细化施工方案，并将施工过程与现场活动和设备动态集成(见中国建筑科学研究院的相关材料)。
来自伦敦大学学院Bartlest建筑学院和计算机科学系的研究人员开发了一个Pangea系统和一个3D粗糙样本软件包，用于测试建筑设计和城市设计的早期原型。CAD中心。有限公司和Mancheste:大学高级接口小组(AIG)开始了一个合作项目，探索利用虚拟现实技术建立复杂工艺工厂的CAD模型，然后研究它们的使用。主要目的是了解和解决这些技术应用于大规模真实系统时出现的问题，研究软件架构和算法，为今后虚拟现实设计和应用的研究夯实基础。
邓迪大学正在开展Naives项目。它允许用户在任何方向上可视化组件元素的变形或内力。Naives用户可以提取软件中的复杂片段，并在相对较短的时间内生成一组沉浸输出。工程师可以快速提取元件的合理临界点和参数的临界值。研究人员认为，他们可以为固体力学分析提供一个新颖的模板，并希望提供一个结果可视化系统作为其组件，该系统可以让设计人员在结构中漫游，观察某个功能的性能，并模拟该功能的执行，同时在过程中不断提示观察到的信息。
英国IES公司推出了一个建筑设计虚拟环境系统。1995年，日本清水建设公司利用3D CAD技术，将施工中的作业计划等施工生产信息显示在计算机屏幕上，其实质是虚拟系统。通过在日本某核电站建设项目、海老明市某保险公司26层钢-混凝土组合结构工程、东京新火力发电厂地面结构拆除工程中的应用，极大地方便了结构工程施工的管理。
从目前国内的应用实践来看，相关的工程实践并不多，上海郑达商业广场钢结构施工是一种尝试。上海郑达商业广场钢结构工程具有构件数量多、运输通道类型复杂、吊装空空间狭小、吊装难度大等技术难点。虚拟施工技术成功应用于本工程，为本工程钢结构安装优质、安全、高效提供了可靠保障。工作主要包括三部分:
1)钢结构施工方案及其优化。在钢结构施工的虚拟仿真中，应用虚拟现实和结构仿真技术，实现了从2D设计图纸生成三维模型。大比例模型的快速演示和运动过程的记录和回放。特别是创造性地解决了双机抬吊的逆运动学仿真和多点抬吊的实时干涉检测与显示，并建立了部分虚拟设备库。钢结构施工前，已经在电脑上完成了各种测试和各种构件组装吊装的优化。通过施工前的大量试验和优化，施工过程中可能出现的各种问题都得到了充分的暴露，并通过优化得以解决。同时，软件利用多点决策优化理论，采用两榀屋架同时拼装的方案，使拼装和吊装过程可以连续进行，节省了时间，充分展示了虚拟施工系统作为一种先进的施工过程模拟试验手段的价值，为施工方案的优化提供了基础。
2)桅杆式起重机及钢构件的内力和焊接变形分析。主要是模拟分析起重机及相关构件在吊装过程中的内力，保证吊装的安全性。同时对厚板焊接的温度场、应力场和应变场进行了分析，以保证厚板的焊接质量。
3)建筑外观与城市场景之间的虚拟漫游。也就是说，在建筑建成之前，虚拟展示建筑建成之后的周边环境，获得直观的视觉效果。该项目的研究和开发为虚拟建筑的应用提供了重要的经验。