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【摘 要】虚拟施工技术是一种新的管理方法，运用该方法可优化建筑项目设计、优化施过程、优化施工管理活动，提升管理水平。
【关键词】虚拟施工；3D模型；成本
一、虚拟施工技术的基本概念
虚拟施工技术是一种在虚拟环境中建模、模拟、分析建筑设计与与施工过程的数字化、可视化技术。 虚拟施工技术的主导思想是“先试后建”，即基于一个虚拟平台，在真实工程开工之前，对建筑项目的设计方案进行检测分析，对项目施工方案进行模拟、分析与优化，以便提前发现问题、解决问题，直至获得最佳的设计和施工方案，从而指导真实的施工。这一理念的实施，将大大降低返工成本和管理成本。
目前，国内外对虚拟施工技术的研究仍处于初期阶段，香港理工大学建筑虚拟模型实验室则是这方面研究的先驱者，其技术水平一直处于世界领先地位。虚拟施工技术是对建造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，在计算机局网络上，生成数字化产品，实现规划设计、性能分析、施工方案决策和质量检验、管理。它是数字化形式的广义建造系统，是对实际施工过程的动态模拟。基本上不消耗资源和能源，也不生产实际产品，而是产品的设计、开发与实现过程在计算机上的本质体现，强调的是建造系统运行过程的计算机化。
二、虚拟施工技术内容
1、技术内容
工程施工过程是一项将设计图纸转化为实际建筑的复杂工作，利用计算机，择适当的软件平台，采用参数化的方式建立建筑结构构件及机械设备的虚拟模型，对不需要模拟施工过程的部位，则将单个的模型静态地组装起来；对那些需要模拟的施工过程，则采用正、反运动链的定义，通过编程，实现了施工过程的运动模拟。将虚拟仿真技术应用于复杂工程施工的结构、方案设计，通过三维图形的形式动态实时地显示施工方案实施的全过程，让方案设计人员置身在虚拟的环境中，随时调整、优化施工方案，对实际建造施工过程进行全面的仿真再现，对结构施工过程的各个环节进行跟踪模拟，从而实现施工中的事前控制和动态管理.
（1）建模技术
虚拟产品建模特别强调产品在计算机上的本质实现，施工模型要将工艺参数与影响施工的属性联系起来，以反应施工模型与设计模型之闻的交互作用，施工模型要具有可重用性，因此必须建立产品主模型描述框架，随着产品开发的推进，模型描述日益详细，但应保持模型的一致性及模型信息的可继承性，实现虚拟施工过程各阶段和各方面的有效集成。
（2）仿真技术
计算机仿真是应用计算机对复杂的现实系统经过抽象和简化形成系统模型，然后在分析的基础上运行此模型，从而得到系统一系列的统计性能。仿真的基本步骤为；研究系统——收集数据——建立系统模型——确定仿真算法一建立仿真模型——运行仿真模型——输出结果，包括数值仿真、可视化仿真和虚拟现实。
（3）优化技术
优化技术将现实的物理模型经过仿真过程转化为数学模型以后，通过设定优化目标和运算方法，在制定的约束条件下，使目标函数达到最优，从而为决策者提供科学的、定量的依据。它使用的方法包括：线性规划、非线性规划、动态规划、运筹学、决策论和对策论等等。
（4）虚拟现实技术
虚拟建造是在虚拟环境下实现的，虚拟现实技术当然是虚拟建造系统的核心技术。虚拟现实技术则是一门融合了人工智能、计算机图形学、人机接口技术、多媒体工业建筑技术、网络技术、电子技术、机械技术等高新技术的综合信息技术。目的是利用计算机硬件、软件以及各种传感器创造出一个融合视觉、听觉、触觉甚至嗅觉，让人身临其境的虚拟环境。操作者沉浸其中并与之交互作用，通过多种媒体对感官的刺激，获得对所需解决问题的清晰和直观的认识。
2. 适用范围
大型复杂结构建筑工程、大型土木工程。
三、虚拟施工技术的作用
“先试后建”是虚拟施工技术实施的指导思想，也是虚拟施工技术作用的集中体现，其可对建筑工程中的任何需要进行检测、模拟和分析。下面针对建筑项目的不同阶段，对虚拟施工技术的作用进行分析，即优化建筑项目设计、优化施过程、优化施工管理活动等。
1、优化建筑项目设计
完善的设计方案是建筑项目顺利实施的前提和保证。建筑项目设计由建筑设计、结构设计、建筑设备设计等组成。通常，这三方面由多个设计方完成。在施工过程中，这些设计将转变为集成在一起的建筑构件，结果碰撞或冲突时常出现，如建筑设备与结构之间的冲突等。这不仅会增加设计、施工返工成本，浪费资源，还会影响施工的进度。这也是建筑工程经常出现工期延迟的主要原因之一。另外，设计的不可施工性是项目设计的另一个主要问题。特别是对于复杂的建筑项目，经常出现设计的可施工性不强或不可行等问题。这同样增加返工量，影响施工进度。究其主要原因，就是缺乏一个有效的协同工作及检测平台，即设计方、施工方在设计阶段不能有效地沟通与协作，同时在二维（2D）环境下不能对设计方案进行检测与分析。虚拟施工技术为此提供了一个有效的平台，用于设计冲突、可施工性的检测，及多方沟通。
采用虚拟施工技术优化设计，首先要建立相关3D模型，包括建筑、结构及建筑设备等。基于建立3D模型，可进行设计检测、协同修改。设计检测可根据需要设定相关参数，确定检测范围，从而检测设计冲突问题、可施工性问题。设计检测在设计之初已经开始是一个“设计-检测-设计”的循环过程，直至在施工之前解决所有设计问题，尽而消除返工成本、减少施工时间。尽管检测跟踪时间较长，但检测、修改过程可以自动化操作，因此设计优化过程非常方便。同时，可行的设计方案是施工過程优化的前提，否则施工优化无从谈起。
2、优化施工过程
施工过程的顺利实施是在有效的施工方案指导下进行的。当前，施工方案的编制主要基于项目经理及项目组的经验来实施。然而，面对越来越庞大且复杂的建筑工程项目，仅凭项目经理的经验来编制施工方案已显得力不从心。施工方案的可行性一直受到业界的关注。同时，由于建筑项目的单一性和不可重复性，施工方案同样具有不可重复性，即不可能如制造业那样，同一生产方案可用于某产品的批量生产。通常是，当某个工程即将结束时，一套完善的施工方案才现于面前，结果为时已晚。施工进度拖延、安全问题频频出现、返工率高、建造成本超支等已成为现有建筑工程项目的通病。施工开始之前，找出完善的施工方案是十分必要的、重要的。在虚拟施工技术出现之前，这一问题几乎找不到有效的解决方案。虚拟施工技术不仅可以测试和比较不同的施工方案，还可以优化施工方案。 基于上述建立的3D模型，采用虚拟施工技术可模拟和分析相关施工方案。通过模拟，可发现不合理的施工程序、设备调用程度与冲突、资源的不合理利用、安全隐患（如碰撞等）、作业空间不充足等问题，也可以及时更新施工方案，以解决相关问题。施工过程优化也是一个重复的过程，即“初步方案-模拟-更新方案”，直至在真实施工之前找到一个最佳的施工方案，尽最大可能实现“零碰撞、零冲突、零返工”。从而大大降低返工成本，减少资源浪费与冲突及安全问题。同时，虚拟施工技术也为总承建商、分承建商、设计单位及业主提供了一个沟通与协作平台，帮助各方及时、快捷地解决各种问题，从而大大提高了工作效率，节省了大量的时间。
3、优化施工管理活动
为了解决施工过程中的相关问题，特别
【关键词】虚拟施工；3D模型；成本
一、虚拟施工技术的基本概念
虚拟施工技术是一种在虚拟环境中建模、模拟、分析建筑设计与与施工过程的数字化、可视化技术。 虚拟施工技术的主导思想是“先试后建”，即基于一个虚拟平台，在真实工程开工之前，对建筑项目的设计方案进行检测分析，对项目施工方案进行模拟、分析与优化，以便提前发现问题、解决问题，直至获得最佳的设计和施工方案，从而指导真实的施工。这一理念的实施，将大大降低返工成本和管理成本。
目前，国内外对虚拟施工技术的研究仍处于初期阶段，香港理工大学建筑虚拟模型实验室则是这方面研究的先驱者，其技术水平一直处于世界领先地位。虚拟施工技术是对建造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，在计算机局网络上，生成数字化产品，实现规划设计、性能分析、施工方案决策和质量检验、管理。它是数字化形式的广义建造系统，是对实际施工过程的动态模拟。基本上不消耗资源和能源，也不生产实际产品，而是产品的设计、开发与实现过程在计算机上的本质体现，强调的是建造系统运行过程的计算机化。
二、虚拟施工技术内容
1、技术内容
工程施工过程是一项将设计图纸转化为实际建筑的复杂工作，利用计算机，择适当的软件平台，采用参数化的方式建立建筑结构构件及机械设备的虚拟模型，对不需要模拟施工过程的部位，则将单个的模型静态地组装起来；对那些需要模拟的施工过程，则采用正、反运动链的定义，通过编程，实现了施工过程的运动模拟。将虚拟仿真技术应用于复杂工程施工的结构、方案设计，通过三维图形的形式动态实时地显示施工方案实施的全过程，让方案设计人员置身在虚拟的环境中，随时调整、优化施工方案，对实际建造施工过程进行全面的仿真再现，对结构施工过程的各个环节进行跟踪模拟，从而实现施工中的事前控制和动态管理.
（1）建模技术
虚拟产品建模特别强调产品在计算机上的本质实现，施工模型要将工艺参数与影响施工的属性联系起来，以反应施工模型与设计模型之闻的交互作用，施工模型要具有可重用性，因此必须建立产品主模型描述框架，随着产品开发的推进，模型描述日益详细，但应保持模型的一致性及模型信息的可继承性，实现虚拟施工过程各阶段和各方面的有效集成。
（2）仿真技术
计算机仿真是应用计算机对复杂的现实系统经过抽象和简化形成系统模型，然后在分析的基础上运行此模型，从而得到系统一系列的统计性能。仿真的基本步骤为；研究系统——收集数据——建立系统模型——确定仿真算法一建立仿真模型——运行仿真模型——输出结果，包括数值仿真、可视化仿真和虚拟现实。
（3）优化技术
优化技术将现实的物理模型经过仿真过程转化为数学模型以后，通过设定优化目标和运算方法，在制定的约束条件下，使目标函数达到最优，从而为决策者提供科学的、定量的依据。它使用的方法包括：线性规划、非线性规划、动态规划、运筹学、决策论和对策论等等。
（4）虚拟现实技术
虚拟建造是在虚拟环境下实现的，虚拟现实技术当然是虚拟建造系统的核心技术。虚拟现实技术则是一门融合了人工智能、计算机图形学、人机接口技术、多媒体工业建筑技术、网络技术、电子技术、机械技术等高新技术的综合信息技术。目的是利用计算机硬件、软件以及各种传感器创造出一个融合视觉、听觉、触觉甚至嗅觉，让人身临其境的虚拟环境。操作者沉浸其中并与之交互作用，通过多种媒体对感官的刺激，获得对所需解决问题的清晰和直观的认识。
2. 适用范围
大型复杂结构建筑工程、大型土木工程。
三、虚拟施工技术的作用
“先试后建”是虚拟施工技术实施的指导思想，也是虚拟施工技术作用的集中体现，其可对建筑工程中的任何需要进行检测、模拟和分析。下面针对建筑项目的不同阶段，对虚拟施工技术的作用进行分析，即优化建筑项目设计、优化施过程、优化施工管理活动等。
1、优化建筑项目设计
完善的设计方案是建筑项目顺利实施的前提和保证。建筑项目设计由建筑设计、结构设计、建筑设备设计等组成。通常，这三方面由多个设计方完成。在施工过程中，这些设计将转变为集成在一起的建筑构件，结果碰撞或冲突时常出现，如建筑设备与结构之间的冲突等。这不仅会增加设计、施工返工成本，浪费资源，还会影响施工的进度。这也是建筑工程经常出现工期延迟的主要原因之一。另外，设计的不可施工性是项目设计的另一个主要问题。特别是对于复杂的建筑项目，经常出现设计的可施工性不强或不可行等问题。这同样增加返工量，影响施工进度。究其主要原因，就是缺乏一个有效的协同工作及检测平台，即设计方、施工方在设计阶段不能有效地沟通与协作，同时在二维（2D）环境下不能对设计方案进行检测与分析。虚拟施工技术为此提供了一个有效的平台，用于设计冲突、可施工性的检测，及多方沟通。
采用虚拟施工技术优化设计，首先要建立相关3D模型，包括建筑、结构及建筑设备等。基于建立3D模型，可进行设计检测、协同修改。设计检测可根据需要设定相关参数，确定检测范围，从而检测设计冲突问题、可施工性问题。设计检测在设计之初已经开始是一个“设计-检测-设计”的循环过程，直至在施工之前解决所有设计问题，尽而消除返工成本、减少施工时间。尽管检测跟踪时间较长，但检测、修改过程可以自动化操作，因此设计优化过程非常方便。同时，可行的设计方案是施工過程优化的前提，否则施工优化无从谈起。
2、优化施工过程
施工过程的顺利实施是在有效的施工方案指导下进行的。当前，施工方案的编制主要基于项目经理及项目组的经验来实施。然而，面对越来越庞大且复杂的建筑工程项目，仅凭项目经理的经验来编制施工方案已显得力不从心。施工方案的可行性一直受到业界的关注。同时，由于建筑项目的单一性和不可重复性，施工方案同样具有不可重复性，即不可能如制造业那样，同一生产方案可用于某产品的批量生产。通常是，当某个工程即将结束时，一套完善的施工方案才现于面前，结果为时已晚。施工进度拖延、安全问题频频出现、返工率高、建造成本超支等已成为现有建筑工程项目的通病。施工开始之前，找出完善的施工方案是十分必要的、重要的。在虚拟施工技术出现之前，这一问题几乎找不到有效的解决方案。虚拟施工技术不仅可以测试和比较不同的施工方案，还可以优化施工方案。 基于上述建立的3D模型，采用虚拟施工技术可模拟和分析相关施工方案。通过模拟，可发现不合理的施工程序、设备调用程度与冲突、资源的不合理利用、安全隐患（如碰撞等）、作业空间不充足等问题，也可以及时更新施工方案，以解决相关问题。施工过程优化也是一个重复的过程，即“初步方案-模拟-更新方案”，直至在真实施工之前找到一个最佳的施工方案，尽最大可能实现“零碰撞、零冲突、零返工”。从而大大降低返工成本，减少资源浪费与冲突及安全问题。同时，虚拟施工技术也为总承建商、分承建商、设计单位及业主提供了一个沟通与协作平台，帮助各方及时、快捷地解决各种问题，从而大大提高了工作效率，节省了大量的时间。
3、优化施工管理活动
为了解决施工过程中的相关问题，特别