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摘要：综合复杂的桥梁工程中所存在的不确定型的网络计划及相对传统的施工管理器具等无法对大型的复杂桥梁的具体施工过程给以形象的展示，可将4D可视化仿真技术应用于复杂桥梁工程的施工动态管理中，大量的研究数据表明，利用由可视化技术所组建起的系统可对施工进度、资源的使用状况等进行可视化的查询及预测，可就施工周期、关键路线、施工的进度计划、各种资源的使用情况、横道图及资源柱状图等实施仿真计算所需要的图形及文本效果等都可得到直观的显示，在复杂桥梁工程施工动态的可视化中将有着广泛的应用。
关键词：复杂桥梁工程；动态可视化；4D仿真模型；不确定性网络
文章编号：1674-3954（2013）09-0295-02
随着计算机技术及网络信息技术的不断发展，将计算机网络的动态模拟技术全面的应用于工程的施工建设中，以期实现各项工程建设的信息化、数字化、可视化及智能化，终将成为现代化的建筑行业在目前及未来很长一段时间的发展趋势。在建筑工程领域中针对工程施工管理的动态的可视化仿真技术的研究分析，以及所进行的多媒体工程的信息技术相关体系理论的研究，重点集中于以下几个方面：对复杂桥梁及其具体的结构进行施工过程中的受力方面的动态模拟仿真；就公路、铁路、桥梁及隧道等实现三维动态方式的呈现；实现项目工程的管理及运营信息体系的构建研究；基于施工项目的施工环节中三维动态的可视化仿真研究等，各方面的研究工程现已在开展，并有些已取得较为显著的成效。
1 建筑工程施工动态的可视化仿真概述
就目前阶段而言，在建筑工程领域中应用的最为广泛和应用时间相对最长的仿真技术是循环网络式的仿真技术，但就国内的具体情况而言，工程施工中的动態仿真技术的主要研究与主要应用重点集中于水利部门，把系统化的仿真技术应用于公路、铁路、桥梁及隧道等相对大型的建筑物的施工建设过程中，目前基本上仍然处于研究性探讨性的阶段中，实现大型桥梁施工过程中的4D仿真技术的应用关键在于进行不确定性网络计划模拟制定以及工程施工动态的可视化仿真系统的研制。将4D可视化技术应用于复杂桥梁的施工建设管理中，其主要的实现流程为，先就桥梁的复杂不确定性网络利用蒙特卡洛方法进行仿真模拟处理；然后实现桥梁的三维模型和模拟获取的与施工有关的进度计划及资源计划等进行相结合，进行桥梁的4D仿真模型的建模；最后再依据桥梁的4D仿真模型进行复杂的大型桥梁系统的4D仿真系统的研究。就复杂桥梁工程施工动态的可视化仿真技术的研究及应用现状而言，大量的研究成果已经表明该系统在复杂桥梁施工建设中所具有的诸多优势，尤其是针对不确定性网络计划，以及传统管理器具所无法具有的进行大型复杂桥梁的具体施工过程的形象展示功能的弥补作用，具体的优势表现为，该系统可实现施工进度及各类资源的使用状态的可视化的查询及预测分析；能将与大型复杂桥梁施工有关的施工工期、建设资源的使用状况、施工的进度计划、横道图、关键线路及资源柱状图等实现仿真模拟计算所需的相关文本及图形效果的直观呈现等。
2 不确定性的多媒体网络的设计周期及模拟费用分析
大型复杂桥梁的施工周期普遍相对较长，整个施工过程中所需要投入的资源也相对较多，这使得具体的施工周期及工程所需的资源等施工参数都呈现出较大的不确定性，也就是说，如果想切实的实现大型复杂桥梁的施工进度及施工费用上的仿真，进行不确定性的可视化网络计划的模拟是其中非常关键的技术。在此之前使用的较多的方法为计划评审法就不确定型网络实时模拟，采用计划评审法主要进行三个方面的评审估算，进行各个工序最为乐观的数值的估算取值为a，确定最具有可能性的值取值为m，以及施工周期最悲观的数值取值为b，采用公式（a+4m+b）/6进行施工工序的持续时间的计算，然后再利用关键线路法进行总工期的计算，在多数情况下采用计划评审法所计算出的数值要比实际数值相对较小，而且方差会有所增加，这会使得整个计算结果的可靠性有所下降，而采用模拟仿真技术进行不确定性多媒体网络的深入研究探讨，具体的实施步骤为：首先要进行资源是否受到限制及束缚的判断，对各个施工工序的最快的施工时间进行细化明确；合理的选用蒙特卡洛方法就每道施工工序完成所需要的持续时间及实际将会发生的成本费用进行精确的仿真计算；按照施工之前具体规划好的施工工序，进行复杂大型的施工项目工程的仿真可视化。
3 复杂桥梁工程施工动态的可视化仿真技术的实现
3.1可视化仿真系统的功能模块及组成
在复杂大型桥梁工程施工动态的可视化仿真系统中，在常规状态下主要功能模块及组成是由复杂桥梁的4D建模模型、工程的三维动态演示模块、不确定性的网络模拟模块、查询系统模块及仿真结果的输出模块这四大主要的模块组成，在这四个主要的功能及组成模块中，不确定型的网络模拟模块及工程的三维动态演示模块就是复杂桥梁工程施工动态的可视化仿真系统中的最为核心的组成及关键技术，而工程施工动态可视化仿真系统的简图参见图1。
复杂桥梁的4D模型模块的建立。无论结构多么复杂、施工周期多长、投资再多的桥梁工程，也终究是使用标准的构件及基本构件组合而成，在系统标准数据库之内收录着大量的标准构件的尺寸数据等信息资源，用户可依据自身的要求对这些数据进行选择性的使用及修改，就某些基础性的构件，用户可在系统中进行设计尺寸的输入，组建起针对基础构件的模型系统，但在进行3D构件模型的建立过程中，用户需要就各个构件模型的相关进度信息以及资源特性等内容进行细化描述，实现项目施工管理的信息系统及4D仿真系统下的信息资源的数据库模型的进一步高效性及完善性的实施。
不确定性多媒体网络计划模型模块。依据不同的构件的规划设计、具体的施工进度类数据参数及资源的实际性能的不同，有针对性的生成最原始最基础的网络计划，然后利用蒙特卡洛法进行不确定性网络的仿真计算，从准确的计算中找寻各道工序最佳的时间参数，进而实现就施工网路计算的具体仿真模拟，并依据仿真模拟获取的进度成果以及成本费用等进行之前所使用到的基础构件的计划进度及费用成本等资源数据的替换。 工程的三维动态演示以及查询子系统模块。依据所模拟的施工进度实现施工过程内的桥梁的三维动态的生成，并实现桥梁中各个构件所对应的施工信息及资源特性的显示。三维动态演示可以确保桥梁的3D模型围绕着空间坐标轴的任一轴进行旋转、缩放，以及视点位置、观察方向及视觉显示等的改变。在查询子系统模块中包括着条件查询及可视查询等功能，其中条件查询是用户依据自身的需求就工程属性、图形等所进行的按照条件的查询；而可视查询是基于3D图形状态，就某构件的进度及资源等相关的属性信息所进行的点击查询。
仿真结果的输出模块。在该模块系统中较大程度上了实现仿真模拟结果的最终导出，具体的导出内容包括有工程项目的施工周期、进度规划流程、关键线路、建设资源的使用状况等，同时实现最优化高效的信息资源的柱状图及横道图等进行仿真计算所需的文本及图形信息的输出，同时具备相应的打印预览、打印及扫描等辅助功能。
3.2可视化仿真系统的数据库系统
在系统的运行使用中，系统需要进行仿真模型涉及到的所有参数、算法及模型的高效管理，必须要将数据库技术成功的应用于仿真模型系统中，而数据库系统主要包括着数据库、方法库及模型库。其中数据库包括资源数据库，即工程施工中所需要的所有的资源信息，例如与桥梁尺寸等相关的资源参数等；工序时间的特征数据库，如所有工序时间的特征、实施统计计算必备的参数等；进行工程项目类比的数据资源库，进行类似桥梁工程原始资料的输入，组建工程的类比数据库，就工程的规模、施工方法、施工工序及进度等实施全面系统的分析，为技术人员提供较为准确的决策支持信息。方法数据库中记录有平行施工、顺序施工及蒙特卡洛等仿真算法，施工进度分析、关键线路、找寻施工高峰期及施工强度的统计等分析算法。模型数据库中存储有平行、顺序、浇筑施工、土石填筑施工等施工工序模型，其中单元模型库中还涵盖有节点、排队节点、复合节点、控制节点及职能节点等。
3.3可视化仿真系统的实践应用
就某复杂桥梁所初步的设计出的桥梁的尺寸、施工进度及资源的需求量，利用可视化仿真系统实施模拟处理后获取的仿真结果，得出如图2的进度仿真的横道图以及下图3的资源消耗强度的仿真图，从图2中大体上便可看出在2008～2012年期间实现该桥梁工程的完工，并可清楚的看到被优化处理后的基础、桥台、桥墩、梁体的各个阶段及合拢断等的具体施工的起止时间，而从图3中可以清楚的看到该工程具体的建设资源的消耗状况，并且可以清楚的看出2007～2010年中资源的消耗强度最大，这就需要建设单位要充分的落实2007～2010年间的建设所需的各项资源材料的储备工作。
4 总结
将可视化仿真系统系统应用于复杂桥梁的施工建设中，可就资源受限等条件下的各个工序的特征時间进行计算，对桥梁的整个施工过程给予全面反映，就复杂桥梁的动态施工过程、进度查询及资源属性信息的查询等给以较好的实现，但在资源优化及施工进度等方面尚需进一步的研究深化。
关键词：复杂桥梁工程；动态可视化；4D仿真模型；不确定性网络
文章编号：1674-3954（2013）09-0295-02
随着计算机技术及网络信息技术的不断发展，将计算机网络的动态模拟技术全面的应用于工程的施工建设中，以期实现各项工程建设的信息化、数字化、可视化及智能化，终将成为现代化的建筑行业在目前及未来很长一段时间的发展趋势。在建筑工程领域中针对工程施工管理的动态的可视化仿真技术的研究分析，以及所进行的多媒体工程的信息技术相关体系理论的研究，重点集中于以下几个方面：对复杂桥梁及其具体的结构进行施工过程中的受力方面的动态模拟仿真；就公路、铁路、桥梁及隧道等实现三维动态方式的呈现；实现项目工程的管理及运营信息体系的构建研究；基于施工项目的施工环节中三维动态的可视化仿真研究等，各方面的研究工程现已在开展，并有些已取得较为显著的成效。
1 建筑工程施工动态的可视化仿真概述
就目前阶段而言，在建筑工程领域中应用的最为广泛和应用时间相对最长的仿真技术是循环网络式的仿真技术，但就国内的具体情况而言，工程施工中的动態仿真技术的主要研究与主要应用重点集中于水利部门，把系统化的仿真技术应用于公路、铁路、桥梁及隧道等相对大型的建筑物的施工建设过程中，目前基本上仍然处于研究性探讨性的阶段中，实现大型桥梁施工过程中的4D仿真技术的应用关键在于进行不确定性网络计划模拟制定以及工程施工动态的可视化仿真系统的研制。将4D可视化技术应用于复杂桥梁的施工建设管理中，其主要的实现流程为，先就桥梁的复杂不确定性网络利用蒙特卡洛方法进行仿真模拟处理；然后实现桥梁的三维模型和模拟获取的与施工有关的进度计划及资源计划等进行相结合，进行桥梁的4D仿真模型的建模；最后再依据桥梁的4D仿真模型进行复杂的大型桥梁系统的4D仿真系统的研究。就复杂桥梁工程施工动态的可视化仿真技术的研究及应用现状而言，大量的研究成果已经表明该系统在复杂桥梁施工建设中所具有的诸多优势，尤其是针对不确定性网络计划，以及传统管理器具所无法具有的进行大型复杂桥梁的具体施工过程的形象展示功能的弥补作用，具体的优势表现为，该系统可实现施工进度及各类资源的使用状态的可视化的查询及预测分析；能将与大型复杂桥梁施工有关的施工工期、建设资源的使用状况、施工的进度计划、横道图、关键线路及资源柱状图等实现仿真模拟计算所需的相关文本及图形效果的直观呈现等。
2 不确定性的多媒体网络的设计周期及模拟费用分析
大型复杂桥梁的施工周期普遍相对较长，整个施工过程中所需要投入的资源也相对较多，这使得具体的施工周期及工程所需的资源等施工参数都呈现出较大的不确定性，也就是说，如果想切实的实现大型复杂桥梁的施工进度及施工费用上的仿真，进行不确定性的可视化网络计划的模拟是其中非常关键的技术。在此之前使用的较多的方法为计划评审法就不确定型网络实时模拟，采用计划评审法主要进行三个方面的评审估算，进行各个工序最为乐观的数值的估算取值为a，确定最具有可能性的值取值为m，以及施工周期最悲观的数值取值为b，采用公式（a+4m+b）/6进行施工工序的持续时间的计算，然后再利用关键线路法进行总工期的计算，在多数情况下采用计划评审法所计算出的数值要比实际数值相对较小，而且方差会有所增加，这会使得整个计算结果的可靠性有所下降，而采用模拟仿真技术进行不确定性多媒体网络的深入研究探讨，具体的实施步骤为：首先要进行资源是否受到限制及束缚的判断，对各个施工工序的最快的施工时间进行细化明确；合理的选用蒙特卡洛方法就每道施工工序完成所需要的持续时间及实际将会发生的成本费用进行精确的仿真计算；按照施工之前具体规划好的施工工序，进行复杂大型的施工项目工程的仿真可视化。
3 复杂桥梁工程施工动态的可视化仿真技术的实现
3.1可视化仿真系统的功能模块及组成
在复杂大型桥梁工程施工动态的可视化仿真系统中，在常规状态下主要功能模块及组成是由复杂桥梁的4D建模模型、工程的三维动态演示模块、不确定性的网络模拟模块、查询系统模块及仿真结果的输出模块这四大主要的模块组成，在这四个主要的功能及组成模块中，不确定型的网络模拟模块及工程的三维动态演示模块就是复杂桥梁工程施工动态的可视化仿真系统中的最为核心的组成及关键技术，而工程施工动态可视化仿真系统的简图参见图1。
复杂桥梁的4D模型模块的建立。无论结构多么复杂、施工周期多长、投资再多的桥梁工程，也终究是使用标准的构件及基本构件组合而成，在系统标准数据库之内收录着大量的标准构件的尺寸数据等信息资源，用户可依据自身的要求对这些数据进行选择性的使用及修改，就某些基础性的构件，用户可在系统中进行设计尺寸的输入，组建起针对基础构件的模型系统，但在进行3D构件模型的建立过程中，用户需要就各个构件模型的相关进度信息以及资源特性等内容进行细化描述，实现项目施工管理的信息系统及4D仿真系统下的信息资源的数据库模型的进一步高效性及完善性的实施。
不确定性多媒体网络计划模型模块。依据不同的构件的规划设计、具体的施工进度类数据参数及资源的实际性能的不同，有针对性的生成最原始最基础的网络计划，然后利用蒙特卡洛法进行不确定性网络的仿真计算，从准确的计算中找寻各道工序最佳的时间参数，进而实现就施工网路计算的具体仿真模拟，并依据仿真模拟获取的进度成果以及成本费用等进行之前所使用到的基础构件的计划进度及费用成本等资源数据的替换。 工程的三维动态演示以及查询子系统模块。依据所模拟的施工进度实现施工过程内的桥梁的三维动态的生成，并实现桥梁中各个构件所对应的施工信息及资源特性的显示。三维动态演示可以确保桥梁的3D模型围绕着空间坐标轴的任一轴进行旋转、缩放，以及视点位置、观察方向及视觉显示等的改变。在查询子系统模块中包括着条件查询及可视查询等功能，其中条件查询是用户依据自身的需求就工程属性、图形等所进行的按照条件的查询；而可视查询是基于3D图形状态，就某构件的进度及资源等相关的属性信息所进行的点击查询。
仿真结果的输出模块。在该模块系统中较大程度上了实现仿真模拟结果的最终导出，具体的导出内容包括有工程项目的施工周期、进度规划流程、关键线路、建设资源的使用状况等，同时实现最优化高效的信息资源的柱状图及横道图等进行仿真计算所需的文本及图形信息的输出，同时具备相应的打印预览、打印及扫描等辅助功能。
3.2可视化仿真系统的数据库系统
在系统的运行使用中，系统需要进行仿真模型涉及到的所有参数、算法及模型的高效管理，必须要将数据库技术成功的应用于仿真模型系统中，而数据库系统主要包括着数据库、方法库及模型库。其中数据库包括资源数据库，即工程施工中所需要的所有的资源信息，例如与桥梁尺寸等相关的资源参数等；工序时间的特征数据库，如所有工序时间的特征、实施统计计算必备的参数等；进行工程项目类比的数据资源库，进行类似桥梁工程原始资料的输入，组建工程的类比数据库，就工程的规模、施工方法、施工工序及进度等实施全面系统的分析，为技术人员提供较为准确的决策支持信息。方法数据库中记录有平行施工、顺序施工及蒙特卡洛等仿真算法，施工进度分析、关键线路、找寻施工高峰期及施工强度的统计等分析算法。模型数据库中存储有平行、顺序、浇筑施工、土石填筑施工等施工工序模型，其中单元模型库中还涵盖有节点、排队节点、复合节点、控制节点及职能节点等。
3.3可视化仿真系统的实践应用
就某复杂桥梁所初步的设计出的桥梁的尺寸、施工进度及资源的需求量，利用可视化仿真系统实施模拟处理后获取的仿真结果，得出如图2的进度仿真的横道图以及下图3的资源消耗强度的仿真图，从图2中大体上便可看出在2008～2012年期间实现该桥梁工程的完工，并可清楚的看到被优化处理后的基础、桥台、桥墩、梁体的各个阶段及合拢断等的具体施工的起止时间，而从图3中可以清楚的看到该工程具体的建设资源的消耗状况，并且可以清楚的看出2007～2010年中资源的消耗强度最大，这就需要建设单位要充分的落实2007～2010年间的建设所需的各项资源材料的储备工作。
4 总结
将可视化仿真系统系统应用于复杂桥梁的施工建设中，可就资源受限等条件下的各个工序的特征時间进行计算，对桥梁的整个施工过程给予全面反映，就复杂桥梁的动态施工过程、进度查询及资源属性信息的查询等给以较好的实现，但在资源优化及施工进度等方面尚需进一步的研究深化。