土木建筑工程管理中的虛擬現(xiàn)實技術(shù)研究

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（建筑工程管理）土木建筑

工程管理中的虛擬現(xiàn)實技

術(shù)研究（未發(fā)）

2020年4月

多年的企業(yè)咨詢顧問經(jīng)驗，經(jīng)過實戰(zhàn)驗證可以落地執(zhí)行的卓越管理方案，值得您下載擁有!

陳建學一身份證號碼/p>

工作單位：宿遷市廣播電視大學

目錄

摘要

Abstract

前言................................................1

第一章虛擬現(xiàn)實可能對建筑設計產(chǎn)生的影響...................3

1.1密集性....................................................3

1.2交互性...................................................3

13沉浸感....................................................4

1.4清晰性...................................................4

1.5直觀感....................................................4

第二章虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑設計領域運用的概況.................5

第三章工程項目管理與虛擬現(xiàn)實技術(shù).........................7

第四章建設項目經(jīng)濟評價與可行性研究中的仿真與建模............7

第五章房地產(chǎn)中的虛擬現(xiàn)實技術(shù).............................8

第六章在工程項目招標投標中的應用........................10

第七章在工程施工管理中的應用...........................11

7.1在虛擬施工過程和施工結(jié)構(gòu)計算中的應用..........................12

7.2在施工控制和管理中的應用...................................13

7.3在現(xiàn)代物業(yè)管理中的應用.....................................14

結(jié)束語.............................................16

致謝..............................................17

參考文獻..............................................18

摘要

通過對虛擬現(xiàn)實特征的分析，探討了這一新技術(shù)可能對建筑設計產(chǎn)生的影

響，作者通過自身的體會，展望了虛擬現(xiàn)實在未來建筑設計領域的運用。虛擬現(xiàn)

實技術(shù)是高新信息技術(shù)，在土木建筑工程管理中，有廣闊的應用前景。介紹了其

在項目可行性研究和投資經(jīng)濟性評價、房地產(chǎn)、招標投標、施工管理、物業(yè)管理

等方面的應用并證明之。

關鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術(shù)建筑設計工程管理應用

Abstract

Throughtothevirtualrealitycharacteristicanalysis,hasdiscussedthisnew

technologypossiblytheinfluencewhichproducestothearchitecturaldesign,t

heauthorthroughownexperience,hasforecastthevirtualrealityinthefuturear

chitecturaldesigndomainutilization.hevirtualrealitytechnologyisthehighre

centinformationtechnology,inthecivilconstructionprojectmanagement,ha

sthebroadapplicationprospect.Introduceditintheprojectfeasibilitystudyan

dtheinvestmentefficiencyappraisal,therealestate,thetenderbids,aspectthe

andsoonconstructcontrol,estatemanagementapplicationandprovesit.

Keywords

VirtualrealitytechnologyArchitecturaldesignProjectmanagementUsing

前言

對于虛擬現(xiàn)實，只要稍微對新事物有點興趣的人都不會太陌生。它與多媒體、

網(wǎng)絡一起被認為是三大最有發(fā)展前途的計算機技術(shù)。它的英文名字是

"VirtualReality",簡稱VR。也有人翻譯成靈境、虛擬空間、人造現(xiàn)實、仿真技

術(shù)等，但最為通用的還是虎擬現(xiàn)實。關于虛擬現(xiàn)實的定義也不盡相同。

相對較為權(quán)威的是《不列顛百科全書》的定

義:VirtualReality:(VR),branchofcomputersciencethatappliestechnologythe

interactivethree-dimen-sional(3-D)modelingandsimulation,effectedbyme

ansofmechanismsthatrespondtotheuser'smovementsandprovidesensoryf

eedback,ofteninrealtime-i,

e,,theactualtimeduringwhichsomethingtakesplace,

VRapplicationsimmersetheuserinacomputer-generatedenvironmentthatsi

mulatesrealitythroughtheuseofinteractivedevices,whichsendandrccciveinf

ormationandareoftenwomasgoggles,gloves,orbodysuits,

中文意為：

"虛擬現(xiàn)實:計算機科學的分支，通過可以響應用戶移動并提供實時感覺回饋

的裝置來進行交互式三維建模和三維仿真的技術(shù)。虛擬現(xiàn)實軟件使用戶沉浸在通

過使用交互設備來仿真的計算機生成的環(huán)境中。這種電子交互設備通常以眼球跟

蹤器、頭盔、手套、衣服的形式出現(xiàn)「

從中可以看出，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)最大的特點在于它與用戶的直接交互性。在系

統(tǒng)中，用戶可以直接控制對象的各種參數(shù)，而系統(tǒng)也可以實時的向用戶反饋對應

的信息。如在飛機駕駛模擬系統(tǒng)中，輸入不同的飛行參數(shù)，飛機將以不同的方式

飛行，系統(tǒng)將對應的視覺、聽覺、觸覺反饋給用戶，若操作不當，飛機墜毀，用

戶會感覺天旋地轉(zhuǎn)，只是有驚無險，它畢竟是電子回路產(chǎn)生的虛擬場景。這種交

互性在計算機界改變了人們"以計算機為主體"，的傳統(tǒng)看法，人們普遍接受了。

"是信息環(huán)境的主體"的觀點。美國科學家柏迪在1993年世界電子學年會上發(fā)

表的《虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)及其運用》一文中指出了虛擬現(xiàn)實的3個"I",即

Immersion（沉浸）、Interaction（交互）、Imagination（想象）?這是虛擬現(xiàn)實的三個

基本特征，柏迪將人的感受（沉浸）置于三角形的頂端強調(diào)了人在整個系統(tǒng)中的主

導作用。

第一章虛擬現(xiàn)實可能對建筑設計產(chǎn)生的影響

無獨有偶，舍曼和猶金斯將虛擬現(xiàn)實的特征歸納為五個"I",即

Intensivelnteractive,Immercive,Illustive.Intuitive。下面我們將對這些特

性可能對建筑設計產(chǎn)生的影響展開討論。

1.intensive（密集性）

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)可以在單位時間內(nèi)向用戶提供大量的、多方位的信息。假定我們在

虛擬現(xiàn)實中設計建筑物，我們通過電子手套輸入一個建筑中廳的參數(shù)，包括尺寸、

材料、光線。系統(tǒng)就會實時產(chǎn)生相應的虛擬實境。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的密集性保證了

這種實時反饋，從而加強了感覺的真實性。假使我們對生成的中廳不滿意，重新

輸入?yún)?shù)即刻就能產(chǎn)生修改后的中廳。這種實時性就得益于虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)強勁的

計算能力。雖然我們在用PC機畫建筑效果圖慢得象烏龜，這樣的系統(tǒng)簡直是夢

中的奢望，但計算機的發(fā)展也是10年前人們始料未及的?！顿_紀公園》里的恐

龍不是已經(jīng)很逼真了嗎!相對來說，建筑物的計算量比有機體來得少，它的設計會

更早地運用虛擬現(xiàn)實方法。

1.2Interactive佼互性）

在虛擬現(xiàn)實中，用戶與計算機通過人機界面實現(xiàn)對等的交流和互動，這種人機界

面使用戶更自然、真實地與系統(tǒng)進行交流，并獲得各種感覺刺激，從而實現(xiàn)與虛

擬現(xiàn)實里的實體的互動。我們可以把建筑CAD看作是最為簡單的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

其人機界面就是鍵盤、鼠標和顯示器，剛開始還沒有鼠標，用鍵盤控制CAD指

針的移動是件很痛苦的事，有了鼠標就方便多了。而在虛擬現(xiàn)實中設計建筑物，

我們完全有理由相信操作是這樣的:我戴上頭盔式顯示器、電子手套，我寫下一些

參數(shù)建筑物生成了，我轉(zhuǎn)動眼球，建筑透視實時變化，就象在現(xiàn)實場景中一樣。

我覺得建筑高度太矮了我甚至只向上一指這幢建筑就長高了。

這樣的交互性將給建筑設計帶來極大的方便性，這種方便性將給設計方法帶來質(zhì)

的飛躍。CAD使我們甩掉了圖板但它本質(zhì)上還是一種抽象的繪圖而虛擬現(xiàn)實卻使

我們在三維空間中建造。設計思想直接作用于異常真實的虛擬建筑并能得到實時

的回饋。我們仿佛回到了搭積木的時代，又仿佛成了上帝。

1.3Immersive（沉浸感）

在虛擬現(xiàn)實中，我們是在虛擬環(huán)境內(nèi)部向外觀察，而不是現(xiàn)在坐在電腦桌前窺探

顯示器里邊。我們沉浸其間，所以感覺更真實。從技術(shù)角度講，眼球跟蹤器捕獲

了眼球的運動的信息傳給系統(tǒng)，系統(tǒng)把對應的虛擬場景反饋給用戶，使用戶獲得

與現(xiàn)實中相同的視覺影象。這個特性對于建筑形態(tài)設計是至關重要的。在傳統(tǒng)設

計中，我們很難精確預見建筑建成后的效果，而現(xiàn)在，我們只要在虛擬現(xiàn)實中兜

上一圈，就一目了然了，甚至可以把甲方也帶上，從而跨越交流上的障礙。

1.4UIustrative（清晰性）

虛擬現(xiàn)實提供的信息是清楚的、詳盡的。我們一旦在虛擬現(xiàn)實中建造好一幢建筑

物，相關的數(shù)據(jù)就會詳細準確地出來，而不是現(xiàn)在的一個個地算。甚至包括造價。

1.5Intuitive（直觀性）

在虛擬現(xiàn)實中，人機界面的富有想象力的設計將使用戶的數(shù)據(jù)輸入和獲得信息更

具人性化。比如在建筑設計中，要改變一幢建筑物的高度，我可以用手向上指，

也可以說："增高IOmJ甚至只需抬一下頭這里分別用到了電子手套、語音識別

和眼球跟蹤器。技術(shù)的進步帶來了操作的舒適。

從以上的分析可以看出，虛擬現(xiàn)實技術(shù)將徹底改變以往建筑設計平立剖模

式，代之以建筑師虛擬觀察、修改的模式，在這種模式里，建筑師將“走進"他

的設計中，身臨其境地感受建筑的空間、形態(tài)聲光，并實時修改，從而使設計更

為完美。

第二章虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑設計領域運用的概況

1989年，虛擬現(xiàn)實領域的先驅(qū)，美國人JaronLanie使用了‘"VirtualReality",

同時，科學家發(fā)明了頭盔式三維顯示器、能提供6個自由度的數(shù)碼手套等虛擬現(xiàn)

實設備以及軟件。90年代后，虛擬現(xiàn)實技術(shù)被廣泛地應用干實體模型制作、信

息交流和管理、藝術(shù)及娛樂等領域。同時也受到了敢于接受新事物的建筑師們的

青睞。

在歐洲、日本和美國，虛擬現(xiàn)實日益廣泛地被家具商和房地產(chǎn)商們用作展示方式

和促銷手段。北卡羅來那大學的建筑師們曾把虛擬現(xiàn)實用于一幢教堂的設計。之

后，他們在該校建的電腦科學大樓SittersonHall的設計中也采用了虛擬現(xiàn)實。

他們使用了大型工作站式的虛擬現(xiàn)實產(chǎn)生系統(tǒng)。其中配有每秒能處理10萬個多

邊型的圖型卡，三維顯示器，三維鼠標和使用者的頭部活動跟蹤系統(tǒng)。此外，他

們使用了一個類似自行車的輸入傳感設備。使用者在建筑中漫步時，可以通過"自

行車，來控制速度和方向。

1991年，倫敦地鐵King'sCross站采用了電腦仿真技術(shù)CAI摹擬該站的車

流狀況和鐵軌交錯的情景。柏林市政府用虛擬現(xiàn)實來摹擬整個城市，用以研究日

益嚴重的交通問題和審查城市改建方案。當一個新的改建方案完成時，決策機構(gòu)

把它安放在摹擬的城市中，檢查是否滿足功能上需要，和該地區(qū)總的建筑風格是

否協(xié)調(diào)，吸取專業(yè)人士和公眾的意見，然后決定其取舍。

1992年6月，Intel和Sense兩家電腦商聯(lián)合主辦了名為

"DesigningaVirtua舊。use”,的展覽。為期兩天的展覽旨在向人們介紹利用虛

擬現(xiàn)實技術(shù)進行建筑設計的過程。他們利用一臺"VR工作站"演示建筑師與業(yè)

主一起

工作的過程。建筑師帶領業(yè)主一起“走進"設計中，并在走動過程中向業(yè)主講述

設計思想。業(yè)主可以隨時隨地"挑易『方案并提出修改意見。建筑師立即根據(jù)業(yè)

主的意見調(diào)整設計，直到業(yè)主滿意，才一起"走出"設計。

第399期電腦報刊載了這樣一則消息：

"戴上特制的頭盔，騎上一輛自行車，從頭盔顯示器里遠遠看見了天安門城

樓。你蹬動自行車的腳踏板，來到天安門前的大道上，飛快地越過金水橋、穿過

午門，越過太和門，來到太和殿廣場。由于車速太快，一下子破墻而入，沖進了

太和殿，看到了金鑾殿內(nèi)盤龍的柱子，莊嚴的殿堂。你又騎車來到了御花園，綠

樹、墻、碧池令你陶醉。但是，當你摘下了頭盔發(fā)覺自己仍然是騎在自行車上，

一步也沒有動。

在原杭州大學開發(fā)的虛擬故宮游玩系統(tǒng)中，你即使從沒到過北京，也能身臨

其境在故宮中漫游。這就是神奇的虛擬現(xiàn)實技術(shù)給我們生活帶來的樂趣。"

第三章工程項目管理與虛擬現(xiàn)實技術(shù)

隨著我國經(jīng)濟的穩(wěn)步增長和基礎建設規(guī)模的加大建設項目的規(guī)模越來越大、結(jié)構(gòu)

形式日益復雜對工程項目管理的科學性、精確性要求越來越高實現(xiàn)工程項目管理

的信息化、智能化、可視化和集成化成為土木建筑工程項目管理現(xiàn)代化的要求和

本領域的研究熱點。虛擬現(xiàn)實技術(shù)(VirtualRealit高,VR)是綜合性與集成性極強的

高新技術(shù)在多個領域都得到了廣泛的應用。工程項目管理作為土木建筑工程的新

興分支學科貫穿整個建設項目和生命周期從項目構(gòu)思、規(guī)劃、設計到項目立項、

施工等，虛擬現(xiàn)實技術(shù)為工程項目管理提供了更有效、更直觀、交互式的工程項

目管理方法和途徑?，F(xiàn)代VR技術(shù)把工程項目的可行性研究、方案、設計、施工、

運營的各個階段展示在管理者、實施層、用戶和業(yè)主的面前。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在工程項目管理中的應用主要有以下幾個方面:(1)建設項目經(jīng)濟

評價與可行性研究中的應用；(2)在房地產(chǎn)工程項目中的應用；(3)在工程項目招

標投標中的應用；(4)在工程施工管理中的應用；(5)在物業(yè)管理中的應用。

第四章建設項目經(jīng)濟評價與可行1蝴究中的仿真與遛莫

虛擬現(xiàn)實技術(shù)從工程項目的可行性研究和經(jīng)濟評價階段就有廣闊的用武之

地。市場經(jīng)濟下一切由賣方市場變?yōu)橘I方市場，不確定因素增加，投資風險更大,

對經(jīng)濟分析要求更高，投資項目的經(jīng)濟評價顯得更加重要。業(yè)主需要通過大量的

方案優(yōu)化提高項目競爭力，通過不確定性分析充分估計項目的風險，提高投資決

策的準確性。這種預測和優(yōu)化計算量十分巨大，一般用計算機仿真技術(shù)解決虛擬

現(xiàn)實技術(shù)用于可行研究的方案優(yōu)化，減少了工程造價及所需的時間，對多種方案

進行優(yōu)化使投資和戰(zhàn)略決策更具有科學性。

一般認為傳統(tǒng)意義上的計算機仿真分析是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的初級階段。系統(tǒng)、

模型和計算機是仿真(Simulati。)系統(tǒng)的三要素。仿真技術(shù)應用的關鍵是模型的建

立。系統(tǒng)模型是將實際系統(tǒng)抽象成物理模型、數(shù)學公式或方塊流程圖。然后，將

系統(tǒng)模型轉(zhuǎn)變成計算機能接受的邏輯流程圖，稱為仿真模型轉(zhuǎn)變成計算機接受的

流程圖，即計算機仿真模型。仿真實驗就是將系統(tǒng)的仿真模型編制成仿真程序在

計算機上運行一個建設項目可以有多種融資策略和產(chǎn)品組合方案，業(yè)主必須對若

干個可行方案進行選擇，以達到最優(yōu)，如成本最低、工期最短、效率最高等等。

虛擬仿真技術(shù)可以把建設項目在數(shù)學上歸納為一定約束條件下的優(yōu)化模型，運用

高速計算機可快速求出可行解。在復雜建設項目系統(tǒng)中，許多環(huán)節(jié)都具有隨機性,

我們同樣可以在統(tǒng)計的基礎上將隨機事件概率引入仿真系統(tǒng)中，這樣可以從仿真

結(jié)果中得到相應的單因素、多因素的風險評價、經(jīng)濟分析與評價。

第五章房地產(chǎn)中的虛擬現(xiàn)實技術(shù)

目前我國房地產(chǎn)尤其是住宅發(fā)展經(jīng)歷著以數(shù)量為主向數(shù)量和質(zhì)量并重發(fā)展的階

段，房地產(chǎn)產(chǎn)品，不僅是一套件住房的概念。和質(zhì)量；JI重發(fā)展的階段，房地產(chǎn)

產(chǎn)品，不儀是一套住房的概念，而日已擴大到一個社區(qū)的概念。從賣方市場到買

方市場，房地產(chǎn)業(yè)的大盤競爭將是未來幾年中國各地房地產(chǎn)的熱點之一。大規(guī)模

社區(qū)能最大限度的利用資源，降低開發(fā)成本。消費者的社區(qū)意識、環(huán)境意識等的

增強，使開發(fā)大型生態(tài)型社區(qū)成為房地產(chǎn)開發(fā)的必然趨勢。開發(fā)商爭相在品牌、

開發(fā)模式、規(guī)劃設計、景觀設計、建筑設計、室內(nèi)裝修產(chǎn)業(yè)化、社區(qū)配套智能化

工上下工夫。如何形象生動的把未建成的住宅社區(qū)呈現(xiàn)在用戶面前，并激發(fā)用戶

的購買欲，虛擬現(xiàn)實技術(shù)提供了有效的途徑。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以把開發(fā)項目的規(guī)劃設計、景觀設計、建筑設計、室內(nèi)裝修

的文化理念和主題充分展示出來。采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可先用計算機建造一座虛

擬房屋，在設計人員與建設方討論設計方案時，讓建設方到虛擬建筑物里看一看

建筑的各個角落，可以打開建筑物內(nèi)的門、窗，體驗一下建筑物的采光、環(huán)境等,

建設方可以很容易地提出修改意見或造擇方案在推銷房屋時，一般的購房者一通

過虛擬環(huán)境瀏覽系統(tǒng)可以領略到小區(qū)建成后的全貌，也可以模擬各種可能的情

況，體會智能建筑的奧妙；可以走入住宅樓的房間中去參觀房屋的構(gòu)局，造擇室

內(nèi)裝修設計虛擬現(xiàn)實技術(shù)生成的虛擬房地產(chǎn)，把圖紙上理想社區(qū)變成身臨其境視

覺上的存在，使開發(fā)理念不再是流于文字表述，正所謂百聞不如一見。這對房地

產(chǎn)的營銷、廣告策劃和整個項目的成功起到推波助瀾的作用。虛擬房地產(chǎn)必將帶

來房地產(chǎn)營銷和廣告推廣手段的重大變革。

舉例為證，南京方圓置業(yè)的方圓綠蔭，以往在棲霞及附近的樓盤都常以"楓"

為開發(fā)主題。方圓置業(yè)卻反其道而行之，”互紅叢中一點綠"，將"綠茵"作為項

目的開發(fā)主題以及主力賣點，創(chuàng)造鬧市旁的大型綠洲。該定位由于更加貼近百姓

的實際需求和情緒感受，主打綠色建筑，因而獲得了廣泛認可。如果沒有運用虛

擬現(xiàn)實技術(shù)，購房者一沒有對方案的感性認識，方圓綠蔭的策劃人無論如何也不

能把開發(fā)主題表現(xiàn)出來

第六章在工程項目招標投標中的應用

建筑業(yè)是我國的支柱產(chǎn)業(yè)，我國建筑市場的過度競爭已是長期的事實?，F(xiàn)代建筑

工程項目的運做，業(yè)主處于絕對有利的地位，業(yè)主和承包商在信急的占有上是不

對稱的，業(yè)主和承包商需要互相了解通過互相了解，業(yè)主造擇有技術(shù)、有資金保

證、有信譽的承包商，承包商造擇有實力的業(yè)主在有限的時間內(nèi)，如何使業(yè)主和

評標的專家很好的了解投標文件的招投標文件的編制和被認可的程度直接關系

到承包商有沒有入造的機會。因此，承包商在注重投標文件的技術(shù)可行、報價合

理的同時，也非常注重投標文件的包裝尤其是大型工程、國家重點工程和國際工

程的招標投標，往往在項目企劃階段就已經(jīng)開始這方面的運做。業(yè)主方面，由于

開發(fā)項目越來越大，需要用多種方式來融資，也需要讓合作者了解自己。虛擬現(xiàn)

實技術(shù)為在短時間內(nèi)，充分的展示本企業(yè)的形象和項目運做的技術(shù)路線和方法提

供了有效的途徑。

國家大劇院工程由中心建筑、北側(cè)建筑和南側(cè)建筑三部分組成。其中，中心建筑

為橢球體建筑，內(nèi)設公眾大廳、歌劇院、音樂廳、戲劇院和小劇場，球體四周水

池環(huán)繞。建筑物最深處為歌劇院臺倉。該工程結(jié)構(gòu)分為兩個單兒體系，建筑外立

面為橢球鋼結(jié)構(gòu)殼體。橢球表面采用鈦合金板裝飾，南北側(cè)中部交裝玻璃幕墻。

橢球內(nèi)部主體結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系，部分主要梁柱采用鋼一

混凝工組合結(jié)構(gòu)體系，橢球殼體底座環(huán)梁、舞臺口及局部大跨度構(gòu)件采用預應力

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。國家大劇院工程量巨大，工期緊迫整個工程的土方工程、護坡

工程、降水工程、鋼結(jié)構(gòu)工程、橢球鈦合金裝飾板及玻璃幕墻工程、鋼筋混凝土

工程和室內(nèi)裝飾工程都是新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝的綜合運用。如何在短時間內(nèi)

把技術(shù)方案展示出來并獲得廣大專家和業(yè)主的認可，是一個難題，直接關系到投

標的成敗。國家大戲院的承包聯(lián)合體的招投標文件中，把承包企業(yè)的主要業(yè)績、

企業(yè)概況、工程項目的WBS(workbreakdownstructure)分解、技術(shù)方案等整合

起來，形成動畫的方式演示整個施工過程。操作者可以造擇工序，也可以造擇時

間和總平面圖等借助虛擬仿真系統(tǒng)，把不能預演的施工過程和方法表現(xiàn)出來，不

僅僅節(jié)省時間和建設投資，而且不用項目經(jīng)理的現(xiàn)場答辯，方案的優(yōu)劣一目了然。

這無疑大大增加了承包聯(lián)合體中標的幾率。

第七章在工程施工管理中的應用

現(xiàn)代土木建筑工程的結(jié)構(gòu)新穎，追求建筑整體環(huán)境的個性如預應力結(jié)構(gòu)創(chuàng)造的大

跨度空間，超高層建筑、復雜地質(zhì)條件下的地下結(jié)構(gòu)等地下結(jié)構(gòu)開挖、大體積混

凝工、超高結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的施工、大跨度鋼結(jié)構(gòu)的吊裝和就位都是需要進行嚴密的

設計和計算的；在必要時，還要對員工進行培訓。對于這些工作，只依靠施工技

術(shù)人員多年積累的實踐經(jīng)驗或習慣作法，施工方案設計的質(zhì)量是難以保證的。虛

擬現(xiàn)實技術(shù)應用由于復雜的建筑施工，能有效地保證建筑施工方案的可行性、經(jīng)

濟性、施工過程的安全性，并有利于施工管理的動態(tài)控制。同時，在虛擬環(huán)境中

對施工人員進行培訓，能有效地保證復雜結(jié)構(gòu)施工安全高效。

7.1在虛擬施工過程和施工結(jié)構(gòu)計算中的應用

在實際工程施工中，復雜結(jié)構(gòu)施工方案設計和施工結(jié)構(gòu)計算是一個難度較大

的問題，前者難點關鍵就在于施工現(xiàn)場的結(jié)構(gòu)構(gòu)件及機械設備間的空間關系的表

達；后者在于施工結(jié)構(gòu)在施工狀態(tài)和荷載下的變形大于就位以后或結(jié)構(gòu)成型以

后。

基于虛擬現(xiàn)實的復雜結(jié)構(gòu)施工方案設計是指利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，在虛擬的環(huán)

境中,建立周圍場景、結(jié)構(gòu)構(gòu)件及機械設備等的三維CAD模型（虛擬模型），形成

基于計算機的具有一定功能的仿真系統(tǒng)，讓系統(tǒng)中的模型具有動態(tài)性能，并對系

統(tǒng)中的模型進行虛擬裝配，根據(jù)虛擬裝配的結(jié)果，在人機交互的可視化環(huán)境中對

施工方案進行修改。復雜結(jié)構(gòu)施工涉及的因素較多，起重機的布置位置，起重機的

開行路線，構(gòu)件起吊路線等，都是施工方案設計必須考慮的問題。若對這些問題

考慮得不夠，則工程施工的進度、成本等都會受到影響，甚至導致安全事故的發(fā)

生。

將虛擬現(xiàn)實技術(shù)用于復雜結(jié)構(gòu)施工方案設計，不僅能夠以三維圖形的形式動態(tài)、

實時地顯示施工方案實施的全過程，還能讓方案設計人員沉浸在虛擬的環(huán)境中，

根據(jù)直己的思想隨時調(diào)整、優(yōu)化施工方案，直至得到理想的結(jié)果施工過程中，各

工序間的協(xié)調(diào)配合是不容易做到的，而在虛擬施工中，可以對方案反復進行試驗,

得出一些具體的參數(shù)(如吊裝機械工作時的最佳角度、高度等),以指導施工。

建筑結(jié)構(gòu)施工中前往往要對施工方案進行受力狀態(tài)復核。如在大跨空間結(jié)構(gòu)施工

中，不僅要考慮施工過程的安全性、可行性，還要考慮結(jié)構(gòu)本身在施工過程中安

全性、可靠性。某展覽中心，鋼結(jié)構(gòu)屋蓋支承在鋼桅桿上，桅桿兩端為錐形，與

下部混凝工結(jié)構(gòu)餃結(jié)。為了減小鋼桁架的變形，更為了維持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，在鋼屋

蓋桅桿和混凝土之間，采用了一系列的斜拉索(前索、背索、穩(wěn)定索)和撐桿，形

成一個穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系。在鋼結(jié)構(gòu)的施工中，不同的支撐方案、不同的拼接方案,

在結(jié)構(gòu)的不同部位會引起不同的效應，而隨著連接桿件的安裝，這些施工階段的

應力將殘余在結(jié)構(gòu)部位上。并影響到最終的結(jié)構(gòu)受力安全性；并在結(jié)構(gòu)就位過程

中，有可能失穩(wěn)和變形。這就需要進行施工過程的精確分析。用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可

以對不同的方案，在短時間內(nèi)

7.2在施工控制和管理中的應用

土木建筑工程的施工控制和管理是復雜的、動態(tài)的、集成的，貫穿每一個工

程項目的全生命周期。尤其是現(xiàn)代的大型工程項目，工期長工程量大，甚至由一

個項目產(chǎn)生一系列的企業(yè)，如三峽工程它涉及到各工種協(xié)調(diào)、大量的資金和材料

調(diào)度、施工機械和設備的管理工程得進度、質(zhì)量、成本以及合同、信急的管理如

何有效的實現(xiàn)，通常的工程經(jīng)驗和甘特圖、平面布置圖是難以作到的。4D項目

管理信息系統(tǒng)有效的整合整個工程項目的信息并加以集成，實現(xiàn)施工管理和控制

的信急化、集成化、可視化和智能化。

4D理論是美國斯垣福大學CIFE于1996年先提出的。國內(nèi)的研究主要集中

在清華大學研究組4DSMM++模型(4DSiteManagementModel++)以工程結(jié)

構(gòu)分解WBS(workbreak-downstructure)為核心,將進度計劃、三維模型、資

源管理、場地布置和成本分析等施工管理要素相結(jié)合，并在虛擬環(huán)境中引入時間

信道，使得多點施工狀態(tài)變得一目了然，有利于保障現(xiàn)場作業(yè)的安全；按時間模

擬施工進度，可以對工期進行比較精確的計算的控制，有助于人、財、物的統(tǒng)籌

和調(diào)度。實現(xiàn)了對建筑施工的交互式可視化和信急化管理。系統(tǒng)主要建立3D模

型庫和Pro-ject(或其他項目管理軟件)MicrosoftSQLsever的接口和集成，實現(xiàn)

在WINDOWS平臺下的運行。

4D工程項目管理系統(tǒng)的研究尚在起步階段，它的成功實現(xiàn)和人工智能的突破是

聯(lián)系在一起的

7.3在現(xiàn)代物業(yè)管理中的應用

城市化進程和房地產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展帶來了物業(yè)管理的興起和繁榮。隨著社會經(jīng)濟

的發(fā)展，人們對居住社區(qū)的要求越來越高，居住社區(qū)的發(fā)展和建設呈現(xiàn)了如下特

點；①大型化，新建的很多社區(qū)，建設后居住人口規(guī)模都在幾萬甚至幾十萬以上；

②智能化，社區(qū)的功能擴展，逐步走向智能化管理；③設施復雜化，社區(qū)內(nèi)各種

設施眾多，地上地下設施復雜；④園林化，社區(qū)綠化都比較講究，超大型社區(qū)甚

至還建有公園；現(xiàn)代居住社區(qū)的這些特點，使得物業(yè)管理工作內(nèi)容多樣化、復雜

化，基于空間數(shù)據(jù)的管理內(nèi)容增多，即管理工作很多時候要在圖紙上進行，而查

找圖紙的繁雜和圖紙內(nèi)容表達的片面、陳舊難以滿足人們對物業(yè)管理快速、實時

性的要求。物業(yè)管理可視化、信急化是業(yè)主和從業(yè)人員的共同要求。

數(shù)字城市囊括了城市規(guī)劃、房地產(chǎn)、交通、管網(wǎng)、人口通訊等方面的所有信

急在此基礎上，虛擬物業(yè)和智能化物業(yè)管理信息系統(tǒng)成為可能?，F(xiàn)代社區(qū)及其智

能化住宅是數(shù)字城市的有機組成部分。虛擬物業(yè)基于

GIS(GeographicInformationSystem)技術(shù)，建立了包括樓宇、綠化、地上地下

管線設施、安全和防災設施、住戶的基本信息（小到門窗的型號）等詳盡的管區(qū)內(nèi)

的基本數(shù)據(jù)庫。管理大員可以任意查詢業(yè)主的信息，管區(qū)內(nèi)的樓寧工程圖紙和建

設驗收情況如果有業(yè)主要求修理門窗、配電線路，通過虛擬物業(yè)系統(tǒng)就可以馬上

顯示門窗的型號和3D