關于對虛擬建設的研究

【摘 要】隨著現代信息技術的高速發展，使得信息技術越來越多地成功運用到生活生產的實際。“虛擬建設”便是一個較為典型且和我們的專業貼合較為緊密的例子。

【關鍵詞】虛擬建設；虛擬現實技術（VR）；建筑業

一、虛擬建設是以虛擬現實技術為核心的新型建設概念

美國發明者協會于1996年首先提出了虛擬建設的概念，是指在計算機技術和信息技術基礎上，利用VRML、AutoCAD、3DSMAX等軟件，采用虛擬現實技術（VR），三維建模理論以及用LOD算法優化虛擬系統，對建筑物或項目事先進行模擬建設，進行各種虛擬環境條件下的分析，以提前發現可能出現的問題，提前采取預防措施，以達到優化設計、節約工期、減少浪費、降低造價的目的，或者應用JavaScript語言擴展虛擬世界的動態行為，提前為顧客提供一個可以觀看，可以感覺，可以視聽的虛擬環境。簡言之，虛擬建設是在虛擬的環境下對項目進行建設，并盡早的發現可能出現的問題，不斷的修改方案直到建設項目的整個過程符合建設者和顧客的要求。

二、虛擬現實技術（VR）在建筑中的應用

目前，建筑和結構設計通常采用CAD（ComputerAided Design）軟件和一些專業的計算軟件以及輔助建模軟件和圖片處理軟件等來完成。這些軟件在一定程度上提高了設計的工作效率，但是建筑的繪圖和結構設計的計算是分離的，不能進行全局的分析、計算。利用VR技術，可以將兩個階段集成（Integrate），在一定程度上解決上述問題。首先，建筑師利用VR系統可以方便地建立和修改設計方案。在VR系統中，建筑師仿佛置身于現場，可以方便地從庫中提取各種材料、家具、設備，像搭積木一樣搭起一座虛擬的建筑。該虛擬建筑的尺寸和實際設計中的建筑一樣，其色彩逼真，并且有材料的質感。建筑師可以在隨時改變視角和光源的條件下從任何視點去觀察這座建筑，以便得出滿意的方案。之后，結構工程師就可以利用已經建起的模型，選取結構方案，進行荷載的定義和調整，由系統自動進行結構分析，得出最終結果。

上世紀90年代后，虛擬現實技術被廣泛地應用于實體模型制作、信息交流和管理、藝術及娛樂等領域，同時也受到了建筑師們的青睬。

（1）作為設計和體驗的工具

為了確保生產出來的產品符合不同用戶的需求，有必要讓用戶在產品的設計階段就能體驗產品的性能，以便隨時修改設計方案。利用虛擬現實技術讓用戶在虛擬空間中，對系統進行性能評價和模擬體驗。例如虛擬廚房體驗，設計者先根據用戶的要求設計廚房的大致框架，據此用CAD系統劃出平面圖、立面圖籌，并列出費用清單。然后讓用戶在模擬體驗系統中體驗廚房的方便程度。可以體驗與廚房設計所對應的虛擬空間中各部分的配置，空間的高度感、前后的延伸感等。體驗廚房門的開閉、水龍頭的操作以及在壁柜內放置物品的情況等。有了這種虛擬廚房，可以使用戶在廚房制造前檢驗設計的合理性，然后根據用戶確定的設計啟動計算機集成制造生產線，其加工精度為毫米。這就是虛擬現實技術作為設計和體驗的工具的應用。

（2）技術論證

在實際工程項目中，因施工技術問題而導致原設計失敗的例子屢見不鮮，因此，對于許多大型的建設項目而言，進行施工技術可行性的論證非常有必要。虛擬現實技術的出現為我們解決了這一難題。利用虛擬現實技術不僅僅可以作視覺方面仿真，還能對動力學、運動學等方面進行仿真。例如，通過模擬建筑施工中大型構件運輸、裝配過程，可以檢驗此過程中是否存在物件的碰撞、干涉，是否因構件形變導致結構破壞等，經過虛擬施工建造過程，可以檢查施工計劃和技術的合理性和有效性。

三、虛擬建設的發展現狀分析

虛擬建設目前正蓬勃發展，雖然在一些常規工程中的運用較少，但在一些大工程中的應用是必要且必然的。項目工程量一定程度上決定了工期，項目質量的保證也離不開精準的計算，而虛擬現實技術（VR）技術的運用大大優化了工程的進度和質量。

上海正大廣場工程是我國首次將虛擬現實技術應用于建筑工程的項目。正大廣場位于上海浦東陸家嘴東方明珠電視塔下，平面基本呈矩形，地下3層，地上10層，長約260米，寬約100米，總長度50米，總建筑面積達24.3萬平米，是集商業、餐飲娛樂為一體的綜合性建筑。上海正大商業廣場施工虛擬現實技術主要包括3大部分：

（1）上海正大商業廣場建筑外觀與城市場景虛擬漫游，即在建筑物建成之前，虛擬顯現建筑物建成后周圍的環境；

（2）鋼結構施工方案及其優化；

（3）桅桿起重機和鋼構件內力及焊接變形分析。

其中（2）、（3）是虛擬現實技術的核心部分。該項目2000年5月在上海組織了技術評審，到會專家給予此項目很高的評價。該項目的開發研制為虛擬現實技術在虛擬建設中的應用提供了重要的經驗和嘗試。

四、虛擬建設的發展趨勢和前景分析

相較于傳統的建設模式，虛擬建設更易于滿足設計師的設計需求，也能保證工程的高效優質。虛擬現實技術的運用使建筑等能夠滿足人們一些要求，人們通過視覺、聽覺、觸覺、乃至嗅覺以及形體、手勢或口令，參與到建設過程中，取得身臨其境的感覺，產生較為直觀的感受。在當代信息化的局勢下，人們的個性化和舒適度要得以滿足，虛擬建設的模式就自然而然地會被人們認知、選擇、應用。

虛擬建設要走的路還很長，如何充分利用發達的硬件技術，順應虛擬現實技術領域的發展趨勢，采用國際上先進的技術手段和軟件工具，推動整個建筑業生產力的提高，從而提高經濟效益，已成為一個亟待解決的問題；如何使較多的人認識虛擬建設，認識虛擬現實技術，還需要進行長期的探索。正是因為這樣，虛擬建設正走在科技的前沿，虛擬建設勢必會帶來建筑行業的一場革命。

【參考文獻】

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