1 虛擬施工的概念
虛擬施工(Virtual Construction，簡稱VC)，是實際施工過程在計算機上的虛擬實現。它采用虛擬現實和結構仿真等技術，在高性能計算機等設備的支持下，在計算機上群組協同工作，對施工活動中的人、財、物、信息流動過程進行全面的仿真再現，以發現施工中可能出現的問題，以便在實際投資、設計或施工活動之前就采取預防措施，從而達到項目的可控性，並降低成本、縮短工期、減少風險，增強施工過程中的決策、優化與控制能力。虛擬施工不消耗現實資源和能量，所進行的過程是虛擬過程，因而能為工程施工提供有益的經驗(見中建二局、華中科技大學有關資料)。通過虛擬施工技術，業主、設計者和施工方在策劃、投資、設計和施工之前能夠首先看到並了解施工的過程和結果。
從形式上看，虛擬現實分為桌面虛擬現實(Desktop)和沈浸虛擬現實(Immersive)，從目前在施工中的應用過程看，大都為桌面系統。國外在建築施工中開發應用虛擬施工系統首選的是開發漫遊系統(Walkthrough)主要表現為:1)現場外形和設計計劃;2)施工過程的計劃和管理;3)施工方案的預算。可見，虛擬施工系統在施工中不僅表現為壹種技術手段(進行幹涉分析、內力計算、可靠性論證、施工順序確定等)，更多地表現為壹種管理手段，以可視化施工中的進度、質量、成本、安全等管理內容為工程管理提供幫助，是壹種全新的管理方式。
2 虛擬施工的技術支撐體系
虛擬施工涉及到多個學科領域，其主要支撐技術包括虛擬現實技術、計算機仿真技術、建模與優化技術以及相關的軟硬件技術。
2.1虛擬現實技術
虛擬現實技術綜合了計算機圖形技術、計算機仿真技術、傳感器技術、顯示技術等多種學科的優勢，它為人機交互對話提供了更直接和真實的三維界面，並能在多維信息空間上創建壹個虛擬信息環境，使用戶具有身臨其境的沈浸感。虛擬現實技術為虛擬施工開發提供了直接的可視化的交互環境。
2.2計算機仿真技術
仿真技術在土木工程中主要應用在結構計算、施工技術與管理領域。仿真技術是虛擬施工的核心。對於結構工程施工來說，內力仿真分析對工程施工的安全進行將提供直接保證。
2.3優化與建模技術
應用優化原理進行建築工程的規劃、設計、施工、管理能全面綜合地考慮在技術、經濟和時間上的最優，實現最大的效益。優化方法是虛擬施工系統的壹個重要支撐技術。
產品建模方法是虛擬施工的另壹個支撐技術。虛擬施工的系統模型包括基礎模型、設計模型及施工模型。其中施工模型將工藝參數與影響施工的屬性聯系起來，以反映施工模型與設計模型之間的交互作用。施工模型必須具備以下功能:計算機工藝仿真、施工數據表、施工規劃、統計模型以及物理和數學模型等。
2.4軟硬件基礎
虛擬施工體系是已有的CAD技術與計算機仿真技術、數據庫技術、計算機網絡技術、人工智能技術、虛擬現實技術等學科技術的綜合系統集成，因此其相關軟件也是多方面的，如EAI公司的PDV產品、Realax、Division、MultiGen、Deneb等。相關硬件主要有各種型號的SGI工作站、SUN工作站、HP工作站和IRIX工作站等，以及各種立體眼睛、顯示器、頭盔手套等。在網絡應用方面主要有VRML( Virtual Reality Modeling Language)語言等。
3 虛擬施工技術的應用實踐
在國外對於虛擬施工技術壹系列相關的研究和試驗正在進行。Clasgow Strathclyde大學信息科學和土木工程系進行的研究項目是研究壹種方法來***享協同施工過程的可視計劃。這個研究包括壹個非沈浸虛擬現實接口，它允許對模擬的進程進行可視監控並與其交互，允許用戶以交互協同方式調查研究幾種不同的施工順序和現場組織，同時驗證和精練施工計劃，動態地把施工過程與現場活動和設備集成起來(見中國建築科學研究院有關資料)。
Bartlestt建築學校和University College London計算機科學系的研究人員，研發了壹種Pangea系統和壹個3D粗樣軟件包，用於測試建築設計和城市設計的早期原型。CAD center。有限公司和Mancheste:大學先進接口組(AIG)開始了壹個協同項目，探索利用虛擬現實技術去建立復雜流程工廠的CAD模型，下壹步接著研究對它們的使用。主要目的是了解和解決將這些技術應用於大型真實系統時的問題，並且研究軟件的體系結構和算法，這些將加強未來研究虛擬現實設計和應用的基礎。
Dundee大學正在進行Naives項目。它允許用戶可視化壹個構件元素在任何方向的撓度或內力。Naives用戶可以提取軟件中的壹個復雜段，用相對短的時間產生出壹組沈浸輸出，工程師可以很快提取出構件的合理的臨界點和參數的臨界值。研究者們相信可以提供壹個實體機械分析的新穎模板，並且希望提供壹個結果可視化系統作為它的組成部分，可以允許設計者在結構中漫遊，觀察某種作用的表現，並模擬這種作用的執行，同時在這個過程中連續地提示正在觀察的信息。
英國IES公司推出了建築設計虛擬環境系統。日本清水建設公司在1995年利用三維CAD技術，使施工生產情報，如施工中的作業計劃，能夠在計算機屏幕上主體顯示，其實質就是虛擬系統。通過對日本某核電站建設工程和海老名市保險公司26層鋼壹混凝土組合結構工程以及新東京火力電廠地上結構拆除工程的應用，該系統極大地方便了結構工程施工的管理。
從目前國內的應用實踐看，相關工程實踐尚不多，上海正大商業廣場鋼結構施工則是壹個嘗試。上海正大商業廣場的鋼結構工程具有構件數量多、類型復雜運輸通道和吊裝空間狹窄、吊裝難度大等技術難點。虛擬施工技術成功地應用於該工程施工，為優質、安全和高效地完成該工程的鋼結構安裝提供了可靠的保障。其工作主要包括三部分:1)鋼結構施工方案及其優化。在鋼結構施工虛擬仿真中，應用虛擬現實及結構仿真技術等，實現了由二維設計圖紙生成三維模型.較大規模模型的快諫顯示以及運動過程的記錄和回放。特別是創造性地解決了雙機擡吊的反運動學模擬和多點吊裝的實時幹涉檢測及顯示問題等，建立了部分虛擬設備庫。在鋼結構施工之前，在計算機上已經完成了各種構件裝配、吊裝的多種試驗和優化工作，通過施工前大量的試驗和優化，將施工過程可能出現的各種問題充分暴露出來，並經過優化得以解決。軟件同時利用多點決策優化理論，采用兩榀屋架同時裝配的方案，使裝配和吊裝過程連續進行，節省了時間，充分顯示了虛擬施工系統作為壹種先進的模擬試驗手段對施工過程具有的價值，為施工方案優化提供了基礎。2)桅桿起重機和鋼構件內力及焊接變形分析。主要是對吊裝過程起重機及相關構件的內力進行全面仿真分析，保障了吊裝的安全。同時對厚板焊接也進行了溫度場、應力場和應變場的分析，保證了厚板的焊接質量。3)建築外觀與城市場景虛擬漫遊。即在建築物建成之前，虛擬顯現建築物建成後周圍的環境，獲得直觀的視覺效果。該項目的開發研究為虛擬施工的應用提供了重要的經驗。
4 虛擬施工技術的研究和開發展望
虛擬施工技術研究和開發的最終成果應是壹個對運行硬件要求較低、面向壹般建築工程施工、具有良好通用性的軟件系統。從目標上分析，我們設想其軟件體系的開發應包含幾種模塊和功能。
4.1施工組裝模型設計系統
將二維圖紙變化成實體，並且可視化施工過程。施工組裝模型系統應具備設計參數查詢功能，並盡量具有造價計算功能。可以依據實際要求對各種構件、組件等進行變更和再生成，並且可以進行設計優化和生成設計交底等文檔。
4.2施工方案制定系統
主要用於對不同施工方案的比較、顯示和分析。要求系統能對施工過程進行模擬，分析技術經濟指標和關鍵工序等，最終根據工程特點和外部條件並結合相關專家的經驗促成施工方案的完善，並直觀顯示出施工方案的主要工序過程。系統的主要模塊包括工序的操作過程和幹擾情況分析，主要構件和設備施工的力學分析，危險情況下的報警顯示等。同時具備技術庫和定額庫，為施工方案的制定提供基礎。
4.3施工管理系統
主要用於模擬項目管理人員的生產組織、試驗、分析並尋找最佳的施工管理措施，輔助解決施工過程中的“四控制、四管理和壹協調”。系統模塊主要應包括施工進度生成、成本控制和質量保證，以及對施工現場各要素進行的協調和管理等。
虛擬施工系統的開發以利用壹些先進的軟件為基礎，以二次開發為主。當然系統的研究是壹個復雜的過程，需要多方的協作。根據目前實際情況，虛擬施工技術的研究開發大體可以分為三個階段:1)試驗階段:主要目的是通過壹些工程實踐尋找壹些適合虛擬施工體系開發的相關軟件，同時探索二次開發的軟件設計方案和軟件的接口方式。2)研究開發階段:主要目的是通過逐步建立符合建築施工實際過程的各種外掛模塊和素材庫，初步形成壹定的應用平臺，為實際工程的快速應用和具體設計提供基礎。3)完善和商業化階段:主要是對已成體系的軟件進行完善，同時實現向低檔工作站或高檔微機移植使其能夠成為商品軟件和通用軟件。
5 結語
虛擬施工技術是壹門新興學科，尚未形成體系。國外對理論的研究主要集中在三個方面:首先，是對施工自身理論的研究，它奠定了虛擬施工的理論基礎;其次，是施工領域的可視化仿真、精益建造、敏捷建造等相關研究工作，它們構成了虛擬施工的技術支撐體系;第三，是虛擬現實技術在建築行業的應用，這主要涉及軟件研制和系統開發。
從技術發展看，虛擬施工技術的廣泛應用將從根本上改變現行的施工模式，對相關行業也將產生巨大影響。為此需要不斷進行研究，逐步建立起理論和技術體系，使其成為建築業信息化的壹個重要方面。應用虛擬施工技術是壹個必然趨勢，它將開創壹個全新的數字化施工新時代。
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對挫折微笑
壹首月光歌是貝多芬償還坎坷命運最燦爛的笑容，壹本書《假如給我三天光明》是海倫·凱勒償還失明最平和的笑容，壹本書《史記》是司馬遷償還不公平生活最動人的笑容。在這個世界上，難免會有失敗和無奈，這就需要我們抱著壹顆感恩的心，用全部的愛和對生活的希望去微笑面對挫折。
低矮的牢房閃爍著昏暗的燭光，小小的天窗連接著外面沈沈的黑暗。牢房外，冷雨傾盆而下，