计算机仿真在建筑工程设计中的应用

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摘要:计算机技术经历了一个不断发展和完善的过程，逐渐在人们的生活中得到普及。在二十一世纪，形成了计算机仿真这一类新型的信息技术，计算机仿真技术顾名思义就是将计算机与仿真技术结合到一起，由于科学技术的进步，计算机仿真技术也得到了更为广泛的应用，三维化的仿真系统有着非常广阔的应用前景，促进了建筑工业设计等领域的发展，提高了环境设计的效果和要求。本文分析了计算机仿真技术运用到建筑工程设计中的重大意义，同时也探讨了将各类仿真技术与建筑工程设计结合使用过程中遇到的各类问题，旨在计算机仿真技术能发展得更好，运用到更为广泛的领域中。

关键词:三维仿真技术;Multigen;实时交互技术;3dsMax0

前言

在21世纪，各种信息网络技术、计算机技术、互联网技术都得到了很好的发展，并逐渐普及到越来越多的普通人生活中。将先进的智能化方法运用到建筑工程中，可以提升施工技术和管理水平，对建筑设计领域的发展和进步做出了不少的贡献［1］。计算机虚拟仿真技术作为世界上最为先进的科技之一，颠覆了我国原有的工程设计和施工方式，将其上升到一个新的层面。计算机技术和图形技术第一次被联系起来是在1963年，从此之后，数字技术开始直接影响二维和三维的所有设计种类。建筑技术是计算机仿真技术的重要代表，更是受到了数字技术非常大的影响［2］。在建筑工业中，计算机仿真技术可以模拟出比较接近真实情况的图形图像，因而得到了广泛的应用，在技术方面的应用主要包括三维仿真软件和三维建模工具，除此之外，还可以建立三维仿真的模拟平台系统，这类系统能运用到很多不同的领域，例如模拟工业建筑物，模拟室内设计装饰系统替换之后的效果等，这样的三维仿真系统往往是集听觉与视觉一体的。至于在建筑环境的展示方面，可以先用计算机仿真技术对环境进行仿真模拟［3－4］，从而展示给人们接近真实建筑物的效果，让人们能够从不同的角度观赏建筑的外观和平面布局等。本文对目前被人们应用的比较广泛的三维仿真技术、3DSMax、Multigen实时交互技术等进行了深刻分析，找出存在的现实问题，并为之开发出更好的应用前景［5］。

1计算机仿真技术的概述

1.1基本概念

什么是计算机仿真技术?简单来说，它就是将生活中的物理现象借助适当的数学和物理模型在计算机中模拟出来，根据模拟得出的结论来分析实际场变量，这是人类科技上的一大突破，解决了传统的仿真技术所解决不了的难题［6］。换句话说，计算机仿真技术是在多种技术如多媒体、传感技术、仿真等的共同支持下，对系统模型的实验技术。这种技术为建筑工程设计领域带来了非常多的帮助，提高了建筑项目的安全性和经济性，一定程度上降低了施工过程中存在的风险［7］。不仅如此，由于计算机仿真技术可以重复进行多次高仿实验，还有利于减少工期，提高工程的质量。

1.2应用特征

受到传统模式的影响，大多数人都是根据以往施工过程中获取的经验来将施工方法和组织进行优化的［8］。虽然经验丰富对于施工有一定的帮助，但实质上也存在着非常多的局限，在这种情况下开展的建筑工程往往会伴随有很多棘手的施工问题。例如:建筑风格和设计缺乏新意，表现得比较千篇一律，此外还难以控制施工过程中的成本消耗。值得高兴的是，随着计算机仿真技术的发展，人们将其融入建筑设计的领域中，改善了这个领域内存在的诸多缺陷［9］。现代社会中的很多企业，选择利用计算机仿真技术的交互性和仿真性，依照所要建设工程的具体要求来建立虚拟的三维模型，并模拟出施工的全过程，这个模拟的全过程能够被直接观察到。如此一来，工作人员能够清晰的了解各种构件的作用及其在实操中位置的重要性，并得出正确的施工安全控制参数［10］。计算机仿真技术是一门综合性技术学科，能够解决科学研究和工程设计中的种种难题，其主要的特点如下:(1)实用性。大型建筑系统往往成本较高，而应用计算机仿真技术之后成本可降低到原先的10%～20%，同时设备可反复利用;(2)隔离性。在实际建筑环境中，影响系统运行的因素较多，但是计算机仿真技术的应用可避免系统受到外界的干扰，从而在某种特定条件下，对建筑系统展开深入探究;(3)安全性。对建筑系统直接进行测试存在较大的风险，然而计算机仿真技术的应用能够弱化危险系数，保证系统测试的安全性;(4)快速性。计算机仿真技术的应用可提升建筑设计的效率;(5)预见性。在建筑设计过程中，结构设计和参数设置通常是比较困难的环节，对于这种情况，计算机仿真技术可发挥其设计优化功能，并提前分析了解系统后续设计工作。

2建筑工程设计中计算机仿真技术的具体应用

2.1建筑工业中三维仿真技术的应用

计算机仿真技术是将不同的技术结合在一起形成的，从而展现出强大的功能，具体的技术主要有如下几种:(1)无缝编辑生物建模技术;(2)贴图烘培技术;(3)粒子系统技术;(4)MultiGen实时交互技术。三维仿真技术作为一种先进的科学技术，有着众多其他技术所没有的优点，比如效率高、安全保障性好、受环境的影响小等［11－12］。并且，人们可以根据不同项目的特定需求，对时间和模型的比例大小进行改进。此种技术具有鲜明的想象性、沉浸性和交互性［13］。利用仿真系统，将虚拟场景模拟出比较真实的感觉，往往需要由大量元素共同合成。一般情况下，是根据以下所叙述的步骤进行操作的.譬如在建设一所新的校园时，设计者在进行具体的设计改造前，都会预先提出几种不同的设计方案［14］。这时可以利用计算机三维仿真系统，将不同设计方案进行模拟，观察所设计校园的不同立面。在这个时候我们要以计算机仿真模拟的形象思维来思考研究。主要是使用AutoCAD和3DSMAX来模拟校园建筑物和各种设施，首先，用AutoCAD来创建三维场景的平面图，再将平面图导入3DSMAX中，创建地面模型，3DSMAX造型的立体效果很强，这样最终得到的校园三维模型会有一个很好的仿真效果［15］。

2.2Multigen实时交互技术在构建建筑模型中的应用

由美国Multigen－Paradigm公司开发得到的Mul-tigenCreator系列软件，不但可以仿真大型的视景效果，还可以创建能给人带来身临其境之感的娱乐游戏环境［16］。它拥有优化了的OpenFlight数据格式，具有非常强大的功能，能够高效地生成实时三维(RT3D)数据库，在大部分实时仿真领域都占据着重要地位。

2.3建筑设计中3DSMax的应用

3DSMax可以以三维形式将建筑虚拟仿真出来，这是其最为显著的优点，利用高超的仿真技术，将建筑中提出的设想表现得更加直观和清晰。3DSMax的渲染功能已经发展得非常成熟，可以把建筑的环境场景都模拟的惟妙惟肖。在2012年，计算机仿真技术领域的专家对圆明园被烧毁的景区进行了复原再现，模拟出的数字三维景观让全世界都为之惊叹。现代仿真技术的科学家们根据清朝初期画家恽寿平清淡飘逸的风格及其没骨的画风，借助3DSMax等先进的科学技术，将“三山五园”制作成一部唯美又真实的3D动画，被称为“梦幻圆明园”［17］。喜爱园林艺术和历史遗迹的观众，不仅可以通过这部3D动画观赏圆明园的美妙景色，还可以使用“虚拟游园”的功能，领略“万园之园”的精彩。各种技术的结合，使得观众不再是单纯的观赏动画，还能通过自身的肢体动作控制屏幕中的花开花落，给人一种身临其境之感。

3结语

在如今这个信息化社会，技术影响着人们生活的方方面面，不仅改变了人们从前的建筑工艺和都市生活，也使得设计形式焕然一新。不过，这对设计师和建筑师来说，又是一个新的挑战，他们需要改变自己原来传统的设计理念和思维，不断适应信息化社会对建筑设计的新要求。

参考文献

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［4］沈芳．计算机仿真技术的发展及其应用［J］．科技传播，2014(13):232+170．

［5］杜晓刚．虚拟仿真技术在建筑施工中的应用分析［J］．中华民居，2011(06):72－73．

［6］本刊记者．Bentley三维设计软件助力项目大幅节约建造成本［J］．工程质量，2013(02):76－77．

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［8］王希鹏．三维仿真技术在建筑给排水管道工程中的应用研究［D］．青岛:青岛理工大学，2013．

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［10］胡命杰．谈计算机仿真技术的新发展［J］．信息安全与技术，2015(02):3－4+9．

［11］张丽，张冬月．中国传统建筑设计手法与现代技术结合构想［J］．科技创新与应用，2013(19):240．

［12］蔡妙玲．浅析高等院校公共教学楼造型的建筑设计手法［J］．中国新技术新产品，2011(22):193．

［13］孙志勇．虚拟仿真技术在建筑工程施工中的应用效果分析［J］．建设科技，2016(16):84－86．

［14］张德海，韩进宇，赵海南，等．BIM环境下如何实现高效的建筑协同设计［J］．土木建筑工程信息技术，2013(06):43－47．

［15］王嘉平．计算机仿真技术在建筑工业中的应用研究［J］．硅谷，2010(21):98．

［16］JohnBoktor，AwadHanna，CarolC．Menassa．StateofPrac-ticeofBuildingInformationModelingintheMechanicalConstructionIndustry［J］．JournalofManagementinEngi-neering．2014(1):1002－1009．

［17］C．Eastman，Jae－minLee，Yeon－sukJeong，Jin－kookLee．Automaticrule－basedcheckingofbuildingdesigns［J］．Au-tomationinConstruction．2009(8):663－668.

作者:陈玉兰 单位:兰州铁道设计院有限公司