虚拟仿真施工技术精选(十四篇)

序言：作为思想的载体和知识的探索者，写作是一种独特的艺术，我们为您准备了不同风格的14篇虚拟仿真施工技术，期待它们能激发您的灵感。

篇1

[关键词] 虚拟；仿真；穹顶；悬索预应力；玻璃幕墙

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

（一）工程概况

全国组织干部学院E区结构设计复杂，采用型钢混凝土框架-剪力墙混合结构、钢桁架结构、预应力悬索钢结构和穹顶钢结构等多种结构形式。

1屋面穹顶钢结构采用全隐框玻璃幕墙，共约3000 m2，幕墙玻璃采用8+1.52PVB+8mm和10+1.52PVB+10mm两种钢化夹胶玻璃，穹顶最顶部水平位置采用10+1.52PVB+10mm玻璃，共计32块；开启扇玻璃共3排，即第8排、第9排和最底部1排，共计144块；其它玻璃共计476块，合计穹顶夹胶玻璃为652块，每块玻璃面积约4.0m2至5.3 m2不等，玻璃自重约250/块。

2 屋面穹顶高42.3m，施工中设计图纸变更，在E区钢桁架层与屋面穹顶之间增加一层悬索预应力钢结构层，即多功能厅（二层）上增加屋面花园平台（五层）。

悬索预应力钢结构平台（图4中红色虚线部分）整体形状为圆环形，由24榀钢桁架以15°角度成放射状均匀布置，圆环直径28.90m，内圆环镂空，直径7.30m，桁架高1.80m，上下弦为焊接H型钢，中间为三根无缝钢管与之焊接相连，每榀重量为6.1t，长10.7m。结构的下层由环向拉索和径向拉索组成，构成稳定的空间结构受力体系。

3、E区屋面造型独特，穹顶钢结构及玻璃幕墙、悬索预应力钢结构层施工复杂，需利用虚拟仿真施工技术，对其施工及各阶段受力情况、安装精度、构件尺寸等进行详细的分析研究，并优化设计、施工方案，以达到最好的工程效果。

3.1 为达到屋面穹顶完美的半球体效果，利用仿真技术，通过建立三维模型，确定玻璃幕墙空间分格尺寸，逐一确定每块玻璃的具体加工、安装尺寸；

3.2 施工前，为确保悬索预应力钢结构质量安全可靠，对空间张弦结构施工进行仿真计算，模拟悬索预应力张拉，确保整个钢平台的施工万无一失；

3.3 为确保原竣工日期的实现，项目部成立QC小组进行现场攻关，利用虚拟仿真施工技术，对比模拟钢桁架层、悬索预应力钢结构平台层、屋面穹顶施工工序，比选、优化施工方案，从而确保了最终竣工工期目标的实现。

（二）施工难点

1 本工程E区复杂的建筑造型和钢结构大跨度空间的设计，给穹顶玻璃幕墙的施工带来很大难度。

1.1 屋面穹顶半球体造型，采用平面幕墙玻璃达到曲面圆弧效果，确定空间分格位置、大小难度大。

1.2 玻璃规格形状多样，加工难度大。

穹顶全部为钢结构，弧形钢梁放射性设计致使幕墙玻璃成梯形规格，玻璃尺寸由上至下逐层递变。同时，考虑钢结构施工偏差，幕墙玻璃无法提前批量加工，必须在钢构件焊接完对每个位置的玻璃尺寸现场实量、定位编号，加工周期长。

1.3 幕墙玻璃吊装难度大

本工程穹顶位于建筑物的中心位置，且幕墙玻璃单片面积最大的为5.3m2，施工时既要考虑汽车吊吊臂倾斜角度，又要保证玻璃本身不被损坏。同时，汽车吊无法覆盖的区域还要由人工进行二次倒运。

1.4 穹顶打胶质量要求高

五层屋面花园平台位于穹顶以内，雨水和积雪会完全淋洒在穹顶上，所以玻璃缝隙及遮阳铝板打胶质量要求高，任何一点质量隐患都会造成穹顶漏水。

2 模拟仿真受力计算多。

本工程悬索预应力钢结构造型新颖独特、受力复杂，预应力钢结构从结构的拼装，到预应力张拉完成以及最后支撑架的拆除，其间经历很多受力状态，为了保证工程质量能够符合设计要求，必须进行大量的施工模拟计算。

3 工程量大，工期紧张

3.1 本工程穹顶竖向弧梁为放射形布置，需高空拼装焊接，对接角度、位置确定困难，吊装、定位、焊接完成一榀完整的竖向弧梁需要6个小时，24榀共需15天时间；支撑体系及吊装焊接操作平台构造复杂，搭设困难，搭设架体至少需要15天时间，严重影响施工速度。

3.2 钢桁架层标高为13.05m，共有大小桁架梁112榀，从单榀重量从0.304t至9.691t不等，长度超过10m的钢桁架梁，单段重量最大达到5.017t，需分成两至三段运送至进场。桁架梁采用分段吊装，起吊次数多，严重制约施工速度。

（三）虚拟仿真技术的应用

1 空间张弦结构施工仿真计算

施工过程会使结构经历不同的初始几何态和预应力态，两个状态的分析理论和方法都不同的，加载方式、加载次序及加载量级都对结构受力具有很大影响，因此，施工仿真计算是预应力钢结构施工方案中极其重要的工作。实际施工过程必须和结构设计初衷吻合，施工中必须严格组织施工顺序，确定加载、提升方式，准确实施加载量、提升量等。施工仿真具体项目如下：

（1）验证张拉方案的可行性，确保张拉过程的安全；

（2）给出每张拉步钢索张拉力的大小，为实际张拉时的张拉力值的确定提供理论依据；

（3）给出每张拉步结构的变形及应力分布，为张拉过程中变形及应力监测提供理论依据；

（4）根据计算出来的张拉力的大小，选择合适的张拉机具、设备，并设计合理的张拉工装；

（5）确定合理的张拉顺序，具体张拉步骤如下所示：

第1步：结构全部安装完成后

第2步：第1批拉索张拉到设计初张力的30％

第3步：第2批拉索张拉到设计初张力的30％

第4步：第3批拉索张拉到设计初张力的30％

第5步：第4批拉索张拉到设计初张力的30％

第6步：第4批拉索张拉到设计初张力的70％

第7步：第3批拉索张拉到设计初张力的70％

第8步：第2批拉索张拉到设计初张力的70％

第9步：第1批拉索张拉到设计初张力的70％

第10步：支撑塔架拆除后

第11步：第1批拉索张拉到设计初张力的100％

第12步：第2批拉索张拉到设计初张力的100％

第13步：第3批拉索张拉到设计初张力的100％

第14步：第4批拉索张拉到设计初张力的100％

2 虚拟仿真优化施工工序

方案经优化后，悬索预应力平台层与穹顶钢构两大施工区域间，由原来的顺序施工，改为平行立体穿插施工，大大缩短了E区钢结构施工关键线路的总用时，大大缩短了工期。

我们运用虚拟仿真技术，融合了计算机图形学、多媒体工业建筑技术、网络技术、电子技术等高新技术，对悬索平台层、屋面穹顶施工过程建立仿真模型，虚拟、对比原方案施工过程及优化方案，利用计算机硬件、软件及各种传感器创造出一个四维空间虚拟环境， 使所需解决的问题得到清晰和直观的认识。

（四）实施效益

1全国组织干部学院E区钢平台悬索预应力在实际施工过程中，通过详实的理论计算和周密的施工部署，将困难考虑充分、问题解决在施工之前，最终施工质量和装修效果得到各方一致好评。平台预应力钢索张拉检测全部符合设计要求。

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关键词：建筑施工；虚拟仿真；应用

中图分类号：TU7文献标识码： A 文章编号：

引言：建筑施工行业是传统行业之一，在当前高新技术高速发展的背景下，其行业应接受高新技术带来的优势。在进行复杂大量的建筑施工时，为了保障不间断地有节奏工作，应使各个施工环节协同运作、步调一致，而要想达到这个目的就必须事先制定准确无误的组织计划和施工方案。而运用以往的工具和计算技术，早已难以保障准确地、及时地处理大量繁琐的施工技术资料。于是本文着重对虚拟仿真技术在建筑施工的运用进行了研究和探讨。

一、虚拟仿真技术的概念

虚拟施工技术（VC）是对实际施工过程的模拟。它运用结构仿真和虚拟现实等技术，在计算机等相关设备的支持下，对施工过程中的物品、人员、财产、施工过程进行逼真演练，以便事先发现施工中可能出现的问题，并采取相应的预防措施，在优化与控制能力、缩短工期、增强施工过程中的决策、减少风险和降低成本等方面均有显著作用。[1]

二、虚拟施工所需的技术支持

虚拟施工需要众多学科领域来提供技术支持，主要包括为虚拟现实技术、优化与建模技术、计算机仿真技术以及相关的软硬件技术。具体情况如下：

2.1虚拟现实技术。它综合了传感器技术、计算机图形技术、显示技术、计算机仿真技术等众多学科，它为人机对话提供了更直观和逼真的三维画面，而且还可以在多维空间上创建一个虚拟环境，以达到身临其境的感觉。

2.2建模与优化技术。应用此原理进行工程的设计、规划、管理、施工时可以综合全面地考虑在时间、经济和技术上的最佳方案，实现利益的最大化。优化方法也是虚拟施工中的一个重要技术。建模方法实际上是虚拟施工的另一种支撑技术。虚拟施工的模型包括：设计模型、基础模型和施工模型三大方面。其中施工模型与工艺参数联系在一起，以反映设计模型与施工模型间的交互作用。因此，施工模型必须具有以下几大功能：施工数据表、计算机工艺仿真、施工规划、物理和数学模型、统计模型等。

2.3计算机仿真技术。在土木工程中仿真技术主要运用在施工技术与管理和结构计算。计算机仿真技术是虚拟施工的最重要部分。在结构工程施工方面，内力仿真分析将直接给工程施工安全提供保障。[2]

2.4软硬件基础。虚拟施工技术是数据库技术、CAD技术与计算机仿真技术、计算机网络技术、虚拟现实技术、人工智能技术等多种学科技术结合而成的。只有当软件和硬件同时发挥作用才能使仿真技术得到充分利用。

三、虚拟仿真技术在建筑施工中的应用与现实意义

在建筑施工中虚拟仿真技术的作用不言而喻：首先，它有助于相关管理制度的完善和建筑市场的管理。在招投标时，虚拟仿真技术可以直观地对投标各方的方法、成效和施工工艺进行比较，从而达到公开、透明、公正、公平的目的。这样就大幅度减少了不正当行为的出现，对规范建筑市场管理有不可估量的作用。同时，它还能帮助判断建筑设计的合理性，以便对不合理处进行及时修改，优化设计方案，这对一些重大工程极其重要。因为设计方案毕竟都有一定的局限性，它主要由设计者的知识水平和施工经验来决定，因此对于同一个施工项目不同的设计师有着不同的方案，这时就需要用到虚拟仿真技术来科学地、直观展现不同施工方法措施和施工组织的具体效果，以便定量地对各种方案进行对比，真正实现施工方案的优化。运用虚拟施工技术能对整个施工过程进行事先模拟，使技术人员能在施工前最大可能地了解到各个构件在实际工程中的相互关系和相对位置，对施工方案进行相应调整，计算其相应工况应力，对多种施工方法进行实验分析。这样对于下面几个方面将会产生重大的作用：（1）建筑工程施工方案的选择和优化，我们知道，现在的建筑物因为设计师的不同，所以，基本上每一个建筑都有它自身的风格，这就导致了我们不可能复制建筑工程的施工过程。但是，如果采用施工虚拟仿真技术，我们就可以解决因为在施工经验的基础上建立的对于施工组织的选择和优化以及施工的方法所产生的局限性的问题。同时还可以直接的看到每一种施工组织措施和施工方法相结合时产生的不同的效果。这样就可以让我们更直观的从不同的施工方案中选择出最适合的施工方法，从而更好的完成施工。（2）施工技术的革新和新技术的引入，对于施工技术人员来说，施工虚拟仿真技术不仅能让他们更好的发挥出他们的创造性而且还能在成本很低的情况下完成施工新工艺的试验。这样，我们不仅降低了其试验的风险，还能大大的缩短引入和推广的时间。（3）施工管理，施工管理过程中不可避免的会出现质量、安全等方面的隐患，而施工虚拟仿真技术在模拟施工的过程中就可以让我们很清楚的看到这些安全隐患，从而在施工过程中能有效的避免或者尽早提出解决方法。（4）安全、生产培训施工虚拟仿真技术具有实效性、全面性的技术优势，对操作人员了解操作流程起到了重要作用，保证了施工任务的安全性，同时有效提高施工质量。（5）考察建筑设计的合理性.则也需运用大型工程设计施工虚拟仿真技术，该项技术不仅方便了对需优化部位的修改，更对业主、施工单位、设计单位三方的沟通与设计交底提供了便捷准确的方法。 [3]

四、虚拟仿真技术在建筑施工中存在主要问题：

计算机硬件和仿真软件本身的发展是仿真技术能否在建筑工程施工领域得以推广和应用所遇到的主要瓶颈。目前应用虚拟仿真施工系统所面临的难题有：（1）由于虚拟仿真系统具有需要在较高的专用工作站或实验室上进行的特点，导致了开发和应用要求的硬件平台较高，从而导致了企业在自行开发系统的过程中必须投入大量的资金和人力在专用虚拟实验室的建造以及国外进口设备和软件的购买上，这势必影响着企业的资金和人力资源。另外，系统的演示受设备的限制，移动的不方便性都在企业的考虑范围内。（2）单项工程的开发需要一个方便的开发平台，这个平台的提供需要一套面向建筑工程施工的专用集成型软件系统。由于虚拟仿真系统在工程施工中几乎没有集成型软件，导致了在单项工程进行开发时，需要从国外进口相关软件平台作为支撑，再加上工程施工中影响因素较多，以上的种种因素成为了开发一个项目所需成本较高的客观因素。（3）目前，虽然我国一些大型建筑企业集团已成为开发和应用施工定额软件、施工管理软件的主力。他们通过建立自己的设计研究院，为施工企业的技术人才培养创造了条件，而且部分的工程技术人员已具有一定的软件研发能力和应用水平。但是，无论是施工企业要引进专业软件人才，还是培养自己的开发骨干，都会给施工企业的开支造成巨大的压力。[4]

五、总结：随着虚拟施工技术的进一步发展，虚拟技术在土木工程中的应用将更加深入、普遍，它能大大提高工程管理和施工的效率，保证进度的进展，节约成本，提高安全性，减少工程风险等。在虚拟现实系统的施工组织与管理下，通过建立虚拟模型和虚拟施工过程来实现工程事先模拟，这必定会成为传统的施工管理的新篇章。

参考文献

[1]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(6)

[2]黄明.虚拟现实技术在建筑施工中的应用 [J] -硅谷2010(8)

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关键字：虚拟仿真技术；建筑施工；应用

中途分类号：TU7 文献标识码：A

系统仿真是以多种学科理论为基础，以计算机及其软件为工具进行试验研究的理论和方法论体系。仿真技术顾名思义，是把自然界中的物理现象通过一定的物理和数学模型在计算机上模拟来得到实际场变量的分析，有助于预知关心的物理现象。简单的说，仿真技术是对系统模型的一种试验技术(是对系统动态模型的一种实验手段)，在安全性和经济性方面有较大的优越性。

一、虚拟仿真技术的应用现状

目前，虚拟现实技术在国际上是一个热门研究课题，其应用已取得引人注目的成效，在国内也引起了广泛的重视。当人们需要构造当前不存在的环境、人类不可能到达的环境或构造虚拟环境以代替耗资巨大的现实环境时，虚拟现实技术是必不可少的。随着计算机硬件、软件技术的发展以及人们越来越认识到它的重要作用，虚拟仿真技术在各行各业都得到了不同程度的发展，并且越来越显示出广阔的应用前景。虚拟现实的广泛应用前景使之成为目前最具影响力的技术之一。军事领域、航天技术、建筑设计、工业设计、教育培训、医学领域、石油化工等等，虚拟战场、虚拟城市、甚至“数字地球”，无一不是虚拟技术的应用。虚拟仿真技术将使众多传统行业和产业发生革命性的改变。虚拟仿真技术在建筑方面的应用主要有：大型建筑先期演示和论证；建筑设计领域；结构工程领域(工程结构分析、岩土工程分析)；房地产展示领域(全方位的数字化沙盘、数字化投标领域、房地产展示、施工流程的数字化模拟)。本文主要阐述虚拟仿真技术在建筑施工中的应用。

二、虚拟仿真技术在建筑施工中的应用方式

（一）用当前流行的三维动画软件3DS MAX、虚拟现实软件3DVRI、多媒体编排软件NeoBook、编程工具C#来实现模拟施工和虚拟建筑场景漫游。

3DVRI制作出来的虚拟仿真系统主要功能有：全方位互动漫游功能；即时输出功能；数据实时查询及修改功能；语音定位功能；导航图功能。

事先用3DSMAX软件做好建筑场景及主体的3D模型以及各施工模块的3D模型，然后用3DVRI虚拟现实软件对动画场景进行处理转换为3DVRI实时三维系统，最后用NeoBook软件在3DVRI实时三维系统中按照需求写入不同的指令，为实时三维系统添加交互功能，可以利用专业编程工具如C#等软件对实时三维系统中的模型及动画进行精确控制，并可编写更复杂的交互功能程序，最终为可独立运行的3DVRI施工模拟虚拟现实系统。此方案对于多种施工方案的展示、施工工序的编排比较有用，但无法对于施工方案进行预见性的模拟。

（二）用专业的建筑虚拟现实软件(如奔特力Bentley、Multigen、Veger等)，结合部分编程技术，实现具有较强人机交互能力、模拟建筑施工过程，以选择合理的设计方案以及合理的施工方案。

本方案更为专业和智能，能预见性地发现施工方案中的不足，便于指导施工，可以有效地提高施工水平、消除施工隐患、防止施工事故、减少施工成本与时间。此方案的软件购置费用比较高。

比较著名的是英国Bentley建筑工程系列软件公司提供的系列建筑仿真软件，目前已经在中国建筑、工程以及建造领域得到一些应用，主要在各建筑设计院使用，在施工中企业的应用还属于起步阶段。Bentley工程软件系统公司首席执行官Greg Bentley宣布了两项新的中国计划，以支持中国的大规模基建投资。首先，Bentley亚洲总部将进驻北京，为中国的基建领域提供全面配套的软件产品；其次，即将启动的Bentley Power计划，使中国用户可在初期免费注册专业的计算机辅助制图／设计(CADD)软件服务。

三、建筑施工中应用虚拟仿真系统的意义

（一）建筑工程施工方案的选择和优化。

建筑工程施工的施工方法及施工组织的选择和优化主要是建立在施工经验的基础上，存在一定局限性。同时，现代建筑基本都具有鲜明的个性，建筑工程施工成为不可完全重复的过程。使用施工虚拟仿真技术将可以直观、科学地展示不同施工方法和施工组织措施的效果，可以定量地完成方案的对比，有助于施工方案的选择和优化，真正实现最优施工。

（二）施工技术革新和新技术引入。

施工虚拟仿真技术一方面能使广大施工技术人员低成本地试验施工新工艺和革新思路，有助于创造性的充分发挥，同时能真切展示新技术的成效，缩短建筑业新技术的引入期和推广期，降低新技术、新工艺的实验风险。

（三）施工管理

施工虚拟仿真技术能事先模拟施工全过程，能提前发现施工管理中质量、安全等方面存在的隐患，因而可以采取有效的预防和强化措施，提高工程施工质量和施工现场管理效果。

（四）安全、生产培训

施工虚拟仿真技术能实时、直观地显示施工过程的实际情况，有助于操作人员全面了解操作流程，优质安全地完成施工任务。

（五）大型工程设计

施工虚拟仿真技术可以考察建筑设计是否合理，可以方便地对拟改进部位进行修改，从而得到满意的设计结果。设计的仿真也有利于设计单位与业主、施工单位进行设计交底。

（六）建筑市场管理

施工虚拟技术在招投标过程中能直观对比各方的施工方法和成效，增加评标的透明度和公正性，有利于建筑市场的规范管理。

（七）其它方面

开发施工虚拟仿真技术必然带动虚拟现实技术广泛地应用于建筑业其它方面，带动以下几方面的进步：城市和市政规划的优化；投资者的投资意图及市场推销；建筑机械设计；仿真和虚拟现实技术。

四、总结：

总而言之，随着信息技术的高速发展，各种新型技术都已经开始投入实践。建筑业也必须敢于创新，勇于尝试，这是建筑行业发展自身、壮大自身并适应时展的唯一途径。

参考文献：

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【关键词】虚拟仿真技术；建筑工程；施工

近年来随着社会经济的不断发展，计算机技术也开始普及，并在建筑工程中得到广泛应用，促进了管理水平与施工技术的提高，对施工科学的进步与发展也起到了非常重要的作用。现阶段建筑施工中主要应用的软件系统有CAD辅助系统、智能管理系统以及办公自动化系统等等，这些计算机技术的广泛应用对传统施工理论是一种改造与发展，同时也为传统的施工方法带来了新的理念，目前在建筑施工过程中应用虚拟技术已经成为可能，通过虚拟技术的应用，建筑施工将会创造更大的经济效益与社会效益。

一、虚拟仿真技术在建筑施工中的应用

虚拟现实技术主要结合了计算机方针技术、计算机图形技术以及现实技术等多种学科的优势于一身，使人机交互对话成为了可能，为其提供了更加真实、直接的三维界面，同时还在多维的信息空间中搭建虚拟的信息环境，用户在使用时会产生一种身临其境的感觉。虚拟现实技术一方面结合了仿真技术的优点，另一方面为用户提供更加真实的环境效果，在很多领域中都有非常广泛的应用。

仿真技术是基于系统动态模型的一种实验方式，具有经济性与安全性的优势，在很多领域中都有广泛的应用，例如航空航天、电力、交通等等，此外，在煤炭、化工等领域中也有很好的应用。

二、虚拟仿真系统在建筑施工中应用的意义

虚拟现实技术主要指在工程施工过程中对施工进行模拟，首先需要在施工之前掌握各种构建在结构中的相互关系即相对位置，在实验中通过多种方法，对工况应力进行计算，使方案得到优化，其产生的意义主要可以从以下几方面进行探讨。

（一）优化施工方案

在建筑工程施工过程中，施工组织、施工方法的选择都要建立在一定的施工经验基础上，从这一方面来说具有一定的局限性。与此同时，现代建筑都具有鲜明的个性，所以施工就不能完全重复，虚拟仿真技术的使用可以在方案中将施工组织与施工方法科学、直观的展示出来，并将方案的对比定量完成，这对于方案的优化是非常有利的，促进了最有施工的真正实现。

（二）引入新的施工技术

虚拟仿真技术在工程施工中的应用可以最大限度的降低技术人员对施工工艺进行试验的成本，帮助施工人员革新思路，同时还可以将新技术的成效完美的展示出来，大大缩短新技术的引入与推广时间。

（三）施工管理更加便利

施工仿真技术可以对施工全过程进行事先的模拟，在模拟的过程中就可以将施工管理中容易出现的安全、质量等隐患及时找出来，并采取相应的措施对这些隐患区域进行强化，使施工现场的管理效果及施工质量得到明显提高。

（四）便于进行安全生产培训

施工虚拟仿真技术可以将施工过程情况直观的显示出来，有了这种技术的帮助，操作人员就可以更加全面的来哦接操作流程，做到优质的完成工程施工任务。

（五）大型工程设计

施工虚拟仿真技术可以对设计是否合理进行考察，从而可以更好的修改拟改进部位，获得的设计效果将会更加令人满意。同时，设计的方针对设计单位与施工单位以及业主之间进行设计交底也是非常有利的。

（六）建筑市场管理

在招标过程中，施工虚拟技术可以直观的对比各方的成效，评标的公正性与透明度因此得到增加，这对建筑市场的规范性管理是非常重要的。

（七）其它方面

施工虚拟仿真技术的开发一定会带动虚拟现实技术的广泛应用，应用到建筑业的其它方面，并充分带动城市规划的优化和虚拟现实技术的发展。

三、建筑施工中虚拟仿真系统的研究与应用前景展望

（一）应用现状

现阶段虚拟现实始终作为一门新兴科学而存在，虚拟建造直到现在也没有得到一个十分明确的提法，现阶段的研究主要集中的理论、研究以及系统的层面上。

（二）应用展望

仿真技术是否可以在建筑施工领域中得到广泛引用，主要取决于仿真软件及计算机硬件的发展，现在虚拟仿真技术在工程施工中存在的问题主要有：1）虚拟仿真系统的开发及应用对硬件的要求比较高，而且要在专用的实验室或工作站中进行，进行系统开发时需要投入大量的人力和资金，同时演示过程中还会受到设备的限制，移动起来也不是很方便。2）在开发单项工程时，需要用到从国外进口的VR软件平台。因为现在工程施工中几乎没有成型的虚拟仿真系统软件，所以需要开发一个新项目，这需要较高的成本，开发出的系统应该是专用的集成型的软件系统，从而为单项工程的开发奠定坚实的基础。3）现阶段我国的一些建筑集团已经建立了属于自己的设计研究院，这无疑为施工企业技术人才的培养创造了有利条件。

目前我国一些施工企业洪的技术人员已经具有非常高的技术研发能力，很多建筑施工集团已经成为施工软件研发的主力军。另外，一些高校和科研机构也开始极力开发工程施工中涉及的技术软件，在工程实践等方面对集成控制等技术进行积极的探索与引用。真个工程施工领域中的计算机辅助软件正在逐步形成，并为人工智能理论与方法的推广奠定了基础。

随着仿真技术应用的领域越来越广泛，相关软件也取得了突飞猛进的发展，同时新的仿真平平台、计算方法以及编程技术将会体现出更好的可扩展性，并在多种领域中得到应用。此外，对仿真系统进行的微机化探索在在不断发展之中，并已经取得了一定的成效，这为虚拟现实在微机上的应用成为了可能。通过对集成型、通用性施工软件的开发，一定会加快软件的普及速度，并使单项工程的开发成本得到降低。

结语：

综上所述，目前高新技术已经开始日益发展，建筑也一定要勇于创造，积极吸纳新技术，从而促进工程施工技术的不断发展，为现代化的实现创造条件，这成为建筑工程施工企业适应激烈的市场竞争的重要途径。

参考文献：

[1]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，（6）.

[2]郑亚文. 虚拟仿真技术在建筑施工中的应用研究[J]. 施工技术，2009，（12）.

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关键词：素质教育；金工实习；虚拟仿真技术

中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）07-0153-03

一、引言

高校人才培养的目标正逐渐从精英教育转变成通识教育，并且注重素质教育和技能教育，实践教学环节是提高本科生技能素质的关键环节。对于工科类本科生，特别是机类专业的学生，金工实习是本科生在校期间的一项非常重要的提高技能和通识的教学环节。金工实习是工科学生在本科教育阶段能够自己动手、参与工程实践活动的一次难得机会，对学生的综合工程实践能力的培养起着重要的基础作用。金工实习的特点是设备占地面积大，导致对设备场地的需求大，同时先进的设备价格昂贵，大量购买经费需求大。由于近年来高校扩招导致本科生在校人数激增，设备与学生数量比偏低，大部分的高校实践环节所需的设备与学生数量之比都小于1∶5，其中先进的制造设备由于其价格昂贵，设备数量与实习学生数之比甚至小于1∶10，金工实习的设备条件不能满足正常实习的要求，严重影响实践教学的教学质量。就目前而言，实习经费投入的力度远远跟不上学生增长的速度是短期内一般高校难以解决的问题，必需寻求另外一种高效率低投入的方法解决此问题。

二、金工实习的目的和现状

金工实习是一门实践性的技术基础课，是机械类各专业学习机械制造的基本工艺方法、完成工程基本训练、培养工程素质和创新精神的重要必修课。它对于培养学生的动手能力有很大的意义，而且可以使学生了解传统的机械制造工艺和现代机械制造技术，了解一些机械制造的一般过程，熟悉机械零件的常用加工方法，并且应初步具备选择加工方法、进行加工分析和制定工艺规程的能力。通过实习使学生在业务素质上得到培养和提高，受到一次工程实践教育。近年来，高校的金工实习课程随着社会的发展进行了大力的改革，基本上从原来传统的实习加工模式转变成了以工程训练为主的模式，旨在提高本科生的工程素质，培养工程意识，而不再是局限于仅仅提高学生的动手能力。虽然，金工实习教学改革取得了一定的成绩，但是随着高等教育的扩招以及越来越多的非工科学生意识到金工实习的重要性而被要求参加该课程，高校的工程训练中心接待学生实习的人数大幅度提高，导致设备与学生数量比严重偏低，影响教学效果。另外，随着科学技术的发展，企业设备的更新换代，应用先进制造技术的范围越来越广阔，在高等教育应该为企业培养合格人才的思想指导下，高校金工实习也越来越多地开设先进制造课程的实习。但是，由于先进的设备价格往往非常昂贵，而且使用成本和维护成本高，高校通常都只能一种设备只引进一两台，基本满足不了设备操作的实习要求。以笔者所在学校为例，目前本校金工实习所开设的课程主要分两类：传统工种的实习，先进制造工种的实习。金工实习所开设的课程有传统的工种包括：车、铣、刨、磨、钳工、铸造。先进制造技术课程包括：数控车、数控铣、数控加工中心、数控电火花、激光加工、快速成型技术。对于传统工种设备的保有量，由于其价格不高，因此数量相对较多。而先进的制造设备，由于其价格昂贵，一台先进的设备往往等于10台传统设备的价格，甚至更高。先进制造设备与传统设备的保有量之比为1∶10。虽然，高校教育领导部门已经意识到问题的严重性，近年来已经加大了对金工实习教育经费的投入，大力购置相应的设备，但是设备数量增长的速度依旧远远不及实习人数增长的速度，因此必须寻求另一种途径解决目前金工实习所面临的问题。

三、引入虚拟仿真技术，提高金工实践教学质量

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关键词：虚拟仿真技术；服装工艺；教学与学习；应用与实践

尖端计算机技术的高度发展为虚拟仿真技术的发展提供了重要的科学基础和形成依据。这使得服装工艺教学产生了新的思路和成果。虚拟仿真技术作为一种媒体交互技术，通过发挥它自身独有的特点（如交互性强、模拟真实、选择多样、使用灵活等），让服装工艺教学能够在虚拟环境中将服装设计中各个环节的实践环境和实践过程以直观的方式传达给学生。由此，学生能够清晰而深刻地发现实物处理中会出现的种种问题和需要注意的各种细节。让学生达到对专业技能应用性更深刻的理解，便于学生充分掌握教学知识，对所使用的专业技术理解更加完善，以此来高效而深层次地达到服装工艺教学的目的。本文将从虚拟仿真技术在服装工艺教学中的特征和其在服装工艺教学中的应用这两个方面来展开探索和讨论。

1虚拟仿真技术在服装教学中的应用特点

虚拟仿真技术在应用于服装教学过程中，通过配置虚拟的实践环境，调配虚拟的实践器材，有着降低教学资金投入、简化教师描述现象、便于学生直观理解生产流程及掌握专业知识等特点。具体应由如下三个方面来进行考虑和讨论：第一，服装工艺教学最终要为服装市场服务，因此不能单独思考，要同时结合与服装生产企业，以此来确保服装工艺教学时，为达到其教学目的所需要的实用性和实践性。第二，服装工艺的教学不仅要让学生在实践过程中明确和掌握对服装生产过程中出现的问题及其解决方法，更要培养学生的创新意识，所以需要做到将服装工艺教学与服装企业产品的模拟生产有机结合。第三，通过仿真虚拟技术来建立完善且合理的教学体系，让服装工艺教学的过程被扩充和丰富，同时注重学生的思维和独立性，达到因材施教。接下来笔者将具体描述虚拟仿真技术在服装教学中的三个应用特点。

（1）仿真的教学情景。应用虚拟仿真技术，对服装企业的生产场景进行一个虚拟化的演示，并同时建立出仿真的服装生产场景，是学生能够亲眼体验到实践情景的保证。在这种虚拟的实践场景中，学生能感受真实生产中的氛围和环境，并考虑操作步骤和会产生的问题。这种模拟能够激发学生的动手动脑能力，这便是虚拟仿真技术的第一个特点――教学情景仿真性。

（2）形象的教学方式。虚拟仿真技术的第二个特色是具有教学方式形象性。在应用虚拟仿真技术时，会有一个直观而立体的影像展示在学生面前，这个虚拟的影像包含了服装企业的生产技术与生产流程。这种通过眼镜直接接受的信息，比起传统的书面或课件传授，会让服装工艺的教学更利于学生接受，加强学生对服装工艺专业知识技能的理解与掌握。

（3）实用的教学内容。服装工艺学科作为一门技术性和实践性都非常强的学科，对学生应用现代技术的能力要求很高。通过虚拟仿真技术构建的仿真实践平台，能够让学生在虚拟实践中对其过程和处理有实感的体验。这无疑在很大程度上降低了学生和教学者展示实践，进行实践和理解实践的硬件难度。因此，虚拟仿真技术在服装工艺教学中第三个特点便是教学内容使用性。这种特性充分地体现了虚拟仿真技术在服装工艺教学中的重要意义，它不仅提高了服装工艺教学的教学质量与效率，更为社会培养了许多现代化的、高质量的生产技术型人才。

2服装工艺教学中虚拟仿真技术的应用

为了将虚拟仿真技术在服装工艺教学中的上述三个特点发挥出来，需要创设合理的虚拟仿真平台来与之配合。其中，又需要划分成仿真软件平台和仿真硬件平台这两个子平台。

（1）虚拟仿真技术在服装工艺教学软件平台上的应用。仿真软件平台的创建有助于实现服装工艺虚拟仿真教学。它在虚拟仿真教学的直观表现、网络传输、信息交互和数字化表现等方面都起着主导地位。仿真软件平台在协作性上的教学形式和教学情景的虚拟表达以及教学内容的仿真传递都至关重要，没有仿真软件平台的搭建很难讲虚拟仿真技术应用于服装工艺的教学中。而将服装企业现代化生产技术作为主要内容，通过建立仿真模型，并创造一个虚拟的仿真环境来表现给服装工艺教学就是仿真软件平台的本质。它在外部配合仿真操作界面搭建了一个虚拟的仿真实践环境，而在内部则是对生产技术实践模式进行了一段仿真演示。要构建仿真软件平台，首先要对服装工艺虚拟仿真教学系统软件有一个明确的理解，在此之上进行设计与开发。当服装工艺虚拟仿真教学系统软件完成后，还需要根据课程和教学目的来进行一个服装工艺虚拟仿真课件的设计与制作。服装工艺虚拟仿真课件的制作需要将学生的专业实践作为参考依据，最终通过虚拟仿真技术，实现一个虚拟的服装企业生产流程，让学生能够获取一个逼真的生产场景，并且实现生产操作的仿真。使学生能够在服装工艺教学中处于一个虚拟的教学场所中，身历其境地以一位企业服装工作者的身份感受虚拟仿真操作。在虚拟化的工作中完成服装企业的现代化生产，这时学生可以更加清晰地了解实际生产过程，充分掌握生产知识。

（2）虚拟仿真技术在服装工艺教学硬件平台上的应用。当学生对专业技能进行学习研究和实践时，则需要搭建仿真硬件平台来为学生构筑一个工作场所，并且配备相应的工具。换言之，仿真硬件平台是虚拟仿真技术在服装工艺教学中硬件设施的基础。而服装工艺教学应用到虚拟仿真技术时，仿真硬件平台所提供的场所和工具的完善程度，将承载着服装工艺教学的质量与效率。仿真硬件平台的特点有如下两个：第一，对企业的生产环境进行仿真。第二，对企业的实际生产过程进行虚拟表现。构建一个完善的服装工艺虚拟仿真硬件平台，其实践的设置和实训室的布置为重点关注的对象。服装企业现代化生产过程需要的特点，应在设施实践中充分体现出来。无论是器械还是设备的配比，都可根据服装企业生产车间的标准来进行相应的配比和模拟。当然，如果条件允许，在仿真硬件平台中配置一些并没有被现代服装企业所广泛使用的高端先进生产设备也是可以的，这些基础设施能够帮助培养学生在服装工艺上的创新意识。仿真硬件平台的配置应当尽可能与现代服装企业相似，为学生创造仿真度高的生产格局，达到一个虚拟实践需求的实践氛围和环境，并通过这种方式来匹配学生在实际的服装工艺实践时基本的硬件需求。

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关键词：虚拟仿真技术；五轴加工；实训课程；教学模式

中图分类号：G712 文献标识码： A 文章编号：1672-5727（2016）04-0073-03

近年来，我国加工制造业得到了空前发展，高端数控设备的使用已经成为制造业发展的必然趋势。五轴数控机床作为高端设备的代表，在我国制造业得到了广泛使用。然而，能够操作五轴数控设备的技A术人员却严重短缺。培养技术人员的职业院校在五轴加工课程建设方面的不科学，是造成技术人员短缺的主要原因。当然，许多职业院校的教育工作者亦发现了此问题，并进行了相关改革和研究。但目前大多数与五轴加工教学模式相关的研究都仅适用于各学校自身，推广性和复制性不强。因此，建立一种适用于大多数职业院校的五轴加工实训教学模式具有重大意义。

一、五轴加工实训课程的特点

实训的最终目的是全面提高学生的职业素质，最终达到学生满意就业，企业满意用人。然而，五轴加工实训教学对硬件配置的要求较高，开展此类高新技术领域的实训课程一般很难模拟实际工作环境，配置昂贵的实训设备。因此，五轴加工实训课程具有设备昂贵，不易实现大范围教学；课程难度大，技术不易掌握；涉及知识面广，不易入门等特点。这使得开展五轴加工实训课程必须首先解决这些问题。

一般数字制造类实训课程由编程和操作加工两大部分组成，由于五轴机床价格昂贵，学校配置数量很少，因此，课程教学中与机床依赖关系较弱的“编程训练环节”可在课堂上完成，以减少对机床的需求。首先，数控编程分为手工编程和自动编程两部分，由于五轴机床轴数较多，其中自动编程CAM技术为主要训练环节，手工编程为基础训练环节，因此，手工编程与自动编程CAM技术宜分开进行训练。其次，五轴加工分“定向加工”和“联动加工”两大类，无论是哪一类加工方式，都容易产生机床的碰撞和干涉问题。因此，五轴加工程序在执行前，需要脱离机床进行仿真，以验证加工程序的正确性，避免由于程序错误造成机床碰撞，所以需要设置加工仿真环节。

二、五轴加工实训教学模式的建立

（一）虚拟仿真系统与教学模式的建立

由于五轴机床的体积大，购置、维护及运行成本都很高，且与其他数控设备相比，危险程度高，一旦不能正确操作，轻则损坏刀具、刀柄，重则损坏机床，甚至发生人身事故。虚拟仿真技术在五轴加工实训中的合理采用，在一定程度上可以解决设备数量短缺问题，并避免安全事故的发生。然而，单一仿真软件教学与实际机床操作不符，且完全依靠计算机操作，也不能有效地训练学生的操作和编程能力。因此，需要将虚拟仿真技术与五轴机床的操作加工进行合理整合，构建一套科学的实训教学模式。

五轴加工虚拟仿真系统由三部分组成，如图1所示，分别是海德汉iTNC530系统编程仿真工作站，CAD/CAM编程与加工软件及Vericut加工仿真工作站。在仿真系统中，这三个部分之间可以进行NC程序的交互验证和切削仿真训练。其中，基础教学可采用海德汉iTNC530系统编程仿真工作站完成仿真训练。高级教学由于程序和加工内容的难度较高，需要增加另外两部分内容进行仿真训练，首先，可在CAD/CAM软件内进行编程及仿真训练，然后，将编辑的程序传入Vericut加工仿真工作站进行仿真训练。其次，每一个教学环节的设置都有其目的和意义，iTNC530系统编程仿真工作站为基础环节，该环节主要完成手工程序编辑训练，当手工编程训练完成后，学生可以进行五轴机床操作及加工训练，从而完成基础教学。如果学生需要进行高级学习，则需要在虚拟仿真系统中完成CAD/CAM编程及Vericut仿真的训练，具体教学流程如图2所示。

（二）课程内容的构建

以虚拟仿真系统为基础，将虚拟仿真系统与五轴机床操作进行合理整合，可在不增加机床数量和课程开设成本的前提下，最大限度地提升学生对五轴加工技术的理解和熟练程度。以此为课程内容构建目标，可建立如图3所示的五轴加工实训课程内容。

五轴加工实训课程的内容，包括理论知识与编程、五轴加工仿真、五轴操作与加工三个部分，与教学模式流程相对应。基础教学需要进行理论知识与编程和五轴操作与加工两部分知识的学习，高级教学在此基础上进行手工编程、CAM软件、五轴加工仿真、五轴操作几个部分的学习。

（三）教学模式有效性的对比

为验证新教学模式的有效性，可开展实验性教学。实验教学设置A、B两个组，每组15名学生，A组教学按传统模式，B组教学采用新模式。实验要求A、B两组的30名学生经过基础、综合两项测试进行选拔，这两项测试主要对学生的专业基础知识及综合能力进行判定，依照测试成绩将30名学生进行分组，保证两个组学生的基础和能力基本一致。依照表1进行实验准备，表中设施为我校目前五轴加工实训教学设备的配备标准，该实验强调在不增加实训设备的前提下改善五轴教学的效果并验证新教学模式的有效性。

教学实验通过对比学生的测试成绩分析两种教学模式的区别。由于学生人数较多，分别对比离散数据难度较大，因此，通过每科平均数和每人平均数对比的方式对实验数据进行处理，以柱状图的形式得出对比结果。根据实验源数据，得到处理后的平均数，分别包括每人平均数和每科平均数两栏数值，最后，将两栏数值进行柱状比较和方差分析处理，见如图4和下页表2所示。

通过对比A、B两组学生从选拔考试开始至学习结束整个过程中所有的测试成绩可知，选拔基础考试和选拔综合考试A、B两组学生的成绩基本一致，从而说明学生开始学习课程前的基础不存在大的差异。从第一次测试开始，B组的测试成绩呈平缓上升的趋势，且每次测试平均分数均高于A组的平均分数，另外，A组的平均分数存在不规则突变，表明学生每次测试时表现很不稳定，不是一个循序渐进的学习过程，受测试难易程度影响较大。

为检验A、B两组教学效果之间的差异，采用方差齐性检验对两个班每人的平均成绩进行对比。方差齐性检验又称作F检验法，是英国统计学家Fisher提出的，主要通过比较几组数据的方差，以确定对检验对象检验的精密度是否有显著性差异，从而可得出哪一组教学效果较优。先将A、B两组的平均分数和样本标准差求出（见表2），然后假设两组教学效果无明显差异，并进行F值检验，过程如下：

假设H0 ： ？滋A=？滋B

dfb=k-1=1

dfw=nA+nB-k=28

F=■=6.38

其中H0为条件假设，dfb、dfw为自由度，k为对象个数，nA、nB、nC为对象人数，SSb、SSw为方差估计值。

根据dfb=1，dfw=28，查F值表，找到F（1，28）0.05=4.2，由于F=6.38>F（1，28）0.05=4.2，则假设不成立，即A、B两组教学效果存在较大差异，B组教学效果优于A组教学效果。实验结果表明，基于虚拟仿真系统的五轴课程内容及教学模式更加有效。

建立基于虚拟仿真技术的实训教学仿真系统，将虚拟仿真系统应用到实训课程中，构建五轴加工实训教学模式，根据教学模式完善五轴课程内容，并对课程内容进行合理安排，最后开展教学对比实验。实验数据的分析结果表明，新教学模式在不增加五轴机床数量的前提下，有效地提高了教学效果。

参考文献：

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[4]高常青，陈伟，密善民，等.基于TRIZ的技术预测方法研究与应用[J].机械设计，2014，31（8）：1-4.

[5]严慧萍.虚拟仿真在中职实训教学中的应用研究[D].福州：福建师范大学，2014.

[6]段雷.基于虚拟仿真系统的数控教学研究[J].机械管理开发，2013（2）：169-172.

[7]张成军.实验设计与数据处理[M].北京：化学工业出版社，2009.

Research on the Teaching Mode of Five-Axis Machining based on Virtual Simulation Technology

LI Jie，TAN Ji-ming

（Tianjin University of Technology and Education， Tianjin 300222， China）

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关键词：3D；虚拟仿真技术；“化工安全工程”；实验教学

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2016）05-0015-02

大多化工工艺过程涉及到易燃、易爆、有毒、有害等物质，且在高温、高压等极端苛刻的条件下进行。“化工安全工程”实验过程如果直接进行真实实验，危险性大，破坏性强，耗材大，成本高。3D虚拟现实技术可以利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉等感官的模拟，让使用者如同身临其境一般，可以及时、无限制地观察三维空间内的事物。3D虚拟现实技术的出现为解决“化工安全工程”实验过程的安全与经济问题提供了有力的技术支撑[1-3]。

一、3D虚拟仿真技术应用于“化工安全工程”实验教学的优势

“化工安全工程”实验教学主要基于常州大学国家级化工虚拟仿真实验教学示范中心的3D虚拟仿真技术完成的[4]，3D虚拟仿真技术实验结合计算机图形学、仿真技术、人工智能技术等多种先进科技，采用具有丰富后台数据支撑和强大仿真计算能力的化工流程模拟ASPEN PLUS软件[5-7]。传统的“化工安全工程”实验教学与3D虚拟仿真技术实验教学对比分析见表1。

二、“化工安全工程”3D虚拟仿真实验教学的主要内容

“化工安全工程”3D虚拟仿真实验教学主要包括两部分内容：常减压蒸馏实验、甲醇合成与精制实验。

（一）常减压蒸馏实验

以大庆石化一套270万t/a常减压装置为原型建立3D现场，后台仿真操作界面采用DCS控制界面，3D现场的阀门、仪表等操作与后台DCS二维仿真实时通讯，操作者有很强的沉浸感，操作性强。可实现虚拟开停车等初态模拟，冲塔、着火、泄漏等事故处理操作[9]，具体见表2。

（二）甲醇合成与精制实验

甲醇合成与精制实验以煤化工产业为背景，以真实化工厂甲醇项目为基础，选取煤制甲醇工艺中“合成气制甲醇”及“甲醇精制”部分进行开发，可进行开停车实验、反应塔温度高报警等异常情况处理操作，具体见表3和表4。

三、3D虚拟仿真技术在“化工安全工程”实验教学中的应用

本文以常减压蒸馏实验中的典型实验“P108A离心泵端面呲开着火” 事故处理实验为基础介绍3D虚拟仿真技术在“化工安全工程”实验中的应用。在实验过程中学生可以分别以外操员和内操员的身份完成实验，要求学生不仅能在生产现场应对突发状况，也能在DCS控制室进行相应处理。整个实验操作过程学生按照操作规程完成每一步骤电脑后台都会记录打分，直至完成所有步骤，否则学生就是未成功完成实验。实验过程如下。（1）发现P108A离心泵端面呲开着火：外操员在巡检过程发现离心泵端面呲开着火，内操员从DCS系统界面可以看到泵出口流量显著下降，同时塔内液面显著上升。（2）关闭事故泵电源和出入阀：外操员发现离心泵着火后首先关闭事故泵的电源、入口阀、出口阀，内操员发现后在DCS控制系统页面关闭事故泵的入口阀和出口阀。（3）灭火：外操员大致判断火势大小，如果火势不大直接采用灭火器材现场灭火，否则应立即向班长报告。班长听到外操员报告后应立即宣布启动预案。使用电话，拨打119，并联系电工对其断电。同时告诉现场外操员，打开消防消蒸汽幕阀门，取灭火器灭火。命令另一外操员迅速关闭常二线抽出阀门和换热器E119入口阀门。告知其他外操员打开消防通道，引导消防车进入事故现场。班长确认部署完毕，迅速用电话向调度室和车间领导汇报情况。（4）恢复生产过程：灭火完毕后，班长联系相关单位进行维修，恢复正常生产。设备维修正常后，首先打开备用泵的泵前阀和泵后阀，然后打开备用泵入口阀进行灌泵，然后打开泵的电源开关，最后打开备用泵出口阀，各项参数恢复正常。

通过调研近几年学生对“化工安全工程”基础知识和技术的掌握情况以及学生对该实验课程的反馈意见可知，基于3D虚拟仿真技术开展“化工安全工程”实验教学，将3D生产装置场景、任务引导系统与评价系统相结合，3D虚拟环境真实感强、无需物料、可重复利用、节能、安全、环保、节省投资。大大激发了学生的学习兴趣，提高了学生的实践动手能力、实验设计能力和举一反三的创新能力。

参考文献：

[1]周爱东，杨晓红，王庆等.大工程观背景下开放型化工仿

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[8]程思宁，耿强，姜文波等.虚拟仿真技术在电类实验教学

中的应用与实践[J].实验技术与管理，2013，（7）.

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【Abstract】The teaching statute and problems in materials preparation technology for metallurgical engineering are analyzed. The key measures in the reform of teaching contents and methods are introduced. Based on the virtual simulation， the modes in teaching and practice are innovated to meet the development of new engineering course.

【Key words】Metallic metallurgical engineering； Teaching reform； Virtual simulation； Innovation

全面深化教育改革向素质教育推进、发展，逐渐形成了以就业为导向、以学生为中心、以创新能力为本位的教学理念[1]。而教学理念和教学模式的新颖程度是目前众多具有服务地方区域经济发展特色的高等工科院校在专业课教学过程中需要加以重视的核心问题，亟待探索解决传统、单一教学模式和方法的新举措。因此，针对金属冶金工程方向材料制备技术的性质、特点与重要地位，分析课程教学的现状及存在的问题，结合我校新建立的虚拟仿真平台，提出能够切实改革教学内容、教学方法和手段的关键措施。

1 教学与实习现状及存在的问题

材料制备技术是金属冶金工程方向的一门专业基础课，是使学生掌握基础理论与专业技能，培养专门技术人才和创新型人才。该课程集理论、操作和应用于一体，涉及材料制备原理、设备及工艺等方面[2]。目前主要是单一课堂讲授为主的静态教学，学生处于被动接受状态，创新思维和能力得不到训练、提高。

材料制备技术所涉及的加工工艺流程繁杂，充斥着诸如难闻气味的污染物、高危化学品等因素[3]。在工厂实习环节中为了学生安全考虑，原有的知识应用与实践纯粹变成了走马观花式的观摩过程，学生只能看到整个工艺的简单流程，无法近距离接触到一些实际现象，也无法体会涉及的科学问题，制约了学生实践能力和创新思维的提高。目前的教学方法与实习模式已不适应新形势下的要求，改革与创新势在必行。

2 教学改革的关键措施

2.1 改革课程内容的侧重点

材料制备技术既涉及了物理和化学的知识，又涵盖了冶金、铸造、塑性变形、热处理等材料科学知识，对授课教师的有效教学和学生的高效消化、吸收非常不利[2]。对于我校这类具有服务地方区域经济发展特色的高等工科院校而言，应该结合广西有色金属资源冶炼、加工和产业化的区域优势，课程改革要侧重于有色金属材料制备理论、方法和技术方面，突出铝合金、镁合金以及铝基复合材料的冶炼、铸造和深加工内容。课程内容核心要紧密围绕在区内具有行业特色的南南铝等大型企业的产业化应用周围，应切实结合厂实际应用的工艺技术，讲授一些新知识，解决一些新问题，达到促进行业长远发展的目的。

2.2 改革教学方法

材料制备技术应适当去理论化，突出实践性，追求主动性，开拓独立思考的空间，形成以提高学生创新能力为本位的教学理念与方法。将3D动画等多媒体技术融入传统的授课方法中，交叉运用案例式、互动式、讨论式等教学模式，着重解决教学重点、难点[3-4]。充分利用先进的计算机仿真技术，实现“互联网+材料制备技术”。针对相对复杂的铸造、塑性加工和热处理，通过建模仿真模拟金属构件的微观组织演变规律，实现对组织、宏观尺寸、工艺参数的优化，让学生对课程知识加以深入理解、运用。

2.3 加强交流合作

为了突出学生的应用与实践能力和创新思维，要形成以加强科研、学术交流改革教学的新思路。带领学生参与有色金属材料冶炼、铸造、变形加工或热处理等方面的科研项目，与授课教师或研究生交流合作，对涉及的知识运用加以深化。在实践中对项目的知识内容进行提炼，申报“大学生创新创业训练计划项目”，对团队合作、科学问题提炼、项目撰写和答辩过程具有更深刻认识，激发对材料制备技术的学术热情[2]。

3 虚拟仿真型创新实习模式

虚拟仿真型实习模式是指充分利用信息化的技术优势，以三维立体造型和数值编程建模模拟实际加工工序，结合现有实验室条件达到数值模拟+实验验证的实习目的。该模式应该贯穿在材料制备技术中，指导学生主动使用Python编程语言、MatLab编程软件、ProE三维造型软件，在Procast、Deform等虚拟仿真平台上进行二次开发，完成课程中涉及的加工工艺，善于发掘、分析和解决问题。

在虚拟仿真后的实验验证环节，以我校金属冶金材料加工专业为例，集成了铝、镁等有色金属冶炼、铸造、轧制、退火处理等实习环节所需的各类设备。在课程实习过程，让6名学生为一组，对设备、工艺路线和工艺参数确定等完全交给学生自主完成。确立了大致的实习实验方案：以5系Al-Mg铝合金为例，经730℃冶炼后，在620℃浇铸板坯，待冷至室温后截取铸坯试样、均匀化和轧制试样，铸态板坯厚为10.3mm，425℃均匀化，保温1h，425℃热轧，热轧7道次试样厚为6.5mm，冷轧一道次厚为6mm，轧制速度为17r/min，然后截取样品，分别在350℃和180℃进行退火处理，保温1h。

通过学生虚拟仿真+自主型实习，对退火后的样品进行再结晶和回复的探究，体现了学生对专业知识的运用。结合铸坯、均匀化及退火微观组织结果，逆向探究设备选型和工艺参数的设?是否合理。

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【关键词】虚拟施工；3D模型；成本

一、虚拟施工技术的基本概念

虚拟施工技术是一种在虚拟环境中建模、模拟、分析建筑设计与与施工过程的数字化、可视化技术。 虚拟施工技术的主导思想是“先试后建”，即基于一个虚拟平台，在真实工程开工之前，对建筑项目的设计方案进行检测分析，对项目施工方案进行模拟、分析与优化，以便提前发现问题、解决问题，直至获得最佳的设计和施工方案，从而指导真实的施工。这一理念的实施，将大大降低返工成本和管理成本。

目前，国内外对虚拟施工技术的研究仍处于初期阶段，香港理工大学建筑虚拟模型实验室则是这方面研究的先驱者，其技术水平一直处于世界领先地位。虚拟施工技术是对建造过程中的各个环节进行统一建模，形成一个可运行的虚拟建造环境，以软件技术为支撑，借助于高性能的硬件，在计算机局网络上，生成数字化产品，实现规划设计、性能分析、施工方案决策和质量检验、管理。它是数字化形式的广义建造系统，是对实际施工过程的动态模拟。基本上不消耗资源和能源，也不生产实际产品，而是产品的设计、开发与实现过程在计算机上的本质体现，强调的是建造系统运行过程的计算机化。

二、虚拟施工技术内容

1、技术内容

工程施工过程是一项将设计图纸转化为实际建筑的复杂工作，利用计算机，择适当的软件平台，采用参数化的方式建立建筑结构构件及机械设备的虚拟模型，对不需要模拟施工过程的部位，则将单个的模型静态地组装起来；对那些需要模拟的施工过程，则采用正、反运动链的定义，通过编程，实现了施工过程的运动模拟。将虚拟仿真技术应用于复杂工程施工的结构、方案设计，通过三维图形的形式动态实时地显示施工方案实施的全过程，让方案设计人员置身在虚拟的环境中，随时调整、优化施工方案，对实际建造施工过程进行全面的仿真再现，对结构施工过程的各个环节进行跟踪模拟，从而实现施工中的事前控制和动态管理.

（1）建模技术

虚拟产品建模特别强调产品在计算机上的本质实现，施工模型要将工艺参数与影响施工的属性联系起来，以反应施工模型与设计模型之闻的交互作用，施工模型要具有可重用性，因此必须建立产品主模型描述框架，随着产品开发的推进，模型描述日益详细，但应保持模型的一致性及模型信息的可继承性，实现虚拟施工过程各阶段和各方面的有效集成。

（2）仿真技术

计算机仿真是应用计算机对复杂的现实系统经过抽象和简化形成系统模型，然后在分析的基础上运行此模型，从而得到系统一系列的统计性能。仿真的基本步骤为；研究系统——收集数据——建立系统模型——确定仿真算法一建立仿真模型——运行仿真模型——输出结果，包括数值仿真、可视化仿真和虚拟现实。

（3）优化技术

优化技术将现实的物理模型经过仿真过程转化为数学模型以后，通过设定优化目标和运算方法，在制定的约束条件下，使目标函数达到最优，从而为决策者提供科学的、定量的依据。它使用的方法包括：线性规划、非线性规划、动态规划、运筹学、决策论和对策论等等。

（4）虚拟现实技术

虚拟建造是在虚拟环境下实现的，虚拟现实技术当然是虚拟建造系统的核心技术。虚拟现实技术则是一门融合了人工智能、计算机图形学、人机接口技术、多媒体工业建筑技术、网络技术、电子技术、机械技术等高新技术的综合信息技术。目的是利用计算机硬件、软件以及各种传感器创造出一个融合视觉、听觉、触觉甚至嗅觉，让人身临其境的虚拟环境。操作者沉浸其中并与之交互作用，通过多种媒体对感官的刺激，获得对所需解决问题的清晰和直观的认识。

2. 适用范围

大型复杂结构建筑工程、大型土木工程。

三、虚拟施工技术的作用

“先试后建”是虚拟施工技术实施的指导思想，也是虚拟施工技术作用的集中体现，其可对建筑工程中的任何需要进行检测、模拟和分析。下面针对建筑项目的不同阶段，对虚拟施工技术的作用进行分析，即优化建筑项目设计、优化施过程、优化施工管理活动等。

1、优化建筑项目设计

完善的设计方案是建筑项目顺利实施的前提和保证。建筑项目设计由建筑设计、结构设计、建筑设备设计等组成。通常，这三方面由多个设计方完成。在施工过程中，这些设计将转变为集成在一起的建筑构件，结果碰撞或冲突时常出现，如建筑设备与结构之间的冲突等。这不仅会增加设计、施工返工成本，浪费资源，还会影响施工的进度。这也是建筑工程经常出现工期延迟的主要原因之一。另外，设计的不可施工性是项目设计的另一个主要问题。特别是对于复杂的建筑项目，经常出现设计的可施工性不强或不可行等问题。这同样增加返工量，影响施工进度。究其主要原因，就是缺乏一个有效的协同工作及检测平台，即设计方、施工方在设计阶段不能有效地沟通与协作，同时在二维（2D）环境下不能对设计方案进行检测与分析。虚拟施工技术为此提供了一个有效的平台，用于设计冲突、可施工性的检测，及多方沟通。

采用虚拟施工技术优化设计，首先要建立相关3D模型，包括建筑、结构及建筑设备等。基于建立3D模型，可进行设计检测、协同修改。设计检测可根据需要设定相关参数，确定检测范围，从而检测设计冲突问题、可施工性问题。设计检测在设计之初已经开始是一个“设计-检测-设计”的循环过程，直至在施工之前解决所有设计问题，尽而消除返工成本、减少施工时间。尽管检测跟踪时间较长，但检测、修改过程可以自动化操作，因此设计优化过程非常方便。同时，可行的设计方案是施工过程优化的前提，否则施工优化无从谈起。

2、优化施工过程

施工过程的顺利实施是在有效的施工方案指导下进行的。当前，施工方案的编制主要基于项目经理及项目组的经验来实施。然而，面对越来越庞大且复杂的建筑工程项目，仅凭项目经理的经验来编制施工方案已显得力不从心。施工方案的可行性一直受到业界的关注。同时，由于建筑项目的单一性和不可重复性，施工方案同样具有不可重复性，即不可能如制造业那样，同一生产方案可用于某产品的批量生产。通常是，当某个工程即将结束时，一套完善的施工方案才现于面前，结果为时已晚。施工进度拖延、安全问题频频出现、返工率高、建造成本超支等已成为现有建筑工程项目的通病。施工开始之前，找出完善的施工方案是十分必要的、重要的。在虚拟施工技术出现之前，这一问题几乎找不到有效的解决方案。虚拟施工技术不仅可以测试和比较不同的施工方案，还可以优化施工方案。 基于上述建立的3D模型，采用虚拟施工技术可模拟和分析相关施工方案。通过模拟，可发现不合理的施工程序、设备调用程度与冲突、资源的不合理利用、安全隐患（如碰撞等）、作业空间不充足等问题，也可以及时更新施工方案，以解决相关问题。施工过程优化也是一个重复的过程，即“初步方案-模拟-更新方案”，直至在真实施工之前找到一个最佳的施工方案，尽最大可能实现“零碰撞、零冲突、零返工”。从而大大降低返工成本，减少资源浪费与冲突及安全问题。同时，虚拟施工技术也为总承建商、分承建商、设计单位及业主提供了一个沟通与协作平台，帮助各方及时、快捷地解决各种问题，从而大大提高了工作效率，节省了大量的时间。

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摘 要：《建筑施工技术》课程是建筑工程技术专业的职业岗位核心课程，该课程对学生职业能力的培养和职业素质的形成起着至关重要的作用，为毕业后学生从事施工员、监理员等职业岗位打下坚实的基础。该文结合建筑施工技术课程的教学特点，针对《建筑施工技术》课程传统教学中存在的问题，从教学模式创设、课程内容整合、教学方法、实践教学、课程考核等方面对课程改革的思路和方法进行了研究和探讨，旨在探索出一条适用于《建筑施工技术》课程教学的新模式。

关键词：建筑施工技术 教学改革 教学模式

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）09（c）-0073-03

Discussion on Curriculum Teaching Reform and Teaching Model of "Construction Technology"

Lu Yanxia

（Lu’an Vocational Technical College The School of City Construction， Lu’an Anhui， 237158， China）

Abstract： "Construction technology" course is the core curriculum of profession on architectural engineering technology which plays an important role on students' vocational ability and quality and lays a solid foundation for graduates who will be engaged in construction， supervision and the other. We study and discuss the ideas and methods of course reform in this paper in view of teaching characteristics the problems of the traditional teaching on construction technology in view， the creation of teaching mode， the integration of curriculum content， teaching method， practical teaching， course assessment and the other in order to find a new teaching mode which is suitable for construction technology course.

Key Words： Construction technology； Teaching reform； Teaching model

《建筑施工技g》是建筑工程技术专业的职业岗位核心课程，又是工程管理、工程造价、工程监理等专业的职业技术基础课程。文章结合建筑施工技术课程的教学特点，针对《建筑施工技术》课程传统教学中存在的问题，从教学模式创设、课程内容整合、教学方法、实践教学、课程考核等方面对课程改革的思路和方法进行了研究和探讨。

1 课程特点

《建筑施工技术》课程主要讲授从基础施工到屋面施工涵盖整个建筑物建造的所有施工工艺，知识面广，施工工艺复杂，理论跨度大，具有很强的系统性、实践性和综合性[1]。有许多知识点仅仅通过课堂教学是不够的，只有通过大量的实践教学，学生对知识的掌握才会更加透彻，才能够深刻理解各工种施工工艺流程。

2 目前高职院校《建筑施工技术》课程教学存在的

问题

2.1 《建筑施工技术》教材知识陈旧，不能满足教学要求

《建筑施工技术》理论知识比较多，案例较少，知识内容过于陈旧，对目前建筑施工中出现的“四新”技术很少甚至没有涉及[2]，大多数教材主要讲施工工艺，而缺少施工质量检验、质量控制、施工质量验收规范的介绍。

2.2 教学方法单一

《建筑施工技术》课程实践操作性强，只有通过大量的实践教学，学生对施工工艺流程的掌握才能更加深刻。目前课程教学方法还停留在课堂讲授为主，以教师为中心，学生主体地位得不到发挥。先进的教学方法不能很好地应用，学生的学习兴趣不浓。

2.3 实践教学难以深度开展

目前建筑类每个班级学生人数均在60人左右。多数学校实践教学采用到施工工地现场参观实习[3]。这种方式均存在弊端：现场参观学生人数多，组织难度大，且在施工工地存在安全隐患，多数施工企业不愿意接受在校学生参观实习。

2.4 课程考核方式单一

《建筑施工技术》课程实践性强，传统的考核方式是以期末闭卷考试获取课程成绩，这种考核方式导致学生“纸上盖大楼、黑板种庄稼”，学生理论知识掌握牢固，实践技能欠缺，职业技能掌握不牢，职业素质不高。

3 《建筑施工技术》课程教学改革

针对上述《建筑施工技术》课程教学过程中出现的问题，课程组从多方面进行教学改革。

3.1 采用教学做一体教学模式

在教学过程中，采用教学做一体教学方法，将理论教学与实践教学合二为一，按照“资讯、决策、计划、实施、检查、评估”六步法组织教学，将理论教学内容和实践技能培养锻炼有机结合，引导学生在学习中研究，在研究中学习，激发学生的学习兴趣和自主学习的潜能。

3.2 基于建筑工程施工过程，整合教学内容，创设学习情境，提高学生职业素养

在广泛的市场调研下，根据建筑企业岗位需求，以学生职业岗位核心能力培养为目标，按实际的建筑工程施工工序，构建学习领域，确定工作任务。以“施工流程”为主线，以员工岗位职责为依据，进行任务分解，按照真实工作任务，整合、重构课程教学内容，创设了6个学习情境，即土方工程施工、基础工程施工、砌筑工程施工、混凝土主体工程施工、防水工程施工、抹灰工程施工，构建学生在校学习情景与实际工作情景的一致性。每个情境注重实训操作，增加了职业活动训练、施工案例分析、施工安全、环保措施、质量标准及质量验收等内容。

3.3 搭设课程技能竞赛平台，提高学生职业技能

为了适应建筑企业对高素质、高技能人才的需要，充分展示该课程人才培养成果，进一步巩固建筑施工技术课程实训内容，搭设了《建筑施工技术》课程院级技能竞赛平台，对2013、2014级建筑工程技术、建筑工程管理专业学生进行实施。学生踊跃报名参加，比赛竞争激烈。通过学生同台竞技，展现学生良好的精神风貌和故斓闹耙导寄埽进一步强化职业能力培养，以赛促学，以赛促教，以赛促管，深化教学改革，提高了教学质量。

3.4 实践教学改革

3.4.1 实践教学主推施工工艺虚拟仿真实训，降低实训成本

课程改革前，《建筑施工技术》课程实训项目主要在施工实训场开展，学生主要完成砌筑工程、模板工程、钢筋工程、扣件式钢管脚手架搭设、混凝土工程5个实训项目，其中混凝土工程、砌筑工程实训材料消耗均是一次性的，每学期实训结束后，学生砌筑的墙体、浇筑的混凝土构件均要推倒丢弃，耗材太大，浪费资源。建筑施工技术虚拟仿真教学软件解决了这个问题。

课程组保留了两个实训项目（扣件式钢管脚手架搭设和模板工程），其余3个耗材大的实训项目（钢筋工程实训、混凝土工实训、砌筑工程实训）均采用虚拟仿真教学软件，学生在虚拟仿真实训室独立完成主要工种的的施工工艺操作，解决了资源浪费、实训成本高的问题。

3.4.2 施工工艺虚拟仿真软件确保了课程理实一体教学的开展

由于《建筑施工技术》课程本身的特点，课程每个学习情境下对应的施工工艺操作不可能都在校内施工实训场完成，因此过去课程实训项目只开设了5个，其余项目（土方工程施工、基础工程施工、防水工程施工、预应力混凝土施工）的施工实训只能通过实习或教师播放施工录像来完成，没有真正意义上实现理实一体化教学。

建筑施工技术虚拟仿真教学软件投入使用，课程6个学习情境下的每个工作任务均能在施工虚拟仿真软件上完成。该施工虚拟仿真软件，以3D技术为依托，综合行业规范、贯穿教学重难点、实现施工场景仿真模拟及流程动态演示、人机交互式操作、成果实现智能考评等多项功能于一体的综合性专项仿真操作系统，施工场景形象逼真，学生上机操作如同在真实的施工现场操作，增强了学生动手操作的能力，提高了学生学习兴趣，教学效果好。

3.5 教学方法改革

打破传统的以课堂为中心，以教师为中心的传统教学模式， 采用案例教学法、任务驱动法、角色扮演等多种教学方法[3]。学生通过学与做的过程，实现对知识的理解和操作技能的固化，从而树立职业认同感，促进职业能力提升。例如讲完模板工程后，教师布置一个模板施工工程案例，案例背景中由于操作不当，导致施工出现质量问题，案例问题：为什么出现质量问题？说出正确做法。学生分组讨论，教师从旁加以引导启发，学生犹如在施工现场查找问题，大大激发了学生的探究兴趣，学生分析问题、解决问题的能力得以提升。又如在学习每个情境之前，教师会把与该情境相关的任务工单发给大家，以实际工作任务作为教学目标，课堂教学和实践教学围绕任务完成展开。如在学习脚手架工程之前，教师先把该学习情境下的任务工单布置给学生，针对工作任务目标，学生分组展开讨论：如何搭设、怎么保证安全。带着任务去学习，激发了学生的学习兴趣，收到了良好的效果。

4 课程考核注重过程化考核

课程改革之后，课程采取过程考核的方式[3]，针对每个学习情境中工作任务完成情况进行分段考核，最后进行累加得到课程总评成绩。课程总评成绩构成为：课程总评成绩=学习态度（20分） +学习情境1（10分）+学习情境2（10分）+学习情境3（20分）+学习情境4（30分）+学习情境5（10分）。其中学习态度包括学生出勤成绩和学生作业成绩。学生出满勤得10分，学生每旷一节课扣1分，直至10分扣完为止；课后作业为10分，该课程课后作业总次数为10次，每次作业按1分计算。每个学习情境设置的具体工作任务及分值分配见表1。

这种考核方式把理论与实践、结果与过程、技能与素养有机结合，综合评定学生成绩，突出了职业技能和职业素质的评价。

5 结语

综上所述，《建筑施工技术》课程通过对教学模式、教学内容、教学方法、实践教学、课程考核等方面的改革与实践，大大地提高了学生学习的积极性，强化了学生的职业能力和职业素质培养，教学效果大大提高。

参考文献

[1] 仲景冰.土木工程施工课程教学改革及思考[J].高等建筑教育，2002，43（2）：59-60.

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【关键词】虚拟仿真技术；建筑施工；信息化综合化

1 虚拟仿真技术简要论述

1.1 系统仿真技术的新发展

随着计算机技术的普及和发展,在建筑工程施工中采用智能方法极大地促进了施工技术和管理水平的提高,从而推动着施工学科的不断进步和发展。目前施工领域应用较成熟的软件系统有:CAD 辅助设计技术、专家系统、智能管理系统、办公自动化系统等,这些计算机技术的应用改造了传统的施工方法和理论,带来了新的理念。通过在建筑工程施工中引入虚拟技术的工程实践证明,建筑工程施工应用虚拟技术已成为可能,用虚拟技术研究建筑工程施工,将创造极大的经济性和促进技术的进步。虚拟现实技术综合了计算机图形技术、计算机仿真技术、传感器技术、显示技术等多种学科的优势,为人机交互对话提供了更直接和真实的三维界面,并能在多维信息空间上创建一个虚拟信息环境,使用户身临其境。虚拟现实技术不但具有仿真技术的优点还能提供真实的环境效果,在许多应用领域取得飞速发展。国内外的土木工程界在“大坝安全在线监控系统”和建筑消防研究方面也有一些尝试。仿真技术是对系统动态模型的一种实验手段,在安全性和经济性方面有较大的优越性,使其广泛地被航空、航天、军事、电力、交通等行业采用,在化工、煤炭、冶金等方面也有较好应用。

1.2 虚拟现实技术的前沿性问题

虚拟仿真技术能否在建筑工程施工领域得以推广和应用取决于计算机硬件和仿真软件本身的发展方面。目前应用虚拟仿真施工系统存在以下问题:第一，虚拟仿真系统开发和应用要求的硬件平台较高,需要在较高的专用工作站或实验室上进行,企业自行开发系统时,要建造专用虚拟实验室,购买国外进口设备和软件,这需投入一定的资金和人力。另外系统的演示受设备的限制,移动不方便。第二，在对单项工程进行开发时,需从国外进口VR 软件平台。由于虚拟仿真系统在工程施工中集成型软件几乎没有,再加上工程施工中影响因素较多,客观上造成开发一个项目所需成本较高,努力开发出一套面向建筑工程施工的专用集成型软件系统,为单项工程的开发提供一个方便的开发平台(模块) 是重要的前提。开发骨干,会增加施工企业的开支。

1.3 系统仿真技术与虚拟现实技术的结合

目前,我国一些大型建筑企业集团建立了自己的设计研究院,这为施工企业的技术人才培养和蓄纳创造了条件。我国施工企业的工程技术人员已具有一定的软件研发能力和应用水平,省、市级建筑施工集团已成为开发和应用施工定额软件、施工管理软件的主力。高等院校和科研机构也积极开发各种工程施工中所需的计算机辅助设计软件,另外在工程实践方面对计算机的工艺集成控制技术也有不少探索和应用,并取得了丰硕的成果。整个施工学科领域应用计算机辅助软件正逐步形成,完成完整的、适用的人工智能方法研究和实际推广已具备可能性。仿真技术的应用使仿真软件取得了飞速发展,新的并行计算方法、新的仿真平台和编程技术使其具有更好的可扩展性,因而能被更多的领域所使用。

2 虚拟仿真技术在建筑施工中的应用

2.1 虚拟建造技术的现实意义

使用虚拟现实技术对施工过程进行模拟,在施工前了解各种构件在实际结构中的相对位置及相互关系,实验多种施工方法,计算相应工况应力,对方案进行优化,这对以下几方面将产生重大意义。建筑工程施工方案的选择和优化建筑工程施工的施工方法及施工组织的选择和优化主要是建立在施工经验的基础上,存在一定局限性。同时,现代建筑基本都具有鲜明的个性,建筑工程施工成为不可完全重复的过程。使用施工虚拟仿真技术将可以直观、科学地展示不同施工方法和施工组织措施的效果,可以定量地完成方案的对比,有助于施工方案的选择和优化,真正实现最优施工。施工技术革新和新技术引入施工虚拟仿真技术一方面能使广大施工技术人员低成本地试验施工新工艺和革新思路,有助于创造性的充分发挥,同时能真切展示新技术的成效,缩短建筑业新技术的引入期和推广期,降低新技术、新工艺的实验风险。施工管理施工虚拟仿真技术能事先模拟施工全过程,能提前发现施工管理中质量、安全等方面存在的隐患,因而可以采取有效的预防和强化措施,提高工程施工质量和施工现场管理效果。

2.2 三维动画技术在建筑施工领域的应用

建筑施工全程虚拟是在现实建筑工程施工之前技术对施工全过程的各环节进行模拟真实展示和体验施工各阶段预期结果并应用系统软件适时调整施工变更或偏差#实现施工方案决策优化施工全程，虚拟技术的首要功能是虚拟预演即从待施工的建筑造型设计结构施工方案施工场地及施工组织设计施工关键技术，设计建筑施工各阶段控制过程中有关信息的集成管理，直至建筑工程竣工验收全过程进行虚拟预演将虚拟施工过程真实呈现于施工方及管理人员，虚拟施工环境下的全方位仿真可准确预演实际施工过程及其结果，它与传统实际建造施工过程相比，可提前发现施工方案设计中的缺陷和施工过程中可能发生的质量和安全问题，缩短施工工期更便于施工方案的监控与调整技术的另一突出功能是反演决策即在虚拟施工环境中，通过时间反演改变参数设置使施工过程与结果可根据业主要求及施工组织设计需要进行适时调整由于参数选择的不同可建立多样化施工比较方案根据实际情况选择最优方案。

3 建筑施工领域引人虚拟技术的发展趋势

建立在计算机应用基础上的虚拟现实技术可以模拟现有的事实或即将实施的工程。在三维世界中，计算机用户依靠虚拟技术去认知虚拟的工程，诸如开灯或关灯、驾驶汽车、搬运物体等，为达到这样的目的，视频、音频、三维模型等组成部分经过整合才能产生真实感。虚拟技术起源于美国的飞机模拟器，1989 年,美国VPL Research 公司的奠基人Jaron Lanier提出了Virtual Reality一词,用以统一表述当前纷纷涌现的各种借助计算机技术及最新研制的传感装置所创建的一种崭新的模拟环境的概念,目前大家都称它为虚拟现实。虚拟现实是利用计算机技术生成一个逼真的, 具有视、听、触、嗅、味等多种感知的虚拟环境,置身于该环境中的人可以通过各种传感交互设备与这一虚构的现实进行相互作用, 达到彼此交替更迭、融为一体的程度。虚拟现实系统由五个关键部分构成：虚拟世界、虚拟现实软件、计算机、输入设备和输出设备。虚拟现实技术是八十年代末出现，并迅速成为科学界和工程界关注的热点，它汇集了计算机图形学、计算机仿真技术、人机接口技术、传感技术、多媒体技术、人工智能技术和人的行为研究等多项技术，虚拟现实技术是这些技术高层次的集成和渗透,它给用户以逼真的体验,为人们探索宏观世界和微观世界中由于种种原因不便直接观察的事物运动变化规律,提供了极大的便利。

4 结论

使用虚拟现实技术对施工过程进行模拟,在施工前了解各种构件在实际结构中的相对位置及相互关系,实验多种施工方法,计算相应工况应力,对方案进行优化这对建筑施工技术性的发展将产生重大意义。

参考文献:

[1]张希黔,张利. 虚拟仿真技术在建筑工程施工中的应用现状和展望[J] . 施工技术,2001 ,30 (8) .

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关键词：建筑施工技术；进步；发展

中图分类号：TU74文献标识码： A

引言

时代的变迁让我国国民的经济建设飞速发展，建筑施工技术工程也是日新月异。趋势很好的建筑行业，让越来越多的有远见的成功人士加盟到其中，企业的互相竞争也是必不可免的，这也有利于建筑企业为了竞争不得不提高技术水平的创新。建筑施工技术的管理是一项建筑工程的基础措施，做好建筑工程的施工技术管理，可以提高建筑工程的修建效率，降低施工时的人力物力成本，并且还可以提高建筑工程的整体质量。

一、关于建筑施工技术管理优化的重要性

随着国民收入的稳定增长，社会各行业的全面进步，我国的各个地区对于基础设施的使用建设也在全面的递增，特别是建筑业建设取得我国房地产的突飞的发展。不过，建筑行业也让建筑施工企业的数量增多。但是，对于目前的建筑行业，虽然有管理部门的监督，相关质量的要求还是不太全面而且还偏低，所以建筑各个企业的施工技术也不一样，这也是导致建筑质量不合格，频繁出现的主要原因。通过建筑企业互相竞争的情势下，可以要求提高建筑质量的施工技术。只有完善了施工技术的管理要求，才有利于施工建设中修建的效率，提高工程的管理水平，降低建筑工程的建设成本，所以建筑施工技术监督管理的优化非常重要。

二、我国建筑施工技术的进步

1、建筑装饰施工技术

随着改革开放的政策刚刚开始，我国建筑装饰行业慢慢兴起，并且成为持续了20年之久高速发展的行业，建筑装饰行业的施工技术到现在已经有很大都进不了，尤其幕墙专业已紧跟国际水平，稍稍落后。但是有的工种已经有了翻天覆地的变化，各种电工工具已经普及在了全行业。有的企业已经把生产的矛头转向了装饰配件，生产工厂化，现场施工装配化的路子了，是当前施工比较良好的一个状态。

2、信息化管理技术

自我国进人wTO，国际建筑业的投资也自然加大了，所以建筑市场竞争非常的激烈，对于安装企业本身的管理技术的要求也日趋增高，这时候现代管理手段，有助于提高企业的竞争力。大型施工企业的改造主要在于公司和股份，以办公自动话为基础也可以有效的推进企业管理信息化的建设，还有以工程项目管理信息化也可以改善和提高企业信息化的建设水平。

3、低碳建筑中的施工技术

低碳建筑是指在建筑材料与设备制造、施工建造和建筑物使用的整个生命周期内，减少化石能源的使用，提高能效，降低二氧化碳排放量。目前低碳建筑已逐渐成为国际建筑界的主流趋势。“低碳建筑”低碳建筑采用结构体系、地能热泵系统、智能布线配电系统、太阳能综合利用、节能门窗、雨水收集中水利用及其他低碳使用技术。低碳建筑技术不仅可以大幅度降低能耗，同时可使建筑碳排放水平降低50%左右。

4、建筑防水技术

最近几年以来，我国建筑防水材料的应用慢慢发展，并且步步高升，尤其是新型防水的材料增长的更为迅速。根据市场的需求，以及大致的走势，SBS/APP改性沥青防水仍然需要大量生产投人市场的。EPDM用VC这两种产品成为高分子防水卷材的要发展的重点，并且对TPO产品的研究会加大力度。防水涂料好的前景是聚氨醋、丙烯酸醋类的防水涂料。硅酮是密封材料的重点，并且努力的研发防水保温性能的材料。

三、建筑施工技术的发展方向展望

1、计算机、网络信息技术在施工管理中的作用

信息技术在施工界也占有相当重要的位置，因此需要复杂项目的管理人员也要具备现代管理信息技术知识，这样才能有效提高国内的建筑市场，利于以后在国际上的竞争。

（1）提高管理水平的重要性。目前我国的施工企业之间的竞争普遍进入白热化状态，而承接建筑工程的可以称为国内施工企业经营的决定性因素，由于接到建筑工程任务就能挣钱的思想在很多企业中根深蒂固，所以导致很多施工企业对建筑工程项目管理不是很重视。因此就需要搞好管理，降低成本，提高营利能力，提高企业的竞争力，对施工企业来讲是很重要的。

（2）利用网络信息技术，大辐度提高管理效率目前很多项目参与各方的工作协调和信息交流的方式相对还是较为传统的，就导致速度和效率都比较低。造成这些的原因就是懂得项目管理和熟练计算机的项目管理人员很少。尤其是私企的老板对网络技术了解少之又少，所以一定程度上影响企业的发展。项目管理的科学化是大势所趋，因此就需要各大企业都要引进先进的科学技术，以此来加强我们的施工项目的管理，提高工作效率，从而带动施工企业整体的核心竞争力。

2、预拌混凝土以及混凝土输送、使用技术的创新

混凝土是现代建筑施工的主要原料，混凝土的质量直接决定了建筑施工的质量。预拌混凝土技术采用先进技术，将混凝土在施工前搅拌好，一是减少了施工工序，极大减少了人、物资源的浪费，并在客观上缩短了施工工期；二是标准化的混凝土能避免人工配比、拌料时的误差，保证了混凝土的质量。另外，通过创新技术，采用泵送混凝土输送技术，保证了混凝土在输送过程中的质量稳定。在混凝土的现场施工方面，通过采用预防混凝土碱集料反应的措施来进一步的保障混凝土施工质量，例如，尽量使用低碱水泥、砂石料、低碱活性料等。同时，通过预应力混凝土技术，采用低松弛高强度钢绞线以及新型预应力锚夹具结合起来，有效减少混凝土板厚、高度，从而达到减轻建筑物自重、提升建筑物性能的效果。

3、钢筋加工技术的创新应用

钢筋-混凝土结构是大多数建筑物的首选，钢筋加工质量对建筑施工质量有着至关重要的影响。在钢筋的焊接方面，电渣压力焊由于不受钢筋化学成分、可焊性以及天气的影响，并且操作过程中没有明火、安全又简单，在钢筋加工中越来越普及，特别适用于现浇钢筋混凝土结构中竖向或斜向（倾斜度在4：1范围内）钢筋的连接，特别是对于高层建筑的柱、墙钢筋，应用尤为广泛。

在钢筋连接技术方面，钢筋剥肋滚压直螺纹技术通过滚丝机将待连接钢筋端部的纵肋和横肋直接滚压成普通螺纹，并用特制的直螺纹套筒连接。采用直螺纹连接技术可以大大加强钢筋接头强度，100%发挥钢筋抗拉，并且操作简单高效，施工现场就可以快速进行加工。

4、建筑施工虚拟仿真技术的应用

通过建筑施工的虚拟仿真应用可以直观、科学地展现不同施工方案的真实效果，定量地完成方案的对比，有助于施工方案的选择和优化，提前发现和解决问题，真正实现最优施工。为实现建筑施工的虚拟仿真，需要借助虚拟现实技术、计算机仿真技术、优化与建模技术等，建立复杂的数据分析模型，针对广域分布的数据资源和计算资源进行研究、分析、实验或修正，并提供直接真实的人机交互对话三维界面，计算规模庞大。云计算平台的集成计算引擎赋予支持系统强大的计算处理能力，能够满足建筑施工虚拟仿真应用中的海量数据存储与分析处理，是新一代信息技术在建筑工程行业的典型应用。

目前，建筑施工虚拟仿真应用在国内建筑工程行业的还处于发展阶段，相关工程实践不多。未来，可通过增加软硬件及人员投入、提升施工技术人员的软件研发与应用水平等途径，基于云计算推广虚拟方针应用，对施工活动中的人、财和物的信息流动过程中出现的仿真，为了避免施工中出现问题，就要增强施工过程中的决策、优化和控制能力。

结束语

综上所述，随着建筑工程施工技术的创新和应用，在促进我国建筑施工质量不断提升的同时，也使得人们的观念在发生着越来越大的变化。未来建筑施工技术的发展，需要科学的人文观、环境观、资源观的保障，只有具备这样的施工技术应用观念，才能够更好地促进我国社会经济的发展。

参考文献

[1]陈和平.谈高层建筑施工技术[J].科技创新导报，2012年.

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1．1施工顾虑和隐患较多

由于许多建筑工程位于城市地区，甚至地处城市闹区，人员众多，周边的高层建筑遍布，使得深基坑施工的顾虑和隐患较多。在深基坑施工当中，基坑支护建设是其中的重要部分，如建设效果不佳，将造成对周边建筑和路面的极大负面影响，还可能破坏地下基础设施建设，危及到周边的人员和财产安全，导致工程延期，造成不必要的矛盾和纠纷。因此，建筑工程的深基坑施工需要保持高度小心，确保较高的施工技术水平和施工管理水平。

1．2深基坑支护形式较多

深基坑支护建设，需要结合建筑工程的地理环境，在综合权衡和考量之下，运用最佳的支护形式。多样化的支护形式是深基坑施工建设的一大特点，包括预制桩和搅拌桩、混凝土灌注等多种支护手段，对于不同地理环境有着对应的支护效果。在深基坑施工当中，从实际情况出发，经由科学计算和规划，采用最适合的支护形式，也可运用多种支护形式相结合的方式，确保深基坑的支护建设满足建设要求，确保整体施工建设的安全性。

1．3地理实况环境较复杂

深基坑建设面临的实况环境多种多样，不同的地质条件对于深基坑施工造成的影响也各不相同。如在沿海地区，除需要考虑到当地地质条件因素，还需要考虑到基坑开挖过程中可能出现的海水倒灌问题。如在人口较密集的城市繁华地带，复杂的交通环境和较大的建筑密度使得深基坑建设面临很大困难。一方面需要避开复杂的地下设施，另一方面需要尽量降低对周边建筑和人群造成的干扰和影响。这就需要施工企业掌握好周边环境，加强对实况环境的维护。

1．4基坑深度不断加大

随着城市发展速度不断加快，城市人口快速增加，城市用地越来越少。建筑工程不得不向纵向发展，不断增加建筑高度，高层建筑建设数量越来越多。高层建筑对于基坑深度要求不断提高，只有在确保足够的基坑深度的基础上，才能保证建筑的稳固性和安全性。地下建设深度不断拓展，地下楼层数量不断增加，也就使得基坑施工建设的难度越来越大，对于新技术的要求越来越迫切。这也就使得深基坑施工新技术发展成为建筑工程发展的必然要求。

2深基坑施工新技术在建筑工程中的应用

2．1计算机数值分析虚拟仿真施工技术应用

计算机数值分析虚拟仿真施工技术的应用，主要运用计算机技术，利用数值分析虚拟仿真技术，将建筑工程的施工方案予以仿真化呈现，使得建筑工程的施工精度得到显著提升，确保实际施工的准确性和规范性。该项技术能够准确计算建筑工程建筑区域地质环境，通过对断面地层土质的虚拟仿真分析，制定出最为有效的施工办法。明确基坑支护中锚索方案，使得基坑支护建设不出现变形情况，确保整体基坑开挖过程安全性的实现。

2．2新型基坑止水帷幕施工技术应用

在建设工程的深基坑施工当中，一方面要求基坑不出现变形情况，确保基坑的稳固性，为整体建筑工程打下坚实基础，另一方面对于止水的要求较高，将地表水和地下水排除在外，避免水的浸泡削弱基坑稳固性。新型基坑止水帷幕施工技术，利用内撑和灌注桩的施工方案，建立起新型套管灌注桩咬合旋喷桩，已形成有效的基坑止水帷幕结构。在这一结构的防护下，基坑变形因素大大消除，其良好的止水性能也是地下水被有效阻隔在外。

2．3电容感应变测量技术应用

建筑工程深基坑变形问题是造成深基坑质量受损的重要原因。如何有效感知基坑变形，以便及时采取处理办法，是深基坑施工中的重要内容。电容感应变测量技术，是针对这一问题最为有成效的新技术办法。其通过对基坑现场的实际沉降和水平位移量的监测，判断出基坑出现的变形问题，为施工技术人员提供警告，以便其及时停止开挖作业，并采取有效的应急处理措施。该项技术使用简便，且实效性强，是建筑工程建设中的有力支撑。

2．4基坑信息化动态施工

建筑工程的深基坑施工受周边环境的影响较大，如何对施工过程进行有效监测，如出现基坑变形或对周边建筑造成一定影响时，能够及时掌握情况，进而进行施工方案的及时调整，是深基坑施工在技术上的迫切需求方面。基坑信息化动态施工，即实现了这一技术目标。通过对基坑开挖和支护建设等施工过程的信息化动态监测，及时掌握施工进度，了解对周边环境的影响，并明确当前基坑变形情况，使得深基坑施工拥有动态化指导，大大方便了施工操作。

3结语