虚拟仿真技术与建筑施工安全工程

1、随着计算机技术和信息技术的快速发展，仿真技术也得到了迅速的推动，并在高技术的发展中越显其重要作用。本文介绍了仿真技术的发展和形成，介绍了该技术在建筑施工中的应用。重点介绍了它在施工安全中的应用。仿真技术（SimulationTechnology）已有半个多世纪的发展史了，在这半个多世纪里，仿真技术的发展从简单到复杂、从理论到实践、从辅助学科到解决重大工程问题的必要手段。仿真技术在计算机技术、网络技术、图形图像技术、多媒体技术、软件工程、信息处理技术、控制论、系统工程等相关技术和理论的支持、交叉、融合下，逐渐形成了一门交叉科学，成为认识客观世界的一裢重要的方法。一、仿仿真科学学的发展展和形成成仿

2、真系系统的发发展首先先从仿真真器开始始，第一一台美国国空军的的林克机机练习器器是19929年年诞生的的。二战战后期，火火炮控制制与飞行行控制动动力学系系统的研研究促进进了仿真真技术的的发展。最最初还只只是用于于军事方方面。770年代代后，仿仿真技术术不但在在军事领领域得到到迅速发发展，而而且扩展展到了许许多工业业领域，如如汽车模模拟器等等。这是是发展的的初级阶阶段。220世纪纪80年代代美国国国防部高高级研究究计划局局和美国国陆军共共同制定定和执行行了SIIMNEET研究究计划，美美国空军军建立了了先进的的半实物物仿真实实验室，随随后各部部门继续续设分布布式交互互方针系系统、并并行分布布式交互

3、互仿真系系统、聚聚合级仿仿真系统统。这是是仿真技技术发展展的高级级阶段。上上个世纪纪宋和本本世纪初初，对广广泛领域域的复杂杂性问题题进行科科学研究究的热潮潮正在兴兴起。复复杂性是是对简单单性的否否定，复复杂问题题的提出出，推动动了整体体论、系系统论的的发展。仿仿真技术术进入了了今天的的研究复复杂系统统仿真的的新阶段段。二、仿仿真技术术的应用用领域仿真技技术最早早主要应应用于军军事方面面，比如如航天器器、航海海模拟、高高能武器器等。随随着国民民经济的的发展，仿仿真技术术被迅速速地推广广应用到到国民经经济的每每个领域域，成为为系统工工程中的的科学方方法和有有力工具具。最广广泛地应应用在军军事领域域

4、，比如如美国的的综合战战区演练练（STTOW）计计划、欧欧洲大型型军事演演习（代代号JPPOW）、美美国在科科威特进进行的战战区导弹弹作战仿仿真等；仿真技技术在工工业系统统的多种种应用取取得了巨巨大的社社会和经经济效益益；近几几年来仿仿真技术术在制造造业中的的应用和和发展在在我国取取得很好好的成果果。仿真真技术将将设计、试试制、生生产、销销售一体体化：利利用模拟拟现实仿仿真技术术医生可可以在虚虚拟病人人身上进进行手术术训练，通通过训练练可以提提高手术术成功率率；仿真真技术已已经应用用到游乐乐产业中中，出现现的高科科技仿真真设备有有：“仿真太太空船”、“仿真高高尔夫球球”、“赛车”、“飞机格格斗

5、”等；当当前仿真真技术还还用于房房地产业业中，开开发商利利用虚拟拟仿真技技术把预预售房子子的结构构、布置置等效果果用3DD实现，让让购房者者可以体体验到真真实的情情景以产产生美好好憧憬；虚拟仿仿真技术术与建筑筑施工的的有机结结合，使使工程师师在建筑筑尚未开开工之前前便漫游游其中。许许多重大大工程（比比如三峡峡工程、南南水北调调工程）项项目的失失误都将将是灾难难性的，而而且也是是不允许许失败的的。对于于这类工工程预先先应用仿仿真技术术排除设设计错误误、优化化设计、预预示完成成后的工工作状况况已经成成为工程程界的共共识。三、虚虚拟仿真真技术在在建筑施施工中的的应用与与现实意意义虚拟仿仿真技术术在建

6、筑筑施工的的应用有有很重大大的意义义：首先先有助于于建筑市市场的管管理、完完善管理理制度。施施工虚拟拟工程在在招投标标过程中中能主观观对比投投标各方方的施工工工艺、方方法和成成效，增增加评标标的透明明度和公公正性，减减少各种种不正当当行为的的发生。有有利于建建筑市场场的规范范化管理理；还可可以考察察建筑设设计是否否合理，从从而指出出不合理理的部位位进行修修改，达达到优化化设计的的目标。这这对重大大工程尤尤为重要要；有助助于施工工方案的的选择和和优化。因因为建筑筑施工方方案的选选择有一一定的局局限性，它它主要取取决于决决策者的的施工经经验和知知识水平平，而且且施工过过程又都都没有可可模性，决决定

7、了建建筑施工工过程的的各异性性。而施施工虚拟拟仿真技技术可以以直观、科科学地展展示不同同施工方方法和施施工组织织措施的的效果，可可以定量量地完成成方案的的对比，真真正实现现施工优优化；该该技术还还可以模模拟新技技术、新新材料、新新工艺应应用后的的效果；有助于于旋工管管理：施施工虚拟拟仿真技技术能模模拟施工工全工程程，能够够提前发发现施工工管理中中质量、安安全等方方面存在在的隐患患。管理理人员可可以采取取有效的的预防、加加强措施施，提高高工程施施工质量量和管理理效果；施工虚虚拟仿真真技术能能实时、直直观地显显示施工工全过程程，这样样有助于于操作人人员全面面了解作作业过程程，安全全地完成成施工任任

8、务。建建筑业是是高危险险行业，加加强安全全工作是是施工单单位的工工作重点点，也是是政府和和人民群群众关注注的重点点。四、建建筑施工工安全与与安全价价值工程程目前我我国正在在进行历历史上也也是世界界上最大大规模的的基本建建设。建建筑业完完成产值值年年持持续增长长。建筑筑也从业业人员数数目庞大大，据不不完全统统计人数数为38893万万人，已已占全国国工业总总从业人人数的约约1/33，建筑筑产业已已成为国国家的支支柱产业业。工程程建设的的巨大投投资和从从业人员员的庞大大规模使使得安全全事故的的后果异异常严重重和巨大大。我国国工程建建设中的的安全管管理水平平一直很很低，每每年由于于安全事事故丧生生的从

9、业业人员超超过干人人，直接接经济损损失百亿亿元。特特别是近近年来重重大恶性性事故频频频发生生，引起起全国上上下的普普遍关注注。随着社社会的进进步科技技的发展展，人们们对安全全认识水水平也逐逐步提高高，从安安全事故故发生原原因的偶偶然性到到必然性性的过程程。这些些必然原原因中，最最主要的的原因是是人的原原因、物物的原因因、环境境的原因因、管理理失败的的原因。在在我国建建筑行业业中，尤尤其要注注意人的的原因，因因为建筑筑安全事事故的核核心是“人”，而“人”又是具具有特定定的文化化背景和和处于特特定的国国情之中中。一方方面是作作为管理理者的“人”重生产产轻安全全的思想想普遍存存在，安安全管理理缺陷几

10、几乎存在在每一起起安全事事故中；另一方方面是建建筑活动动主体的的“人”农民工工，自身身文化素素质及职职业安全全素质较较低；有有限的场场地上集集中大量量的人员员、建筑筑材料、设设备和施施工机具具等进行行立体交交叉作业业，相互互干扰难难免发生生危险；建筑施施工高空空、露天天作业多多，工作作环境差差；工人人工作时时间长，劳劳动强度度大，容容易出现现疲劳、注注意力不不集中造造成安全全事故；建筑产产品复杂杂，材料料堆放不不符合要要求也是是造成安安全事故故的原因因。而且且我国建建筑安全全管理制制度理念念滞后，建建筑业竞竞争激烈烈，安全全投入严严重不足足等等也也是导致致危险事事故发生生的重要要因素。所所以说

11、安安全控制制是很有有必要的的，安全全控制是是通过对对生产过过程中涉涉及到的的计划、组组织、监监控、调调节和改改进等一一系列致致力于满满足生产产安全所所进行的的管理活活动。施工现现场的安安全控制制是必不不可少的的，但是是安全投投入不足足还将导导致事故故的发生生。而且且好多施施工单位位甚至建建设管理理部门没没有考虑虑到安全全的经济济价值，把把安全工工作与经经济利益益对立起起来，认认为安全全投入是是企业负负担，没没有把各各项安全全措施落落实到位位。价值值工程（ValueEngineering）是一门新兴的管理技术，是减低成本提高经济效益的有效方法。定义为：V=F/CC公式中中：V价值值；F研究究对象

12、的的功能；C成本本，即寿寿命周期期成本。以价值值理论为为基础，可可以定义义安全价价值工程程，可以以对所研研究的系系统进行行安全分分析与评评价。主主要思想想就足对对系统的的各个单单元进行行安全价价值分析析，通过过制定相相应的整整改措施施和方案案，使各各个打援援实现最最大安全全价值，最最终实现现整个系系统的安安全值最最大，达达到安全全、高效效的生产产目的。安安全价值值定义为为：SV=S/C公式式中：SSV安全价价值；SS研究究对象的的安全程程度；CC研究究对象的的安全成成本。将安全全工程与与价值工工程结合合，利用用价值工工程的原原理使得得安全价价值最大大化。安安全价值值工程的的工作顺顺序是：确定安

13、安全研究究的对象象；综合合研究；制定创创新方案案与评价价。施工工安全也也可以利利用安全全机智工工程来评评价，以以达到安安全值最最优。五、虚虚拟现实实在建筑筑施工安安全工程程中的应应用虚拟现现实技术术町以用用在建筑筑施工安安全的以以下方面面：（1）首首先可以以用在评评价施工工安全价价值工程程中。在在施工过过程中出出现危险险事故的的原因主主要有人人的不安安全行为为、物的的不安全全状态、环环境隐患患和组织织管理不不力等。可可以根据据这四个个因素的的重要程程度进行行各个方方面的安安全价值值分析，指指定不同同的安全全方案。可可以达到到资金与与安全程程度的最最大优化化。（2）各各种施工工设备的的操作训训练

14、。尤尤其是某某些重要要工程中中要采用用先进的的特种设设备，而而这些设设备是不不允许出出现失误误且需要要不断反反复的操操作训练练。即使使一般的的起重机机、挖掘掘机、塔塔吊也需需要熟练练的操作作，还有有混凝土土搅拌站站等等。采采用虚拟拟现实技技术开发发相应的的设备模模型用户户通过各各种传感感及输入入装置与与虚拟场场景的交交互，使使之通过过虚拟的的设备得得到“真实”地训练练。还可可以观察察操作过过程中存存在那些些不规范范的操作作，可以以提前改改正，还还可以观观察些些设备的的操作隐隐患。以以此好采采取相应应的措施施预防和和加强。（3）可可以进行行按事故故过程模模拟。有有经验的的工程师师了解工工程当中中那些部部位容易易出现隐隐患，那那些部位位容易发发生事故故。比如如爆炸、坍坍塌、坠坠落、交交通事故故等。利利用虚拟拟现实技技术可协协助建立立安全事事故发生生过程三三维动态态仿真模模型，为为以后类类似的事事故的分分析、职职工安全全教育停停工有力力的工具具支撑。（4）可可以模拟拟紧急逃逃生演练练。三维维交互系系统的沉沉浸性使使用户和和系统之之间可以以交换信信息。通通过建立立建筑物物的事故故模型，可可以训练练现场人人员在事事故发生生上的自自救、逃逃生路线线的选择择和应急急行动的的实施，以以次来降降低事故故发生时时的损失失。（5）还还可以进进行安全全教育。由由于农民民工的文文化素质质