計算機模擬在建築工程設計中的應用論文

計算機模擬在建築工程設計中的應用論文

摘要:計算機技術經歷了一個不斷髮展和完善的過程，逐漸在人們的生活中得到普及。在二十一世紀，形成了計算機模擬這一類新型的資訊科技，計算機模擬技術顧名思義就是將計算機與模擬技術結合到一起，由於科學技術的進步，計算機模擬技術也得到了更為廣泛的應用，三維化的模擬系統有著非常廣闊的應用前景，促進了建築工業設計等領域的發展，提高了環境設計的效果和要求。本文分析了計算機模擬技術運用到建築工程設計中的重大意義，同時也探討了將各類模擬技術與建築工程設計結合使用過程中遇到的各類問題，旨在計算機模擬技術能發展得更好，運用到更為廣泛的領域中。

關鍵詞:三維模擬技術；Multigen；實時互動技術；3dsMax0

前言

在21世紀，各種資訊網路技術、計算機技術、網際網路技術都得到了很好的發展，並逐漸普及到越來越多的普通人生活中。將先進的智慧化方法運用到建築工程中，可以提升施工技術和管理水平，對建築設計領域的發展和進步做出了不少的貢獻［1］。計算機虛擬模擬技術作為世界上最為先進的科技之一，顛覆了我國原有的工程設計和施工方式，將其上升到一個新的層面。計算機技術和圖形技術第一次被聯絡起來是在1963年，從此之後，數字技術開始直接影響二維和三維的所有設計種類。建築技術是計算機模擬技術的重要代表，更是受到了數字技術非常大的影響［2］。在建築工業中，計算機模擬技術可以模擬出比較接近真實情況的圖形影象，因而得到了廣泛的應用，在技術方面的應用主要包括三維模擬軟體和三維建模工具，除此之外，還可以建立三維模擬的模擬平臺系統，這類系統能運用到很多不同的領域，例如模擬工業建築物，模擬室內設計裝飾系統替換之後的效果等，這樣的三維模擬系統往往是集聽覺與視覺一體的。至於在建築環境的展示方面，可以先用計算機模擬技術對環境進行模擬模擬［3－4］，從而展示給人們接近真實建築物的效果，讓人們能夠從不同的角度觀賞建築的外觀和平面佈局等。本文對目前被人們應用的比較廣泛的三維模擬技術、3DSMax、Multigen實時互動技術等進行了深刻分析，找出存在的現實問題，併為之開發出更好的.應用前景［5］。

1計算機模擬技術的概述

1.1基本概念

什麼是計算機模擬技術?簡單來說，它就是將生活中的物理現象藉助適當的數學和物理模型在計算機中模擬出來，根據模擬得出的結論來分析實際場變數，這是人類科技上的一大突破，解決了傳統的模擬技術所解決不了的難題［6］。換句話說，計算機模擬技術是在多種技術如多媒體、感測技術、模擬等的共同支援下，對系統模型的實驗技術。這種技術為建築工程設計領域帶來了非常多的幫助，提高了建築專案的安全性和經濟性，一定程度上降低了施工過程中存在的風險［7］。不僅如此，由於計算機模擬技術可以重複進行多次高仿實驗，還有利於減少工期，提高工程的質量。

1.2應用特徵

受到傳統模式的影響，大多數人都是根據以往施工過程中獲取的經驗來將施工方法和組織進行最佳化的［8］。雖然經驗豐富對於施工有一定的幫助，但實質上也存在著非常多的侷限，在這種情況下開展的建築工程往往會伴隨有很多棘手的施工問題。例如:建築風格和設計缺乏新意，表現得比較千篇一律，此外還難以控制施工過程中的成本消耗。值得高興的是，隨著計算機模擬技術的發展，人們將其融入建築設計的領域中，改善了這個領域記憶體在的諸多缺陷［9］。現代社會中的很多企業，選擇利用計算機模擬技術的互動性和模擬性，依照所要建設工程的具體要求來建立虛擬的三維模型，並模擬出施工的全過程，這個模擬的全過程能夠被直接觀察到。如此一來，工作人員能夠清晰的瞭解各種構件的作用及其在實操中位置的重要性，並得出正確的施工安全控制引數［10］。計算機模擬技術是一門綜合性技術學科，能夠解決科學研究和工程設計中的種種難題，其主要的特點如下:(1)實用性。大型建築系統往往成本較高，而應用計算機模擬技術之後成本可降低到原先的10%～20%，同時裝置可反覆利用；(2)隔離性。在實際建築環境中，影響系統執行的因素較多，但是計算機模擬技術的應用可避免系統受到外界的干擾，從而在某種特定條件下，對建築系統展開深入探究；(3)安全性。對建築系統直接進行測試存在較大的風險，然而計算機模擬技術的應用能夠弱化危險係數，保證系統測試的安全性；(4)快速性。計算機模擬技術的應用可提升建築設計的效率；(5)預見性。在建築設計過程中，結構設計和引數設定通常是比較困難的環節，對於這種情況，計算機模擬技術可發揮其設計最佳化功能，並提前分析瞭解系統後續設計工作。

2建築工程設計中計算機模擬技術的具體應用

2.1建築工業中三維模擬技術的應用

計算機模擬技術是將不同的技術結合在一起形成的，從而展現出強大的功能，具體的技術主要有如下幾種:(1)無縫編輯生物建模技術；(2)貼圖烘培技術；(3)粒子系統技術；(4)MultiGen實時互動技術。三維模擬技術作為一種先進的科學技術，有著眾多其他技術所沒有的優點，比如效率高、安全保障性好、受環境的影響小等［11－12］。並且，人們可以根據不同專案的特定需求，對時間和模型的比例大小進行改進。此種技術具有鮮明的想象性、沉浸性和互動性［13］。利用模擬系統，將虛擬場景模擬出比較真實的感覺，往往需要由大量元素共同合成。一般情況下，是根據以下所敘述的步驟進行操作的.譬如在建設一所新的校園時，設計者在進行具體的設計改造前，都會預先提出幾種不同的設計方案［14］。這時可以利用計算機三維模擬系統，將不同設計方案進行模擬，觀察所設計校園的不同立面。在這個時候我們要以計算機模擬模擬的形象思維來思考研究。主要是使用AutoCAD和3DSMAX來模擬校園建築物和各種設施，首先，用AutoCAD來建立三維場景的平面圖，再將平面圖匯入3DSMAX中，建立地面模型，3DSMAX造型的立體效果很強，這樣最終得到的校園三維模型會有一個很好的模擬效果［15］。

2.2Multigen實時互動技術在構建建築模型中的應用

由美國Multigen－Paradigm公司開發得到的Mul-tigenCreator系列軟體，不但可以模擬大型的視景效果，還可以建立能給人帶來身臨其境之感的娛樂遊戲環境［16］。它擁有優化了的OpenFlight資料格式，具有非常強大的功能，能夠高效地生成實時三維(ＲT3D)資料庫，在大部分實時模擬領域都佔據著重要地位。

2.3建築設計中3DSMax的應用

3DSMax可以以三維形式將建築虛擬模擬出來，這是其最為顯著的優點，利用高超的模擬技術，將建築中提出的設想表現得更加直觀和清晰。3DSMax的渲染功能已經發展得非常成熟，可以把建築的環境場景都模擬的惟妙惟肖。在2012年，計算機模擬技術領域的專家對圓明園被燒燬的景區進行了復原再現，模擬出的數字三維景觀讓全世界都為之驚歎。現代模擬技術的科學家們根據清朝初期畫家惲壽平清淡飄逸的風格及其沒骨的畫風，藉助3DSMax等先進的科學技術，將“三山五園”製作成一部唯美又真實的3D動畫，被稱為“夢幻圓明園”［17］。喜愛園林藝術和歷史遺蹟的觀眾，不僅可以透過這部3D動畫觀賞圓明園的美妙景色，還可以使用“虛擬遊園”的功能，領略“萬園之園”的精彩。各種技術的結合，使得觀眾不再是單純的觀賞動畫，還能透過自身的肢體動作控制螢幕中的花開花落，給人一種身臨其境之感。

3結語

在如今這個資訊化社會，技術影響著人們生活的方方面面，不僅改變了人們從前的建築工藝和都市生活，也使得設計形式煥然一新。不過，這對設計師和建築師來說，又是一個新的挑戰，他們需要改變自己原來傳統的設計理念和思維，不斷適應資訊化社會對建築設計的新要求。

參考文獻

［1］鍾登華，趙晨生，張平．高心牆堆石壩壩面碾壓施工模擬理論與應用［J］．中國工程科學．2011(12):28－32．

［2］孫磊．虛擬施工技術的研究與應用［D］．武漢:武漢科技大學，2012．

［3］李準．資訊視覺化與資料視覺化［J］．現代製造技術與裝備，2014(05):61－62．

［4］沈芳．計算機模擬技術的發展及其應用［J］．科技傳播，2014(13):232+170．

［5］杜曉剛．虛擬模擬技術在建築施工中的應用分析［J］．中華民居，2011(06):72－73．

［6］本刊記者．Bentley三維設計軟體助力專案大幅節約建造成本［J］．工程質量，2013(02):76－77．

［7］陳曉玲．虛擬模擬技術在建築工程施工中的應用現狀和展望［J］．門窗，2014(06):81+84．

［8］王希鵬．三維模擬技術在建築給排水管道工程中的應用研究［D］．青島:青島理工大學，2013．

［9］江煒．三維虛擬模擬技術在城市建設發展當中的應用［J］．城市地理，2016(08):10．

［10］胡命傑．談計算機模擬技術的新發展［J］．資訊保安與技術，2015(02):3－4+9．

［11］張麗，張冬月．中國傳統建築設計手法與現代技術結合構想［J］．科技創新與應用，2013(19):240．

［12］蔡妙玲．淺析高等院校公共教學樓造型的建築設計手法［J］．中國新技術新產品，2011(22):193．

［13］孫志勇．虛擬模擬技術在建築工程施工中的應用效果分析［J］．建設科技，2016(16):84－86．

［14］張德海，韓進宇，趙海南，等．BIM環境下如何實現高效的建築協同設計［J］．土木建築工程資訊科技，2013(06):43－47．

［15］王嘉平．計算機模擬技術在建築工業中的應用研究［J］．矽谷，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.