建筑消防技术虚拟仿真精选(九篇)

第1篇：建筑消防技术虚拟仿真范文

关键词：虚拟现实；建筑火灾；消防

中图分类号：TP391.9

随着社会的不断进步，家用电器在日常生活中变得越来越重要，人们对电器的依赖程度不断增加。然而如果电器使用不当，就会很容易发生火灾，给人们的生命和财产带来严重威胁。在城市现代化建设的过程中，人口不断增加，建筑物也变得越来越密集，这样导致的火灾隐患越来越严重。每一次火灾的发生都将会伴随了财产的重大损失，甚至造成人员伤亡。火灾之所以会造成如此严重的后果，主要是因为火灾发生后火势不能得到有效控制或熄灭，火灾现场人员不能及时离开。所以，发生火灾以后如何能及时制定合理的方案和采取有效的措施来扑灭建筑内的火势，如何及时并安全的让现场人员撤离，是建筑设计者、消防人员需要严肃对待的问题。

1 基于虚拟现实的建筑火灾模拟系统设计的重要性

合理的消防预案能够帮助在火灾发生后及时并迅速地制定相应的解救方案。而传统预案的设计制作主要依靠纸质档案或者电子档案，当火灾发生时，消防部门或现场解救人员从制定好的消防预案中了解建筑布局、内部结构、安全通道以及消防设备的安置等等信息，并从中估测可能的起火位置、火势蔓延形式以及需要的灭火方案，从而使消防人员作出正确的解救措施，提高现场指挥能力。但是，传统的消防预案主要通过文字或者二维图等形式来说明建筑物的相关信息，而如果是一些布局较复杂的建筑，文字和二维图就难以清晰直观地表达出建筑内部的结构特点，也不能表现出火势和烟雾的可能走向。而且，传统的消防预案难以对消防设施的使用情况进行实时分析和查询，不能及时正确地预测出建筑内部火势和烟雾对搜救行动的影响。如果为了让消防人员能够及时了解消防预案而举行消防演习，会消耗大量的人力物力和财力，甚至有一定的危险性，而且可重复性差，演习难以模拟出真正火灾那种复杂的环境。

随着现代计算机技术的发展，利用计算机虚拟现实技术，可以建立虚拟的建筑物火灾发生的场景，可以通过模拟现场的疏散救援行动来判断受灾人员是否能安全离开，从而评估出最安全和有效的救援和疏散方案。通过虚拟现实的模拟系统，可以形象逼真地展现出灾害发生的场景，这种方法安全、成本低而且重复性好，所以能在消防安全工程中能够得到广泛的应用。本文介绍了一种基于模拟现实的建筑火灾模拟系统原型系统FVR，这种系统结合了建筑的三维模拟模型和较精确的火势蔓延形式，这样就可以为使用者特别是消防人员提供真实体验的火灾场景，并且可以为消防人员提供和建立基于三维模型的消防预案，还能提供查询和分析等功能，能够为火灾现场提供良好的指挥参考。

2 FVR系统总体框架

FVR系统包括了以下几个主要功能模块：用户界面、火灾模拟模块、信息管理模块、火灾模拟模块、人员疏散模拟模块、灭火作战模拟模块等。每个模块都有相应的数据库，如信息管理模块可以让用户查询和分析建筑物内的结构信息、设备布置位置、火势情况以及现场的疏散情况；用户界面可以让使用者进行相应的操作，并显示出用户需要的数据；火灾模拟模块主要是模拟火灾现场的具体场景和火势蔓延情况，为灭火工作提供相应的参考；灭火作战模拟模块可以为消防员灭火作战提供对应性训练和演练，这个模块还能模拟现场灭火设备的拾取和相应控制和操作，并且根据操作者的灭火行为可以控制火灾中火势的变化；人员疏散模拟模块可以评估火灾人员疏散情况，也可以用于疏散演习，这个模块可以记录用户在虚拟建筑空间中的疏散路线和疏散时间。FVR系统中火灾模拟信息、建筑信息、人员疏散信息和消防设施信息分属于不同的数据库中。火灾模拟信息的数据库中主要包括有火灾现场的温度和烟雾浓度等，这些数据主要通过模拟现场得到；建筑信息数据库里有建筑的所有信息，包括位置、空间结构、平面结构以及它们的特性等，这些数据来源于建筑设计规划的图纸和说明文档；人员疏散信息通过模拟疏散演习而获取疏散的路径和消耗的时间等信息；消防设施信息数据库中则含有建筑物中各消防设备的数量、种类、安放位置和使用情况等信息。

FVR系统以微软的XP操作系统为运行平台，以C++.Net为基本平台并结合专业的实时视景仿真开发工具Vega来模拟仿真，利用Muitgen Creator建立三维模型，使用FDS（Fire Dynamics Simulator）软件来模拟火灾情景，并用Microsoft Access来处理数据。Muitgen Creator三维建模软件与Vega开发工具的兼容性非常好，可以建立出十分形象逼真的建筑模型，并很好被Vega识别和读取。Vega开发工具具有良好的视景仿真模拟功能，图形界面十分人性化，易操作，而且使用C语言接口API也十分方便。Vega开发工具包含有多种库函数以及各种特殊功能模块，可以实现不同类型的仿真。

3 火灾蔓延的模拟方法

火灾的蔓延是一个十分复杂且不易预测的过程，所以以前的一些模拟虚拟现实的系统在模拟火灾和人员疏散时，常常将火灾当作一个不变量来处理，即火灾是固定不变，不会发展和蔓延的。这难以与实际情况想吻合。为了能尽可能符合现实情况，提高系统实用性和疏散效率，需要考虑火势蔓延和烟雾的扩散，并且这种蔓延和扩散速度需要尽可能与真实火灾相一致。FVR系统综合了火灾的可视化和火灾的数据模拟两大数据库，利用数据模拟来预测火灾可能蔓延的方向和速度，然后将火灾场景模拟出来，从而尽可能使系统中火灾场景尽可能符合现实。

FVR系统中使用FDS来模拟并预测火灾场景。FDS是一款美国国家标准技术局建筑火灾实验室研发的软件，结合了流体力学、燃烧学和热力学等多学科知识，模拟精度较高。火灾的模拟过程需要是一个计算非常复杂的过程，消耗大量的时间。FDS使用的方法是：在已有的条件下计算并预测出多种可能的发展情形，并且将一些用户可能需要的数据（例如烟雾浓度及扩散速度、现场温度、热量增加速度等）存储在数据库中，以便用户查询。

4 火灾场景可视化方法

虚拟现实最重要的让用户在虚拟环境中能真实地感受现场的场景，所以火灾模拟中火势大小和烟雾程度需要有十分逼真的效果。FVR系统可以利用粒子系统和纹理贴图来实现火势和烟雾的可视化。粒子系统可以模拟出烟雾效果，粒子系统是一些可以旋转的粒子群，可以模拟出不断变化的烟雾的形状，并产生视觉效果。FVR系统根据FDS模拟工具产生的结果，以得到的烟雾分布和变化规律为基础，来控制粒子的大小、数量、存在时间、活动范围等参数来模拟烟雾的分布和蔓延扩散。纹理贴图可以模拟出火势大小的效果。利用已有的火场视频提取出多帧静态的火灾图片，然后使用图像处理软件保留火焰部分，利用静态的火焰图片在虚拟场景中进行循环渲染，这样就可以模拟出火灾中的动态场景。

5 人员疏散的模拟

传统的模拟系统中常常利用数值模拟的方法来得到人员疏散，利用三维图、网格等描绘出建筑内的空间结构，然后建立人在火灾中的行动规则，利用计算和模拟得出疏散路径和时间。这种数值模拟的方法虽然具有明确的评判标准并且易于编程，但是难以模拟出复杂建筑中人员的疏散情况，而且没有考虑到火势对疏散的影响。例如，烟雾或火焰可能堵住安全通道，造成疏散人员的慌乱和紧张等，都会直接影响到疏散的时间和实际效果。FVR系统可以结合火灾的实际情况来模拟人员的疏散情况。利用头盔，用户可以感受到火灾现场的场景，根据所处的环境来选择疏散路径，并记录时间，从而达到疏散模拟和演练的效果。

6 结束语

基于虚拟现实的建筑火灾模拟系统的开发对于火灾搜救和疏散具有十分重要的意义，通过演练使用户得到实际的逃生生存训练，并且对提高指挥效率也有积极作用。FVR系统可以提供与现场火灾高度一致的场景，对于建立消防预案、进行消防演练、人员疏散演习都有十分良好的效果。

参考文献：

[1]汪箭，陈贤富，杨锐.计算机模拟与可视化技术在火灾科学研究中的应用[J].火灾科学，2001（03）：144-148.

[2]汪箭，聂小林，季辉.虚拟现实技术在火灾领域中的应用[J].计算机仿真，2002（02）：28-31.

第2篇：建筑消防技术虚拟仿真范文

关键词：化学事故；虚拟仿真；Unity3D

中图分类号：U412.3 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）04-0050-02

1 引言

随着大数据“信息化时代”蓬勃发展，三维可视化程度不断跃进，虚拟仿真的应用目前成为各领域研究热点。社会发展化学灾害事故频发，为消防救援工作带来了严峻的挑战。针对化学事故救援训练准备时间长、装备消耗大、训练组织难度大、危险性大、训练效果评估难且手段单一等特点。利用计算机虚拟仿真技术模拟场景的真实性，重现各类化学事故发生、发展等一系列变化过程；通过人机交互实现在虚拟现实中的技战术选择，能有效降低装备使用消耗等成本，提高救援人员处置化学事故救援技能，减少灾害事故中人员损伤，合理科学的评估训练成果，满足日常消防员教学训练工作和士兵职业技能鉴定需要，虚拟仿真技术在危险化学品灾害事故中的运用，拓宽了消防部队安全信息化建设的道路，化学事故应急救援三维虚拟仿真实训系统的研发工作迫在眉睫。

2 化学事故应急救援三维虚拟仿真实训系统概述

危化品的生产、运输及储存自身有很大的危险性，化工厂工业系统流程复杂、投资巨大、生产连续性强，必须借助虚拟仿真技术模拟无法操作的教学训练，如毒物泄漏、火灾、爆炸事故影响后果及承载装置破坏性模拟等，而且虚拟仿真经济、安全，组训考核不受天气、场地和环境的限制。采用虚拟仿真技术模拟危化品泄漏爆炸、燃烧、扩散等状态，建立泄漏扩散模型，对灾害现象进行数值表达和情景再现，为化学事故应急救援可视化提供了重要手段，为相关作业人员对事故过程形成整体化意识提供重要途径，最大限度接近实战，使受训人员身临其境地处理事故现场。传统训练中面临着事故情景难再现、重复性训练装备物资占用损耗大、重点专训无法实时衔接，训练过程涉及科目多，人员复杂等问题，而化学事故应急救援三维虚拟仿真实训系统具有实战性、可重复性、专项专训重点突击性、过程可知性等特点。 能让传统训练中的瓶颈问题得以解决，首先情景模式可以模拟设定，多条件变换的场景能更好的锻炼训练者的处突能力；其次，通过虚拟模拟人员、装备的真实占用或损耗，没有经济和环境的制约，利于重复训练突出重点科目强化技能全面提高[1]。

3 化学事故应急救援三维虚拟仿真实训系统结构

化学事故应急救援三维虚拟仿真实训系统主要由系统设置、教学训练模式、考核模式及用户操作说明几个子系统构成，其中教学训练模式与考核模式又含多个模块，在教学训练模式中各模块操作可以任意切换，在考核模式中各模块操作性具有一定顺序并不可逆转[2]。

3.1 系统设置子系统

系统设置是为了方便系统的管理者对系统界面的图形图像及声音的控制。

3.2 教学训练子系统

教学训练子系统是化学事故应急救援三维虚拟仿真实训系统的重要组成部分。该子系统由教员进行操作和使用，它主要用于进行天气、训练场景和化学物质的设定，对训练项目进行讲解示范。操作者可以任意选择化学事故处置节点，利于有针对性地练习，同时点击触发相应的事件或装备，屏幕有相应知识点的出现，便于学员对知识点的学习掌握。教学训练子系统含多个功能模块，每个模块都可进行相应功能的设置，当受训员点击相关模块时，就进入可操控的内容。

3.3 考核子系统

考核子系统主要负责对受训者进行训练和考核。在考核模式中，考核人员需要在指定时间内，按照化学事故救援基本程序和系统依次完成化学事故处置任务。系统会自动的记录受训者的操作信息，并根据受训者进行操作的时间和问题回答的情况，给出受训者的训练成绩。

4 基于Unity3D的化学事故应急救援虚拟仿真技术实现

在Unity3D平台的支撑下，虚拟仿真技术将真实环境中无法很好展示的要素如人员位置、车辆位置、风向、风速、危险化学品扩散蔓延方向速度等以可视化、可操控的方式表达并实现交互功能。通过电脑操作及投影大屏幕的显示，操作者可以在模拟的虚拟场景内进行自由步行、鸟瞰，也可以点选重点位置查看，可以多视角、全方位的了解虚拟现实的三维事故现场的各区域情况。

4.1 界面_发及数据处理

基于Unity3D引擎下的界面开发技术是最基本的技术类型，较为成熟稳定，能提供良好的界面，界面的好坏通常直接影响视觉感受，好的界面能够有效提升训练成效；数据存储采用Unity3D中SQLite数据存储的方式，这种存储方式本身并不繁琐，创建过程非常的快捷简单且使用方便，和其他类型的存储方式相比，更加容易实现对数据库的独享；数据传输使用UDP协议，实时传输保证每台电脑连接到教师机，并且能够快速响应设定的情景模式。

4.2 建模及渲染

在建模工作过程中采用了3DStudio Max和Auto CAD软件。系统中的事故模拟场景包括地形、道路、车辆、设备、人员、建筑物等，运用虚拟仿真视觉技术使整体效果能够充分展现。模型制作范围为每个模块所需表现场景范围，根据实际需求和系统开发时间的实际情况来确定。其中，以三维虚拟仿真技术制作虚拟场景内的主要设施设备模型为高模，其它为辅助模型，以体量低模制作方式制作。由于系统是实时渲染运行，就如同电脑游戏或软件运行一样受计算机运行速率的限制，模型通常要根据需要进行面数和材质贴图等方面的优化，以满足流畅的操作，所以在制作模型时会根据主次进行高低精度模型的建立和场景的优化处理。为达到接近实际情况的三维可视化模拟效果，主要场景纹理模拟与现场情况基本一致。在系统中对水进行粒子化模仿，在粒子创建中，进行大量的参数设定，参数修改，粒子的调整，使水枪、水幕水带、危化品水源、水流，更为接近真实化。

4.3 动作模拟绑定及表达

在Unity3D中实现动作操作，在界面中对消防人员，给予了设备、器材选择及使用，对设备进行动画支持，使受训人员能快捷的针对当前事故进行设备选择，从而强化设备的直观认识；对机械设备的\动可进行模拟操作，如运输、吊装等动作的模拟，为受训人员创造更为良好的体验；对需要传达的信息及发生动作的重要环节进行可视化虚拟仿真，并结合文字、图片、音效等多媒体信息进行综合表达，运行系统拥有完整的二维图形用户界面，同时显示三维场景，并完成所有的交互操作功能[3-4]。

在Unity3D编写代码进行可视化编辑，可视化任务编辑器的使用是为教员更便捷快速的设定当前训练任务及考核点。在设定系统中可选择不同灾害场景及危化品，设定不同风向、风力，以逻辑交互事件选项进行设定，并可将设定数据传输至学员端。化学事故应急救援虚拟仿真实训系统场景设置见图1。以第一人称的形式进行角色扮演，在角色上给予逻辑交互脚本，使受训人员角色与事故中NPC交互。对突发事件的有效处理，对装备的直观使用，接近真实训练效果，在实战中做到有的放矢。

5 结语

化学事故应急救援三维虚拟仿真实训系统可交互操作的模拟化学事故现场，结合相关硬件设备进行模拟操作，实现操作者具有身临其境的临场感。在Unity3D平台的支撑下，逼真的三维图像，完善的人机交互特性，使该系统成为对消防人员处置化学事故应急救援训练、考核的实用工具。在后期的开发中，我们将在系统中增设不同的灾害事故场景、训练科目等，开发多人多角色在不同的电脑上、共同的虚拟灾害场景内完成协同消防任务，实现更完善的虚拟仿真实训。

参考文献

[1]靳学胜，袁狄平.灭火救援视景仿真中三维虚拟消防队员的设计与实现[J].武警学院学报，2010，（10）：5-8.

[2]徐超.大数据时代下云存储技术在消防信息化系统中应用[J].信息通信，2015，（3）：118.

第3篇：建筑消防技术虚拟仿真范文

关键词：在线虚拟仿真课程；在线课程；虚拟仿真

近十多年传统在线课程正处速发展中，建设课程数量、种类越来越多，参与课程的人数与日俱增，但问题和质疑也随之而来。以文字、视频为主的传统在线课程可以很好地满足理论教学需要，然而，对于具有很强实践性的学科，诸如化学、机械、护理学等，实验、实训是必不可少的教学环节，仅仅依靠视频讲解，缺乏实际操作是很难满足实践教学的需要。因此，在线教育亟需一种全新的手段帮助更新教育理念、深化教学改革、形成创新型的培养模式。随着虚拟仿真技术商业化程度加深，它越来越被普罗大众所熟知，其独特的交互方式使得它成为教育领域的宠儿，被视为一种具有颠覆性的教育手段。当在线课程与虚拟仿真技术相结合，便形成了一种新型的在线教育模式——在线虚拟仿真课程。

1在线虚拟仿真课程和传统在线课程的差异

总的来说，在线虚拟仿真课程的概念相对较窄，而传统在线课程更为宽泛。目前来看，在线虚拟仿真课程是传统在线课程的一个相对独立的特殊分支。

1.1课程范围不同

传统在线课程是为学习者提供多样学习的需要，为推进信息技术与教育教学的深度融合而开展建设，其范围比较宽泛，可以是理论课、实验课或者两者兼有的课程，是真实课程的网络化，并不强调虚拟化和仿真。与传统在线课程（含微课、SPOC、MOOCs、网络公开课等）相比，在线虚拟仿真课程范围是以实验、实践和相关教学资源为主体，通过虚拟仿真技术在网络平台上模拟现实教学环境完成课程教学，可以用来弥补真实世界不具备或是难以完成的教学内容。

1.2信息载体不同

传统在线课程的主要信息载体是视频类，通过对教学内容教学过程的录播、直播形成的视频的传播，完成学习信息的传递，可以补充其他资源例如动画、音频、操作软件等，以看、听为主；而在线虚拟仿真课程的主要信息载体三维模型、交互软件、虚拟仿真设备（如VR头盔、MR头显、AR眼镜等），通过提前预设的程序展现，在对信息载体的认识、编辑、控制、操作的交互过程中，完成学习信息的传递。

1.3建设路径不同

在线虚拟仿真课程建设技术难度大，硬件条件要求高，单独依靠高校力量很难完成课程的建设任务，提倡高校为主、校企合作的模式，主要是弥补高校懂专业、不懂技术的状况，高校提供需求，企业提供技术；而传统在线课程在对软件、硬件、技术方面的要求相对较低，甚至教师个人就可完成建设任务，因此倡导的是“高校主体、政府支持、社会参与”的方式，高校牵头建设，企业辅助配合。

2在线虚拟仿真课程的特点

2.1沉浸性

沉浸性是指学习者借助显示、音效、力反馈等设备将自己的视觉、听觉、感觉完全融入网络营造的虚拟环境，让学习者感觉自己已成为虚拟环境的一个组成部分，从而从被动的观察者变成了主动的参与者。2.2交互互性指学习者与学习课程的双向互动程度。在线虚拟仿真课程不同于传统在线课程的“你讲我听”，它有大量的交互，这种交互并不是简简单单的点击，而是需要学习者通过观察、思考后对虚拟对象精确地操作，而不同的动作又会反馈给学习者不同的结果，直至达到预期的学习效果。

2.3针对性

针对性是指满足不同学习者在学习过程中的学习需求。传统在线课程给每个学习者的课程资源是一样的，学习者至多可以改变学习顺序、学习时间长度，学习针对性不强。而在线虚拟仿真课程赋予学习者极大权限，可以定制学习内容，优化学习过程，尝试解决问题的不同方法。如在虚拟的化学实验课中，学习者可自由改变物料比得到不同的实验结果，实现课程的个性化。

3在线虚拟仿真课程的优势

3.1在线虚拟仿真课程是“学为主体”的必然要求

在线虚拟仿真课程的整个学习过程是依靠学习者自己结合系统的引导，主观能动地探究知识，进行启发式的学习，学习者是课堂的唯一主体，成为知识的信息加工者。教师的作用体现在脚本的设计上，不再进行单方向的知识灌输。真正让学习者能摆脱施教者的影响，充分挖掘自己学习的潜能，构建自己的知识体系架构，贯彻了“以学生为中心”的教学理念，这点正是高素质人才所要培养的。

3.2在线虚拟仿真课程是实验实践类课程的创新发展

在线虚拟仿真课程对于实验实践类课程有着得天独厚的优势，例如，很多专业课都是要结合真实部件进行现场授课的，虚拟仿真技术可以让学习者在任何时间、地点进入构建的虚拟世界，并能实现学习者对虚拟对象进行无异于真实世界的交互训练，如对汽车驾驶与互动训练等，实现了学习者和课程内容的互动，让学习者更加沉浸其中。这种新颖的教学手段极大地增加了课堂的趣味性，更加能刺激学习者内在的学习动机，提升学习效果。

3.3在线虚拟仿真课程是个性化自主探索式学习的具体体现

在线虚拟仿真课程将教师的启发引导转化为预先设置的程序、脚本，并将教学环境和教学内容融为一体，使得学习者可以自主学习和协作交流，从而完成观察、操作、质疑、猜想、探究、推理等富有创造性的一系列活动。由于在线虚拟仿真课程提供的学习内容是可编辑、可探索和可交互的，这使得学习者能够在知识的探索中形成自己特有的学习个性，并能组建自己特有的知识体系。

4在线虚拟仿真课程的分类

4.1嵌入式与外挂式

根据在线虚拟仿真课程是否独立运行，可以分为嵌入式和外挂式，前者将虚拟仿真模块嵌入到网页中，并形成有机整体，共同运行；后者虽然也通过网络管理，但需要下载后，以EXE或APP的形式独立运行,其中EXE版运行在Windows系统上,APP版运行在安卓、苹果等系统上。4.1.1嵌入式嵌入式在线虚拟仿真课程是指课程所有的内容均在线上完成，将虚拟仿真实验模块嵌入到在线开放课程的平台中，满足对虚拟实验、实训的需要。以《液压与气压传动》在线虚拟仿真课程为例，整个课程实施离不开网络平台，而这个平台的构成要素和一般在线开放课程基本一致，都包含学习资源、在线测试、在线交流等要素。但学习资源中融入了“回路仿真”、“虚拟元件库”等虚拟仿真实验模块，学习者可以依托网络平台进行虚拟实验，拓展了虚拟教室的功能作用。4.1.2外挂式外挂式在线虚拟仿真课程的虚拟仿真模块不再嵌入到一般在线开放课程平台中，独立运行，多用于辅助线下教学。课程以虚拟实验、训练为主，强化学习者和课程内容间的交互，注重操作、技能的培养，将答疑解惑、主题研讨、在线交流等教学活动移至线下。以《汽车结构与维修》课程为例，其主体功能包括结构组成、工作原理、虚拟拆装、考核评估等，学生可以通过APP方式在本机运行和学习，但是系统后台会适时采集学习过程数据，包括学习进度、考核成绩等信息，便于后期查询、分析、统计。

4.2固定式和移动式

根据在线虚拟仿真课程客户端设备是否移动，可以分为固定式和移动式，前者一般在普通电脑终端等不易移动设备上运行，后者通过可移动XR设备（包括VR虚拟现实设备、AR增强现实设备、MR混合现实设备等）进行交互。4.2.1固定式固定式在线虚拟仿真课程可通过键盘、鼠标、激光笔等输入设备对教学资源进行漫游式学习。该类课程具有3个层次的漫游形式：单纯式。学习者使用键盘鼠标在立体逼真虚拟场景中漫游，比如对一些机械零部件的结构组成学习就可以采用单纯式漫游，学习者通过拖动鼠标左键、按下鼠标中键（滚轮）、滚动鼠标滚轮分别实现旋转、左右平移、放大和缩小场景和模型等操作。互动式。根据课程要求，在单纯式的基础上，对某些虚拟对象增加交互功能，学习者根据自身需求点击激活需要详细了解的部分，虚拟对象显示知识内容或提示操作步骤，达到交互操作的效果。比如对机械零部件检修的学习训练，就可以采用互动式实现零部件拆装、维修等虚拟操作。含逻辑属性式。根据运动学、物理学、力学、化学等逻辑属性的算法提前对虚拟对象的自身运动或者交互运动进行编辑，当学习者触发相应操作时，实现虚拟对象的逼真动作。比如在挖掘机操作的虚拟训练时，设计挖掘机各部件的动作，使学习者在交互过程中获得真实的动作效果。4.2.2移动式移动式在线虚拟仿真课程是指结合虚拟现实技术、混合现实技术、增强现实技术，利用VR头盔、定位头套、数据手套、手柄、AR眼镜等可穿戴设备进行交互学习。此类课程的沉浸感、交互性大大提升，VR头盔生成和真实世界相似的虚拟世界，让学习者完全沉浸在其中，并通过数据手套等传感器，和虚拟世界中的事物进行交互，这种交互不在是单纯漫游式的交互，而是更加多维度的、更加趋近于真实世界的深度交互，其课程体验具有极强的真实感。例如，基于虚拟现实的深水水下应急维修仿真系统可为无经验的工程人员提供维修培训，使之在低成本前提下极大提高对实际事故快速处置的能力与维修操作的精度，降低作业风险。可穿戴在线虚拟仿真课程为学习者提供了一个更加有效的学习途径，但由于需要专门的设备，以及技术发展的限制，课程还尚未真正普及。

4.3其它分类方式

从面向产业看，在线虚拟仿真课程可以分为第一产业、第二产业、第三产业课程。以第一产业为例，课程可以包括农田灌溉虚拟仿真、农场播种虚拟仿真、水利工程虚拟仿真等。从所属专业看，在线虚拟仿真课程可以分为马克思主义、法学、建筑、物理、电器、地质、医学、军事等课程。以建筑为例，课程可以包括建筑设计虚拟仿真、高层建筑防火与消防疏散虚拟仿真等。从受众层次看，在线虚拟仿真课程可以分为大学、中小学、社会群众课程。以社会群众为例，课程可以包括新冠疫情科普虚拟仿真、新冠疫苗接种虚拟仿真等。

5在线虚拟仿真课程的发展趋势

在线虚拟仿真课程既是在线教育的特殊分支，也是在线教育的发展方向。随着“开放共享”“知识公益”“终身学习”等理念逐步传播，浏览器性能逐步强大，XR设备功能逐步强大，在线虚拟仿真课程伴随着在线教育的快速兴起，也在不断壮大和发展。在我国，“国家虚拟仿真实验教学中心”（2014）、“国家虚拟仿真实验教学项目”（2019）、“虚拟仿真‘金课’”（2019）等建设项目加快了虚拟仿真技术和高等教育的融合，推动了在线虚拟仿真课程的进一步发展。

5.1专业门类更加齐全

根据国家虚拟仿真实验教学课程共享平台，目前已经由2079个专业开展了在线虚拟仿真课程，包括法学类15个、建筑类21个。但是海洋科学类、材料类、自动化类、公安技术类还处于空白状态，后期相关专业肯定会越来越丰富。

5.2社会参与更加广泛

随着在线虚拟仿真课程的不断推进，各类社会组织参与的积极性必然显著增强，也是大众了解相关产品的必然需求。这里的参与度包括2个方面，一是各类公司利用仿真课程向公众展示其产品；二是公司参与到政府、高校等机构的教育学习活动中，通过研制相关在线课程来获取公司效益。

5.3仿真设备不断涌现

HTC已经衍生出多款VR头盔，AR眼镜也不断涌现，包括Google、华为、爱普生等，MR典型代表HoloLens也推出了第二代产品。

5.4技术手段更加先进

随着科技的发展，在线虚拟仿真课程的技术手段必然会越来越先进，包括硬件设备、软件性能、网络承载、资源检索等。其中，在线虚拟仿真课程的资源检索，利用爬虫工具搜索并获取现有网络上的MOOCs资源，并嵌入到当前课程中。

5.5虚拟考核更加科学

在线虚拟仿真课程不仅仅包含普通教学功能，还会结合云计算、大数据等手段进行虚拟考核，并适时采集考核过程与结果数据，使考核更加科学，数据更加精确，分析更加全面。通过这些考核，形成一定的学分，便于各类院校、企业对人才的认定。此外，虚拟考核也可以为当前各级政府大力推广的学分银行建设提供重要支撑和依据。

参考文献：

[1]汪芳,石鑫,秦俊.信息化背景下产业经济学在线开放课程建设研究[J].现代商贸工业,2018,39(31):156-158.

第4篇：建筑消防技术虚拟仿真范文

【关键词】1：1建筑模型 交互系统 升级方案

一、引言

1：1建筑模型由我院首创，它的设计与建造为课程形象化教学，提高课堂教学效果起到了关键性的作用，在示范下越来越多的院校建立了建筑实体模型，在不断的发展中实体模型也面临着重大的改革。随着教学改革的深入，传统形式的1：1建筑模型已经不能满足某些教学的需求，教师在设计实际项目时发现原有设计的功能已经不能满足要求，对1：1建筑模型的升级改造势在必行。为此，文章中笔者立足于新教改背景下，对我院的1：1建造模型升级方案进行了分析。

二、1：1建筑模型现状

（一）1：1建筑模型的由来

基于工作过程的项目化改造中，最理想的方法是将项目与实际施工现场结合，但是现实中存在工地不能很好的满足教学的内容进度要求，大量的学生进入现场也会给工地施工管理和安全管理带来困难等诸多问题。为了能将施工现场“搬进”学院，我院教师设计建造了一个能展示建筑节点构造和施工工艺的实体建筑模型―1：1建筑模型，该模型遵照“源于现场、高于现场、确保安全、展示”的原则，模型中有砖混结构、框架结构、框剪结构及钢结构等类型，展示了基础工程、主体工程、屋面工程及装饰工程等300多个节点，每个节点包括建筑材料、施工工艺、质量检验及节点构造等，并同步开发了包含该模型的施工图、施工过程图片与录像、施工工艺流程、施工验收规范等知识信息的多媒体查询系统。

（二）1：1建筑模型需改进之处

1：1建筑模型从建造完成至今已有上百万人次的使用，极大的推动了课程项目化教学改革，取得了巨大的效益。但是随着应用的深入，也反应出一些问题：

（1）当前，建筑行业各种新技术、新工艺、新材料、新规范层出不穷，创新与发展十分迅速。我院1：1建筑模型完工使用以来已经有大量新规范的增加和旧规范的修订，根据国家工程建设标准化信息网的数据统计，从2009年到2014年期间仅工程建设国家标准一项已经颁布实施了114本规范。

（2）1：1模型中原有的一些施工工艺展示已经无法与施工现场对应，以往学生在1：1建筑模型自学碰到问题时可以使用模型内的电脑查询相关节点的工艺，这种方法提供了学生便捷的自学途径，但是也往往会出现学生不知查找哪块内容的问题。

（3）建筑工业化、模块化已经成为共同关注的问题，以工业化的方式重新组织建筑业是提高劳动效率、提升建筑质量的重要方式，也是我国未来建筑业的发展方向。[1]因此，我院师生必须了解这种新模式下的建筑，通过新工艺节点的展示，学生在工作前就能在1：1建筑模型里熟悉模块化施工的特点。

（4）通过对建筑就业市场的调查和毕业生的访谈，消防工程和水电安装工程人才缺口特别多，但是苦于没有在学院内接触过此类工程，学生无法在这些就业前景良好的行业落脚，国家标准《建筑设计防火规范》GB50016-2014经住房和城乡建设部批准，于2015年5月1日起实施，对于消防的要求越来越高。另外，建工分院将开设新的消防工程技术专业，届时将要面临实训场地的问题，因此，在1：1建筑模型原有的基础上配套消防工程和水电安装工程的内容具有强烈的现实需要。

（三）同类模型现状

我院的1：1建筑模型作为专利在全国范围内已经推广，至今已完成了上百所院校的建设，在建造过程中已经应用了最新的规范。但是消防工程、水电安装工程、建筑模块化施工都没涉及。已有些学院的建筑模型已增加了微信交互系统，但是展示的内容比较单一，内容不完整，还可以进一步优化。

三、具体方案设计

（一）四新技术的应用

由于1：1建筑模型主体框架已经建造完成，所以改造主要围绕着细部节点进行，如2015年11月1日开始推广实施的承插式支模架来代替原有的落后的支模架形式，增加粘贴式外墙外保温隔热系统施工技术的展示等15处。另外原有不可改造的钢筋展示，另搭设基于现行规范的钢筋安装质量检验模型，解决了原有模型中钢筋不能全部展示，实训项目无法顺利开展的难题。

（二）虚实一体交互系统的应用

以往在1：1建筑模型的课程教学组织中由于场地的限制，有些学生无法及时直观观察到节点和听清楚教师的讲解内容，使用虚实一体交互系统将很好的解决这个问题。虚实一体化理念是出于人类思维形式、人机世界等范畴中虚实对立统一的考虑而形成的，它以虚拟现实技术为基础，运用计算机对实景进行仿真和模拟，是一种新型的人―机界面方式并正逐步应用于教育领域。建工分院与北京睿格致科技有限公司在2015年5月份进行了深度合作的洽谈，将4D微课系统与1：1建筑模型结合，虚拟仿真1：1建筑模型中各种房屋构造节点模型，配套知识图解和4D微课，以多人在线的形式，学生通过任务式的引导进行情景体验式的互动学习、趣味考核，最终使学生能够掌握各种房屋构造的形式、基本构造做法在虚拟仿真的真实工程建设项目中，学生还可以以个人或者团队的形式扮演建筑员中主要岗位角色，分工协作共同执行各个岗位工作内容，决策不同而决定项目的虚拟施工结果不同，体验真实建筑工程项目施工管理全过程，最终能够使学生熟悉掌握施工管理业务流程、岗位工作内容及方法，提高学生综合职业能力。微信是目前比较流行的即时通讯软件，在教学交互中也起着积极的作用。它的许多新功能使教学交互更加方便快捷，不论是语音对讲功能，还是文字、图片的交互功能，以及微信公共平台的群发分组交互功能，都为教学交互提供了很好的平台。而且微信是基于手机应用的，更加提高了交互的及时性。将4D微课与微信系统进行结合，学生在1：1建筑模型参观学习时，如果需要对某节点进行了解，只要用手机扫描下该节点的二维码，就能迅速了解到施工工艺流程以及配套的参考资料，充分体现了交互的及时性。

（三）建筑工业化的展示

建筑工业化施工可以通过添加微型的构件模型来展示施工节点，并将此类构件与BIM模型结合，让学生能够直观的了解到工业化施工的工艺流程。

（四）消防工程的展示

消防工程可以从设计与施工上双方面进行展示，对原有1：1建筑模型中符合及不符合设计规范的进行统计添加到建筑识图与构造课程中讲解。施工工艺上可以根据现场条件开设孔洞铺设喷淋管道，让学生实际开展项目培养消防施工员。

（五）安装工程的展示

建设工程中设备安装工程通常包括：给水安装；排水安装；电气安装；暖通安装；通信网络系统安装；管道燃气安装；建筑智能安装（楼宇报警系统、火灾报警系统）。根据顶岗实习生的反馈，前四项会经常碰到，因地制宜，1：1建筑模型可以根据这四项进行项目化改造，场地条件完全具备，只要有合适的工具与材料就可以开展实训项目。

四、升级方案实施的可行性

（一）技术可行性

四新技术上我院教师完全有能力完成升级改造，钢筋安装质量检验模型也在近期完成并投入使用，我院与北京睿格致科技有限公司、、绍兴宝业集团、金华华强市政公司、上海聿林建材有限公司等有着良好的合作关系，在4D微课、工业化、消防工程、安装工程的升级上能给予技术支持，北京睿格致科技有限公司还专门来我院参观1：1建筑模型，并以模型中的节点来制作4D微课教学内容。

（二）经济的效益

建筑模型中主要是节点展示，对于四新技术的展示主要是原材与必要的人工，大部分工作可以由课程组教师来完成，如应用新规范的钢筋安装质量检验模型成本在20万元，其余细部改造的费用在10万元以内。为1：1建筑模型量身定做的4D微课交互系统报价为70万元，其余消防工程、安装工程材料的采购可控制在20万元以内，总体升级费用120万元左右，可以以最小的代价实现1：1建筑模型使用效率的最大化。

五、结束语

综上所述，我院的1：1建筑模型由于建造时间较早，在积极推动内涵建设、教学改革上的局限性愈来愈明细。对1：1建筑进行必须的合理的升级，使之成为更完善的实训教学平台，符合在当前我院提高教学质量的要求。

参考文献：

[1]贺灵童，陈艳.建筑工业化的现在与未来[J].工程质量，2013.

第5篇：建筑消防技术虚拟仿真范文

论文摘要：基于新时期我国水利事业的快速发展和对人才要求的提高，如何深化水利工程专业实训教学改革，提高学生的岗位职业能力，适应行业发展的变化要求，是本文探讨的主要内容。通过以水利职教集团为依托，紧密联系行业企业，稳定校外实习资源，改善校内实训条件，建立仿真实训，能够取得较好实训教学效果，更好地提高学生职业能力。

我国在“十二五”规划中明确提出，要将水利作为国家基础设施建设的优先领域，并将水利提升到关系经济安全、生态安全、国家安全的战略高度，提出水利具有很强的公益性、基础性、战略性。新时期我国将着力加强中小河流治理、小型水库除险加固、山洪灾害非工程措施建设和小型农田水利建设。水利建设事业迎来新的机遇和挑战。为了更好地服务新时期水利事业，培养面向水利行业生产、建设、服务和管理第一线需要的高等技术应用性人才，[1]水利工程专业应进一步加强实训教学改革，使理论与实践深度融合，提高学生的实践技能，提升学生的就业能力。

一、高职水利工程专业实训教学现存问题

高职水利工程专业是以培养掌握中小型水利工程设计能力、水利工程施工技术应用能力、水利工程运行管理能力为核心的高级技术应用型人才为目标。实践教学是实现水利高等职业技术人才培养目标的主要教学内容之一。

由于水利工程的季节性、复杂性、建筑物材料多样性以及水流的不确定性、不稳定性等，并且工程建设周期长，施工技术复杂，质最要求高，工期限制严格以及工作环境艰苦、不安全因素相对较多等特点，[2]给实训教学带来很多问题。WWW.133229.cOM随着社会市场经济的快速发展，造成社会向在校大学生提供实习条件的概念淡化，而目前我国没有法律或法规明确规定企业、事业单位必须向学校提供实习条件的义务。因此企业对接待在校大学生实习普遍持一种较为消极的态度，担心实习会影响正常的生产、管理以及出现人身、设备等方面安全事故及生产技术等秘密外泄。[3]其次，校内实训场所有限，经费投入不足，实训场景不能满足学生职业技能提高的需求。另外，学校实训指导教师相对短缺，水利工程专业建设过程复杂，考虑到学生的安全与管理隐患，使校外实训往往只能走马观花地参观，实训效果不能达到教学要求。但是，用人单位在挑选人才时对学生的实践动手能力、从事相关专业的工作经验方面提出了更高要求，而社会和企业却未能够给学校和学生提供相应的实习和积累工作经验的条件，学生毕业时面临着巨大的就业竞争压力。

二、实训教学改革与实践

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》中指出：职业教育应建立健全政府主导、行业指导、企业参与的办学机制，制定促进校企合作办学法规，推进校企合作制度化。因此深化水利工程专业实训教学改革既符合高职教育的培养要求，也符合新时期水利行业发展的要求。

1.校外实训改革

由于新时期水利建设将要着重解决河流治理、农田水利工程建设、水土保持、新农村供水安全等，涉及水利、农业、国土资源、市政等多个部门和行业，校外实训只是学校一头热的状况不能满足学生提高职业能力的培养要求。因此，在由政府主导、行业指导和企业参与下，通过成立职业教育集团，加强校企合作，使校外实习有稳定资源和更多实训场地，有效增强学生的实训能力。例如2005年宁夏水利电力工程学校、2008年黄河水利职业技术学院、2010年广西水利电力职业技术学院等水利院校与行业企业和事业单位合作，分别成立了水利水电职业教育集团。职教集团成员包括省级、市级、县级的水利工程设计、工程施工、工程管理等企事业单位，参与层次为“共享”、“共建”、“双赢”的长效互动机制。从而使学生的校外实训得到更好的保障，为学生在企事业单位的对口岗位提供更多的锻炼实训平台，避免了以往实训工地少学生人数多效果差的状况，学生能够更好地深入企业进行各种水利工程实训和顶岗实习，并在实习过程中和合作企业建立良好的关系，提高了学生的职业技能和毕业生就业率。

2.校内实训改革

由于加强河流治理以及水库除险加固和小型农田水利建设是新时期水利工作的重点，而水利水电工程一般具有“工程规模大、建设周期长、技术难度大、型式不重复”的特点，使学生到校外现场实习出现许多“盲点”，如看不到工程全部和一些施工过程、地下轮廓、多种水流现象及各种工程型式。而一些水工建筑物运行关键时间与学生到校外实习时间形成“时间差”，比如溢洪道泄洪和水闸蓄放水、泵站提水等是根据水利防洪除害兴利的要求运行的。水利工程的校内实训教学改革正是为了弥补工程现场实习的不足，具有很强的互补性。

（1）计算机虚拟仿真模拟实训教学。计算机仿真模拟实训是用实时运行的动态数学模型代替真实工程场景进行教学实训，使学生不到现场就能了解复杂的水流运动形态、水工建筑物运行模式，是一种多通道综合作用的实训教学方法。特别是三维虚拟仿真实训可以仿真再现工作流程和程序，让学生在工作过程中理顺工作流程、规范工作程序。[4]如基于工程爆破施工的特殊性，采用开发模拟软件，根据爆破的基本原理，利用现代计算机技术，进行参数设计，通过设定不同的参数，模拟各种爆破。另外仿真能够再现工作重点、难点，锻炼和提高学生的岗位技能。例如水库除险加固实训中溢洪道的加固，根据来水情况进行溢洪道泄洪过程仿真，通过比较模拟的不同来水方案，使学生掌握选用溢洪道堰顶高程、消能建筑物型式方案的方法，有效提高实训教学效果。同时虚拟仿真实训能够紧贴生产实际，比如水库除险加固工程中的高边坡支护模拟实训、河流演变模拟实训、溃坝模拟实训、喷灌、微灌等技术模拟实训等，使实训教学效果更加明显，让学生在就业之前已经具备了“工作经验”，提高就业率和就业质量。

（2）仿真模型实训教学。由于水利工程建筑物类型各异、地点分散，施工过程不可再现，建设周期长、学生现场实习看不到施工过程而且很难动手，同时水利工程的许多运行管理也不允许学生等外来人员实际操作。因此把水利工程搬进校园，按照“真实、可动、可测、综合”的实训标准，根据能力培养的要求，建成栩栩如生的仿真水工建筑物模型，如模拟水利枢纽、施工导截流、水闸或泵站的运行管理和农田水利工程中渠系建筑物涵洞、虹吸管、渡槽的布置实训以及渗流观测、泄流能力观测、水文测验、水力发电等实训项目。并且与专业实训内容相关的系列课程实施现场开放性教学，学生实训时可以逐项重复进行训练，提高学生的实践能力，更好地达到“教、学、做”一体化教学效果。

3.校外实训教学模式改革

由于水利工程设计、施工、管理等单位的实习场地有限，学生数量过多时容易造成拥挤，实习的效果往往不够理想。为此，依托水利水电职教集团的平台，采取集中实习与分散实习相结合的实训方式，将实习的学生以实习小组的形式分散到多个企业，根据企业的生产场地大小安排相应数量的学生去实习，并由企业兼职教师与实训教师共同指导，可取得较好的实习效果。

另外，水利工程大多是秋冬季开工，这时期生产单位急需大量的技术人员，为此，实训教学计划灵活性调整，与企业需求相匹配，使教学服务于生产。[5]比如在第1、3、5学期的寒假前两周开始，至寒假后两周至三周结束，这期间正是冬修水利工程，可以安排工程测量、工程制图、小型渠道施工、水库和堤防除险加固等实训教学环节，而第2、4学期的暑假可安排防洪除涝、水泵站运行管理、灌区管理等实训教学。通过这样的调整，既巩固和夯实学生对刚刚学习完的理论知识的理解和掌握，又提高了学生的实践能力，同时满足了生产单位的用人要求，产生社会效益，达到“工学结合、校企合作”双赢目的。

4.“双师型”教师培养改革

水利工程专业的高职教育是以培养水利水电高级技术应用性人才为目标，这就要求专业教师必须是理论扎实、教学出色、技能精湛的“双师型”。为此有计划地选送中青年教师到水利水电职教集团的知名企业、生产部门进行专项培训或生产锻炼，教师参与相关水电企业的科技研发项目，跟踪最新技术发展，了解生产一线的新技术、新工艺应用的实际情况，同时聘请合作企业的水利水电行业专家和有经验的工程技术人员作为兼职教师，讲授“建筑施工技术”、“施工组织与管理”、“招投标与合同管理”等实践性强的课程，用丰富的实践经验进行案例教学，指导学生的理论与技能学习，并与学生一起分享他们的工作经验，对学生学习和掌握理论知识和实践技能更为直接、有效。通过“请进来”与“走出去”相结合，使专业教师积累工作经验，提高实践能力，有力提高“双师型”教师的综合素质。

三、结语

实训教学是培养高级技能应用性人才的基本条件。新时期随着水利事业的快速发展，水利工程专业的实训教学改革必须与时俱进。综上所述，通过依托水利行业的支持，深化校企合作的长效机制，完善校内外实训教学条件，营造仿真实训场所模拟水利工程职业环境，运用现代技术虚拟仿真，加强“双师型”教师队伍的建设，能够较好地提高实训教学效果。

参考文献：

[1]吴建英.水利水电建筑工程专业实践教学初探[j].中国职业技术教育,2007,(21):33-35.

[2]张玉福,等.高职水利类专业课程设置与教学体系构建研究[j].辽宁高职学报,2010,12(5):18-20.

[3]林海涛,唐忠锋,凌新龙[j].广西轻工业,2009,(9):187-188.

第6篇：建筑消防技术虚拟仿真范文

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

第7篇：建筑消防技术虚拟仿真范文

关键词：虚拟现实；现状；发展趋势

中图分类号：TP29文献标识码： A 文章编号：1671-1297（2008）10-148-02

随着科学技术的迅猛发展，虚拟现实技术成为近几年来国内外科技界关注的一个热点，它的兴起，为人机交互界面的发展开创了新的研究领域，为各类工程的大规模数据可视化提供了新的描述方法。目前，虚拟现实技术已广泛应用于航空航天、医学实习、军事训练、建筑设计、教育培训等众多领域。

一、虚拟现实分类

根据用户参与的形式的不同，通常把虚拟现实分成四大类。桌面虚拟现实，沉浸的虚拟现实，增强现实性的虚拟现实，分布式虚拟现实。

（一）桌面虚拟现实

桌面虚拟现实（PCVR）系统，基本上是一套基于普通PC平台的小型桌面虚拟现实系统。 其实就是使用个人计算机即PC机或PC工作站去产生仿真，桌面虚拟现实的参与者是不完全沉浸的，他要求参与者使用标准的CRT显示器和立体显示技CJFD2000以及位置跟踪器和另外一个手控输入设备，如数据手套和六个自由度的三维空间鼠标器，戴上立体眼镜坐在监视器前，在一些专业软件的帮助下，但可以通过计算机屏幕观察360度范围内的虚拟境界。

（二）沉浸的虚拟现实

沉浸式虚拟现实系统是一种高级的虚拟现实系统，它提供一个完全沉浸的体验，使用户有一种置身于虚拟境界之中的感觉。它利用头盔式显示器或其它设备，把参与者的视觉、听觉和其它感觉封闭起来，并提供一个新的、虚拟的感觉空间，并利用位置跟踪器、数据手套、其它手控输入设备、声音等使得参与者产生一种身临其境、全心投入和沉浸其中的感觉。沉浸式虚拟系统是一套比较复杂的系统，它的优点是使用户全身心地沉浸到虚拟世界中去，缺点是系统设备价格昂贵，难以普及推广。

（三）增强现实性的虚拟现实

增强式虚拟现实系统是把真实环境和虚拟环境组合在一起的一种系统，它既允许用户看到真实世界，同时也可以看到叠加在真实世界的虚拟对象，这种系统既可减少对构成复杂真实环境的计算，又可对实际物体进行操作，真正达到亦真亦幻的境界。

（四）分布式虚拟现实

分布式虚拟现实系统是利用远程网络，将异地的不同用户联结起来，多个用户通过网络同时参加一个虚拟空间，共同体验虚拟经历，对同一虚拟世界进行观察和操作，达到协同工作的目的，从而将虚拟现实的应用提升到了一个更高的境界。

二、国内外虚拟现实的发展及其现状

（一）美国研究状况

美国作为VR技术的发源地，其研究水平基本上就代表国际VR发展的水平。近年来,虚拟现实在美国航空航天和军事领域的若干成功应用所获得的巨大经济效益和社会效益，促使美国政府进一步加大了对虚拟现实技术研究的支持力度。在美国虚拟现实在以下三个方面发挥重大作用：（1）武器系统性能评价；（2）武器操纵训练；（3）指挥大规模军事演习。虚拟现实的应用将大幅度降低以上三者所需的费用，极大地提高效益，并消除意外伤亡事故。美国政府所支持的虚拟现实研究也正是紧紧围绕着提供这三种能力的系统和环境而展开的。

在军事领域，美国的主要研究单位为：美国空军技术研究所(Air Force Institute of Technology)主要研究人类因素的检测、计算机图形学以及与大规模分布综合环境应用有关的人机交互问题，尤其对那些培养实际操作人员的环境感兴趣。这些环境的特点是有明确的目的性、大规模、复杂及主动性。有目的性的含义是在环境中的活动者具有明确的目标，并主动采取行动来达到这些目标。海军研究生院图形和图像实验室(Naval Postgraduate School Graphics and Video laboratory)的研究目标是为基于网络化虚拟环境的交互仿真开发低价格模拟器。他们正在研制一种便宜的、实时网络化的飞行模拟器NPSNET4。它使用SIMNET和分布式交互仿真两种协议进行主机之间的通信。NPSNET计划注意虚拟世界的系统在现实世界问题中的应用。美国陆军研究所(U.S.Army Research Institute)从事虚拟环境的行为科学和计算机科学两方面的研究,并在美国陆军委员会支持下的用于战斗训练的仿真电子战场的应用中发挥着重要作用。密西根大学(University of Michigan)承担了SOAR项目，其目的是要通过提供改进了的空仿真兵力来扩充LORAL MODSAF。这一计划将使美国国防部在虚拟战役仿真中具有智能化的和难以战胜的敌方战机具备时态推理能力、多目标管理和传感能力，使管理和操纵敌方兵力的人减至最少。

在航天领域，现在NASA已经建立了航空、卫星维护VR训练系统，空间站VR训练系统，并且已经建立了可供全国使用的VR教育系统。北卡罗来纳大学(UNC)的计算机系是进行VR研究最早的大学，他们主要研究分子建模、航空驾驶、外科手术仿真、建筑仿真等。

美国政府对虚拟现实技术非常重视，他们支持的虚拟现实研究计划都是面向航空航天和军事应用的。虚拟现实将在武器系统的性能评价和设计、操纵训练和大规模军事演习及战役指挥方面发挥重要作用，并产生巨大的经济效益。美国已初步建成了一些洲际范围的分布式虚拟环境，并将有人操纵和半自主兵力引入虚拟的战役空间，,在世界上处于领先地位。

（二）中国研究现状

我国VR技术研究起步较晚，与国外发达国家还有一定的差距，但现在已引起国家有关部门和科学家们的高度重视，并根据我国的国情，制定了开展VR技术的研究计划。九五规划、国家自然科学基金委、国家高技术研究发展计划等都把VR列入研究项目。

国内一些重点院校，已积极投入到了这一领域的研究工作。北京航空航天大学计算机系是国内最早进行VR研究、最有权威的单位之一，着重研究了虚拟环境中物体物理特性的表示与处理；实现了分布式虚拟环境网络设计，虚拟现实应用系统的开发平台等。浙江大学开发出了一套桌面型虚拟建筑环境实时漫游系统，还研制出了在虚拟环境中一种新的快速漫游算法和一种递进网格的快速生成算法；哈尔滨工业大学已经成功地虚拟出了人的高级行为定人脸图像的合成、表情的合成和唇动的合成等技术问题。

虚拟现实技术在我国近些年发展极为迅速，被广泛的应用在城市规划、教育培训、文物保护、医疗、房地产、互联网、勘探测绘、生产制造、军事航天等数十个重要的行业，全世界的目光都聚焦于虚拟现实技术在中国的蓬勃发展。流行一时的网络游戏，实质上也是虚拟现实技术的一种简单应用。

最近，中国首款虚拟现实游戏射日精英也已经横空出世。

三、虚拟现实的发展趋势

纵观多年来的发展历程，VR技术的未来研究仍将遵循“低成本、高性能”这一原则，从软件、硬件上展开，并将在以下主要方向发展：

动态环境建模技术。动态环境建模技术的目的是获取实际环境的三维数据，并根据需要建立相应的虚拟环境模型。

实时三维图形生成和显示技术。在不降低图形的质量和复杂程度的前提下，如何提高刷新频率将是今后重要的研究内容。此外，现有的虚拟设备还不能满足系统的需要，有必要开发新的三维图形生成和显示技术。

新型交互设备的研制。虚拟现实需要头盔显示器、数据手套、数据衣服、三维位置传感器和三维声音产生器等。因此，新型、便宜、做工精良的数据手套和数据服将成为未来研究的重要方向。

智能化语音虚拟现实建模。虚拟现实建模如果将VR技术与智能技术、语音识别技术结合起来将会给虚拟现实的发展带来巨大的意义。

大型网络分布式虚拟现实(Distributed Virtual Reality，DVR)的应用。目前，分布式虚拟交互仿真已成为国际上的研究热点，相继推出了DIS、MA等相关标准。网络分布式VR在航天中极具应用价值，例如，国际空间站的参与国分布在世界不同区域，分布式VR训练环境不需要在各国重建仿真系统，这样不仅减少了研制费设备费用，而且也减少了人员出差的费用和异地生活的不适。

结语

虚拟现实从其萌芽到今天的日渐成熟已经经历了一段相当长的时间，伴随着计算机图像技术和计算机网络技术的不断发展，我们的虚拟现实技术也将迎来一个快速发展的阶段，使我们的虚拟现实中的场景更加真实，虚拟显示中的人物也更加形象生动，成为一个真正意义上的“人”。

参考文献

[1]胡小强．虚拟现实技术[M].北京：机械工业出版社，2005．

第8篇：建筑消防技术虚拟仿真范文

1　“虚拟世博”简介 由于“虚拟世博”是新生事物,业界还未有明确的定义,这里笔者所下定义仅代表个人观点。“虚拟世博”是以Internet传播媒体为平台,将世博会举办的世博园区、举办城市和辐射区域构建成网络虚拟空间,以政府、企业、个人和社会为网络虚拟空间中的应用对象,以虚拟的网络空间为基础,计算机网络服务为手段,全面构筑一个以信息化应用为中心的全新的、可以实现人-机在世博问题上互动交换的虚拟世博会。 2010年上海的“虚拟世博”有三个亮点:虚拟场馆建设、虚拟场馆漫游、虚拟网络游戏。 1.1　虚拟场馆建设 虚拟场馆构建主要偏重空间景观设计、工业设计和视觉传达设计,也就是观众面对网络时可以根据自己的喜好和世博会的主题设计出自己理想中的场馆以及场馆内的陈设和布置,同时包括场馆主题公园和吉祥物的设计。实际上就是观众充当虚拟场馆的设计师,让自己提交的作品与系统互动。当然,虚拟场馆的建设不仅需要强有力的Web3D技术、互联网技术的支持,还需要参与建设的受众有设计方面的才能和独特的创意。 1.2　虚拟场馆漫游 “虚拟场馆游漫游”的核心构想就是在世界各地的各个城市设立虚拟大厅,各参展城市的展馆外形与内部结构、空间布局、展示内容等均与其实体馆相同。按照功能的不同,虚拟展馆分为浏览馆和体验馆两个类型,观众在浏览馆内可以全方位了解展馆的空间布局和主要参展内容,并可通过文字、图片、视频、音频等方式进行深度了解,人们通过电脑就可以轻松俯瞰世博园区的三维全景,并在数百个国家、地区和国际组织的展馆间轻松穿梭漫游。 1.3　网络虚拟游戏 关于虚拟世博的网络游戏以开发“科技与环保”的游戏为主。根据上海2010年世博会的口号“城市,使人生活跟美好”开发城市环境建设的游戏,网上参观者也可以实时参与线上和展览现场的各类三维互动活动。同时,虚拟世博还将打造“未来之城”虚拟社区,借鉴网游的概念和形式,集合全球网民的创意和协作,共同建设一个和谐之城、未来之城。 2　可口可乐馆的设计与应用 为了更好的研究“虚拟世博馆”中对游戏动漫技术和虚拟现实技术的结合,作者以可口可乐馆的构建为例。 2.1　场馆模型构建 场馆模型制作指除虚拟角色以外的一切场景物品、动物、植物等的实体模型制作。按体积、精度、表面纹理与所处位置来分,可用不同的技术进行实现:①创建场景中规则实体时,如可口可乐馆的楼体等,选择适当的视口,根据实物的实际尺寸绘制立面的2D形状,然后拉伸形成3D模型,可利用Maya、3Dmax等三维动画软件进行制作;②对于细长条的物体如门柱、窗框等实体,可采用单一面片和贴图照片来表现。如果使用几何模型来仿真这些实体,会增加场景的几何模型和面片数量,会在渲染场景中不会出现锯齿和闪烁现象,影响场景仿真的整体效果;③创建场景中不规则实体时,可使用放样或车床等技术手段。对于具有固定横截面实体,如场馆楼梯扶手等,先绘制其2D横截面和路径,然后使用放样路径生成模型。对于具有绕对称轴旋转特征的实体,如场馆外的可乐平台,先绘制其2D轮廓线,然后使用车床生成3D模型。使用放样路径或车床等时,应仔细调整参数,使生成的模型既能满足实际需要,模型的面片数又不会过多。如果参数不当,模型的面片数量将急剧增加,导致场景系统的整体运行性能下降;④对于表面纹理复杂的物体,可采用拍摄贴图的方式进行制作。这样可以避免高难度复杂纹理的三维建模以及不必要的系统仿真开销;⑤对于处于远处的模型,则可使用大面积平面贴图的方式进行制作。 可口可乐展馆为一座两层建筑,建筑风格讲求虚实对比和颜色变化,外立面简洁独特,所有的外墙均采用金属防风雨百叶,刷成“可口可乐”的红色。图2为场馆模型效果。 2.2　角色动画制作 虚拟角色的构建包括角色外观、角色表情、角色动作的构建。角色外观可通过Maya、3DMax等软件来制作,完成后再导入虚拟动画拍摄场景。构建虚拟角色的步骤主要有外观构建、模型细化、骨骼动画制作等。文章以场馆中的动画角色之一“劳模”为例: (1)建模:以box为基础,用多边形建模建出身体模型,对部分分离后后建出腰带,鞋子,衣服以及头盔; (2)材质:为模型添加多为子材质,为身体,衣服等部分分别调节材质。图3即为角色加上材质后的效果; (3)渲染:为模型打灯光,做测试渲染; (4)骨骼:为模型绑定骨骼并调节动作。图4为加上骨骼动作后的效果。 (5)动画:角色外观与动作构建结束后导入虚拟动画拍摄场景。图5为动画场景。 2.3　场景交互漫游 虚拟场景漫游系统的主要功能是实现漫游者与虚拟场景的交互。场景漫游主要控制视点的运动方式,其中导航用于跟踪并显示游览者在虚拟场景中的位置;系统控制用于设置其它功能,如视角设置和录像录制等。观察场景需要设置视点的空间位置、观察方向、视角及焦距等参数,经过视口裁减、消隐而生成图像并输出至显示设备。 对于立体观察,必须设置另外一个视点,两者之间的空间距离约为人眼距离,生成图像并输出至显示设备。漫游场景则是不断地变换视点相应参数,生成连续的图像并输出至显示设备。在可口可乐馆中的漫游引擎中绝大多数功能都被定义为可选择项,即漫游者可以根据自己的需要打开或关闭某种功能。在馆中可以观赏到不同时段(白天、夜晚)的校园景色,可以用任意视角、任意路线游走于馆内外。图6为场馆交互漫游馆外漫游。#p#分页标题#e# 3　结束语 本文对虚拟可口可乐馆的构建,实现虚拟现实技术与动画制作的结合。虚拟现实技术在世博中的应用,不仅让观众与世博场馆亲密接触,也拉近了世界与中国的距离,增加了数字世博的科技含量,提高了我国在计算机仿真领域的国际水平。动漫游戏产业随着知识经济的发展在国内迅速崛起,并成为其中的重要支柱。两者的完美结合对中国新媒体和数字文化产业的繁荣发展具有突出的贡献。

第9篇：建筑消防技术虚拟仿真范文

关键词：数字化时代； 虚拟现实； 智能建筑； 网络

Abstract:The digital age brings an unprecedented new technologies to the architectural design.This paper discussed how the digital technologies make great impacts on the architectural design， architectural forms and spacial structure and people's work and life style and so on， in following three aspects: the virtual reality technology， the intelligent technology， the databases and computer networks. Digital technology is such a means of architectural design， so architectural design should not be trapped in“toolism”. Besides the form， the architecture's meaning is more important.

人类社会已经步入数字化的时代，电子技术和数字化媒体的兴起与普及影响着人类社会的方方面面。而20世纪末数字化技术的发展和成就构成了建筑及其设计现状赖以存在的重要背景，推动了建筑在设计、建造和管理等各方面的发展，并使其大为改观。尼葛洛庞帝在《数字化生存》一书中，充分展示了数字化科技对我们生活、工作、教育和娱乐带来的各种冲击，由此，“数字化”一词，俨然成为了信息时代最重要的象征。“数字化技术”是泛指将信息对象转化成数字信号，通过电脑存储、处理，由计算机网络进行传输的诸多软硬件技术。其中，虚拟现实技术、智能科技、大型数据库系统以及计算机网络对于建筑设计的初期构思、设计方案的优化和施工管理等方面都发挥着巨大的作用。

1虚拟现实技术

1.1“虚拟现实”技术的产生与定义

早在20世纪50年代，电子技术还处于以真空电子管为基础的时候，美国的Morton Heilig就成功地利用电影技术，通过“轮廓体验”让观众经历了一次沿着麦哈顿的想象之旅，虚拟现实技术进入探索阶段。直到20世纪80年代初，美国VRL公司的创始人Jaron Lanier正式提出了“virtual reality”——“虚拟现实”一词。

虚拟现实技术是指以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉等一体化的虚拟环境，用户可以借助各种特殊的硬件设备（如空间位置跟踪器、数据手套、力反馈设备等）与虚拟环境中的物体进行交互，从而产生身临其境的感受和体验。虚拟现实技术所虚拟的环境可以是真实世界的再现，如真实建筑物的虚拟创建；也可以是纯粹构想的虚拟世界，如三维动画中的建筑及环境。

1.2“虚拟现实”技术的特征

虚拟现实技术的特征主要表现在三个方面：沉浸性（Immersion）、交互性（Interactivity）和想象性(Imagination)。虚拟现实的沉浸性是指使用户感觉到好像完全置身于虚拟世界之中一样，它来源于对虚拟世界的多感知性，这包括视觉感知、听觉感知、触觉感知、嗅觉感知、身体感知等所有人在现实客观世界中具有的感知功能。交互性是指虚拟现实系统强调人与虚拟世界之间进行自然的交互方式，并实时产生在真实世界中一样的感知，由此观察个人对环境的控制和反馈及环境发生的相应变化。而想象性是指虚拟现实技术可根据设计者的想象进行设计与仿真，使人类突破时间与空间，经历或体验世界上早已发生或尚未发生的事件；也可忽略客观存在的困难和局限，完成难以完成的事情。

1.3“虚拟现实”技术在建筑领域中的应用

数字化技术日新月异，使得三维电子模型在建筑表现方面的运用已经不再陌生。随处可见的电脑渲染表现图和多媒体动画早已让人们领略到数字化表现媒介的无穷魅力。如今，超写实的电脑透视效果在很大程度上已经取代了传统水彩、油墨等创作的图画，大多数的设计单位更倾向于将数字化工具用于制作效果表现图呈献给客户。无论是在设计概念分析和空间表达方面，数字化的虚拟表现确实展示了令人信服的结果。虚拟现实技术打破了专业化和非专业化之间的沟通障碍，是数字化的交流媒介，同时也为多学科、多专业信息的兼容带来了交叉合作。

虚拟电子模型所表现的并不仅仅是几何形状构成的视觉因素，还拓展到三维空间以外的光照条件、材料质感、声场音效、能源利用等方面。光影效果和材料质感极大地影响着空间的视觉冲击力，通过对光线阴影运动的模拟，可以观察到一天内光环境的变化；场地音效的模拟可以探索不同方位的声音效果，从而发现和解决设计中出现的声响问题，也可以依此来调节房间内部空间的尺度；通过对建筑物内部及其与其他建筑物之间的温度、湿度和气流变化状况的仿真，考量热传导和自然通风中能源效率的应用，从而指导建筑中开放空间及房间比例的设计。例如，国家体育场——“鸟巢”（图1-2）在设计中对热舒适度和风舒适度进行研究时，就采用了流体力学（CFD）模拟手段进行模拟分析，对自然通风气流组织进行评价，并根据结果提出对现有设计是否调整或调整建议（如调整吊顶分块间隙宽度、通风口的数量位置等）。

作为设计与表现的媒介和工具，数字化虚拟技术不断激发人们的想象力，使复杂的建筑形式及建造成为现实，其结构形式及组织构件都依赖于计算机迅速而精准的运算能力。近些年我国在这方面的实例也有很多，如扎哈·哈迪德的广州歌剧院（图3）、库哈斯的央视办公大楼、安德鲁的国家大剧院（如图4）、“鸟巢”、“水立方”等一系列的建筑设计创作，都与数字化技术息息相关，才使得建筑师的奇思妙想得以真正的实现。建筑师在建筑设计的实践中，数字化的虚拟技术可以帮助建筑师将创作理念转化为物理现实，通过建筑模型表现设计结果，变“不可能”为可能；也可以成为建筑师建立设计概念的起点，在虚拟环境中生成概念，在模型推敲中进行创作与再创作。弗兰克·盖里是数字化建筑创作的典型代表，他设计的西班牙毕尔巴赫古根海姆博物馆（图5）就采用了这种技术，其全部设计建立在150万个电脑模型基础上，被视为是数字时代建筑的里程碑。在F·盖里早期的项目中，数字化手段只是作为高级建模工具层面的应用，计算机只在他天马行空的设计发展完备以后才介入。如今计算机在设计过程模型阶段就提前介入，作为设计思维层面的应用被纳入整个设计过程，在初期就用CATIA软件（在“鸟巢”设计中被采用，在我国建筑行业属首例）扑捉出曲面形态，软件往往带给他意想不到的结果，F·盖里及时对每个过程及其结果进行反馈、控制、筛选与决策，逐步形成最后的建筑作品。

2智能技术

2.1智能建筑的兴起及定义

数字化对建筑的影响除了数字化虚拟空间与实体建筑的结合，还应包括数字化技术支持下建筑智能环境的创造。1984年，美国康涅狄格州的哈特福德市采用计算机技术对一幢旧金融大厦进行改造，对大楼内的空调、电梯、照明等设备进行监控，并提供语音通信、电子邮件和情报资料等方面的信息化服务，建成了“城市广场”——世界公认的第一座智能大厦。此后，智能建筑以一种崭新的面貌和技术迅速在世界各地展开，领先的范例包括日本东芝总部大厦（1984）、日本电报电话双塔楼（1986）、伦敦的Lloyds大厦（1994）、香港银行总部大厦（1995）。据2004年的数据统计，我国大陆地区共有不低于4500幢智能大厦，这包括北京发展大厦、上海金茂大厦、深圳地王大厦、南京金鹰国际商城等。2008年奥运体育场馆更是当今世界智能建筑的杰出代表。

美国智能建筑学会（AIBI）对“智能建筑”的定义是将结构、系统、服务、运营及其相互联系全面综合，并达到最佳组合，所获得的高效率、高功能与高舒适的建筑。与这种抽象的描述相比，建筑的智能化系统更像是建筑的“神经系统”，它将数字化技术所特有的性能带入僵硬的建筑中，对栖居其中的人作出合适的反应，不仅仅局限于传统概念上的消防、保安、空调，以及照明系统，而是扩展到几乎所有的部分，满足人们各个方面不同的需求，提供人们更多的选择。

2.2智能建筑的系统构成

智能建筑的智能环境无不以数字化信息技术为基础，其主要由三个方面的自动化构成，即建筑设备自动化系统BAS (Building Automation System)、办公自动化系统OAS (Office Automation System)、通讯自动化系统CAS(CommunicationAutomation System)，每个系统中还有许多不同的子系统，由系统集成中心（SIC）利用综合布线系统（PDS）进行连接和控制，如表1所示。

2.3智能技术在建筑设计的影响

智能建筑的发展已经并将继续呈现出多样化的特征，从单幢大楼到成片的建筑广场，大到摩天大厦，小到家庭住宅，从集中布局的楼宇到规划分散的居民小区，均属于智能建筑的范畴。建筑的智能环境不再局限于办公类大厦，而是像公寓、酒店、商场、医院、学校等建筑种类扩展。而成片开发的建筑智能广场还拥有系统更大、结构更复杂的集成管理系统（IBMS），能对智能广场中所有的楼宇进行全面和综合的管理。不仅大型的公共建筑拥有舒适、高效的智能环境，数字化的智能技术在家庭环境中也得到了更为人性化的发展，它可以扩展到住宅内任何带有电子开关的东西，除了包括水电、暖通、安全警戒、声像联络、电话通讯、门窗构件等，还延伸至从动作和温度感应到生物传感器的诸多电子化设备。台湾首座高科技管家、智能型住宅“似水年华”，就可以通过玄关的系统控制面板，依据当时的温度或心情自动控制室内的冷气、灯光、窗帘，还可以呼叫电梯；到洗浴室洗浴时，秀出个人芯片卡，浴室就会自动播放自己喜爱的影音节目，测量体重的精确值则可以在镜面上显示，而非体重计。美国麻生理工曾经研究的“聪明屋”住宅，在暴风雨来临时可以自我保护和修复，建筑墙壁可以自动过滤汽车鸣笛的噪声，而接收鸟鸣和雨声。

进入21世纪，智能建筑技术中的信息网络技术、控制网络技术、智能卡技术、可视化技术、流动办公技术、家庭智能化技术、无线局域网技术、数据卫星通讯技术、双向电视传输技术等，都得到了更加广泛而具体的发展和应用。但与此同时，智能环境中网络化计算机和多媒体设备的普遍应用也为建筑师的设计工作增加了更大的复杂性。建筑师不但要了解计算机通信及多媒体环境的设计含义，更要在建筑设计的方案阶段就考虑到自动化设备机房的布局，弱电竖井的配置，吊顶、架空地板需要的层高等，对整个空间做出计划和部署。无形的数字信息和网络技术将会促进多元、层级的无线智能场所空间的形成，从而引起建筑布局从形式到内容的巨大变化。例如，通过智能技术在家可做的工作越来越多，家庭空间相应需要不断地增多增大，甚或发展成为家庭办公的SOHO形式。

在数字化信息技术的高速发展下，智能建筑比传统建筑在能源效率方面具有无可比拟的优势。然而，智能建筑在关注效率和功能的同时，发展人居环境与生态环境的和谐才是最为核心的目标。数字化的智能技术只是一种途径与方法，可持续发展的战略对智能建筑的设计与内容提出了新的方向，即绿色建筑。数字化技术与材料资源和损耗有着密切的关系，建筑设计应为控制物质浪费和能源消耗提供解决方案，寻找和研究新的材料和结构系统以适应信息环境所应有的功能。因此，新兴的生态学、生物工程学、生物电子学、仿生学、生物气候学和新材料学等科学技术都会逐步渗透到建筑智能化的多学科多技术领域中，实现真正的建筑与人和自然的和谐发展。“新材料、新结构、新技术”的应用在2008奥运体育场馆的设计和建造中得到了充分的体现。

例如，我国国家游泳中心——“水立方”就是响应了“绿色奥运”的理念，其设计综合展示了人文、科技与绿色的结合。国家游泳中心自由的结构形式和ETFE气泡外墙是整个建筑的亮点(图6)。其结构设计的灵感来源与Kelvin的“泡沫理论”，将水泡的结构放大到建筑结构的尺度，这种结构模型普遍的存在于自然界，如细胞组织单元的基本排列形式和水晶矿物结构等，但被用于建筑结构模型还属首次。而ETFE（四氟乙烯）膜材料的应用就更加充分体现了绿色和科技的主题，这种材料的选用不仅大大减低了屋顶和外墙的重量，而且成本合理、热学性能高、透光性强，具有良好的阻燃性和自熄性，其表面附着力及极小，对灰尘、污水的自洁性能远远大于玻璃，在北京的特殊气候下，无疑是最为理想的透明半透明材料。ETFE还在国家体育场-“鸟巢”的屋顶围护结构中作为防雨层，在一个建筑中如此大面积的应用单层ETFE膜结构，在世界上也还是首例。(图7)

3数据库系统和网络技术对建筑设计的支持

3.1数据库管理系统和网络技术的组成

数据库是按照数据结构来组织、存储和管理数据的集合。而数据库管理系统(database management system)则是一种操纵和管理数据库的软件应用程序，用于建立、使用和维护数据库，简称DBMS。它对数据库进行统一的管理和控制，以保证数据库的安全性和完整性。数据库管理系统可分为广泛的两种类型：前台工具和后台工具。前台工具是指用于与现有客户或潜在客户进行直接交流的系统，包括宣传手册、提案简报、网络站点等；后台工具则包括创造和管理前台使用的交流信息的系统工具，主要就是数据库管理、单位内部的局域网络等。

计算机网络把分布在不同地点且具有独立功能的多个计算机，通过通信设备和线路连接起来，在功能完善的网络软件运行下，实现网络中资源的共享。计算机网络分为局域网、广域网和将局域网、广域网通过一定协议组成的国际互联网络。

3.2 数据库管理系统和网络技术在建筑设计中的应用

数据库系统和网络技术在“虚拟现实技术”以及“智能技术”中都起到至关重要的作用。在虚拟现实系统中，数据库存放着整个虚拟世界中所有物体各个方面的信息和大量物体的模型。通过网络，将位于不同物理位置的多个用户或虚拟世界相联结，形成分布式虚拟现实系统（DVR，Distribute VR），使不同用户同时参与到一个虚拟空间，进行交互，共同体验虚拟经历，以达到协同工作的目的。在智能建筑中，网络业务也已经成为用户最为经常的行为，从早期的通信（E-mail、BBS）到后来的资源共享、网上银行服务、网上电视IP\IT、多媒体信息查询、远程医疗、远程教学、视讯会议、视频点播等。

对于设计单位而言，无论是设计院还是设计公司，都涉及内部人事管理和外部项目管理，以及介于两者之间的资料信息管理，三者协同运作，缺一不可。这些任务都适于使用数据库管理系统完成。数据库中所关联的信息储存和操作可以包括项目历史、设计人员的个人资料、图片资料库以及商业洽谈联系的追踪记录等等。对设计人员来讲，设计资料数据库的建立为他们提供了方便、完备的设计背景，使他们不必再将额外的时间过多地花费在前期准备阶段，从而更快地进入角色。而设计单位的行销也越来越依赖于计算机以确定市场客户，通过网络，公司可在准备介入某项设计竞标的工作时，方便地获取目标客户的相关信息及该项目所涉及的内容进行背景研究。设计单位也可以建立自己的网络站点展示单位的主要设计作品和正在开展的项目，甚至企业形象。而客户可以从任何地方找到涉及公司的信息，同设计者进行实时、在线的联系。如果说数据库管理系统是一个设计单位内部充分利用数字化手段，实现资源共享、优化管理的系统，那么，网络的介入则为这个系统提供了开放的行销机会，使它真正融入到广阔无边的信息社会中。

设计单位局域网的建立为设计团体带来了新型高效的合作方式，实时交流的合作加强了不同专业部门的同时协作。例如，设计人员和结构人员在不同时间、不同地点对图纸提出的修改意见都可以同步地及时反映在对方的电脑屏幕上，而非像传统的流水作业必须一步一步，任何一项逆序反复的改动都会提高预算，降低效率。而广域网和互联网的普及，为更大范围的设计合作和交流提供了更广阔的平台，使得建筑师能够随时关注当前的设计动态，并保持与业主、材料供应商等之间的良好沟通，甚至是与其他建筑师进行远程合作。

另外值得一提的是，数字化技术的发展为设计者和使用者的角色融合提供了可能性。新兴的虚拟网络社区在更好地表达设计者意图的同时，为公众参与设计发展出一种新的方式——自助式设计。专业人员建立的案例样板库可以让客户根据自己的需要在方案构思阶段就参与决策，提出自己的想法和意见。这种参与于设计人员来说，有助于他们对建筑生命周期的深入参与和渗透把握，而于设计本身，它争取了最大范围的主动参与，将人文关怀、社会民主与公共立意赋予了更多现实意义。

4对数字化时代的建筑设计的反思

数字化时代的新技术为建筑设计带来了诸多新的可能，为建筑师在形式创新方面提供了更自由的选择，使“复杂”不再成为令人望洋兴叹的畏途。在数字化技术影响下，建筑材料形态与特性的变化使得建筑形式“无所不能”，但在某种程度上，这种“无所不能”使设计陷入一种“数字化工具主义”的误区，过分关注形式本身，为追求表面化的新形式而创造新形式，造成所谓的“数位皮层”与建筑脱节。如许多曲面古怪、造型夸张而设计简陋的建筑以“数字化建筑”自居，注重单纯、孤立、静态的细部和材料的物质属性，缺乏与技术体系、建构工艺、社会文化相互关联的综合性系统思考。

另外，数字化信息时代的无限复制导致建筑本体价值的贬值，建筑意义的缺失以及地域文化艺术的缺失，独一无二的“形象”向无数“类象”分解转化，甚至看到一幢建筑就可以知道它在设计过程中所采用的软件。新的数字软件通过简便易行的复制手段和可调参数的灵活性，将复杂部件的大量使用大大简化的同时，也不可避免地在采用此类手段的设计对象身上打下了自己的烙印——所谓的“低强度美感”和“高资讯内涵”。我们应该认识到，新技术所带来的可能性并不是带来对“形式拓展”的趋之若鹜，而是为建筑结构和塑形提供更多元的支持。在任何时候，人类栖居的建筑环境与空间形式，在更大程度上依赖于实际生活和社会行为的需要，建筑的意义应该回归建筑的真实体验，从文脉、场所、社会、生活等人类根本需求中寻找“形式”的基点。

建筑本身是一种信息媒介，它包括的不仅仅是结构、构造、节点细部等技术因素，它还承载一个社会时代的生活、审美方式等诸多信息，起着文化载体的作用。建筑形式应当表达形式构成的自然规则与自然属性，表达的是人类对构成自然的要素和自然的规律的认识。建筑形式自身的构成是一个科学与技术的问题，比如材料科学、结构科学都是研究建筑形式的科学构成问题。但“建筑构成形式的表达”却不单是一个科学技术的问题，“材料的特性”与人类某种情感契合，以及建筑构成体系的理性所揭示的自然规律是建筑建构性的本质。而建构性的表达正是建筑艺术的本质。

参考文献

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