隨著(zhù)計算機技術(shù)和信息技術(shù)的快速發(fā)展，仿真技術(shù)也得到了迅速的推動(dòng)，并在高技術(shù)的發(fā)展中越顯其重要作用。本文介紹了仿真技術(shù)的發(fā)展和形成，介紹了該技術(shù)在建筑施工中的應用。重點(diǎn)介紹了它在施工安全中的應用。

　　仿真技術(shù)（SimulationTechnology）已有半個(gè)多世紀的發(fā)展史了，在這半個(gè)多世紀里，仿真技術(shù)的發(fā)展從簡(jiǎn)單到復雜、從理論到實(shí)踐、從輔助學(xué)科到解決重大工程問(wèn)題的必要手段。仿真技術(shù)在計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、圖形圖像技術(shù)、多媒體技術(shù)、軟件工程、信息處理技術(shù)、控制論、系統工程等相關(guān)技術(shù)和理論的支持、交叉、融合下，逐漸形成了一門(mén)交叉科學(xué)，成為認識客觀(guān)世界的一褳重要的方法。

　　1仿真科學(xué)的發(fā)展和形成

　　仿真系統的發(fā)展首先從仿真器開(kāi)始，第一臺美國空軍的林克機練習器是1929年誕生的。二戰后期，火炮控制與飛行控制動(dòng)力學(xué)系統的研究促進(jìn)了仿真技術(shù)的發(fā)展。最初還只是用于軍事方面。70年代后，仿真技術(shù)不但在軍事領(lǐng)域得到迅速發(fā)展，而且擴展到了許多工業(yè)領(lǐng)域，如汽車(chē)模擬器等。這是發(fā)展的初級階段。20世紀80年代美國國防部高級研究計劃局和美國陸軍共同制定和執行了SIMNET研究計劃，美國空軍建立了先進(jìn)的半實(shí)物仿真實(shí)驗室，隨后各部門(mén)繼續設分布式交互方針系統、并行分布式交互仿真系統、聚合級仿真系統。這是仿真技術(shù)發(fā)展的高級階段。上個(gè)世紀宋和本世紀初，對廣泛領(lǐng)域的復雜性問(wèn)題進(jìn)行科學(xué)研究的熱潮正在興起。復雜性是對簡(jiǎn)單性的否定，復雜問(wèn)題的提出，推動(dòng)了整體論、系統論的發(fā)展。仿真技術(shù)進(jìn)入了今天的研究復雜系統仿真的新階段。

　　2仿真技術(shù)的應用領(lǐng)域

　　仿真技術(shù)最早主要應用于軍事方面，比如航天器、航海模擬、高能武器等。隨著(zhù)國民經(jīng)濟的發(fā)展，仿真技術(shù)被迅速地推廣應用到國民經(jīng)濟的每個(gè)領(lǐng)域，成為系統工程中的科學(xué)方法和有力工具。最廣泛地應用在軍事領(lǐng)域，比如美國的綜合戰區演練（STOW）計劃、歐洲大型軍事演習（代號JPOW）、美國在科威特進(jìn)行的戰區導彈作戰仿真等；仿真技術(shù)在工業(yè)系統的多種應用取得了巨大的社會(huì )和經(jīng)濟效益；近幾年來(lái)仿真技術(shù)在制造業(yè)中的應用和發(fā)展在我國取得很好的成果。仿真技術(shù)將設計、試制、生產(chǎn)、銷(xiāo)售一體化：利用模擬現實(shí)仿真技術(shù)醫生可以在虛擬病人身上進(jìn)行手術(shù)訓練，通過(guò)訓練可以提高手術(shù)成功率；仿真技術(shù)已經(jīng)應用到游樂(lè )產(chǎn)業(yè)中，出現的高科技仿真設備有：“仿真太空船”、“仿真高爾夫球”、“賽車(chē)”、“飛機格斗”等；當前仿真技術(shù)還用于房地產(chǎn)業(yè)中，開(kāi)發(fā)商利用虛擬仿真技術(shù)把預售房子的結構、布置等效果用3D實(shí)現，讓購房者可以體驗到真實(shí)的情景以產(chǎn)生美好憧憬；虛擬仿真技術(shù)與建筑施工的有機結合，使工程師在建筑尚未開(kāi)工之前便漫游其中。許多重大工程（比如三峽工程、南水北調工程）項目的失誤都將是災難性的，而且也是不允許失敗的。對于這類(lèi)工程預先應用仿真技術(shù)排除設計錯誤、優(yōu)化設計、預示完成后的工作狀況已經(jīng)成為工程界的共識。

　　3虛擬仿真技術(shù)在建筑施工中的應用與現實(shí)意義

　　虛擬仿真技術(shù)在建筑施工的應用有很重大的意義：首先有助于建筑市場(chǎng)的管理、完善管理制度。施工虛擬工程在招投標過(guò)程中能主觀(guān)對比投標各方的施工工藝、方法和成效，增加評標的透明度和公正性，減少各種不正當行為的發(fā)生。有利于建筑市場(chǎng)的規范化管理；還可以考察建筑設計是否合理，從而指出不合理的部位進(jìn)行修改，達到優(yōu)化設計的目標。這對重大工程尤為重要；有助于施工方案的選擇和優(yōu)化。因為建筑施工方案的選擇有一定的局限性，它主要取決于決策者的施工經(jīng)驗和知識水平，而且施工過(guò)程又都沒(méi)有可模性，決定了建筑施工過(guò)程的各異性。而施工虛擬仿真技術(shù)可以直觀(guān)、科學(xué)地展示不同施工方法和施工組織措施的效果，可以定量地完成方案的對比，真正實(shí)現施工優(yōu)化；該技術(shù)還可以模擬新技術(shù)、新材料、新工藝應用后的效果；有助于旋工管理：施工虛擬仿真技術(shù)能模擬施工全工程，能夠提前發(fā)現施工管理中質(zhì)量、安全等方面存在的隱患。管理人員可以采取有效的預防、加強措施，提高工程施工質(zhì)量和管理效果；施工虛擬仿真技術(shù)能實(shí)時(shí)、直觀(guān)地顯示施工全過(guò)程，這樣有助于操作人員全面了解作業(yè)過(guò)程，安全地完成施工任務(wù)。建筑業(yè)是高危險行業(yè)，加強安全工作是施工單位的工作重點(diǎn)，也是政府和人民群眾關(guān)注的重點(diǎn)。

　　4建筑施工安全與安全價(jià)值工程

　　目前我國正在進(jìn)行歷史上也是世界上最大規模的基本建設。建筑業(yè)完成產(chǎn)值年年持續增長(cháng)。建筑也從業(yè)人員數目龐大，據不完全統計人數為3893萬(wàn)人，已占全國工業(yè)總從業(yè)人數的約1/3，建筑產(chǎn)業(yè)已成為國家的支柱產(chǎn)業(yè)。工程建設的巨大投資和從業(yè)人員的龐大規模使得安全事故的后果異常嚴重和巨大。我國工程建設中的安全管理水平一直很低，每年由于安全事故喪生的從業(yè)人員超過(guò)干人，直接經(jīng)濟損失百億元。特別是近年來(lái)重大惡性事故頻頻發(fā)生，引起全國上下的普遍關(guān)注。

　　隨著(zhù)社會(huì )的進(jìn)步科技的發(fā)展，人們對安全認識水平也逐步提高，從安全事故發(fā)生原因的偶然性到必然性的過(guò)程。這些必然原因中，最主要的原因是人的原因、物的原因、環(huán)境的原因、管理失敗的原因。在我國建筑行業(yè)中，尤其要注意人的原因，因為建筑安全事故的核心是“人”，而“人”又是具有特定的文化背景和處于特定的國情之中。一方面是作為管理者的“人”重生產(chǎn)輕安全的思想普遍存在，安全管理缺陷幾乎存在每一起安全事故中；另一方面是建筑活動(dòng)主體的“人”——農民工，自身文化素質(zhì)及職業(yè)安全素質(zhì)較低；有限的場(chǎng)地上集中大量的人員、建筑材料、設備和施工機具等進(jìn)行立體交叉作業(yè)，相互干擾難免發(fā)生危險；建筑施工高空、露天作業(yè)多，工作環(huán)境差；工人工作時(shí)間長(cháng)，勞動(dòng)強度大，容易出現疲勞、注意力不集中造成安全事故；建筑產(chǎn)品復雜，材料堆放不符合要求也是造成安全事故的原因。而且我國建筑安全管理制度理念滯后，建筑業(yè)競爭激烈，安全投入嚴重不足等等也是導致危險事故發(fā)生的重要因素。所以說(shuō)安全控制是很有必要的，安全控制是通過(guò)對生產(chǎn)過(guò)程中涉及到的計劃、組織、監控、調節和改進(jìn)等一系列致力于滿(mǎn)足生產(chǎn)安全所進(jìn)行的管理活動(dòng)。施工安全監控的程序如圖1：

　　施工現場(chǎng)的安全控制是必不可少的，但是安全投入不足還將導致事故的發(fā)生。而且好多施工單位甚至建設管理部門(mén)沒(méi)有考慮到安全的經(jīng)濟價(jià)值，把安全工作與經(jīng)濟利益對立起來(lái)，認為安全投入是企業(yè)負擔，沒(méi)有把各項安全措施落實(shí)到位。價(jià)值工程（ValueEngineering）是一門(mén)新興的管理技術(shù)，是減低成本提高經(jīng)濟效益的有效方法。定義為：

　　V=F/C

　　式中：

　　V——價(jià)值；

　　F——研究對象的功能；

　　C——成本，即壽命周期成本。

　　以?xún)r(jià)值理論為基礎，可以定義安全價(jià)值工程，可以對所研究的系統進(jìn)行安全分析與評價(jià)。主要思想就足對系統的各個(gè)單元進(jìn)行安全價(jià)值分析，通過(guò)制定相應的整改措施和方案，使各個(gè)打援實(shí)現最大安全價(jià)值，最終實(shí)現整個(gè)系統的安全值最大，達到安全、高效的生產(chǎn)目的。安全價(jià)值定義為：

　　SV=S/C

　　式中：

　　SV——安全價(jià)值；

　　S——研究對象的安全程度；

　　C——研究對象的安全成本。

　　將安全工程與價(jià)值工程結合，利用價(jià)值工程的原理使得安全價(jià)值最大化。安全價(jià)值工程的工作順序是：確定安全研究的對象；綜合研究；制定創(chuàng )新方案與評價(jià)。施工安全也可以利用安全機智工程來(lái)評價(jià)，以達到安全值最優(yōu)。

　　5虛擬現實(shí)在建筑施工安全工程中的應用

　　虛擬現實(shí)技術(shù)町以用在建筑施工安全的以下方面：

　�。�1）首先可以用在評價(jià)施工安全價(jià)值工程中。在施工過(guò)程中出現危險事故的原因主要有人的不安全行為、物的不安全狀態(tài)、環(huán)境隱患和組織管理不力等�？梢愿鶕�這四個(gè)因素的重要程度進(jìn)行各個(gè)方面的安全價(jià)值分析，指定不同的安全方案�？梢赃_到資金與安全程度的最大優(yōu)化。

　�。�2）各種施工設備的操作訓練。尤其是某些重要工程中要采用先進(jìn)的特種設備，而這些設備是不允許出現失誤且需要不斷反復的操作訓練。即使一般的起重機、挖掘機、塔吊也需要熟練的操作，還有混凝土攪拌站等等。采用虛擬現實(shí)技術(shù)開(kāi)發(fā)相應的設備模型用戶(hù)通過(guò)各種傳感及輸入裝置與虛擬場(chǎng)景的交互，使之通過(guò)虛擬的設備得到“真實(shí)”地訓練。還可以觀(guān)察操作過(guò)程中存在那些不規范的操作，可以提前改正，還可以觀(guān)察～些設備的操作隱患。以此好采取相應的措施預防和加強。

　�。�3）可以進(jìn)行按事故過(guò)程模擬。有經(jīng)驗的工程師了解工程當中那些部位容易出現隱患，那些部位容易發(fā)生事故。比如爆炸、坍塌、墜落、交通事故等。利用虛擬現實(shí)技術(shù)可協(xié)助建立安全事故發(fā)生過(guò)程三維動(dòng)態(tài)仿真模型，為以后類(lèi)似的事故的分析、職工安全教育停工有力的工具支撐。

　�。�4）可以模擬緊急逃生演練。三維交互系統的沉浸性使用戶(hù)和系統之間可以交換信息。通過(guò)建立建筑物的事故模型，可以訓練現場(chǎng)人員在事故發(fā)生上的自救、逃生路線(xiàn)的選擇和應急行動(dòng)的實(shí)施，以次來(lái)降低事故發(fā)生時(shí)的損失。

　�。�5）還可以進(jìn)行安全教育。由于農民工的文化素質(zhì)普遍較低，進(jìn)行書(shū)本安全知識講解是比較困難的，我應該采用各種真實(shí)的或者能引起人們興趣的手段來(lái)保證學(xué)習的效果，比如安全事故過(guò)程的仿真，設備操作的虛擬等。讓人們在愉快的氣氛中受益。

　　圖2虛擬安全仿真系統的運行模式

　　6結語(yǔ)

　　仿真技術(shù)的不斷發(fā)展將應用于國民經(jīng)濟的各個(gè)領(lǐng)域。不僅僅施工安全要應用虛擬現實(shí)技術(shù)，規劃、交通、房地產(chǎn)、設計、施工管理、物業(yè)管理等都將邁向仿真技術(shù)。仿真技術(shù)的應用范圍將越來(lái)越廣闊。