建筑施工教学虚拟仿真之二

1 前 言

目前，地方本科高校建筑施工的授课大多只有理论的可怕现象：学校学的理论跟不上工程实践的需要，学校学的软件不能应用到工程实践；理论和实践脱钩严重，理论几乎没有进行实践的检验，没有进行虚拟仿真教学，即使有也流于形式 [1] 。因此，虚拟仿真教学成为当务之急。

2 建筑施工仿真系统架构与设计

根据建筑施工仿真平台的设计目标和设计原则要求，主要包括数据管理模块，场景动画创建模块，场景管理模块和交互模块四个部分[2]。

（1） 数据管理模块

建筑施工过程进行仿真设计涉及到大量的数据，建筑仿真模型的建立都是从数据管理库中获得的。本文以某高层建筑施工为例，数据管理模块主要包括建筑施工的各种图纸，如建筑平面图、施工设备图纸等；建筑施工工艺、建筑施工方案资料等；要使建筑施工仿真系统达到真实的模拟效果，要有复杂的模型坐标、纹理信息和材质数据，因此纹理材质贴图等是必不可少的，这需要长时间的收集和整理，便于在构建建筑施工场景时使用；另外就是声音以及音乐素材可以为建、筑施工过程动画进行配音等数据。

（2）场景、动画创建模块

在通过对建筑施工研究之后，确定建筑施工场景的总目标，进而对需要三维建模的地物进行分类并设计每类物体应有的属性数据和结构。此模块主要利用 3dSmax 建模软件对建筑施工场景如天空、施工场地、施工设备、施工材料等的建模、材质纹理贴图、灯光添加以及烘焙渲染。主要是建筑施工各构件的建模以及建筑施工过程动画制作及输出等[3]。

（3）交互模块

交互性是一个系统真实性的重要体现，因此交互模块是建筑施工仿真系统的重要组成部分。本研究对交互模块设计主要包括对建筑施工场景全方位多角度观察设计、漫游功能设计、建筑施工资源管理功能设计、建筑施工过程动态加载设计、对建筑施工过程信息查询设计、建筑装饰风格设计以及界面设计等。

统进行二次开发。

3 建筑施工仿真平台实现的软硬件环境

（1）软件平台

在本建筑施工仿真平台开发的过程中主要应用到以下软件：

I. 3dSmax 三维建模软件。3dsmax 是 Autodesk 公司所拥有的一款在当前世界上应用最广泛的三维建模、三维动画、渲染软件三维动画软件。由于其具有功能强大、扩展性好、操作简单、容易上手的特点，当前已被广泛应用于建筑设计、游戏开发、电视电影特效等领域。其中最为关键的是它的文件可以被其他软件读取。

II. Virtools 虚拟现实仿真平台。Virtools 是属于法国达索公司所有的虚拟现实开发平台，它具有丰富的行为交互模块可以使非专业的程序开发人员快速的创建自己的三维数字产品。系统拥有自带的渲染引擎，并且 Virtools 中已经集成有 400 多个BuildingBlock（BB）模块，通过 BB 模块的组合与定义，以及 Attribute 属性等辅助工具，能够进行脚本的编制，满足一定程度上的开发需求。用户也可以使用 Virtools 自带的脚本语言 VSL 对已有的模块进行二次开发或者编写新的行为模块，增加参数类型，修改渲染引擎等，以达到开发的需求。

III. 3dSmax 与 Virtools 的结合。由于 Virtools 本身并不具有三维建模和角色动画制作的能力，因此要借助于其他的三维建模软件和角色动画制作软件来实现建筑施工仿真场景构建。目前 Virtools 有了Maya、3dSmax 等软件的文件转换插件。

3dSmax 强大的建模功能和扩展性以及操作简单容易上手特性，使其与 Vi rt oo l s虚拟现实平台的配合十分流畅。3dsIIlaX 的建模功能与 Virtools 超过 400 组 BB 模块的相互配合运用能够做到无缝结合。3dSmax 与 Virtools 组合的开发过程具有简易、兼容性好、通用性强、移植性好的特点，有利于团队协作开发以及节省大量的资源，同时也有利于系统的更新和维护。

（2）硬件平台

虚拟仿真技术的限时计算与限时图形绘制特性对时间性要求很高，虚拟仿真系统实时性和其所具有的交互性和沉浸性的特征是相关的。为了保证虚拟现实的真实性，保证一定的帧率和帧频，需要有较高计算机硬件要求，一般要具有高速的 CPU、高端的显卡、高速硬盘等。计算机技术的发展为虚拟仿真技术在普通的个人电脑上实现提供可能，本系统硬件配置如下：

I. 操作系统：wi ndows10。

II. CPU：Inter（R）Core（TM）i5CPU 750@200.67GHZ。III. 显卡：NvIDIA GeForce GTX275。

IV. 内存：240G。

V. 硬盘：10 TB。

4 结语

本文对建筑施工技术课程开展的创新实践：

（1）提出并实践了建筑施工仿真系统数据管理模块，场景动画创建模块，场景管理模块和交互模块改革模式；

（2）提出并实践了系统设计软件平台改革；

（3）提出并实践了硬件平台模式；

参考文献：

[1] 赵勇，谢金荣，袁伦文. 基于BIM 技术的医疗建筑施工仿真模拟的应用与研究以深圳新华医院项目为例 [J]. 绿色建造与智能建筑， 2024（2）：34-37.

[2] 宋祥辉，张雪. 预制装配式建筑施工调度仿真应用研究[J]. 绿色建造与智能建筑， 2025（4）：45-47，51.

[3] 王素真. 中望建筑施工仿真技术在课程实训中的应用[J]. 文渊（高中版），2021（9）：945-948.

基金项目： 2024 年校级建筑施工虚拟仿真技术研究及教学应用实验室，项目负责人：刘邦，项目编号：409-XXFTD202404）。

作者简介：刘邦（1977-），男，河南周口人，副教授，博士，研究方向为岩土工程爆破，