【摘要】虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要由概念和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)等組成。本文對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)分析時(shí),主要從工程設(shè)計(jì)人員的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)出發(fā),利用信息技術(shù)和科學(xué)手段相結(jié)合,設(shè)計(jì)出安全、可靠、經(jīng)濟(jì)的方案,實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的。
【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù);概念;優(yōu)化
隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展,建筑設(shè)計(jì)、拆遷設(shè)計(jì)和建筑建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作越來(lái)越繁瑣。為了設(shè)計(jì)出比較經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、安全的方案,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開始廣泛應(yīng)用到建筑設(shè)計(jì)中。此種技術(shù)不但可以降低設(shè)計(jì)難度,還可以設(shè)計(jì)出直觀、形象的建筑結(jié)構(gòu),滿足了人們對(duì)建筑設(shè)計(jì)的要求。
一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)
(一)概念
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)創(chuàng)建的虛擬世界,可以生成交互式三維環(huán)境,參與者不僅可以清晰的感受到建筑模型的存在,還可以根據(jù)建筑運(yùn)動(dòng)和操作做出響應(yīng),是一種可以利用觸覺、感覺和聽覺的感官器官感受的一種信息存在。簡(jiǎn)而言之,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種比較理想的人機(jī)交互界面形式。用戶通常只需要佩戴頭盔和傳感手套,就可以在虛擬環(huán)境中漫游。此種技術(shù)具有交互性、想象性和臨境性特點(diǎn)。
(二)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r
虛擬現(xiàn)實(shí)語(yǔ)言出現(xiàn)后,可以進(jìn)行全景背景、視頻、音頻、對(duì)象運(yùn)動(dòng)和紋理映射等操作。隨著虛擬技術(shù)的不斷發(fā)展,已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)X3D轉(zhuǎn)換,促進(jìn)了虛擬技術(shù)的發(fā)展。X3D技術(shù)是XML和JAVA兩種技術(shù)的整合,能夠進(jìn)行可視化機(jī)損和參數(shù)化計(jì)算。在虛擬技術(shù)的不斷發(fā)展下,已經(jīng)產(chǎn)生了各種虛擬技術(shù),對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)建具有很大作用。
二、虛擬技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)工程的具體應(yīng)用
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種反映現(xiàn)實(shí)世界存在的真實(shí)物體模型,可以是施工的房屋建筑,也可以是拆遷或產(chǎn)品的工程模型。此種技術(shù)主要將現(xiàn)實(shí)生活中的數(shù)據(jù),利用計(jì)算機(jī)和多種設(shè)備轉(zhuǎn)化為人們可以接收的物理現(xiàn)象,讓人們感受到虛擬世界的存在。具體應(yīng)用如下:
第一,珠海市建筑設(shè)計(jì)院承接了沙坪壩“工人村16號(hào)片區(qū)危改(匯景鉑庭)”由于此項(xiàng)目的難點(diǎn)是建筑房型比較雜糅,進(jìn)行此項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí),此項(xiàng)目負(fù)責(zé)人利用虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn),讓人們可以感受建成后的建筑情況,并邀請(qǐng)開發(fā)商和還遷戶參與到其中,同時(shí)對(duì)事項(xiàng)建設(shè)實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,設(shè)計(jì)出形象、直觀的設(shè)計(jì)方案,滿足了開發(fā)商和還遷戶的要求,最大化地利用了建筑。第二,宏帆曦城項(xiàng)目的建筑設(shè)計(jì)。該項(xiàng)目規(guī)劃建設(shè)用地位于江北區(qū)大石壩組團(tuán)D14-7地塊,是重慶市江北區(qū)重點(diǎn)經(jīng)濟(jì)適用房和部分還遷房。此項(xiàng)目設(shè)計(jì)師結(jié)合實(shí)際情況,構(gòu)建模擬三維環(huán)境,然后利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了計(jì)算、設(shè)計(jì)、畫圖等操作,不僅降低了建筑設(shè)計(jì)難度,還給項(xiàng)目設(shè)計(jì)增加了創(chuàng)新感。第三,貴州金沙縣建安壹號(hào)小區(qū)景觀方案設(shè)計(jì)。該項(xiàng)目位于貴州省金沙縣,建筑設(shè)計(jì)屬于ART DECO建筑設(shè)計(jì)風(fēng)格,采用黃色系石材作為外墻材料,整體印象高聳、挺拔、穩(wěn)定,締造出經(jīng)典歐陸風(fēng)情的景觀氣質(zhì)。進(jìn)行此項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí),利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),讓設(shè)計(jì)者和工程人員直觀形象的看到設(shè)計(jì)效果,感受建筑周圍環(huán)境的變化,不僅降低了設(shè)計(jì)人員勞動(dòng)力度,還提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量,減少了資金浪費(fèi)。
三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與結(jié)構(gòu)概念、優(yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)合
(一)結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)
概念是人們的發(fā)展中對(duì)某類事物發(fā)展總結(jié)出理解,從工程結(jié)構(gòu)上分析,概念就是對(duì)金屬結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)和安全的把握。按照工程設(shè)計(jì)內(nèi)容,可以將工程設(shè)計(jì)內(nèi)容劃分為兩種。一種是符號(hào)推理作業(yè),主要進(jìn)行設(shè)計(jì)工作;另一種是數(shù)值計(jì)算工作,主要進(jìn)行分析、繪圖、填寫各種表格和計(jì)算等。從設(shè)計(jì)方法上,前者稱之為概念設(shè)計(jì),后者稱之為細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。
概念設(shè)計(jì)可以體現(xiàn)先進(jìn)設(shè)計(jì)思想。建筑結(jié)構(gòu)項(xiàng)目中,工程設(shè)計(jì)人員不僅要在規(guī)定的建筑空間中,利用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念設(shè)計(jì)出總體方案,還要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)各個(gè)體系之間的力學(xué)關(guān)系進(jìn)行總結(jié),詳細(xì)計(jì)算各個(gè)構(gòu)件的關(guān)系。
(二)概念設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容
1.結(jié)構(gòu)方案階段
結(jié)構(gòu)方案階段主要進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案選擇,包括結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)體系的受力方向必須明確,而且同一結(jié)構(gòu)單元不應(yīng)使用不同的結(jié)構(gòu)體系;合理選擇結(jié)構(gòu)類型,同時(shí)確定結(jié)構(gòu)方案并進(jìn)行比較。
2.結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果分析
第一,荷載計(jì)算。荷載計(jì)算式主要對(duì)施工荷載、地震荷載、風(fēng)和在和雪荷載等進(jìn)行計(jì)算。上述不同荷載的計(jì)算,必須根據(jù)荷載要求和規(guī)定,利用組合系數(shù)對(duì)不同工況下的組合進(jìn)行計(jì)算。第二,構(gòu)件試算。當(dāng)荷載值計(jì)算出來(lái)后,可以根據(jù)構(gòu)件操作要求,利用手冊(cè)試算方法確定結(jié)構(gòu)界面。第三,計(jì)算內(nèi)力。按照構(gòu)件界面及荷載計(jì)算構(gòu)件內(nèi)力,主要對(duì)拉力、剪力、軸心壓力進(jìn)行計(jì)算。第四,計(jì)算構(gòu)件。構(gòu)件計(jì)算必須根據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力及規(guī)范操作要求等,對(duì)裂縫、軸壓比和撓度進(jìn)行確定,如果構(gòu)件界面布置不滿足施工要求,必須反復(fù)布置,直到滿足施工規(guī)范為止。
(三)概念設(shè)計(jì)中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用
虛擬技術(shù)和三維建模技術(shù)的廣泛應(yīng)用,給概念設(shè)計(jì)提供了很大的平臺(tái)。在結(jié)構(gòu)概念中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)表示在虛擬環(huán)境中,建筑設(shè)計(jì)人員利用數(shù)據(jù)庫(kù)、工程數(shù)據(jù)等建筑三維虛擬模型,在短期內(nèi),形成具有強(qiáng)烈立體感和現(xiàn)實(shí)感的仿真系統(tǒng),進(jìn)而進(jìn)行優(yōu)化分析和參數(shù)化設(shè)計(jì),比較設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行修改。
(四)優(yōu)化設(shè)計(jì)張?zhí)摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用
在三維可視化虛擬環(huán)境中,設(shè)計(jì)人員可以借助CAD軟件等構(gòu)建立體模型,然后再將幾何信息輸入到有限元分析中,形成可視化有限元模型,然后對(duì)該模型進(jìn)行分析。模型形成后的數(shù)據(jù)分別儲(chǔ)存在對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)里面,同時(shí)可以轉(zhuǎn)化為圖像數(shù)據(jù)文件,以圖像形式轉(zhuǎn)化出來(lái),讓設(shè)計(jì)人員在虛擬環(huán)境中進(jìn)行模擬計(jì)算,進(jìn)而優(yōu)化參數(shù)設(shè)計(jì)。最后不斷進(jìn)行靜力學(xué)及動(dòng)力學(xué)分析,利用圖像或圖像的形式展示出來(lái),給設(shè)計(jì)人員的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供方便。
結(jié)束語(yǔ):
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的廣泛應(yīng)用,給建筑設(shè)計(jì)注入了新鮮活力,在建筑概念設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面具有很大的作用。此種技術(shù)的特點(diǎn)是減少建筑勞動(dòng)、降低設(shè)計(jì)人員的工作量,同時(shí)優(yōu)化了整體結(jié)構(gòu)性能。在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷發(fā)展下,提高了工程質(zhì)量,降低了工程成本,實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。
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