計算機仿真技術(shù)在建筑工程設(shè)計中的應(yīng)用研究

摘? 要：在建筑行業(yè)快速發(fā)展的背景下，對于建筑設(shè)計行業(yè)的要求也發(fā)生了變化，以往的設(shè)計工作模式已經(jīng)難以滿足建筑行業(yè)的發(fā)展需求。為了順應(yīng)建筑設(shè)計領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，需要適時地將計算機技術(shù)融入到設(shè)計工作當(dāng)中。將計算機仿真技術(shù)運用到建筑設(shè)計工作中，可以促進工作模式的優(yōu)化，保證設(shè)計工作的質(zhì)量與效率，使建筑設(shè)計工作能夠呈現(xiàn)出新的設(shè)計形式，融入新的設(shè)計理念，推動建筑設(shè)計行業(yè)的良好發(fā)展。

關(guān)鍵詞：計算機仿真技術(shù);建筑工程設(shè)計;三維仿真技術(shù)

中圖分類號：TU204? ?文獻標識碼：A

0引言

在當(dāng)前階段，建筑行業(yè)的發(fā)展迎來了新的機遇和挑戰(zhàn)，對于建筑設(shè)計工作的要求逐漸提高。為了應(yīng)對新時期建筑設(shè)計工作的需求，將計算機仿真技術(shù)融入到建筑設(shè)計工作中，不僅可以實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的模擬，還能夠?qū)ㄖw環(huán)境進行模擬展現(xiàn)。人們可以通過觀察虛擬模型審視建筑結(jié)構(gòu)，進而對建筑設(shè)計方案進行優(yōu)化，這樣可以進一步提升建筑設(shè)計工作整體水平。為了在建筑工程設(shè)計中合理運用計算機仿真技術(shù)，需要正確掌握這項技術(shù)的技術(shù)優(yōu)勢與特征，使計算機仿真技術(shù)在建筑工程設(shè)計工作中發(fā)揮出積極作用。

1計算機仿真技術(shù)的重要性

在社會經(jīng)濟快速發(fā)展的背景下，建筑行業(yè)迎來了新的發(fā)展機遇。隨著建筑業(yè)的不斷發(fā)展，對于建筑設(shè)計工作提出了新的要求，原來的建筑設(shè)計方法較為陳舊，難以迎合現(xiàn)代建筑行業(yè)的發(fā)展需求。因此計算機仿真技術(shù)的運用成為了建筑設(shè)計工作提升工作質(zhì)量和工作效率的重要方式。計算機仿真技術(shù)是運用數(shù)字系統(tǒng)和物理模型將各類自然因素上傳至計算機系統(tǒng)當(dāng)中，隨后運用計算機系統(tǒng)將各類信息進行整合分析，借助計算機科學(xué)技術(shù)進行虛擬環(huán)境的構(gòu)建，使人們在虛擬環(huán)境觀察建筑結(jié)構(gòu)，對建筑效果進行多方位的審視。

計算機仿真技術(shù)應(yīng)用于建筑工程設(shè)計工作中能夠帶來較多的優(yōu)勢，不僅在經(jīng)濟性和安全性方面擁有較大的優(yōu)越性，還能夠促進建筑工程設(shè)計工作的完善，使建筑項目設(shè)計規(guī)劃更加具有可行性，降低了建筑項目施工成本和風(fēng)險。人們可以利用計算機仿真技術(shù)構(gòu)建出的虛擬環(huán)境來分析建筑設(shè)計工作的總體質(zhì)量，隨后對不合理的地方進行優(yōu)化改進，促進整體設(shè)計工作水平的提高。這樣一來，整個設(shè)計規(guī)劃都具有科學(xué)性與合理性，更加有利于保障建筑項目施工工作的有序推進。通過完善建筑工程設(shè)計工作，對工程質(zhì)量的提高以及施工周期的縮短都具有重要意義。

2計算機仿真技術(shù)的應(yīng)用特征

在當(dāng)前階段，各類科學(xué)技術(shù)都得到了迅猛的發(fā)展，計算機技術(shù)也被廣泛運用于各個領(lǐng)域當(dāng)中。為了促進建筑工程設(shè)計水平的提高，計算機仿真技術(shù)得到了廣泛地運用。在建筑工程設(shè)計工作中，運用計算機仿真技術(shù)可以借助仿真系統(tǒng)的三維化特性展現(xiàn)出強大的技術(shù)優(yōu)勢，擁有著廣泛的應(yīng)用前景。與此同時，建筑漫游的虛擬環(huán)境中對于環(huán)境設(shè)計提出了新的要求。在以往傳統(tǒng)的建筑工程設(shè)計工作當(dāng)中，設(shè)計人員通常會根據(jù)以往的工作經(jīng)驗對施工方法、施工流程進行規(guī)劃。這樣的工作方式雖然具有一定的可行性，但是也存在較大的風(fēng)險，因為憑借經(jīng)驗進行建筑工程設(shè)計工作，通常會因為人為因素造成施工質(zhì)量的偏差。并且在經(jīng)驗指導(dǎo)下進行的建筑工程施工，通常會存在各類施工問題，嚴重影響了施工進度的有序推進，并且難以保障整體施工質(zhì)量與施工水平[1]。除此之外，在建筑風(fēng)格設(shè)計方面也會呈現(xiàn)出普遍性和一致性，不能夠有效實現(xiàn)建筑風(fēng)格設(shè)計的優(yōu)化創(chuàng)新。而且由于設(shè)計人員個人素質(zhì)、工作經(jīng)驗存在一定的差別，所以在建筑成本、能源消耗方面的意識也有所不同，難以保障建筑設(shè)計工作中成本和消耗等問題的有效控制。面對這樣的情況，建筑工程設(shè)計人員需要運用先進的科學(xué)技術(shù)改善當(dāng)前的工作模式，為工作質(zhì)量與工作效率給予可靠保障。

在建筑設(shè)計工作當(dāng)中合理地引用計算機仿真技術(shù)，可以使整個設(shè)計工作更加完美，彌補以往工作過程存在的缺陷。并且計算機仿真技術(shù)具備了較高的仿真性和交互性，所以在設(shè)計工作中能夠建立建筑物的三維模型，設(shè)計人員可以通過建筑模型展開可視化分析，全方位審視建筑結(jié)構(gòu)。通過不同的角度分析施工建設(shè)工作可能存在的問題，隨后根據(jù)實際情況對當(dāng)前的建筑設(shè)計工作進行優(yōu)化完善，促進整體建筑設(shè)計方案的科學(xué)性與可行性。例如在計算機仿真技術(shù)中營造出的建筑工程三維模型，可以使人們對各個構(gòu)件的實際操作過程的關(guān)系與位置進行全面地了解，進而得出相應(yīng)的施工安全控制參數(shù)。如此一來，建筑工程施工之前可以對整體施工規(guī)劃擁有準確的了解，為建筑工程的順利推進提供良好條件。

由于計算機仿真技術(shù)是一項面向?qū)嶋H并且具有較強應(yīng)用性的綜合性技術(shù)學(xué)科，因此將其運用于工程領(lǐng)域當(dāng)中，通常會展現(xiàn)出以下幾個特點：第一，經(jīng)濟性。由于建筑工程通常會涉及到較大的規(guī)模，并且在資金方面消耗較多，運用計算機仿真技術(shù)可以對施工建設(shè)工程未來的發(fā)展進行模擬呈現(xiàn)，便于人們對整體規(guī)劃進行多方位的審視。并且相關(guān)設(shè)備可以重復(fù)使用，可以使得建筑工程設(shè)計人員進行反復(fù)的模擬實驗，進而促進整個設(shè)計工作水平的提高。整個過程不會造成過多的資金消耗，在某種程度上實現(xiàn)了成本控制的目的。第二，隔離性。在實際建筑工程施工過程中，某項因素往往會造成連環(huán)性問題，使用計算機仿真技術(shù)可以在模擬建筑模型的過程中不會受到外界其他因素的影響。在一個限制性假設(shè)的環(huán)境下可以對整個設(shè)計方案進行有效的研究。第三，安全性與可控性。某些系統(tǒng)和施工在完成設(shè)計工作之后，直接進行實驗通常會具有較大的風(fēng)險。而運用計算機仿真技術(shù)，可以通過虛擬場景了解試驗結(jié)果，降低了整個操作過程的危險程度。第四，快捷性。運用計算機仿真技術(shù)可以快速對整個設(shè)計方案與設(shè)計結(jié)構(gòu)進行三維模型呈現(xiàn)，便于人們及時了解整個工作的優(yōu)缺點，促進了整體工作效率的提升。第五，可預(yù)測性。由于建筑工程完成設(shè)計工作之后，會根據(jù)設(shè)計方案進行相應(yīng)的施工操作。而施工操作過程中，可能會因為某項因素影響整個施工過程的推進。運用計算機仿真技術(shù)可以對未來可能發(fā)生的情況進行推斷預(yù)測，并且制定有效地應(yīng)對措施。

3計算機仿真技術(shù)在建筑設(shè)計中的局限性與適用性

在當(dāng)前階段，計算機仿真技術(shù)被廣泛應(yīng)用于建筑設(shè)計工作當(dāng)中，但是在實際情況下，計算機仿真技術(shù)建筑設(shè)計過程中存在一定的適用性與局限性。計算機仿真技術(shù)在建立虛擬環(huán)境的時候，需要向系統(tǒng)中輸入詳細的環(huán)境數(shù)據(jù)信息才可以完成數(shù)字模型的構(gòu)建，在設(shè)計過程中需要遵循真實的三維場景要求對整個建筑結(jié)構(gòu)進行展現(xiàn)。以往的設(shè)計工作主要采用透視設(shè)計圖，這樣的方式難以詳細展現(xiàn)材質(zhì)和結(jié)構(gòu)細節(jié)，通常會造成設(shè)計方案與實際成果存在一定的差距。運用計算機仿真技術(shù)可以將真實結(jié)果進行展現(xiàn)，讓人們獲得更加全面、準確的信息。在發(fā)現(xiàn)問題之后只需要對計算機系數(shù)進行相應(yīng)的修改，其他方面也會根據(jù)系數(shù)的變動做出改動。這樣可以有效促進設(shè)計方案完成速度的提高，保障方案設(shè)計和修正的效果[2]。

但是在實際情況下，建筑設(shè)計運用計算機仿真技術(shù)時仍然存在局限。這是因為計算機仿真技術(shù)難以將一些系數(shù)進行真實的展現(xiàn)，例如太陽輻射、人工照明、溫度等技術(shù)參數(shù)。而這些技術(shù)參數(shù)通常會與建筑設(shè)計工作具有重要的影響，通常會決定建筑設(shè)計合理性。由于這種情況的出現(xiàn)，使計算機仿真技術(shù)與真實體驗仍然保持一定的差距，計算機仿真技術(shù)也難以對一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的建筑設(shè)計模型進行全方位的展現(xiàn)。并且對現(xiàn)有建筑進行重新設(shè)計的時候需要運用不同的技術(shù)來完成虛擬重建，例如三維掃描的重建或者二維圖像貼圖建模等方式。由于以上情況的存在，使計算機仿真技術(shù)在建筑工程設(shè)計過程中存著一定的局限。

4計算機仿真技術(shù)在建筑設(shè)計的具體應(yīng)用

4.1實時交互技術(shù)的應(yīng)用

Multigen實時交互藝術(shù)作為一種視景仿真技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)視景的模擬展現(xiàn)。在當(dāng)前階段，這項技術(shù)主要被應(yīng)用于游戲場景構(gòu)建的過程中。鑒于Multigen實時交互藝術(shù)能夠模擬出三維數(shù)據(jù)庫，并且具有高效、功能強大的技術(shù)優(yōu)勢，所以在建筑設(shè)計和優(yōu)化交互過程中使用這項技術(shù)可以有效促進工作質(zhì)量的提升。Multigen實時交互藝術(shù)的應(yīng)用可以使建筑設(shè)計工作實現(xiàn)建筑模型的構(gòu)建，例如建筑周邊環(huán)境的路燈、樹木、草地、花叢等場景的呈現(xiàn)都可以借助這項仿真技術(shù)。例如在構(gòu)建樹木場景模型的過程中，需要對樹木的整體輪廓進行詳細地描繪，使用UV坐標和紋理投影的方式進行樹木圖案的映射。模型不僅可以在色彩、形狀進行較高的還原，還能夠運用光影效果使整個模型的畫面在視覺上具有較高的真實性。

4.2三維仿真技術(shù)的應(yīng)用

三維仿真技術(shù)是較為常用的技術(shù)手段，融合了多種新興科技。由于三維仿真技術(shù)對周邊環(huán)境信息進行多種感知，能夠為建筑設(shè)計工作帶來便利。在仿真環(huán)境當(dāng)中可以運用生物建模、貼圖烘焙技術(shù)等進行建筑物三維模型的構(gòu)建。并且這項技術(shù)還擁有較強的想象力以及交互性，可以運用模型為人們帶來較為真實地感受，便于對建筑設(shè)計工作進行優(yōu)化改進。在三維系統(tǒng)的仿真過程中模擬環(huán)境會受到不同元素的影響，因此在進行三維仿真過程時需要先制定完善的建筑設(shè)計方案，對整個方案進行全方位的審視與糾正，確定方案的可行性。隨后運用現(xiàn)代化技術(shù)進行分鏡頭腳本概念圖的設(shè)計，運用衛(wèi)星定位系統(tǒng)確定建筑設(shè)計位置，通過計算機仿真技術(shù)進行三維模型的構(gòu)建，最后進行導(dǎo)出并給出構(gòu)圖音效設(shè)置[3]。以體育場建筑為例，為使體育場視景可以全方位呈現(xiàn)出來，需要設(shè)計人員模擬出不同角度的體育場建筑視景，呈現(xiàn)出體育場的立體空間，并且在構(gòu)模擬建筑物不同角度的時候需要保障各個角度的靈活切換，給予人們更加真實的視覺體驗。為了達到這樣的工作效果，設(shè)計人員可以使用CAD制圖軟件或者3DS Max技術(shù)軟件進行建筑環(huán)境的模擬。使用CAD軟件繪制體育場建筑的二維平面圖，將二維平面圖導(dǎo)入至3DS Max技術(shù)軟件內(nèi)，展現(xiàn)出建筑物三維立體模型的構(gòu)建。由于仿真技術(shù)能夠為人們帶來真實的視覺效果，所以三維設(shè)計模型能夠與現(xiàn)實場景具有較高的接近度，人們可以通過三維設(shè)計模型來掌握真實的設(shè)計效果。

4.3 3DS Max 虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用

在當(dāng)前階段，3DS Max 虛擬仿真技術(shù)已經(jīng)被廣泛運用與建筑設(shè)計工作當(dāng)中，并且憑借互動性和直觀性的技術(shù)優(yōu)點構(gòu)建出較為真實的虛擬環(huán)境。3DS Max 虛擬仿真技術(shù)在建筑設(shè)計工作中的運用主要是進行建筑周圍環(huán)境的構(gòu)建，具有卓越的渲染作用，使虛擬場景更加真實。例如運用3DS Max 虛擬仿真技術(shù)對古代宅院場景構(gòu)建的過程中，可以依據(jù)古代畫作中宅院場景的風(fēng)格進行虛擬環(huán)境的構(gòu)建，并且運用動態(tài)場景帶來較為真實的視覺享受。在古代宅院細膩環(huán)境的構(gòu)建過程當(dāng)中，人們可以借助仿真技術(shù)來感受古代庭院的雅致，突破空間的限制接觸古代庭院景致，給予更加逼真的感官體驗，仿佛置身于真實的古代庭院場景當(dāng)中，更好的領(lǐng)略古代豪宅大院繁盛時期的風(fēng)采。在仿真技術(shù)的支持下，人們可以通過欣賞動畫來進行肢體語言交流，對畫面鏡像進行科學(xué)有效地控制，促進人與場景的交換體驗。這樣一來，建筑設(shè)計人員能夠更加詳細地掌握建筑設(shè)計效果，對當(dāng)前的設(shè)計方案進行合理的改進，使整個建筑設(shè)計方案日趨完善。合理運用3DS Max 虛擬仿真技術(shù)不僅可以提高工作效率和質(zhì)量，還能夠為建筑設(shè)計工作的發(fā)展帶來良好的推進作用。

5結(jié)語

在建筑工程設(shè)計工作中運用計算機仿真技術(shù)可以有效降低傳統(tǒng)設(shè)計工作的復(fù)雜程度，并且?guī)砹诵碌脑O(shè)計形式，促進了設(shè)計工作模式的優(yōu)化。建筑設(shè)計人員在應(yīng)用計算機仿真技術(shù)的時候需要積極轉(zhuǎn)變設(shè)計理念，優(yōu)化思維方式，將計算機仿真技術(shù)的優(yōu)勢發(fā)揮出來，促進建筑設(shè)計工作質(zhì)量與效率的提升，更好地滿足現(xiàn)代化建筑設(shè)計的個性化要求。

參考文獻

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[2]雷顯臻.計算機技術(shù)在建筑工程設(shè)計中的應(yīng)用研究[J].江西建材，2021（3）：96-97.

[3]荀歡歡.基于虛擬仿真技術(shù)的外國建筑史教學(xué)探索研究[J].建筑與文化，2020（7）：203-204.

收稿日期：2021-08-03

作者簡介：王懌（1982—），男，北京人，本科，工程師，研究方向：計算機與信息化。