仿真技术是以相似原理、信息技术、系统技术及其应用领域有关的专业技术为基础，以计算机和各种物理效应设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验研究的一门综合技术。简单的说，仿真技术是对系统模型的一种试验技术。

    建筑工程施工是一项将设计图建成实物的复杂工作。其施工方法和组织程序都存在多样性、多变性。至今，对施工方法和施工组织的优化主要建立在施工经验基础上。依靠施工经验对施工进行控制和优化，具有一定的局限性。特别是在全新结构或复杂条件下的施工，依靠经验对工程施工的可行性、控制优化、事故预测和生产调度优化等各方面的分析和预测，可能会由于思维惯性而忽略重要结果或由于力不从心只能分析局部和少量结果，更无法开展定量分析。而依靠仿真技术这一高效节省的试验方法，能够跟踪施工过程的各环节。对施工生产全过程进行试验，验证优化施工技术和施工组织。鉴于仿真技术的显著优越性，中建三局和华中科技大学合作，以上海正大商业广场项目为背景，对仿真技术应用于建筑工程施工进行了尝试。

    1.工程概况

    正大广场位于上海浦东陆家嘴东方明珠电视塔下。平面基本呈矩形，地下3层，地上10层，长约260m，宽约100m,总高度50m，总建筑面积达24.3万平方，是集商业、餐饮、娱乐为一体的综合性建筑。

    本建筑由于建筑规模、设计造型要求，采用了大量钢结构，构件数量规格繁多，各种不同类型的构件约3000余件、共5600T，而结构吊装工期仅85天，且钢结构主要集中在8层以上，重、大型构件又集中在建筑物腹地。单件超大超长，安装高度各异，大多数构件只能用桅杆式起重机安装，吊装有较大难度。吊装过程中任何失误都可能造成难以估量的损失，其施工组织和施工技术亟需应用全新的技术手段进行验证。

    2. 仿真系统的主要内容

    “上海正大商业广场施工虚拟仿真系统”以满足生产需求为目标，使用虚拟现实技术对施工过程进行模拟，主要包括三大部分内容。

    2.1第一部分：外景仿真

    在建筑物建成前，虚拟显现建筑物建成后周围的环境。

    将正大广场按现设计图纸详细建模渲染，并将附近建筑、场景、道路、黄浦江等建模渲染，使观察者如身临其境。系统实现了观察者不同的观察角度和漫游方式，使观察者能自由地在场景中漫游；在场景中加入海洋效果、声音仿真等特效，使场景更显真实并具有动感，沉浸感更强。在漫游中实现了碰撞检测功能，使漫游场景中的各种实体能真实反映现实生活中的各种状况。例如，运动物体遇到障碍物会停止运动，在高低不平的道路上，能够随地形起伏运动等。

    2.2第二部分：吊装仿真

    这是系统的核心部分。于钢结构施工前在计算机上完成各种构件配装、吊装的多种试验和优化工作。同时利用多点决策理论，采用两榀屋架同时装配方案，使装配-吊装过程连续进行。

    正大商业广场钢结构数量多、规格杂、分布散。施工方案选用6台塔吊和5部桅杆式起重机进行吊装。课题组成员能按每个构件的具体吊装方法及整个吊装过程的先后顺序，对每个吊装过程进行吊装虚拟。吊装过程采用GSL编程实现。针对不同的吊装过程采用了不同的计算方法。对塔吊双机抬吊采用了反运动学算法。通过正在吊装的钢结构主梁的空间位置，算出吊装的转角和小车的运动行程。塔吊及桅杆式起重机单机起吊吊装动作则首先通过手动操纵塔吊或桅杆起重机运动，在不断试验中寻找将构件吊装到位并能避开障碍的最佳运动轨迹，并记录此轨迹上的每一个转折点，以及在此点上的塔吊和起重机的运动参数。然后用GSL语言实现吊装动作。

    在吊装试验过程中，为解决依靠视觉判断是否存在构件干涉，无法克服三维模型显示在二维屏幕上存在的视觉误差问题，系统中加入了构件的实时碰撞检测功能。当构件之间出现碰撞干涉时，相应的构件颜色将产生变化以提醒用户。 

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