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工程施工管理中計算機仿真技術(shù)的運用論文
摘要：建筑業(yè)在我國社會(huì )經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)中占有十分重要的地位，也較大程度上影響著(zhù)我國社會(huì )經(jīng)濟的發(fā)展.但是，就目前而言，我國建筑業(yè)的整體管理水平較低，不少項目存在較多不合理現象，例如預算超出、工期延誤等，導致資源損耗未能得到有效控制，也經(jīng)常出現重大的質(zhì)量及安全事故.大型建設項目施工程序的復雜性是普通建設項目所不能比的，工程項目施工也受各方面因素的影響，為保證工程能夠得到有效的實(shí)施，有必要進(jìn)行施工進(jìn)度及資源管理方面的計劃，確保計劃的科學(xué)合理性.傳統計劃編制方法比較死板，存在較多的缺陷，而仿真技術(shù)的應用，能夠對施工過(guò)程進(jìn)行模擬，為計劃編制提供有效的方法和手段.對此，本文就計算機仿真技術(shù)在工程項目施工管理中的運用進(jìn)行分析.
關(guān)鍵詞：計算機仿真技術(shù)；工程項目；施工管理；運用
建筑業(yè)在我國經(jīng)濟發(fā)展中起到十分重要的作用，隨著(zhù)國家對建筑業(yè)發(fā)展的重視，建筑業(yè)在將來(lái)具有良好的發(fā)展前景.但我國目前的建筑技術(shù)水平整體依舊還處于較低位置，其管理水平也是如此，并且存在諸多不合理的現象，同時(shí)經(jīng)常發(fā)生一些安全事故以及質(zhì)量事故，也存在較為嚴重的資源損耗.尤其是大型工程項目，其具有極其復雜的施工程序，也存在較多因素對施工的順利進(jìn)行產(chǎn)生影響，施工的環(huán)境條件也有諸多不確定性，導致施工難度增加，也承受更大的風(fēng)險.為確保施工更加順利，必須進(jìn)行施工計劃與指導的編制，使施工的各個(gè)環(huán)節得到指導.工程設計文件中，施工進(jìn)度以及資源使用計劃十分重要，在工程實(shí)施的各個(gè)階段均起到十分關(guān)鍵的影響.所以，施工進(jìn)度以及資源計劃的合理安排，對參建方而言，都需要得到足夠的重視.傳統項目計劃的編制主要采用CPM和PERT，兩者的使用也存在一定的局限性.其中，后者的缺點(diǎn)在于精度缺乏保障，存在較大的誤差，不能使實(shí)際工程的要求得到滿(mǎn)足.對此，計算機仿真技術(shù)的出現，為項目計劃的制定帶來(lái)了極大的幫助.在我國社會(huì )與科學(xué)不斷發(fā)展的背景下，計算機仿真技術(shù)同樣發(fā)展顯著(zhù)，在我國工程施工管理領(lǐng)域得到更加廣泛的應用，也形成較多趨于完善的施工仿真系統，其中包括GIS以及CY-CLONE等.計算機仿真技術(shù)憑借其風(fēng)險小、成本低的優(yōu)勢，其在工程項目施工管理中的應用，將更好地解決實(shí)際問(wèn)題，對建筑業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義.
1計算機仿真的相關(guān)概念及基本步驟分析
1.1概念
計算機仿真技術(shù)與計算機建模技術(shù)，是一種新型技術(shù)，目前已經(jīng)得到較大的發(fā)展，在現代科學(xué)技術(shù)研究中占據重要的地位.該技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域應用廣泛，能夠有效幫助解決復雜系統的問(wèn)題.在計算機仿真中，計算機、系統以及系統模型是其主要的三大要素.其中，系統指的是事物及其規律的一種總稱(chēng)；系統模型是指關(guān)于系統特性及關(guān)系的描述，用于系統功能及部件間規律的研究.目前，系統模型類(lèi)型更多，其中的數學(xué)模型也已經(jīng)得到更加廣泛的應用.目前，仿真的概念也逐漸得到完善，雖然各學(xué)者對仿真的定義存在一些區別，但是根據這些定義，可對計算機仿真的定義作出以下概括：計算機仿真是針對實(shí)物進(jìn)行模擬，建立于豐富的技術(shù)理論層面，借助計算機等工具，通過(guò)系統模型對系統實(shí)施動(dòng)態(tài)研究，屬于一種新型技術(shù)，涉及較多的專(zhuān)業(yè)與學(xué)科，具有較強的綜合性.換句話(huà)說(shuō)，計算機仿真是不改變實(shí)際系統運行的基礎上，通過(guò)計算機構建系統模型進(jìn)行系統性能研究及系統構造的一種技術(shù).計算機仿真類(lèi)型各種各樣，按照不同的分類(lèi)依據可得到不同的種類(lèi)劃分.例如以模型的種類(lèi)為依據，可將計算機仿真分為半實(shí)物仿真、物理仿真以及數學(xué)仿真.根據仿真時(shí)鐘和實(shí)際時(shí)鐘之間的比例進(jìn)行相關(guān)劃分可得出，計算機仿真可以分為三種仿真，即超實(shí)時(shí)、亞實(shí)時(shí)以及實(shí)時(shí).若依據系統模型的特征進(jìn)行相關(guān)分化可得出兩種仿真，即離散系統以及連續系統.
1.2基本步驟
�。�1）建立問(wèn)題及目標.首選需對仿真系統的相關(guān)處理對象進(jìn)行確認，并且明確仿真的目標，也就是通常所說(shuō)的促使某一問(wèn)題得到有效的解決.（2）進(jìn)行建模.仿真模型可以實(shí)現對研究對象的抽象描述，能使研究系統的屬性特征得到體現.仿真建模特點(diǎn)顯著(zhù)，通常采用針對問(wèn)題進(jìn)行建模以及針對運行過(guò)程進(jìn)行建模的方式.（3）數據采集.若仿真模型已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行相關(guān)基本框架的建設.那么其所輸入的數據必須是準確無(wú)誤的，以此才能使仿真運行中模型的數學(xué)及邏輯關(guān)系得到有效利用，從而通過(guò)計算與分析得出可信的仿真結果.而離散系統仿真中，數據分布通常存在某種概率，所以，實(shí)際系統統計和調查的實(shí)施必不可少.（4）驗證模型.需要驗證仿真模型，判斷其是否具有代表性，從而確保模型能夠有效體現真實(shí)系統的特征及性能，促使仿真得到成功.（5）運用模型，分析結果.完成模型驗證后，接下來(lái)就是仿真模型的運用.在運用仿真模型的過(guò)程中，需要確保初始條件和數據輸入一致，進(jìn)行多次仿真運行，才能通過(guò)仿真得到真實(shí)的統計數據和輸出結果.建筑工程中仿真模型的運用，需要對某事件的概率和隨機變量的期望值進(jìn)行分析，也需要進(jìn)行敏感性分析.
2計算機仿真技術(shù)在施工管理領(lǐng)域中的應用分析
2.1蒙特卡洛模擬（Monte-Carlo）在施工仿真中的應用
該模式方法是根據統計理論，對風(fēng)險發(fā)生率或者風(fēng)險損失數值進(jìn)行研究和計算機計算.該方法的基本原理是使用數學(xué)模型（模擬模型）將研究對象進(jìn)行代替，在模型中盡可能將所有的影響因素包含其中.模擬模型中使用具體的概率分布來(lái)描述各個(gè)風(fēng)險變量的風(fēng)險結果和其有關(guān)的概率值.然后采用隨機的方式給出某個(gè)數值，然后根據該數值在各風(fēng)險變量中的概率分布進(jìn)行取值，完成各風(fēng)險變量的取值后，可以模擬模型為依據得出風(fēng)險總體效果.對這一程序進(jìn)行重復，以產(chǎn)生的隨機數為依據，得出風(fēng)險總體效果確切值.計算機仿真的概念是在20世紀40年代馮諾依曼最先提出，而計算機仿真中最早應用的方法就是蒙特卡洛模擬，起初該方法的應用只能對隨機過(guò)程問(wèn)題進(jìn)行解決.現階段，蒙特卡洛模擬在工程施工領(lǐng)域中的應用越來(lái)越廣泛，主要體現在對成本以及進(jìn)度的仿真方面.應用蒙特卡洛模擬于工程網(wǎng)絡(luò )計劃中，憑此對工程進(jìn)度風(fēng)險進(jìn)行仿真分析，能夠通過(guò)概率計算得出合理的工程工期以及明確工作中的重點(diǎn)，有助于施工管理人員工作的進(jìn)行.而施工項目成本風(fēng)險管理中蒙特卡洛模擬技術(shù)的應用，則能有效分析以及空時(shí)施工項目成本中的相關(guān)風(fēng)險，對施工成本風(fēng)險分析與管控具有十分積極的作用.
2.2循環(huán)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)（CYCLONE）在施工仿真中的應用
就循環(huán)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)而言，該技術(shù)能夠在仿真系統和建筑建模中體現價(jià)值，是最先專(zhuān)門(mén)為建筑施工仿真而研發(fā)的仿真系統.其有效結合多項理論與技術(shù)，包括排隊理論、網(wǎng)絡(luò )計劃技術(shù)以及計算機模擬技術(shù)，利用計算機實(shí)現模擬，可對各施工組織的工期和費用進(jìn)行計算，也能對各項資源的利用率進(jìn)行計算.CYCLONE模型的組成元素主要包括流水單元、節點(diǎn)以及矢線(xiàn).其中，流水單元也就是模型中能夠流動(dòng)的部分，包括各方面的資源，例如人力、物力、財力以及控制信息等；矢線(xiàn)則表示的是各節點(diǎn)之間存在的關(guān)聯(lián)以及流水單元的相關(guān)位置走向；節點(diǎn)通�？梢詣澐譃槲宸N節點(diǎn)：第一種是一般節點(diǎn).其主要表示非限制性工作和其主動(dòng)狀態(tài)，當流水單元經(jīng)過(guò)此節點(diǎn)時(shí)能夠稍作的停留，但工作仍然是在進(jìn)行中.第二種是復合節點(diǎn).表示工作的開(kāi)始受控，只有確保所有要求得到滿(mǎn)足后才能開(kāi)始工作，所以，復合節點(diǎn)往往處于排隊節點(diǎn)之后，而兩者又同屬于活動(dòng)節點(diǎn).第三種是控制節點(diǎn).能夠對流水單元實(shí)行監測以及控制.第四是排隊節點(diǎn).該節點(diǎn)主要對流水單元的被動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行描述.流水單元進(jìn)入該節點(diǎn)后進(jìn)入暫停狀態(tài)，等其他排隊節點(diǎn)滿(mǎn)足要求后同時(shí)進(jìn)入復合節點(diǎn).排隊節點(diǎn)是流水單元等待的停留場(chǎng)所.最后是職能節點(diǎn).其功能在于合成模型中的各個(gè)流水單元，使其成為一個(gè)流水單元，并且該節點(diǎn)能夠對數據進(jìn)行統計和計算.CYCLONE具有以下優(yōu)勢，例如簡(jiǎn)單、操作方便、建模容易等，目前其應用已經(jīng)比較廣泛.有學(xué)者結合水電站導流隧洞循環(huán)施工的特點(diǎn)，將CYCLONE應用于施工仿真中，取得的效果比較顯著(zhù).也有學(xué)者在土石方工程施工模擬中對循環(huán)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)進(jìn)行應用，能夠得出一些對于管理人員決策而言、具有重要參考意義的參數.此外，CYCLONE模擬同樣也在隧道工程施工以及高層建筑施工仿真中得到應用，也取得一定的應用效果.
2.3地理信息系統（GIS）在施工仿真中的應用
地理信息系統，即GIS，是一門(mén)新型學(xué)科技術(shù)，其介于地球科學(xué)和信息科學(xué)之間，能夠有效結合計算機技術(shù)以及地學(xué)空間數據，屬于空間信息技術(shù)的范疇.該項技術(shù)是對地理空間數據庫進(jìn)行利用，進(jìn)行集空間數據的采集，然后對其進(jìn)行分析、操作、管理，最后進(jìn)行數據顯示，且通過(guò)地理模型分析，得出各種空間及動(dòng)態(tài)地理信息.GIS使用屬性數據和圖形數據對空間數據對象進(jìn)行描述，并通過(guò)用戶(hù)標識碼和內部代碼連接兩者成為公共數據項，促使兩者相互對應.施工仿真系統是通過(guò)計算機采集、管理、操作以及分析施工過(guò)程中的各項數據，并且給出各種空間及動(dòng)態(tài)信息.因此，GIS系統與施工仿真系統能夠在多方面實(shí)現結合，GIS的屬性、位置雙向查詢(xún)技術(shù)以及空間處理技術(shù)等，均可在施工仿真中得到應用.其中，天津大學(xué)對該技術(shù)的研究更為廣泛，然而目前該項技術(shù)僅僅在水利水電工程施工中得到一定程度上應用.GIS技術(shù)應用于水利水電工程施工中，主要是在水利工程的施工導流動(dòng)態(tài)可視化仿真中得到應用，建立導流三維可視化模型并采用三維動(dòng)態(tài)演示方法，對三維動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行演示.復雜地下洞室施工仿真系統中GIS技術(shù)的應用，使用可視化圖像形象地表示大壩施工具體過(guò)程，從而使工程人員能夠清楚地、及時(shí)地了解大壩施工的情況，促使施工組織水平得到有效提高.也有不少學(xué)者對施工仿真中GIS技術(shù)的應用進(jìn)行研究，例如在隧道施工的可視化仿真中應用GIS技術(shù)，使GIS有效結合工程動(dòng)態(tài)仿真系統，對施工過(guò)程中進(jìn)行模擬，從而得到施工組織管理的一些數據信息.
2.4Petri網(wǎng)在施工仿真中的應用
1962年德國CarlAdamPetrified最先提及Petri網(wǎng)，現階段，Petri網(wǎng)在自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)、計算機科學(xué)技術(shù)、機械設計與制造等相關(guān)仿真領(lǐng)域已經(jīng)有了較為廣泛的應用.Petri網(wǎng)屬于一種網(wǎng)狀的信息流，其節點(diǎn)通常分為兩類(lèi)，即條件、事件，基于節點(diǎn)的有向二分圖進(jìn)行token分布的添加，這些token分布能夠表示狀態(tài)信息.并且，根據引發(fā)規則改變事件驅動(dòng)狀態(tài)，從而使系統動(dòng)態(tài)運行過(guò)程得到體現.Petri網(wǎng)憑借其具備的系統分析及驗證方法，能夠有效進(jìn)行不確定性、資源共享性、并發(fā)性系統的分析.而建筑工程施工的復雜性，也正是在資源共享、并發(fā)性以及不確定性問(wèn)題上得到體現，因此，建筑工程施工系統仿真中Petri網(wǎng)能夠得到有效的應用.在20世紀90年代末，Wakefield等人最先提出在模擬施工系統中應用Petri網(wǎng)，改變了人們認為Petri網(wǎng)只適用于計算機網(wǎng)絡(luò )及自動(dòng)化制造技術(shù)的觀(guān)點(diǎn)，并且完成有關(guān)仿真模型的建立.隨著(zhù)時(shí)代的發(fā)展，相繼有學(xué)者將Petri網(wǎng)應用于工程項目的計劃管理、攪拌站混凝土的生產(chǎn)過(guò)程的模擬、鋼結構的施工仿真建模、公路工程的施工過(guò)程仿真、隧洞工程的施工仿真等，同時(shí)建立起相應的模型.
2.5施工仿真中虛擬現實(shí)技術(shù)的有效應用
20世紀末虛擬現實(shí)技術(shù)被提出，并且很快得到有關(guān)領(lǐng)域的關(guān)注.該項技術(shù)集成了多項先進(jìn)技術(shù)，這些技術(shù)主要有計算機仿真技術(shù)、人體交互理論、人體工程學(xué)、傳感技術(shù)、計算機圖形學(xué)以及計算機技術(shù)等.虛擬現實(shí)技術(shù)中計算機占據十分重要的地位，通過(guò)計算機及有關(guān)輸出、輸入設備進(jìn)行逼真、多感官三維虛擬世界的構建.有學(xué)者提出這樣的觀(guān)點(diǎn)：21世紀，虛擬現實(shí)技術(shù)將成為信息技術(shù)的典型.虛擬現實(shí)技術(shù)相比于其他信息技術(shù)，其具備三維空間表現能力、人機交互式操作環(huán)境具有實(shí)時(shí)交互性，能給人帶來(lái)逼真的感受，使人機交互接口的研究領(lǐng)域更加廣闊，也有利于各類(lèi)工程海量資料描述的形象具體化.并且，虛擬現實(shí)技術(shù)能夠將難以觀(guān)察到的場(chǎng)景進(jìn)行有效創(chuàng )建和再現，促使人們更好地了解和掌握所描述對象的運動(dòng)變化規律.系統仿真技術(shù)可以抽象的形式，客觀(guān)展示真實(shí)復雜的世界，并且展現客觀(guān)世界的運動(dòng)形式，應用虛擬現實(shí)技術(shù)能夠促使系統仿真模型的驗證更加合理有效，并且能夠將仿真結果更好地進(jìn)行展示.就目前而言，在軍事、航天以及航空領(lǐng)域.虛擬現實(shí)技術(shù)的應用已經(jīng)相對廣泛.并且，虛擬現實(shí)技術(shù)在工程建模及仿真領(lǐng)域也將得到較好的發(fā)展.工程建模及仿真領(lǐng)域，由于工程規模較大、施工環(huán)境條件比較復雜，并且在建模及仿真過(guò)程中需要考慮全面，根據系統仿真的要求，選擇適用的仿真技術(shù)，動(dòng)畫(huà)演示虛擬世界的造型，并且進(jìn)行有效的交互設計，可使以上問(wèn)題得到有效的處理.
3結語(yǔ)
總而言之，建筑工程施工程序具有較強的復雜性，其涉及到的不確定性因素也多種多樣，施工方案是否合理、資源類(lèi)別及數量是否滿(mǎn)足要求，等等諸多因素均對施工進(jìn)度產(chǎn)生較大的影響.如果繼續采用傳統施工計劃編制方法，將始終無(wú)法取得令人滿(mǎn)意的效果.在此背景下，施工仿真技術(shù)的出現與應用，能夠促使這些問(wèn)題得到有效的解決.目前，我國計算機仿真技術(shù)在工程項目施工管理中的應用已經(jīng)取得較大的發(fā)展，例如蒙特卡洛模擬、循環(huán)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、地理信息系統（GIS）、Petri網(wǎng)以及虛擬現實(shí)技術(shù)等均在施工仿真中得到一定的應用，并且取得較好的應用成效.隨著(zhù)社會(huì )的發(fā)展以及我國科技技術(shù)的提升，三維立體的可視化技術(shù)終將會(huì )實(shí)現，不僅能夠進(jìn)行一般仿真數據的提供，也能對施工具體過(guò)程進(jìn)行展示，從而為建筑工程項目施工管理提供更有效的幫助，促使我國建筑行業(yè)得到更好的發(fā)展。
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