工程施工管理中計算機仿真技術的運用

時間：2023-03-28 21:32:54 計算機畢業(yè)論文我要投稿

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工程施工管理中計算機仿真技術的運用

　　建筑業(yè)在我國社會經(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我國社會經(jīng)濟的發(fā)展.下面是小編搜集整理的相關內(nèi)容的論文，歡迎大家閱讀參考。

工程施工管理中計算機仿真技術的運用

　　摘要：建筑業(yè)在我國社會經(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我國社會經(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(xiàn)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(xiàn)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施，有必要進行施工進度及資源管理方面的計劃，確保計劃的科學合理性.傳統(tǒng)計劃編制方法比較死板，存在較多的缺陷，而仿真技術的應用，能夠?qū)κ┕み^程進行模擬，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在工程項目施工管理中的運用進行分析.

　　關鍵詞：計算機仿真技術;工程項目;施工管理;運用

　　引言：

　　1.建筑業(yè)在我國經(jīng)濟發(fā)展中起到十分重要的作用，隨著國家對建筑業(yè)發(fā)展的重視，建筑業(yè)在將來具有良好的發(fā)展前景.但我國目前的建筑技術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(xiàn)象，同時經(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，也承受更大的風險.為確保施工更加順利，必須進行施工計劃與指導的編制，使施工的各個環(huán)節(jié)得到指導.工程設計文件中，施工進度以及資源使用計劃十分重要，在工程實施的各個階段均起到十分關鍵的影響.

　　2.所以，施工進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(tǒng)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，后者的缺點在于精度缺乏保障，存在較大的誤差，不能使實際工程的要求得到滿足.對此，計算機仿真技術的出現(xiàn)，為項目計劃的制定帶來了極大的幫助.在我國社會與科學不斷發(fā)展的背景下，計算機仿真技術同樣發(fā)展顯著，在我國工程施工管理領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(tǒng)，其中包括GIS以及CY-CLONE等.計算機仿真技術憑借其風險小、成本低的優(yōu)勢，其在工程項目施工管理中的應用，將更好地解決實際問題，對建筑業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義.

　　一、計算機仿真的相關概念及基本步驟分析

　　1.1概念

　　計算機仿真技術與計算機建模技術，是一種新型技術，目前已經(jīng)得到較大的發(fā)展，在現(xiàn)代科學技術研究中占據(jù)重要的地位.該技術在多個領域應用廣泛，能夠有效幫助解決復雜系統(tǒng)的問題.在計算機仿真中，計算機、系統(tǒng)以及系統(tǒng)模型是其主要的三大要素.其中，系統(tǒng)指的是事物及其規(guī)律的一種總稱;系統(tǒng)模型是指關于系統(tǒng)特性及關系的描述，用于系統(tǒng)功能及部件間規(guī)律的研究.目前，系統(tǒng)模型類型更多，其中的數(shù)學模型也已經(jīng)得到更加廣泛的應用.目前，仿真的概念也逐漸得到完善，雖然各學者對仿真的定義存在一些區(qū)別，但是根據(jù)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物進行模擬，建立于豐富的技術理論層面，借助計算機等工具，通過系統(tǒng)模型對系統(tǒng)實施動態(tài)研究，屬于一種新型技術，涉及較多的專業(yè)與學科，具有較強的綜合性.換句話說，計算機仿真是不改變實際系統(tǒng)運行的基礎上，通過計算機構建系統(tǒng)模型進行系統(tǒng)性能研究及系統(tǒng)構造的一種技術.計算機仿真類型各種各樣，按照不同的分類依據(jù)可得到不同的種類劃分.例如以模型的種類為依據(jù)，可將計算機仿真分為半實物仿真、物理仿真以及數(shù)學仿真.根據(jù)仿真時鐘和實際時鐘之間的比例進行相關劃分可得出，計算機仿真可以分為三種仿真，即超實時、亞實時以及實時.若依據(jù)系統(tǒng)模型的特征進行相關分化可得出兩種仿真，即離散系統(tǒng)以及連續(xù)系統(tǒng).

　　1.2基本步驟

　　(1)建立問題及目標.首選需對仿真系統(tǒng)的相關處理對象進行確認，并且明確仿真的目標，也就是通常所說的促使某一問題得到有效的解決.

　　(2)進行建模.仿真模型可以實現(xiàn)對研究對象的抽象描述，能使研究系統(tǒng)的屬性特征得到體現(xiàn).仿真建模特點顯著，通常采用針對問題進行建模以及針對運行過程進行建模的方式.

　　(3)數(shù)據(jù)采集.若仿真模型已經(jīng)開始進行相關基本框架的建設.那么其所輸入的數(shù)據(jù)必須是準確無誤的，以此才能使仿真運行中模型的數(shù)學及邏輯關系得到有效利用，從而通過計算與分析得出可信的仿真結果.而離散系統(tǒng)仿真中，數(shù)據(jù)分布通常存在某種概率，所以，實際系統(tǒng)統(tǒng)計和調(diào)查的實施必不可少.

　　(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(xiàn)真實系統(tǒng)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，接下來就是仿真模型的運用.在運用仿真模型的過程中，需要確保初始條件和數(shù)據(jù)輸入一致，進行多次仿真運行，才能通過仿真得到真實的統(tǒng)計數(shù)據(jù)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行分析，也需要進行敏感性分析.

　　二、計算機仿真技術在施工管理領域中的應用分析

　　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(jù)統(tǒng)計理論，對風險發(fā)生率或者風險損失數(shù)值進行研究和計算機計算.該方法的基本原理是使用數(shù)學模型(模擬模型)將研究對象進行代替，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描述各個風險變量的風險結果和其有關的概率值.然后采用隨機的方式給出某個數(shù)值，然后根據(jù)該數(shù)值在各風險變量中的概率分布進行取值，完成各風險變量的取值后，可以模擬模型為依據(jù)得出風險總體效果.對這一程序進行重復，以產(chǎn)生的隨機數(shù)為依據(jù)，得出風險總體效果確切值.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程問題進行解決.現(xiàn)階段，蒙特卡洛模擬在工程施工領域中的應用越來越廣泛，主要體現(xiàn)在對成本以及進度的仿真方面.應用蒙特卡洛模擬于工程網(wǎng)絡計劃中，憑此對工程進度風險進行仿真分析，能夠通過概率計算得出合理的工程工期以及明確工作中的重點，有助于施工管理人員工作的進行.而施工項目成本風險管理中蒙特卡洛模擬技術的應用，則能有效分析以及空時施工項目成本中的相關風險，對施工成本風險分析與管控具有十分積極的作用.

　　2.2循環(huán)網(wǎng)絡技術(CYCLONE)在施工仿真中的應用

　　就循環(huán)網(wǎng)絡技術而言，該技術能夠在仿真系統(tǒng)和建筑建模中體現(xiàn)價值，是最先專門為建筑施工仿真而研發(fā)的仿真系統(tǒng).其有效結合多項理論與技術，包括排隊理論、網(wǎng)絡計劃技術以及計算機模擬技術，利用計算機實現(xiàn)模擬，可對各施工組織的工期和費用進行計算，也能對各項資源的利用率進行計算.CYCLONE模型的組成元素主要包括流水單元、節(jié)點以及矢線.其中，流水單元也就是模型中能夠流動的部分，包括各方面的資源，例如人力、物力、財力以及控制信息等;矢線則表示的是各節(jié)點之間存在的關聯(lián)以及流水單元的相關位置走向;節(jié)點通�？梢詣澐譃槲宸N節(jié)點：第一種是一般節(jié)點.其主要表示非限制性工作和其主動狀態(tài)，當流水單元經(jīng)過此節(jié)點時能夠稍作的停留，但工作仍然是在進行中.第二種是復合節(jié)點.表示工作的開始受控，只有確保所有要求得到滿足后才能開始工作，所以，復合節(jié)點往往處于排隊節(jié)點之后，而兩者又同屬于活動節(jié)點.第三種是控制節(jié)點.能夠?qū)α魉畣卧獙嵭斜O(jiān)測以及控制.第四是排隊節(jié)點.該節(jié)點主要對流水單元的被動狀態(tài)進行描述.流水單元進入該節(jié)點后進入暫停狀態(tài)，等其他排隊節(jié)點滿足要求后同時進入復合節(jié)點.排隊節(jié)點是流水單元等待的停留場所.最后是職能節(jié)點.其功能在于合成模型中的各個流水單元，使其成為一個流水單元，并且該節(jié)點能夠?qū)?shù)據(jù)進行統(tǒng)計和計算.CYCLONE具有以下優(yōu)勢，例如簡單、操作方便、建模容易等，目前其應用已經(jīng)比較廣泛.有學者結合水電站導流隧洞循環(huán)施工的特點，將CYCLONE應用于施工仿真中，取得的效果比較顯著.也有學者在土石方工程施工模擬中對循環(huán)網(wǎng)絡技術進行應用，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(shù).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(tǒng)(GIS)在施工仿真中的應用

　　地理信息系統(tǒng)，即GIS，是一門新型學科技術，其介于地球科學和信息科學之間，能夠有效結合計算機技術以及地學空間數(shù)據(jù)，屬于空間信息技術的范疇.該項技術是對地理空間數(shù)據(jù)庫進行利用，進行集空間數(shù)據(jù)的采集，然后對其進行分析、操作、管理，最后進行數(shù)據(jù)顯示，且通過地理模型分析，得出各種空間及動態(tài)地理信息.GIS使用屬性數(shù)據(jù)和圖形數(shù)據(jù)對空間數(shù)據(jù)對象進行描述，并通過用戶標識碼和內(nèi)部代碼連接兩者成為公共數(shù)據(jù)項，促使兩者相互對應.施工仿真系統(tǒng)是通過計算機采集、管理、操作以及分析施工過程中的各項數(shù)據(jù)，并且給出各種空間及動態(tài)信息.因此，GIS系統(tǒng)與施工仿真系統(tǒng)能夠在多方面實現(xiàn)結合，GIS的屬性、位置雙向查詢技術以及空間處理技術等，均可在施工仿真中得到應用.其中，天津大學對該技術的研究更為廣泛，然而目前該項技術僅僅在水利水電工程施工中得到一定程度上應用.GIS技術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態(tài)演示方法，對三維動態(tài)模型進行演示.復雜地下洞室施工仿真系統(tǒng)中GIS技術的應用，使用可視化圖像形象地表示大壩施工具體過程，從而使工程人員能夠清楚地、及時地了解大壩施工的情況，促使施工組織水平得到有效提高.也有不少學者對施工仿真中GIS技術的應用進行研究，例如在隧道施工的可視化仿真中應用GIS技術，使GIS有效結合工程動態(tài)仿真系統(tǒng)，對施工過程中進行模擬，從而得到施工組織管理的一些數(shù)據(jù)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(xiàn)階段，Petri網(wǎng)在自動化科學技術、計算機科學技術、機械設計與制造等相關仿真領域已經(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(jié)點通常分為兩類，即條件、事件，基于節(jié)點的有向二分圖進行token分布的添加，這些token分布能夠表示狀態(tài)信息.并且，根據(jù)引發(fā)規(guī)則改變事件驅(qū)動狀態(tài)，從而使系統(tǒng)動態(tài)運行過程得到體現(xiàn).Petri網(wǎng)憑借其具備的系統(tǒng)分析及驗證方法，能夠有效進行不確定性、資源共享性、并發(fā)性系統(tǒng)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)性以及不確定性問題上得到體現(xiàn)，因此，建筑工程施工系統(tǒng)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(tǒng)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)絡及自動化制造技術的觀點，并且完成有關仿真模型的建立.隨著時代的發(fā)展，相繼有學者將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)過程的模擬、鋼結構的施工仿真建模、公路工程的施工過程仿真、隧洞工程的施工仿真等，同時建立起相應的模型.

　　2.5施工仿真中虛擬現(xiàn)實技術的有效應用

　　20世紀末虛擬現(xiàn)實技術被提出，并且很快得到有關領域的關注.該項技術集成了多項先進技術，這些技術主要有計算機仿真技術、人體交互理論、人體工程學、傳感技術、計算機圖形學以及計算機技術等.虛擬現(xiàn)實技術中計算機占據(jù)十分重要的地位，通過計算機及有關輸出、輸入設備進行逼真、多感官三維虛擬世界的構建.有學者提出這樣的觀點：21世紀，虛擬現(xiàn)實技術將成為信息技術的典型.虛擬現(xiàn)實技術相比于其他信息技術，其具備三維空間表現(xiàn)能力、人機交互式操作環(huán)境具有實時交互性，能給人帶來逼真的感受，使人機交互接口的研究領域更加廣闊，也有利于各類工程海量資料描述的形象具體化.并且，虛擬現(xiàn)實技術能夠?qū)㈦y以觀察到的場景進行有效創(chuàng)建和再現(xiàn)，促使人們更好地了解和掌握所描述對象的運動變化規(guī)律.系統(tǒng)仿真技術可以抽象的形式，客觀展示真實復雜的世界，并且展現(xiàn)客觀世界的運動形式，應用虛擬現(xiàn)實技術能夠促使系統(tǒng)仿真模型的驗證更加合理有效，并且能夠?qū)⒎抡娼Y果更好地進行展示.就目前而言，在軍事、航天以及航空領域.虛擬現(xiàn)實技術的應用已經(jīng)相對廣泛.并且，虛擬現(xiàn)實技術在工程建模及仿真領域也將得到較好的發(fā)展.工程建模及仿真領域，由于工程規(guī)模較大、施工環(huán)境條件比較復雜，并且在建模及仿真過程中需要考慮全面，根據(jù)系統(tǒng)仿真的要求，選擇適用的仿真技術，動畫演示虛擬世界的造型，并且進行有效的交互設計，可使以上問題得到有效的處理.

　　三、結語

　　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、資源類別及數(shù)量是否滿足要求，等等諸多因素均對施工進度產(chǎn)生較大的影響.如果繼續(xù)采用傳統(tǒng)施工計劃編制方法，將始終無法取得令人滿意的效果.在此背景下，施工仿真技術的出現(xiàn)與應用，能夠促使這些問題得到有效的解決.目前，我國計算機仿真技術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)絡技術、地理信息系統(tǒng)(GIS)、Petri網(wǎng)以及虛擬現(xiàn)實技術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.隨著社會的發(fā)展以及我國科技技術的提升，三維立體的可視化技術終將會實現(xiàn)，不僅能夠進行一般仿真數(shù)據(jù)的提供，也能對施工具體過程進行展示，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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