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【關鍵詞】虛擬現實技術；消防；應用探究

【分類號】TU998.1

現階段，虛擬現實技術和火災科學的高效融合引起了不同領域的關注。虛擬現實技術可以重現火災場景，直觀體現相關火災信息內容，使人們可以在虛擬世界中直接體驗火災的真實感受，提高其對火災的認知能力，并加大防范意識。

1淺析虛擬現實技術

虛擬現實技術主要通過計算機營造真實的環境氛圍，是一項綜合性極強的集成技術，集先進的計算機技術、傳感技術與測量技術、微電子技術、仿真技術為一體，在軍事領域、航空領域、旅游領域以及建筑領域等不同領域內得到了全面應用。

1.1虛擬現實技術的實際意義

虛擬現實技術的實際意義在于：營造相對自由化的計算機平臺，使人們可以在這一平臺上展開自由的溝通交流。參與人員在這一虛擬世界中，可以充分利用立體眼鏡和傳感手套等系列的傳感輔助配置，展開相應的探索活動，將相關對象進行適當的移動，最大程度的實現三維現實化。參與人員利用這些傳感設備，可以將自身的運動方式自然的傳遞向計算機，同時可以在虛擬三維世界中感知相關的視覺、聽覺以及觸覺。

2虛擬現實技術特征分析

在消防工作開展的過程中，往往需要配備價格昂貴且損耗速度極快的專勤器材。而虛擬現實技術的應用，可以重現真實場景或構建虛構的場景，有效節約資源設備，使消防戰士身臨其境，通過火災再現技術鍛煉自身的心理素質，推動了消防工作理念以及工作方式的創新發展。

2.1綜合數據庫技術

所有信息系統得以實現的根本在于數據庫技術。數據庫技術可以構建人機交互的消防模擬仿真體系，其知識庫內容豐富全面，包括常規性|的消防資源數據庫、環境信息庫以及模擬訓練的技術數據庫等；在實際消防演練過程中，會實時提供多元化結構信息內容，進一步提高虛擬現實消防教學任務的高效性。

2.2三維建模工具

三維交互建模工具和3DS MAX等三維建模工具的功能特征相似，基于Windows平臺對場景展開創建、瀏覽與編輯。其不同特征在于將形狀控制、行為等參數應用在場景中；開發人員可以利用編程技術對這部分參數展開合理控制，可以利用相應參數信息文件來提高場景的逼真性。

2.3三維實時交互與視景管理軟件

三維實時交互與視景管理軟件為用戶提供了較大便利性，在其開發應用程序時提供全面化的技術支持，又稱作“三維引擎”。這一軟件可以實現三維數據庫的實時化顯示，提供相對自由的平臺，使用戶可以針對不同參數的APL接口、圖像、聲音展開控制。

2.4分布式交互仿真平臺

虛擬現實技術與仿真技術的高效融合，可以利用計算機中分布式交互仿真平臺進一步實現，使得分布式虛擬仿真體系得以構建。其中，VP―Link的功能內容可以提供強大的程序員界面，結合專家專業的技術支持，構建完善的風險防御機制，避免資金出現不必要的耗費，提高開發質量與開發效率，在維護現有的仿真軟件與新一代的仿真軟件方面發揮著高效作用。

2.5開發模型驅動的應用程序

結合典型火災場景制定科學的火災預案，利用用戶程序實現虛擬現實環境中景物的真實性，并結合三維數據庫技術展開控制管理，通過三維引擎實現交互過程、用戶界面、評價系統的設計工作。

3虛擬現實技術在消防領域內的應用探究

隨著科學技術的飛速發展，虛擬現實技術的功能特征在不同領域都得到了廣泛應用。其中，在消防領域內的應用顯得格外重要。要求相關消防單位重視對虛擬現實技術的應用，培養高素質的消防專業人才。

3.1制定科學合理的滅火救援預案

虛擬現實技術可以具體結合消防人員提供的數據資料，構建完善的消防救援知識體系，實時模擬重現火災現場。有利于加大對消防人員的培訓力度，為消防過程中的指揮、決策工作提供技術支持。此外，虛擬現實技術可以直觀展現消防救援預案的演練內容，并展開科學合理的評價；能夠具體結合某一建筑物結構特征，制定符合實際的數字化消防救援預案措施，消防人員可以實時在虛擬仿真環境因素下展開相關的演練工作。

這一演練模式的高效應用，很大程度上避免了環境污染，穩定了社會正常秩序，在鍛煉消防人員心理素質的同時，保證了消防人員的人身安全。虛擬現實技術的可重復性特征較為明顯，能夠重復再現不同的火災場景；這一過程不需要耗費資源，可以以三維數據庫為基礎，定期組織用戶進行救人、滅火等工作，使消防人員可以全面掌握消防預案。

3.2加大對消防隊伍的培訓力度

現階段，我國消防部隊方面為鍛煉消防人員的整體適應能力，開始采用多元化的訓練方式。構建大型模擬訓練基地以及體能、毒害品、煙熱等訓練室，對消防人員展開整體性的模擬訓練。盡管在火災模擬演練過程中，強調以實戰需求為基礎展開訓練。但是，從消防人員的角度來講，過于程序化的演練模式難以鍛煉其強大的心理素質，使得火災演練現場與真實火災現場之間的差距逐漸拉大，降低了虛擬現實技術應用在消防領域內的高效性。

美國研制開發了相關安防訓練系統，結合分布式虛擬現實技術，研發出消防人員模擬演練的軟件，使不同地區的用戶可以隨時進入到虛擬現實環境中，互相配合完成火災中的救援、疏散工作，實現綜合性的體能、技能訓練，加強虛擬現實技術的仿真性。

另一方面，虛擬現實技術能夠結合不同作戰要求，利用場景模擬技術，實時呈現三維動態場景。以三維數據庫為基礎，對火災模擬現場中的參數加以調整，實現虛擬環境中聽感、觸感、視覺的真實性。嚴格遵循消防預案中的指揮流程，通過數字形式將作戰任務及時反映到消防人員腦中，有序的完成火災救援工作。

在訓練過程中，虛擬現實技術與傳統消防訓練的高效融合，可以建立不同的訓練強度，考慮到消防人員的真實能力與接受程度，設置不同的訓練難度。此外，還可以展開部分傳統消防訓練中無法進行的毒害、危險性的消防訓練活動，使消防人員可以充分挖掘自身的身體極限，不斷提高應對不同火災、突發狀況的實戰經驗，培養自身的應變水平，從而最大程度的降低火災為社會安全帶來的危害。

3.3構建建筑消防安全評價體系

現階段，消防單位針對建筑防火設計的審核、驗收工作過于單一化，缺乏嚴謹性強的消防監管力度。過低的消防工作質量，容易造成火災安全隱患。虛擬現實技術的應用可以增強消防監管工作的科學合理性，利用科學技術將其中存在的不足之處進行直觀的展現。加強建筑物內部消防通道位置的合理性，增強自動滅火系統的滅火能力，通過三維場景的實時展現，增強虛擬現實技術在消防領域內應用的實效性。

結合虛擬現實技術的真實模擬性，使用戶可以身臨其境，對火災產生真實感受。同時結合多媒體手段對群眾普及火災隱患、消防常識以及逃生方式，在示范講解與模擬演練的過程中，增強群眾對火災的防范意識，全面了解消防知識，增強自身的火災逃生能力。

4總結

總體來說，虛擬現實技術的發展前景較為美好。虛擬現實技術在消防領域內的高效應用，很大程度上促進了消防隊伍中仿真技術的發展進程；不斷豐富消防模擬訓練內容，積極輔助消防工作，提供正確決策。要求不斷克服虛擬現實技術的技術難點，提高消防人員在火災現場的安全系數，構建全面的城市三維模擬體系，推動消防安全系統以及防范體系的變革進程，最大程度保證國家財產安全與人民群眾的人身安全，促進虛擬現實技術的可持續發展。

【參考文獻】

[1] 郭興紅.城市新型消防技術的發展研究[J].卷宗，2013，（3）：93.

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關鍵詞：系統仿真設計

一、系統仿真技術

所謂仿真就是建立系統的模型（數學模型、物理效應模型或數學-物理效應模型），并在模型上進行實驗和研究一個存在的或設計中的系統。這里的系統包括技術系統，如土木、機械、電子、水力、聲學、熱學等，也包括社會、經濟、生態、生物和管理系統等非技術系統。仿真技術的實質也就是進行建模、實驗。現代仿真技術的發展是與控制工程、系統工程及計算機技術的發展密切相關聯的。控制工程和系統工程的發展促進了仿真技術的廣泛應用，而計算機出現及計算技術的迅猛發展，則為仿真提供了強有力的手段和工具。因此，計算機仿真在仿真中占有越來越重要的地位。

仿真技術得以發展的主要原因是它帶來了重大的社會和經濟效益。系統仿真的應用大致可分為：對已有系統進行分析時采用仿真技術；對尚未有的系統進行設計時采用仿真技術；在系統運行時，利用仿真模型作為觀測器，給用戶提供有關系統過去的、現在的、甚至是未來的信息，以便用戶實時作出正確的決策；

在系統運行前，利用仿真模型作為預測器，向用戶提供系統運行起來后，可能產生什么現象，以便用戶修訂計劃或決策；利用仿真模型作為訓練器，訓練系統操縱人員或管理人員。在工程領域仿真技術可以降低系統的研制成本，可以提高系統實驗、調試和訓練過程的安全。

一般認為，建立模型是仿真的第一步，也是十分重要的一步。傳統仿真技術中，一個仿真系統要首先建立起系統的數學模型--一次仿真模型，然后再改寫成適合計算機處理的形式-仿真模型。仿真模型可以說是系統二次近似模型。建立起仿真模型后，才能書寫相應的程序。

仿真基本上是一種通過實驗來求解的技術。通過仿真實驗要了解系統中各變量之間的關系，要觀察系統模型變量變化的全過程，此外，為了對仿真模型進行深入研究和結果優化，還必須進行多次運行，系統優化等工作，因此，良好的人機交互性是系統仿真的一個重要特性。

二、虛擬現實技術

虛擬現實技術是二十世紀末才興起的一門嶄新的綜合性信息技術，是由計算機硬件、軟件以及各種傳感器構成的三維信息的人工環境--虛擬環境，用戶投入這種環境中，就可與之交互作用、相互影響。它融合了數字圖像處理、計算機圖形學、多媒體技術、傳感器技術等多個信息技術分支，從而也大大推進了計算機技術的發展。目前，虛擬現實技術已在建筑、教育培訓、醫療、軍事模擬、科學和金融可視化等方面獲得了應用，漸已成為21世紀廣泛應用的一種新技術。

虛擬現實是高度發展的計算機技術在各種領域的應用過程中的結晶和反映，它具有以下主要特征：

（1）依托學科的高度綜合化；

（2）人的臨場化；

（3）系統或環境的大規模集成化；

（4）數據表示的多樣化和標準化，數據存儲的大容量、數據傳輸的高速化與數據處理的分布式和并行化。正是這些特征，使操作者沉浸其中，并通過多種媒體對感官的刺激，對所需解決的問題有了清晰和直觀的認識，從而，也使模型的建立和驗證更加方便。

三、系統仿真技術與虛擬現實技術的結合

傳統的系統仿真技術很少研究人的感知模型的仿真，因而無法模擬人對外界環境的感知(聽覺、視覺、觸覺)隨著多媒體技術、計算機動畫、傳感技術的發展，計算機模擬外界環境對人的感官刺激開始成為可能。事實證明，人類對于圖像、聲音等感官信息的理解能力遠遠大于數字和文字等抽象信息的理解能力。將仿真技術與虛擬現實技術相結合，利用虛擬現實技術進行仿真模型的建立和實驗的模擬，使仿真的過程和結果可以實現圖象化、可視化，使仿真的系統具有了三維、實時交互、屬性提取等特征，極大地促進了仿真技術的發展，同時也使虛擬現實技術更加具有生命力。

四、仿真與虛擬現實技術在結構工程中的應用

仿真與虛擬現實技術近年來在機械、電子、水利、社會、經濟、生態、生物等各個領域都得到了廣泛的應用。

在結構工程中，仿真與虛擬現實技術已經應用于如下幾個方面：

1．在工程結構分析中的應用

工程結構在各種荷載作用下的反應，其破壞特征和極限承載力是人們所關心的。當結構形式特殊，荷載及材料特性復雜時，人們往往求助于模型試驗來測定其受力性能，但模型試驗往往受到場地和設備的限制，只能做小比例模型試驗，難以完全反映結構的實際情況。若用仿真與虛擬現實技術，則可以進行足尺寸的試驗，還可以很方便地修改參數。此外，有些結構難于進行直接試驗，用計算機模擬仿真就更能體現出優越性，如建筑物及構筑物在地震作用下的倒塌分析，橋梁受到汽車高速碰撞的檢驗試驗等只有采用仿真與虛擬現實技術，分析才能大量進行。又如在高速荷載作用下，結構反應很快，人們在真實試驗中只能觀察到最終結果，而不能觀察試驗的全過程。如果采用計算機模擬仿真試驗，則可觀察其破壞的全過程，便于破壞機理的研究。對于長期的徐變過程則可在模擬中加快其變化過程，讓人們清楚地看到其過程。在運用傳統的有限元法進行結構分析時，結構應力的結果通常采用內力圖等力線的形式描繪出來，給人以直觀的印象。利用仿真與虛擬現實技術則可以通過顏色的深淺給出三維物體中各點力的大小，用不同顏色表示出不同的等力面；也可以任意變換角度，從任何點去觀察。還可以利用VR的交互性能，實時修改各種數據，以便對各種方案及結果進行比較。這樣就使工程師的思維更加形象化，概念更易于理解。

2．在巖土工程中的應用

巖土工程處于地下，往往難于直接觀察，而仿真與虛擬現實技術則可把內部過程展現出來，有很大實用價值。例如，地下工程開挖經常會塌方冒項。根據地質勘察，我們可以知道斷層、裂隙和節理的走向密度，通過小型試驗，可以確定巖體本身的力學性能及巖體夾層界面的力學特性、強度條件，并存入計算機中。

在數值模型中，除了有限元方法外，還可采用分離單元。分離單元在平衡狀態下的性能與有限元相仿，而當它失去平衡時，則在外力和重力作用下產生運動直到獲得新的平衡為止。分析地下工程的圍巖結構，邊坡穩定等問題時，可以把節理斷層劃分為許多離散單元。這一過程可以在顯示器和大型屏幕上顯示出來，最終可以看到塌方的區域及范圍，這就為支護設計提供了可靠依據。

3.防災工程中的應用

長期以來，人類一直與洪水、火災、地震等自然災害進行著堅持不懈的斗爭。由于自然災害的原型重復實驗幾乎是不可能的，因而仿真與虛擬現實技術在這一領域的應用就更有意義。目前已有不少抗災、防災的模擬仿真系統制作成功，例如洪水泛濫淹沒區的洪水發展過程演示系統。該系統預先存儲了泛濫區的地形地貌和地物，有高程數據可確定等高線，只要輸入洪水標準(如百年一遇的洪水)及預定河堤決口位置，計算機就可根據水量、流速區域面積及高程數據算出不同時刻的淹沒地區，并在顯示器和大型屏幕上顯示出來。人們從屏幕上可以看到水勢從低處向高處逐漸淹沒的過程，這樣對防洪規劃以及遭遇洪水時指導人員疏散是很有作用的。又如在火災方面，對森林火災的蔓延，建筑物中火災的傳播均已開發出相應的模擬仿真系統，這對消防工程起到了很好的指導作用。

4．在模擬施工過程中的應用

建筑施工是復雜的大型的動態系統，它通常包括立模、架設鋼筋、澆注、振搗、拆模、養護等多道工序，而這些工序中涉及的因素繁多，其間關系復雜，直接影響著混凝土澆筑的進程。模擬施工過程是為了通過仿真手段，去發現實際施工中存在的問題或可能出現的問題，這就需要對實際施工進行仿真。而目前施工過程的模擬只是從幾何形體方面模擬施工的過程，即按樓層關系由下而上，每一層按柱、梁、板的幾何形狀加以著色來實現對施工過程的模擬。現有的模擬只是對進度計劃起到了一定作用，并沒有對施工過程起到真正的作用。基于以上原因，需對施工過程建立合適的模型，以達到模擬仿真的效果。例如，大型水利樞紐混凝土在運輸澆筑系統的模擬仿真模型，是由運輸子系統和澆注子系統構成的，模型是按進程交互的仿真策略建立的，按這種條件建立的模型能與仿真程序間保持緊密的對應關系，程序所要模仿的行為比較直觀、清晰。程序流程直接與模型結構和系統狀態相對應。

另外，仿真與虛擬現實技術在結構工程領域內，還可應用在建筑系統工程管理、建筑信息管理、建筑物及構筑物的空氣流場、空氣品質分析等方面。

我國是一個發展中國家，有著大量繁重的基本建設任務，特別是在十五計劃綱要中，提出進一步加強水利交通、能源等基礎設施建設和西部大開發戰略。這一大好形勢，為結構工程高新技術的信息化和集成化，為結構工程學科及相關學科的發展提供了良好的機遇。仿真與虛擬現實技術作為結構工程高新技術之一，開創了結構工程學科的新紀元，其技術潛力巨大、應用前景十分廣闊。

參考文獻

（1）汪成為、高文、王行仁.靈境(虛擬現實)技術的理論、實現及其應用.清華大學出版社，1997

（2）陳清來.建筑結構的現代設計設計思想和發展.工程設計CAD及自動化，1996年，（4）

（3）張躍、張叢哲。土木工程中虛擬現實技術的發展與展望，計算機世界，1998，（5）D版：1-3.

（4）袁耀明.從可視化到視算一體化.系統仿真學報，1996（5）

（5）張叢哲、張躍.計算機輔助設計(CAD)中虛擬現實技術.計算機世界,1998，（5）D版：5。

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[關鍵詞]：三維實景；虛擬現實；防災；現代化；智能

[Abstract]: The paper introduces the applications of three-dimensional real management platform, prepared in a modern office building disaster safety, highlighting the application space of three-dimensional simulation technology, virtual reality technology in their daily lives.Key words: three-dimensional real; virtual reality; disaster prevention; modernization; smart

中圖分類號：TU243文獻標識碼：A文章編號：

眾所周知，人類生存的環境是由自然環境和人造環境共同組成的。在科技飛速發展的今天，傳統的建筑已經無法滿足人們日益增多的需求。如何讓我們的生存環境更智能，如何讓我們的生存環境更便捷、如何讓我們的生存環境更安全成為了越來越多人關心的問題，也是亟待解決的問題。

生活中存在各種各樣的災害，地震、火災、水災等無一不威脅著人們的生命財產安全，而水、電、供暖、通風等各種系統也需要智能化的統一管理。所以建設一個三維實景管理平臺是十分理想也十分必要的。這個系統能夠在辦公大樓建筑施工階段就能針對建筑進行三維虛擬現實展示，在辦公大樓建筑運營階段能夠建立系統基礎數據庫以便對建筑各種軟環境進行智能統一管理并在災害來臨時智能應對將損失降到最低。這不僅能夠能夠給員工和客戶帶來更加優化的生活服務，也為大家生活質量的提高和人身財產安全帶來有力保障。

1、三維實景管理平臺的建設目標

1.1系統基礎數據庫

建立系統基礎數據庫。數據庫分為三層：第一層是包含辦公大樓施工圖、建筑圖、結構圖的基礎信息庫；第二層是由給水排水工程圖、采暖通風工程圖、建筑電氣施工圖等組成的建筑設施信息庫；第三層是包括周邊建筑群的GIS相關信息在內的各種屬性信息庫。

系統基礎數據庫是系統其他功能的基礎和保障，在強大的基礎數據庫支撐下，系統能夠實現三維虛擬現實展示、為用戶提供智能決策、幫助用戶應急指揮等一系列實用功能。

1.2三維虛擬現實展示系統

在建筑建設初期，建立三維虛擬現實展示系統，便于設計、建造、施工等各方面的溝通。

系統運用虛擬現實技術，將建筑圖紙收錄到數據庫中，用戶可以運用鼠標、鍵盤直觀對即將建成的建筑進行三維漫游觀察，仿佛身臨其境。

通過該系統可以把未成形的建筑變成電腦里可觀可感的虛擬建筑，使用戶只需憑借鼠標、鍵盤的簡單操作就能及時發現可能存在的問題和隱患并及時解決。

在操作界面中，用戶可以放大細部、改變視角、切換空間、三維漫游，可以統觀全景也可查看局部，該系統能夠最大程度地滿足用戶精確、細致、美觀的要求。

特別值得一提的是該系統提供自動演示功能，即使用戶不進行任何操作，系統也會自動帶領用戶進行三維漫游，方便快捷。

同時由于數據庫中包含了給水排水工程圖、采暖通風工程圖、建筑電氣施工圖等建筑設施圖紙，用戶在三維漫游時，也可以很方便地查看相關設施并及時發現有待完善之處從而及時溝通修正。

1.3多系統結合

系統具備預留開發接口，可以與監控系統、物業管理系統等系統相結合。由于系統具有三維可視化漫游的優勢，傳統那種平面、抽象、復雜的監控系統和物業管理系統等建筑控制系統就可以通過與其結合產生質的飛躍，讓管理者能夠更直觀更準確地進行監控，從而提高工作效率和質量，切實保證辦公大樓的安全。

1. 4功能強大的擴展應用

在完備的基礎數據庫和三維實景的基礎上，開發出應急預案模擬系統、新進職員培訓系統、維修管理系統等功能更具體更強大、市場更廣闊的子系統是本系統的后期開發目標。

應急預案模擬系統

應急預案模擬系統可以模擬面對突發事件如重特大事故、環境公害及人為破壞的應急管理、指揮、救援計劃等。它建立在三維可視化平臺上。其幾大重要子系統為：完善的應急組織管理指揮系統；強有力的應急工程救援保障體系；綜合協調、應對自如的相互支持系統；充分備災的保障供應體系；體現綜合救援的應急隊伍等。

新進職員培訓系統

該系統能夠十分生動地向新進職員展示大樓的結構、辦公設施、應急通道、周邊信息、工作范圍等一系列復雜的信息，同時根據職員的不同部門進行不同側重點的展示，讓新進職員能夠最快地熟悉環境以便進入好的工作狀態。

維修管理系統

建筑物維修管理系統是在三維實景管理平臺系統的基礎上，針對維修管理的特殊需求開發出的拓展功能系統，該系統同樣以三維可視化建筑模型為平臺，對建筑的外部、內部、管網、空調網絡等一系列維修進行直觀、細致的管理，能夠給建筑的維修管理帶來極大的方便。

2、項目優勢

在建筑初期建立三維虛擬現實展示系統，方便建設、施工方面的溝通，即使發現問題、解決問題；

三維實景展示給用戶以極強的臨場感，能夠有效地調動起觀賞者的興趣、注意力、參與度，幫助管理者對建筑進行全方位控制；

將辦公大樓相關信息（施工圖、建筑圖、結構圖的基礎信息庫，各種通風、供排水路、強弱電電路圖，周邊和建筑群的GIS相關信息，各種屬性信息等）收錄到強大而全面的數據庫中，便于將來對根據新的要求對建筑進行升級；

具備二次開發功能，系統可與其他系統（如監控系統、物業管理系統等）相結合，滿足用戶更多方面的需求；

多種多樣的具體應用（如應急預案模擬系統、新進職員培訓系統、維修管理系統）讓辦公大樓真正實現全面智能。

3、項目實施方案

項目分兩步完成：

當期： 1、建立三維虛擬現實展示系統，方便建設、施工方面的溝通；

2、建立系統基礎數據庫（施工圖、建筑圖、結構圖的基礎信息庫，各種通風、供排水路、強弱電電路圖，周邊和建筑群的GIS相關信息，各種屬性信息）；

未來： 1、和監控系統相結合、物業管理系統相結合、具備相關開發接口

2、開發各種擴展應用（應急預案模擬系統、新進職員培訓系統、維修管理系統）

4、項目應用舉例

虛擬環境下的人員搜救和應急指揮

在火災發生時，根據已有數據庫和現場狀況，可以確定出最佳逃生路線，及時通知樓內人員；同時用已有技術對被困人員進行定位，結合三維實景管理系統讓消防人員更直觀地了解到被困人員的方位，以便其更迅速更有效地進行搜救工作；此外，對消防人員進行定位，結合系統，可以讓救援指揮者更清楚地觀察消防員所在位置，以便其做出更科學的指揮。在三維實景管理系統的支持下，我們能夠有效地使救援更迅速地進行，為人們的生命財產安全提供有力保障。

作者簡介：

篇4

本教學研究項目是通過搭建B/S結構模型平臺，在研究如何經濟、高效地制作三維村鎮模型的方法與步驟方面取得了初步成果，一定程度上提升了浙江省村鎮規劃信息化水平。

1．1本教學研究項目依托浙江省典型村鎮三維仿真規劃信息化平臺模型，實現美麗鄉村仿真場景漫游及規劃信息化管理。著重研究在教學研究項目過程中采用的各種紋理建模方面的優化方案，包括紋理建模過程和烘焙過程的優化，以及開發軟件平臺自身提供的一些優化方案和優化技術。

1．2教學研究項目通過本地或者遠程管理界面，對三維村鎮規劃

信息化平臺場景中的個體信息進行交互，做到規劃信息數據實時更新。

2．教學研究項目平臺的開發流程

2．1三維場景模型的構建

浙江省美麗鄉村三維虛擬現實教學研究項目組織與實施及開發流程的研究。教學研究項目首先是對單個美麗鄉村模型場景的創建，通過B/S瀏覽方式進行整合。(1)教學研究項目的需求分析及相關數據收集與整理。通過課程組成員調查走訪，合作單位直接提供等方式獲取一手資料，再結合衛星地圖，綜合創建地形地貌。大量的建設貼圖通過單反相機進行實地拍攝。(2)CAD總平面圖的處理。通過測繪部門或者鄉村相關職能部門獲取的鄉村CAD總圖信息量大，對模型創建來說需要精簡，然后導入3dsMAX軟件進行場景模型的創建。(3)優化創建的模型，通過多種技術手段，精簡三維模型面數等信息，確保在平臺運行時的流暢。(4)村鎮場景模型的烘焙。在目前虛擬現實場景中，通常都是由建筑模型在貼圖、燈光等一系列步驟后進行烘焙(在Unity最新的5．0系統中，可實現實時光影，不一定需要烘焙步驟)輸出到相關平臺，這樣能獲得的視覺效果更佳。(5)在3DSMAX環境中直接導出并合并場景至相關虛擬仿真平臺，可分為兩種方式進行，部分靜態模型的導出與全部靜態模型導出，根據不同需求選擇進行。

2．2系統功能的實現

系統功能的設計，包括虛擬現實引擎和相關技術的選擇以及在應用中如何提高信息管理水平的研究。(1)創建相機及相機動畫，在無人交互操作的時候，可以通過動態相機對美麗鄉村進行飛行鳥瞰等預設。(2)虛擬現實場景碰撞屬性的設置，默認可以直接把場景中的所有物體設置為碰撞體，減少工作量，但在實踐中發現，這樣會在一定程度上造成系統運算量大，執行效率較低，影響最終的運行速度。所以一般都是人為設置一個較簡單的物體，設置碰撞后，進行隱藏操作。(3)創建特效與周圍環境。教學研究項目可根據需求，設置不同季節及不同氣候條件下的模擬環境，對表現水景效果、蝴蝶飛舞等特效的制作，動態效果通過3dsMAX進行動作設定，導入到虛擬現實引擎進行后期處理。(4)村鎮地圖的導航制作。導航圖的制作關鍵是要在3dsMAX平臺中進行坐標的定位，確定坐標參數后，在虛擬現實平臺中進行相關的參數設定。(5)美麗鄉村數據庫的創建。平臺可以支持的數據庫豐富，包括ACCESS、Oracle、SQLServer、MySQL等，虛擬對象與數據庫的關聯操作和數據庫查詢功能的實現是平臺實現交互的堅實基礎。(6)交互功能的實現。平臺支持的交互功能眾多，可能鼠標事件、距離、鍵盤等觸發調用相應的響應事件，大量的交互功能還涉及到數據庫的數據讀寫，這在本教學研究項目中是一個非常重要的環節。(7)教學研究項目。教學研究項目平臺支持生成EXE可執行文件脫離平臺環境單獨運行，也可以到互聯網絡中進行網頁瀏覽交互，本教學研究項目最終是通過生成單個的網絡版本，通過WEB樹形目錄，把浙江省的各個村鎮的三維虛擬仿真系統合成到大平臺中。今后的研究中考慮使用跨平臺支持效果更好的Uni-ty3D引擎。

2．3平臺特點與特色

本平臺采用Photoshop，AutoCAD，3DMAX等圖形圖像軟件結合虛擬現實平成，腳本引擎功能強大，壓縮率高，真實感強，沉浸感好，可嵌入音頻、flash、視頻、圖片、網頁。(1)平臺仿真度高，區別于能流暢實現村鎮的三維漫游功能，部分村鎮信息查詢等功能，滿足決策者對美麗鄉村規劃功能的要求。(2)可以實時把畫面用“虛擬相機”進行拍攝出圖，能直觀、精確、更大范圍地展現規劃設計方案，有效地提高規劃審批決策科學性。(3)該系統作為公共服務平臺，可通過二次開發，開放接口，擴展到經濟、衛生、交通、應急、消防等領域。

3．教學研究項目平臺的經濟與社會效益

浙江省村鎮共有1500多個，教學研究項目建成后，為浙江省美麗鄉村規劃信息化水平提升做出明顯成效，也為浙江省鄉村建筑數字化程度的提升做出重大貢獻。研究成果專注于虛擬現實與三維可視化技術在浙江省美麗鄉村規劃領域中研發和推廣，目標是國內領先的村鎮虛擬現實技術解決方案。教學研究項目能滿足不同數字規劃管理領域，不同層次決策者對數字仿真的需求。

4．平臺的保障力量

4．1人員保障

教學研究項目分別由高校、企業與政府職能機構等三部分技術力量組成:教學研究項目主持單位高職院校在教學研究項目實施過程中，采集村鎮基礎數據，利用研究小組學生在暑期社會實踐中調查數據、采集可視化資料及到鄉村管理部門查詢資料，也為教學研究項目的完成打下堅實基礎。本科院校為本教學研究項目提供理論支撐，在校的虛擬現實方面的碩士研究生，也參與到教學研究項目中，為教學研究項目提供了技術保障。

4．2資料保障

規劃設計院作為合作企業單位，負責提供浙江省典型美麗鄉村規劃圖紙。企業內部有較多的規劃專家，可以對教學研究項目進行深度研究。提供一手資料，研究中的浙江省溪口美麗鄉村規劃方案就由他們提供，為該教學研究項目的順利進行起到了重要的保障作用。

4．3政策保障

浙江省住房和城鄉建設廳科技委村鎮建設專業委員會，對教學研究項目的推廣提供政策上的扶持，所在的村鎮建設專業委員會在教學研究項目研究中還負責對村鎮管理者規劃信息化方面進行指導。每年都會對浙江省村鎮優秀規劃方案進行匯編、獲獎教學研究項目的收集整理，具有非常豐富的參考資源，對建設系統相關職能部門具有良好的溝通協調能力，便于教學研究項目具體實施過路中的運行與推廣。

5．結束語

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【關鍵詞】建筑設計;BIM;優點;應用

一、BIM功能技術的概述

利用BIM技術可以在一個電子模型中存儲完整的建筑信息，這種方法被稱贊為一種最新的變革。在BIM應用系統中，建筑構件被對象化，數字化的對象通過編碼去描述和代表真實的建筑構件。一個對象需要有一系列參數來描述其屬性。這個對象的代碼必須包含這些參數。參數通常是預先定義好的，或者遵守某些制定好的規則。這些參數信息就構成了建筑的屬性。例如，一個墻對象是一個具有墻的所有屬性的對象，不僅包括幾何尺寸信息如長、寬、高，還包含了墻體材料、保溫隔熱性能、表面處理、墻體規格、造價等等。而在一般的CAD繪圖軟件中，墻體是通過兩條平行線的二維方式來表達，線條之間沒有任何關聯。

BIM技術核心是通過在計算機中建立虛擬的建筑工程三維模型，同時利用數字化技術，為這個模型提供完整的、與實際情況一致的建筑工程信息庫。該信息庫不僅包含描述建筑物構件的幾何信息、專業屬性及狀態信息，還包含了非構件對象（例如空間、運動行為）的狀態信息。借助這個富含建筑工程信息的三維模型，建筑工程的信息集成化程度大大提高，不僅可以用于建筑設計，還可以用于結構設計、設備管理、工程量統計、成本計算、物業管理等，可以在整個建筑業中發揮作用，管理建筑生命周期的全部信息。

二、BIM在建筑設計中應用的優點

1、BIM具有良好的協調性：各行業項目信息出現“不兼容”現象。如管道與結構沖突，各個房間出現冷熱不均，預留的洞口沒留或尺寸不對等情況。使用有效BIM協調流程進行協調綜合，減少不合理變更方案或問題變更方案3D畫面的模擬能效、緊急疏散、日照、熱能傳導等的模擬。

2、BIM通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息：三維幾何形狀信息和非幾何形狀信息，如建筑構件的材料、重量、價格、進度和施工等等集成了建筑工程項目各種相關信息的工程數據。為設計師、建筑師、水電暖鋪設工程師、開發商乃至最終用戶等各環節人員提供“模擬和分析”模型三維的立體實物圖形可視，項目設計、建造、運營等整個建設過程可視方便進行更好的溝通、討論與決策。

3、對地震人員逃生及消防人員疏散等日常緊急情況的處理方式的模擬。并有良好的優化性，BIM及與其配套的各種優化工具能對項目進行可能的優化處理利用模型提供的各種信息來優化，如幾何、物理、規則、建筑物變化以后的各種情況信息給復雜程度高的建筑優化。建筑設計圖+經過碰撞檢查和設計修改=綜合設計施工圖如綜合管線圖、綜合結構留洞圖、碰撞檢查偵錯報告和建議改進方案等實用的施工圖紙。BIM提供工程全部信息，將項目各階段主要參與方都集中，做出項目空間三維復雜形態的表達。虛擬建筑樣機，提供建筑物精確的空間關系和數據，與其他3D建模不同。根據3D模型自動生成和更新各種圖形和文檔，自動協調更改關聯變更相應的信息來進行信息共享。當建筑工程中設計對象數據修改時，另外設計該對象會自動進行更新來實現數字化設計和高效化設計。

4、BIM能夠實現建筑工程不同部門進行有效的協同工作。建筑工程不同參與部門能夠高效的進行信息共享和數據、檔案的交流，實現網絡文字檔案、圖表檔案和視頻資料的上交、審查、審核及使用。建筑工程項目參與的各個單位通過信息化進行溝通和協調工作來實現工程的洽談和商定，實現工程施工質量的可控性、施工過程的安全性，并進行施工成本和施工進度的動態化管理和實時性監控。

5、BIM能夠實現工程設計的檢測、分析能源耗費、成本控制等。其能夠實現建筑工程項目的交付IPD管理。把工程中不同部門、不同階段在設計過程中進行有機的集合，使之服務于項目設計和使用的全部過程之中，通過BIM技術實現建筑工程的數字化設計并進行智能化管理，實現建筑工程項目的動態化、集成化和可視化的多維項目管理。通過對建筑物和施工現場立體建模和施工過程中不同階段的有機鏈接，不斷與施工中的耗材和布置施工場地信息進行有機的集成來組建4D施工的信息模型樣本，達到建設工程施工過程中工程的進度、人力配備和材料使用等各種信息的集成管理以及施工階段的智能化、數字化模擬。

6、能夠實現虛擬化的施工。BIM在計算機上通過數據的分析進行建造過程的模型建立，建立的模型能夠實現實際施工之前對建筑工程功能和建筑施工難題等可能存在的問題來進行預測，其中包括建筑工程施工的方法驗證、施工技術方案的模擬以及施工方案探討和優化等。其實BIM能夠引導建筑信息科技達到更高水平的的新技術和新理念，如果得到全面的應用，其能夠為建筑行業的信息化發展帶來不可估量的影響和進步，有效提高建筑項目的科學性和有效性。同時其能夠也促進建筑行業的健康發展并帶來巨大的經濟效益，使建筑工程的設計以及工程質量和施工效率明顯提高，設計和施工成本有效降低。

三、BIM在建筑設計中的實際應用研究

1、復雜形體設計及建造應用。BIM技術的出現，對于復雜形體設計及建造應用存在著極為重要的作用。通過BIM技術，可以針對復雜形體建筑進行數據上的驗證及整合，實現多維曲線設計，以立體形式將設計成果展示出來。建筑信息模型的出現，讓現代建筑師可以更加充分發揮自己的創意，展示構思，可以直接的查看設計建筑的效果，進一步優化設計效果，達到建筑設計的新境界。同時，通過BIM技術，可以將復雜的建筑項目進行每一個單元每一個結構的三維模型分析，并進行模塊設計或修改，極大的減少了建筑設計中存在的信息誤差。

2、綜合管線設計與管網綜合排查。隨著現代建筑的功能日趨復雜，建筑體量不斷擴大，建筑中存在的機電管網更是錯綜復雜，在進行建筑設計時，為保證建筑質量及品質，需要做好綜合管線設計，避免出現管線相撞、管線交錯、管線施工不當等現象，在傳統的建筑設計方式中，建筑管網設計只能通過人力目測的方式進行檢測，方式單一，且容易出現管線相撞或交錯現象。通過BIM技術中管網檢測功能，可以直觀的將建筑管網生成三維模型，并分布在建筑模型之中，通過檢測功能，系統自動檢測出管網設計不當、管線相撞與交錯部位并進行標注，極大提高了管網檢查效率，保障管網設計的質量。

3、消防性能優化設計。隨著超大型、超高型建筑的不斷涌現，采用傳統的規范設計很難滿足建筑的消防要求。通過BIM技術，采用消防性能優化設計，實現消防設計的最優化、科學化、合理化。在消防性能優化設計中包括有毒氣體擴散時間、建筑材料耐燒極限、疏散距離及數字化模擬人員疏散時間等各項設計，并為實際應用提供最佳的疏散方案，維護人們的生命安全及建筑安全。

結束語

綜上所述，隨著城市化進程的不斷加快，我國城市建設不斷進步，BIM技術已廣泛應用于建筑行業。在實際應用中獲得了良好的經濟效益及社會效益。BIM技術將引領建筑信息技術走向更高層次，大大提高建筑設計水平。

參考文獻

[1]龍文志，建筑業應盡快推行建筑信息模型（BIM）技術[J]，建筑技術，2011年01期

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高職院校的人才培養以實踐能力培養為主線，突出實用性、技能性和崗位針對性。在培養學生的教學計劃中，必須注重專業技能的反復訓導。通過實驗、實訓、實習3個實踐能力培養環節，培養學生良好的職業理想、職業道德、職業素質，促進學生職業能力的形成和發展。實訓基地是高等職業教育對學生開展職業技能訓練和職業素質培養的基本硬件。實訓基地建設己成為推動高職教育發展的重要環節，其建設水平高低直接影響著高職院校的教學質量與水平。

東莞職業技術學院在2012年開設樓宇智能化工程技術專業，2015年教育部把此專業更名為建筑智能化工程技術。專業發展緊跟東莞智慧城市建設步伐，攜手東莞中云智慧城市產業園，對接智能樓宇管理師職業標準，廣泛開展網絡、監控、門禁等物業維護管理等校園頂崗活動，重點培養滿足智能樓宇、智能工廠和大型社區智能設備維護和管理需要的高素質技術技能人才。我院強調培養學生職業能力的綜合性、實用性，結合我院自身發展的實際，通過優化整合學校資源，為建筑智能化工程技術專業學生搭建“工學結合”的學習平臺，拓寬訓練設備的建設渠道，最大限度地實現資源共享，營造真實和仿真的職業環境。

2.結合人才培養需求和學院發展實際科學規劃校內實訓基地

我院在電子工程系現有的電子信息工程技術專業、電氣自動化專業框架下增設建筑智能化工程技術專業，為此專業提供電子技能實訓室、電工實訓室、單片機實訓審、組態技術實訓室、PLC實訓室等。這些基礎實驗實訓室可滿足樓宇智能化工程技術專業基礎課程的教學和實踐需求。專業實訓室的建設需結合人才培養需求和學院發展實情況，科學地進行規劃。較早發展的專業般建設有近10間實驗實訓室，做到小而全，但導致實訓室建設場地緊缺，難以滿足后期迮設專業的實驗實訓室場地需求。

建筑智能化是交叉學科的應用技術，涉及樓控系統、綜合布線系統、監控系統、消防系統、防盜系統等多個子系統。在規劃專業實訓室時，需實現各子系統的獨立性、聯動性、開放性，還需考慮系統應用的綜合性。因此，我院結合原有的基礎實驗實訓室，全面規劃建設一體化的專業實訓室：建筑鈣能化工程實訓室、建筑稗能化綜合實訓室。

2.1 一體化專業實訓室的組成

建筑智能化工程實訓室由10個實訓屋、1個開放式中控管理區以及1個能授課與研討靈活變換組合的學習區組成。中控管理區集中監控和管理各實訓屋和整個實訓室。每個實訓屋綜合了一卡通、布線、網絡、衛星奮線電視、智能抄表、門禁、監控、報警、廣播、遠程控制、環境監測、電源開關拽制、網上預約等多個子系統，實現各子系統的高度集成應用模式和方法，同時提供部分控制模塊的創新幵發。

建筑智能化綜合實訓室的實訓設備包括：群控電梯系統、暖通摶制系統、智能停車場系統、供配電系統、給排水系統、建筑智能化工程技能競賽平臺。每袞實訓系統有相應的工作站，每個工作站既實現能獨立控制，也以聯網的方式對其他系統進行控制。供配電實訓系統既可以為實訓室供電。又是獨立的實訓設備，能提供實訓教學項目，如：供配電原理認知、控制器編程檢測、運行監測與控制等。

實訓設備是結合工程中實際應用的產品進行配置，能體現建筑智能化的應用和發展方向。實訓設備的選型還充分參考國家智能樓宇管理師鑒定要求規劃并以國家級、省級學科競賽的設備功能要求進行配置，對接行業的職業能力標準要求。學生通過實訓教學后，真正地掌握樓宇智能化系統的系統配置、產品選型、設備安裝、工程布線、硬件調試、軟件使用、施工工藝、故障檢測、系統維護、設備管理和售后服務等工程的全部環節。此外，通過搭建虛擬仿真教學平臺，在一定程度上緩解建筑智能化工程技術專業設備的缺乏和受實踐條件制約而影響教學的困難，更提高實訓項目的適用性和經濟性。目前，已開發和應用建筑通信智能化仿真教學系統和建筑安防智能化仿真教學系統。

2.2 利用校園頂崗拓寬校內實訓基地

我院是一所新建的現代化、信息化院校，其建筑面積大、類型多，智能化水平高，建筑智能化專業相關知識和技能在校園的應用內比比皆是。在建筑、電氣和自動控制方面。我院校舍建筑面積34萬平方米，實驗實訓場所9萬余平方米，有教學、實訓、辦公、住宅、餐飲、商業、運動等多種用途類型的建筑，每棟樓各自配備了完善的強電系統和弱電系統。在通信網絡方面，我院的數字校園建設總投入6000多萬，信息網絡遍及校內的教學、辦公、住宿等樓宇建筑，校園網萬兆主干、千兆接入、百兆到桌面。在安防方面，實訓中心、圖書館、實驗樓、學生宿舍等非完全開放的建筑群都安裝了門禁系統，視頻監控系統遍布學院所有建筑和道路。在消防方面，根據樓宇面積、樓宇高度與用途等，在全院范圍內部署了室內外消火栓系統、水噴淋系統和二氧化碳滅火系統等多種消防設施。

建筑智能化專業與校園內日常工作和生活聯系緊密，利用學校數字校園和平安校園等豐富時又優質的智能化資源，開展建筑智能化工程技術專業校園頂崗課程，為校園頂崗的課程設計，讓學生在校內相關部門上崗，開展建筑智能化專業所需的各種實習活動。校園頂崗課程有助于減輕學院后勤管理處、教育技術中心、保衛處等部門繁重的工作任務，還可以把校園內建筑、電氣、通信網絡、安防等方面實際應用的案例作為建筑智能化專業學生的教學和實踐資源。此課程以專業拓展課的方式供學生選修，由頂崗部門與電子工程系共同對學生進行考核，完成并通過考核者即修滿此門專業拓展課的學分。

建筑智能化工程技術專業一體化校內實訓基地由基礎實驗實訓室、專業實訓室和“校園頂崗”組成。實訓基地把建筑智能化各個子系統有機地結合起來，讓學生以接近現場環境下對智能建筑相應子系統及各個設備的實際應用進行實操訓練，并以工作崗位的職業技能和職業素養要求為基礎，建立實訓教學體系，完成實訓教學與職業素質訓導、職業技能訓練與鑒定的任務，滿足企業用人的要求。

3.存在問題及思考

如何更有效的維護和管理校內實訓基地是一個的重要問題。校內實訓基地管理形式不一，管理相對分散，各實訓室的場地、設備、人員缺乏統一的調配管理，容易造成儀器設備重復購置和難以協調管理。專業教師除了承擔室訓室建設、專業教學，還要負責室訓室管理和維護。實訓基地管理的信息化程度不高，每次使用的登記手續煩瑣，每次耗材、設備、工具的存入和取出均需要人工登記。由于運行與管理機制不到位，大多數實訓室管理是封閉式的，除了規定的課時，其余時間實訓室往往不開放。實訓基地處于封閉和各自為戰的狀態，既不面向全校學生開放，也未面向社會提供科研和產品開發的服務。因此，我們下一步將提升實訓基地管理水平，積極探索實訓基地運行好的作用。

4.結束語

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關鍵詞：辦公建筑；建筑信息模型；機電工程；深化設計；BIM技術 文獻標識碼：A

中圖分類號：TU745 文章編號：1009-2374（2016）35-0054-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.35.026

1 概述

BIM即建筑信息模型，指的是運用建筑三維設計軟件與一系列工程設計軟件所建立的“可視化”的數字三維模型，該模型可以為建筑全生命周期中的開發商、設計方、施工方乃至最終的業主等各環節的用戶提供“模擬和分析”的一個虛擬建筑。運用該模型，可以對項目進行建筑設計、建筑施工以及建筑運營管理，最終使該項目實現節約成本和提高效率。

在建筑設計的過程中，主要包括了建筑、結構、機電等專業。本文研究的機電專業中包括了暖通空調系統、給排水系統、強電弱電電氣系統。而這些系統在傳統的設計中，是分開設計的，各專業的設計師缺乏有效溝通，更不用說協調合作。加之機電專業中各個系統的管線特別復雜，各管線走向密集交錯，如在施工中發現各專業管路發生碰撞，則會出現大面積拆除返工，甚至會導致整個方案的重新修改，不但會浪費材料，還會大大地延誤工期。

通過BIM技術深化設計，可以將各專業管線的位置、標高、連接方式及施工工藝先后進行三維模擬，按照現場可能發生的工作面和碰撞點進行方案的調整，既達到合理施工，又可節省工程造價，同時將完成后的方案通過三維剖面圖及動態漫游等方式展示給施工工人，使工人更好地理解施工方案，保證施工質量的同時更能很好地縮短工期。

2 工程概況

本案例為西安市某辦公建筑，多層公共建筑，框架式結構，總建筑面積7565.3m2（其中，地下：1120.3m2，地上：6445m2），建筑地下一層，地上六層，地下一層為人防，地上為辦公，建筑總體高度23.8m，地下埋深5.3m。在建筑工程施工中，機電工程設備與管線錯綜復雜，常出現管線之間或者是管線和結構構件之間的碰撞，同時在設備安裝的過程中，容易考慮不到建筑的室內凈高問題，就會造成施工的返工情況，甚至存在安全隱患。傳統的建筑施工過程中，進行機電深化設計的時候，是通過二維管線綜合設計來協調機電各專業的管線布置。但是，二維管線綜合設計只是將暖通、給排水、電氣專業的平面管線布置圖進行了簡單的疊加，并且依照相應的規則確定了各系統管線的相對位置，然后確定各專業管線的標高，最后再對關鍵部位繪制局部剖面圖。這樣的設計方式有以下不足：（1）機電專業管線交叉處只能靠人的眼睛觀察，難以進行全面的分析。在一些建筑中，存在著梁高變化比較大的區域，常常是管線之間的碰撞問題解決了，但是忽略了管線與梁之間的碰撞；（2）在二維管線綜合設計中，管線碰撞處的處理均是局部處理，容易出現在此處不存在碰撞，但是又帶來了別處的碰撞；（3）在二維管線綜合設計中管線的標高問題，只有在繪制剖面圖的位置時候有準確定位，而其余的管線并沒有確定標高，這個問題會直接導致管線碰撞；（4）暖通空調、給排水、電氣等多專業的二維CAD平面圖紙多而繁亂，而且只是通過“平面+局部剖面”的方式，對于管線交叉復雜位置的二維CAD圖紙表達是不夠充分的；（5）在二維管線綜合設計上，暖通空調、給排水、電氣各專業的工藝布置要求是按照指導原則進行布置，但是沒有考慮空間結構比較復雜或者是凈高要求比較高的情況下，就存在了局限性。

由上可知，傳統的CAD機電深化設計存在著大量的不足，因此本項目運用BIM技術進行機電深化設計，能解決上述傳統的CAD機電深化設計出現的問題。

3 BIM技術在辦公建筑機電工程深化設計中的應用

針對本項目辦公建筑機電工程深化設計，過去的項目中采用傳統的CAD設計方式，在建筑機電工程施工的過程中，經常會出現管線碰撞的情況，因此，此次該項目運用BIM技術對機電工程建立信息模型，該模型是對整個機電工程的一次虛擬設計建造的過程，在設計建造的過程中，可以發現很多在設計中及單專業校審過程中很難發現的隱藏問題，是一次全面的機電專業設計與建造的檢查過程。

3.1 構建BIM模型

該項目組建了BIM工作組，設計人員在各專業圖紙的基礎上，利用Revit系列軟件創建BIM三維模型，在搭建建筑信息模型的時候，工作組分為建筑組、結構組、機電組，最終構建的模型中覆蓋了建筑、結構、暖通空調、給排水、電氣等專業的模型，在Revit軟件搭建的時候，同時給各個構件填寫了參數，具體參數包括了如構件的尺寸、構件的規格、設備的型號、構件的材料等具體信息。

創建流程是先建立建筑模型和結構模型，然后在建筑、結構模型的基礎上進行暖通空調、給排水、電氣模型的搭建，最后根據各專業的要求，對各專業的管線進行合理的調整，最后出一份管線綜合與碰撞檢測的報告文檔，然后按照做過管線綜合與碰撞檢測后的圖紙出圖。機電專業管線的過程是，建立暖通、給排水、電氣模型的過程中調整管線的位置，遇到管線碰撞的情況，及時地調整。傳統的CAD圖紙并不直觀，等到工程完工后才能看到實際的管線綜合布置效果，在施工中經常發現碰撞的情況，因此采用BIM技術進行管線綜合碰撞檢查，可以在工程施工前就可以看到真實尺寸的管線。如圖1所示，為該辦公建筑負一層管線綜合三維模型與實物對照圖。

3.2 管線碰撞檢查

在保證機電專業的系統要求上，結合建筑設計時的吊頂高度，對暖通、給排水、電氣等專業的模型進行深化設計，在深化設計中要遵照一些基本的原則，比如有壓的管道避讓無壓的管道等原則，進行機電管線的綜合檢查。綜合檢查完成過后，再運用Revit進行碰撞點檢測，生成管線碰撞報告。對于一些簡單的碰撞，我們項目內部進行溝通調整，協商解決方案，然后再調整模型，直至綜合模型在布局合理的情況下實現零碰撞。

該項目負一層的橋架與水管碰撞如圖2所示，可以看出橋架與消防水管發生了碰撞，屬于機電專業碰撞，在這里橋架雖然已經進行翻轉，但是仍然無法避讓開與消防水管的碰撞。屬于設計錯誤，最后通過分析，應該是改變橋架進入電井的位置。

傳統的CAD圖紙不能體現暖通、給排水、電氣系統之間的碰撞情況，設計師易忽略一些管線碰撞的問題，因此在該辦公建筑管道設備模型的仿真建立過程中，本文將管線設備的二維圖紙進行集成和可視化，然后進行管線碰撞檢查，減少了在建筑施工階段可避免的損失和返工的概率，更加方便進行技術交底，從而實現了管線綜合優化布置，節約施工成本，合理配置資源的目的。

4 結語

本次以某辦公樓建筑項目為例，展示了BIM技術的優勢與特點。通過本次項目，從中得出了以下結論：BIM技術在建筑設計中比CAD更具優勢，特別是在大型公共建筑、市政工程、地下空間等的設計當中發揮著巨大作用，BIM技術將會極大地推動建筑行業的發展。通過BIM機電模型與建筑模型的碰撞檢查，優化設計與管道布置的原則，可提高圖紙的設計質量，節約施工成本，合理配置資源。

參考文獻

[1] 紀凡榮，徐友全，曾大林，趙靈敏，張秦.BIM技術在某項目管線綜合中的應用[J].施工技術，2013，42（3）.

[2] 張建平.BIM技術的研究與應用[J].施工技術，2011，40（1）.

[3] 陳辰，李慶平.基于BIM技術的三維管線綜合[J].土木建筑工程信息技術，2012，4（3）.

篇8

本文介紹了應急疏散仿真技術提出的背景及其特點，闡述了所涉及到的疏散人員行為的研究、應急疏散的計算機仿真研究等，并對其發展趨勢以及未來的研究方向進行了展望。

關鍵詞：應急疏散；行為模式；計算機仿真

中圖分類號：C35文獻標識碼： A

一、前言

火災后室內人員的安全疏散是建筑防火設計的重要組成部分。在目前的技術條件下安全管理部門只能通過應急疏散演習來提高應急疏散能力，并對應急疏散設施進行安全評估。但應急疏散演習風險大、花費高，本身具有一定的破壞性和安全隱患，同時當前對應急疏散設施的安全評估缺乏有效的技術標準。同時，人的行為受外界和心理諸多因素的影響，不可能把人置于真正事故現象的混亂之中。在這樣的背景下，有必要借助計算機仿真技術來模擬群體行為與應急疏散場景，借助計算機實現應急疏散模擬演練，并利用模擬結果對應急疏散指揮方案與應急疏散設施進行性能評估。在事前就找到建筑布局中疏散的瓶頸，疏散預案中的不足，從而對相應的地方加以改進。最終達到減少事故發生及事故損害的效果。

二、人的行為的探討

人員作為疏散的主體，對于疏散具有決定性的影響，因此在進行人員疏散仿真研究時必須先要對疏散中的主體疏散人員進行研究。一般來講，被疏散者在疏散過程中采取的行為與其所處的環境有復雜的關系。在疏散過程中，每個被疏散者都處于三種類型的相互作用之中，所有這些相互作用都涉及到復雜的決策。這些相互作用可以被分類如下：

人與人之間的相互作用：與其他被疏散者的作用。

人與建筑物的相互作用：與建筑物室內結構的作用。

人與環境的相互作用：與受火災影響的大氣和可能出現的碎片的作用。

這些相互作用影響被疏散者的行動，并且由此引發決策過程。根據這些相互作用發生的方式，這一過程可以變得越來越復雜。這些方式可以發生在三個不同的層次上：

心理學層次上：給定疏散者的特征和經歷，基于可用的信息來做決定。在火災威脅下的這一類型的相互作用可能會引起被疏散者遠離火焰或者是響應疏散的號召。

社會學層次上：建立在一個被疏散者與其他被疏散者之間的相互作用之上的反應。在火災中，這種類型的相互作用可能會引起被疏散者鼓動救援或者向其他被疏散者發出警告。

生理學層次上的：對所處環境做出的生理反應會以某種方式影響居住者的能力。在火災中，這種相互作用可能會引起致幻煙霧的陶醉或者呼吸和感覺器官對刺激性氣體的不適應。

根據上述觀點，從組織行為學，把緊急疏散中人的行為模式分為個體行為模式、群體行為模式和決策者行為模式。

1 個體的行為模式

疏散過程中單個人員的行為主要體現在單個人員的移動行為上，包括移動方向上的前，后，左，右的移動表現。這種行為是疏散人員能夠進行的最簡單，最直接，最基本的行為。在疏散過程中采取什么樣的基本行為可以是隨機的，也可以按照一定的規則選取。另外，通過心理學的研究總結發現，個體人員行為一般有下面行為：

（1）隨機行走。當然人員在一個疏散空間里面，而疏散空間沒有出口的話，那么里面的人員將隨機采取這種層次的行為。

（2）人員避碰。考慮到人員的避碰行為就可以在疏散過程中使得人員和人員不會相互碰撞，人員也不會跑入障礙物當中去。

（3）目標。當一個疏散人員確定了自己的目標點以后，他就會調整運動方向和速度朝著目標點行動，即使在疏散過程中運動方向有些小的調整，但還是會再一次調整朝著出口方向前進。

2群體的行為模式

群體行為在緊急疏散中的行為是一個極其復雜的現象，人在緊急疏散中的各種心理和行為可以考慮以下幾種因素：

（a）群集性。人群是因為有共同關心的問題而聚集在一起，該團體是偶然的、臨時產生的，是一個沒有任務分擔的團體，易于受周圍人的感情所影響。

（b）交互性。由于某種原困，人們匯集到一起，這些匯集起來的人群的心理又起到相乘的作用。

（c）跟隨性。不是自己來判斷逃生的方向，而是跟在前面的人或是大多數人的后面，胡亂跟隨。

（d）沖突性。疏散過程中成員之間容易發生沖突。

3決策者行為模式

決策者根據現場的情況，將會對疏散采取指導性措施。現場情況主要有：是否有沖突；沖突的大小；各出口的人流量等。采取的措施通常有：派出引導員，加強現場的疏導；通過大屏幕，向觀眾發出疏散信息；派出安全員，現場處理沖突等等。

綜上所述，疏散人群的行為是一個極其復雜的物理過程。在整個運動的過程中，其動態要受許多因素的直接或間接的影響。而群體中個體間的相互作用，甚至人的心理狀態也都是影響運動過程的重要因素。為了從大量的觀測數據中得到其背后的規律，指導實踐，需要以計算機仿真技術作為主要的研究手段。通過計算機仿真，可以將在現實中難于實行的實驗放到計算機生成的虛擬空間中去進行，而不受試驗場景、規模和經費的限制，也不存在事故發生的可能。另外，由于計算機仿真技術的發展，在建立仿真模型時并不需要對人群的行為建立方程，所需要的只是一些觀測所得的行為特征和數據。這樣，就繞開了對疏散人群行為數學建模的這一難題。由此可見，對火災應急疏散的研究，采用計算機仿真(或稱為疏散仿真)，是其最重要的研究手段。

三、應急疏散仿真的研究現狀

應急疏散仿真作為對人群疏散研究的一個重要的組成部分，其發展與疏散研究的發展密不可分。只有將其納入疏散研究這一學科中闡述，才能理解其發展的歷程和最新的進展。

人群疏散的仿真研究始于20多年前，這個領域的研究內容主要有三大部分：第一，對行人、人群以及疏散的觀察和試驗。主要目的是得到具體的數據以給建筑設計、疏散方案的指定提供參考；第二，對人群行為的數學模型的建立。這方面的研究主要是將人群假想為流體，用流體力學和熱力學的公式建立人群運動的模型；第三，對人群行為和疏散過程的計算機仿真，這方面的研究由于計算機的普及，在最近逐漸成為這個領域的研究重點。

目前的應急疏散仿真模型可分成兩類，一類是以元胞自動機模型(Cellular Automata Model)為代表的離散仿真模型，另一類是以社會力量模型(Social Force Model)為代表的連續仿真模型。

元胞自動機是由大量簡單一致的個體通過局部聯系組成的離散、分散及空間可擴展系統。其基本思想是將建筑物平面進行均勻網格劃分，每個網格有三種狀態：被墻壁或障礙物占據、被人員占據或為空。模型中的人員占據一個網格(元胞)，同時模型中人員的運動將遵循一定的局部規則并具有一定的智能性。

社會力量模型是一種多粒子自驅動的連續模型，人員被表示成具有一定質量和大小的自驅動的粒子。所謂的社會力是指人員之間或人員與環境之間的社會心理交互或物理接觸。每個人員都試圖以一定的期望速度運動，而人員的實際運動速度最終由一個牛頓力學方程組所決定。類似于社會力量模型的心理學模型還被應用于計算機群體動畫的應用中。

離散仿真模型省去了建立群體行為微分方程組這一過程，在仿真速度上得到提高。但是離散仿真模型在對群體行為的模擬真實程度上，不如以社會力量模型為代表的連續仿真模型。連續仿真模型的缺點是計算成本較大。但是筆者認為，計算成本的降低和速度的提高并不是應急疏散仿真研究的重點，仿真結果是否真實反映了客觀現實是這一研究的關鍵，因為這是涉及到公共安全的一項研究。

總體上講，現有研究主要側重于群體行為的物理模型，一種研究趨勢是將心理變量引入到群體行為物理模型中，但缺乏對群體行為控制模型的研究。考慮到應急疏散演習風險高、花費大，有必要開發應急疏散演練平臺，這就需要研究群體交互控制技術，如用戶化身技術在應急疏散仿真中的應用。同時，需要將這些技術成果真正用于公共設施應急疏散性能評估和應急疏散指揮中。

四、應急疏散仿真的發展趨勢

從國際范圍內人員疏散計算機模擬技術的研究現狀來看，主要存在以下問題：

A.因為人的行為具有很大的隨機性，在同樣條件下的重復演習很難得到一致的結果，所以至今還缺乏全面可靠的疏散演習數據以驗證模型(沒有一套所謂的標準數據)；

B.在人員疏散模擬中考慮和利用災害動態模擬的詳細結果(災害發展和人員疏散實際上是同時進行的兩個交互過程，而目前絕大多數疏散模型在模擬過程中沒有考慮火災發展和煙氣蔓延的動態影響)；

C.綜合離散型模型和連續型模型的優點，加強復雜行為的模擬功能(如疏散過程中的自動休息)。

從目前國外人員疏散計算機模擬技術的研究發展趨勢來看，復雜行為的模擬是當前人員疏散計算機模擬研究的一個熱點，另外如何在人員疏散模擬中充分考慮火災發生發展和煙氣蔓延的動態影響也是研究人員十分關注的問題。

就國內目前的情況而言，在中國人群心理行為特點等基礎數據的匾乏，嚴重制約了人員疏散計算機模擬技術的應用和發展。所以國內目前應主要側重于(1)疏散模型的研究改進及專業軟件開發和完善 (2)中國典型人群行為特點的匯總分析，而且后者要比前者任務更艱巨。

盡管迄今為止，所有人員疏散模型和軟件都有這樣或那樣的缺陷，但人員疏散計算機模擬技術的意義和應用前景正以越來越快的速度顯現出來，只要我們能夠充分認識和理解各種模型的特點，根據不同的場合和要求選擇合適的模型，我們就一定能夠最大限度地發揮人員疏散模擬技術應有的作用，并在不斷應用的過程中檢驗和改進各種模型，促進人員疏散模擬技術的發展。

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智能建筑的核心是系統集成[1],而系統集成的基礎則是智能建筑中的通信網絡.隨著計算機技術和通信技術的發展和信息社會的到來,迫使現代建筑觀念不得不更新.在信息化社會中,一個現代化大樓內,除了具有電話、傳真、空調、消防與安全監控系統外,各種計算機網絡、綜合服務數字網等都是不可缺少的.只有具備了這些基礎通信設施,新的信息技術,如電子數據交換、電子郵政、會議電視、視頻點播、多媒體通信等才有可能進入大樓.使它成為一個名符其實的智能建筑.目前,在多數涉及與智能建

筑有關的事物中,不論是物業主還是參加競爭的設計者,都把重點放在樓宇管理自動化系統和結構化布線系統上,許多所謂的智能建筑,其實就是樓宇自動化系統加上結構化布線和程控交換機,根本就忽略了通信網絡的建設.我們認為,在建筑智能化工程中,應該高度重視信息這個要素,而通信網絡正是為建筑的各個部分傳遞信息的道路.隨著分布式智能建筑控制系統技術的日益成熟和應用普及,在BAS中控制將進一步分散,在網絡中傳遞的將更多的是管理信息,系統的集成則越顯得重要[2],另一方面,目前由于人們信息需求的激增,以及計算機技術帶來的多媒體終端等先進的終端技術,一個智能建筑的智能化瓶頸往往在于它的通信網絡.可以說,通信網絡技術水平的高低制約著智能建筑的智能程度.為此,智能建筑中的通信網絡的設計是完成建筑智能化工程的重點所在.本文討論基于最新網絡技術的智能建筑通信網絡的設計.

二、智能建筑的通信網絡功能

總體上說,智能建筑的通信網絡有兩個功能,第一是支持各種形式的通信業務;第二是能夠集成不同類型的辦公自動化系統和樓宇管理自動化系統,形成統一的網絡并進行統一的管理.智能建筑中的通信業務主要有下列一些形式:

1、電話:包括內部直撥,通過PBX與樓外公共交換網連接后通話.發展成為以PBX為中心組網形成2B＋D話音和信令通道,使電話用戶線具有綜合功能.

2、傳真:包括利用電話線進行樓內傳真以及與樓外的傳真,還可以通過發展而成的樓內綜合業務數字網(ISDN)的用戶線進行樓內之間或樓內外的傳真.

3、電子郵件、語音郵件、電子信箱、語音信箱:這是通過計算機網絡及其交換系統實現點對點(計算機)的文字或語音通信的一種方式.即通過對計算機屏幕的"書寫"或直接通過計算機的音響系統實現雙方的通信或對話.與之相應的電子信箱、語音信箱則是通過計算機的存貯系統實現"留信"或"留言".

4、可視電話:可視電話是一種小型圖像通信終端,利用電話線路同時傳遞圖像與語音信息.這種系統使用簡單,無需特殊線路,每秒可傳送10幀彩色圖像,并且價格相對低廉,同時,還可通過大樓PBX,進入公用電話網.同外部進行通信.

5、可視電話數據系統:可視電話數據系統是利用公用電話線路的會話型圖像通信.利用這種通信系統,鍵入所需信息代碼,傳送至數據庫計算機,主機收到該代碼后,即在數據庫中查找所需的信息,并將信息回送屏幕顯示出來,

6.會議電視:會議電視系統可支持大樓中各單位,各部門之間通信的要求,通過通信手段把相隔兩地或幾個地點的會議室連接在一起,傳遞圖象和伴音信號,使與會者產生身臨其境的感覺.

7、桌面會議系統:將計算機引入圖象通信,使得通信各方不僅可以面對面進行交談,還可以根據要求隨時交換資料和文檔,真正實現通信的交互性.桌面會議系統設有電子黑板,使會議各方可在同一塊電子黑板上完成信息交互,并可對電子黑板隨時打印,還可以重播會議片斷和收錄會議過程.

8,多媒體通信:多媒體通信是通過計算機網絡系統實現同時獲取,處理,編輯,存儲和展示兩個以上不同類型信息媒體（包括文字,語音,圖形,圖象〕的傳送,其最重要的基礎必需要具備寬帶的網絡系統.

9、公用數據庫系統:與大樓業務有關的資料可通過大樓的數據庫查詢,也可通過WAN查詢,數據類型可以是數據、文字、靜、動態圖象.

10、資料查詢與文檔管理系統:樓內各種辦公文件的編輯、制作、發送、存貯與檢索,并規定不同用戶對各類文檔的查詢權限.

11、學習培訓系統:與網絡聯機的多媒體終端及各種聲、象設備,提供各類業務學習與培訓.

12、觸摸屏咨詢及大屏幕顯示系統:安裝在大廳,多個觸摸屏咨詢系統安放在大廳不同位置,以聲,象,圖表等多種方式向用戶介紹大廈業務及其它信息.

13、人事,財務,情報,設備,資產等事務管理:將工作人員的素質,特長,單位,財務收支情況,文件,合同,通知,新技術,新業務,設備資源及其使用情況統統存入數據庫中,以便隨時查詢,實現事務管理科學化.

14、訪問INTERNET網絡:INTERNET正在發展成為把全球聯系在一起的信息網絡,所以對于用戶來說,具有訪問INTERNET的手段就顯得十分重要.大樓的智能局域網的主干網具有訪問INTERNET的信息通道,這就為大樓內的用戶訪問INTERNET提供了條件.

這些業務的實現對通信網絡的需求往往不同,已發展成熟的各種網絡幾乎都是針對特定的網絡業務,而目前基于ATM的寬帶綜合局域網技術日益成熟,使得在局域網內實現相當多的業務的綜合傳輸交換成為可能.

智能建筑中的通信網絡通常分為主干網和部門子網.主干網是連接部門子網、數據傳輸速率較高的網絡.部門子網是為完成各個部門特定目的而組建的局域網,它一般多種多樣.此外,通信網絡還包括以電話通信為主的PBX網絡.智能建筑的通信網絡應能支持上述的通信業務和大樓管理自動化及辦公自動化的要求,并且還要能夠適應今后15年通信業務發展的需要.

通常情況下在智能建筑中作主干網的有以下一些網絡技術:FDDI、100Base-T、100VG-AnyLAN、ATM等.我們認為,從技術及產品日益成熟和通信網絡發展方向來看,使用ATM技術作為主干網是一種優選方案.

作為智能建筑中的部門子網,往往根據部門需求選擇多種多樣的網絡.這可分為普通局域網、高速局域網和PBX網三種.在智能建筑中這三種子網往往共存.

三、一種智能建筑通信網絡系統

圖1是一種智能建筑通信網絡系統.主干網絡是以ATM交換機為中心的ATM網絡,有以下特點:(1)這是一種高速率網絡,每個端口速率高達25～155Mbps,這種帶寬使各個子網之間的通信暢通無阻,而且各個端口專用帶寬,使用戶的帶寬競爭局限在子網范圍內,因此,子網數目的增加不會影響已存用戶的業務質量.這對智能建筑內通信網絡的擴展來說是其它大多數網絡技術所不具備的.(20)采用局域網仿真技術使已有的局域網技術可以平滑無縫地接入主干網構成互連網.基于原有局域網的應用可以不加修改地在ATM互連網上運行.(3)ATM網絡與傳統局域網的無縫連接,進一步減少了網絡之間的橋、路由器、網關及HUB等協議轉換設備,使網絡延伸、網絡配置、網絡監視變得相當容易,網絡得到平整.這一點是其它主干網技術不可比擬的.(4)采用虛擬局域網技術,可以方便地構成虛擬局域網,不同虛擬局域網之間就像通過網橋連接的局域網.而且,網絡管理員可以將地域不集中、連接在不同集線器上的同一部門之間的設備構成一個局域網,這樣,網段的物理位置不再影響其邏輯子網,它帶來的好處是:每個部門可以擁有自己的虛擬局域網,它不受其它部門的網絡通信影響;通信網絡上任何位置的主機、服務器等從一個虛擬局域網移動到另外一個虛擬局域網不需要任何物理上的變動;同時,物理上變動的網絡設備也可以維持在相同的虛擬局域網上不變.這對智能建筑租用用戶來說是相當優越的.(5)ATM網絡采用永久

虛通路和交換虛通路來管理網絡連接,這樣網絡延伸變得簡單,而且永久虛通路的配置可以保證不同業務的帶寬要求.交換虛通路的采用可以簡化網絡管理員的網絡設置工作.交換虛通路的標準化使不同廠家的ATM產品的互連變得簡單.(6)ATM是B-ISDN的標準轉移模式,因此主干網與廣域網的連接也可以歸結為ATM與ATM的連接,這樣智能建筑通信網可以與廣域網無縫連接.(7)ATM網絡采用分布式網絡結構使它作為主干網有很高的穩定性.

圖1一種智能建筑通信網絡系統

它采用完全連接網狀拓撲來避免網絡單點失效,它的網絡控制分布存在于各個網絡節點,端到端多路由連接,網絡可以實現自重構,這些使網絡能應付各種災難情況,在智能建筑出現意外時能確保通信網絡暢通.(8)ATM是一種開放式網絡結構,ITU-T、ATM論壇分別制定了一系列網絡技術標準,這些使ATM網絡能夠兼容連接過去、現在和將來的各種網絡.因此,采用ATM作為主干網可以適應將來網絡技術的發展,使網絡生存周期增長,網絡等效性價比增加.

若干個大容量服務器(多媒體服務器)直接接入ATM網絡,可滿足多客戶機與服務器的多媒體通信對網絡帶寬的要求.部門子網一般設計為交換模塊式局域網,最常用的是10Base-T,它不但是物理上的星型連接,而且使用非屏蔽雙絞線作為傳輸媒質,這非常適合智能建筑綜合布線的情況.對于多用戶部門,可使用多交換模塊組成多網段的部門子網.而對于有高速要求的部門來說,則可組建高速局域網,高速局域網有100Base-T和FDDI和ATM工作組網等,根據我們的經驗,采用100Base-T和ATM工作組網更好.通過局域網交換機可將所有局域網部門子網接入主干網.如果部門子網的高速用戶數量不多,最好將高速寬帶終端用戶直接接入主干網,通過ATM網絡的虛擬局域網功能,將一些高速寬帶終端用戶與一些部門子網組建成虛擬局域網.PBX網是以電路交換方式交換話音為主的網絡.目前配備有N-ISDN功能的PBX交換機綜合了電路交換和分組交換方式,可以綜合交換話音和數據.在智能建筑中,使用N-ISDNPBX作電話網的交換節點具有明顯的優點:可以方便地將遠端和孤立的數據終端通過N-ISDN與主干網的網關接入通信網絡;可以方便地與公用N-ISDN的連接,實現對廣域網的低速訪問;2B+D和30B+D的速率接口可以充分滿足用戶對外部數據資源的訪問,實現用戶電報、高質傳真、高質電話、可視電話等業務;專用線路業務可以滿足特殊用戶保密要求,以及實現緊急報警等.PBX網絡自成一體,又可通過網關與主干網相連.多功能電視會議中心主要包括數字化投影電視和音響系統及同聲傳譯系統,在智能建筑的設計中,通過網絡互連技術,將相應的語音和圖像信息傳送給相關的子網或公共網,實現信息共享,這樣可使智能建筑具有更高的品質.樓宇管理自動化系統網絡在邏輯上是獨立的,中央監控系統監控和管理整個BAS,通過以太網接口,中央監控系統接入主干網絡,可向有關終端傳送監視和報警信息.通過主干網和PBX網絡接入樓外通信系統.

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【關鍵詞】三維；GIS；問題；探討

中圖分類號：O343文獻標識碼： A

一、前言

人類在改善技術方面是一直沒有止境的，目前三維GIS技術已經在地球信息系統方面得到了廣泛的運用，在城市規劃以及在氣象的預報，甚至在軍事方面是有非常廣泛的運用，因此三維GIS技術到底是什么，在實際的使用過程中有什么特點無疑是很多人非常關心的問題。

二、三維GIS的行業應用

目前三維GIS在諸多行業中獲得了廣泛運用，如城市規劃、城鄉建設、國土資源、地理國情監測、環境氣象、通訊行業、綜合應急、軍事仿真、旅游展示等。現就三維GIS在以下幾個方面的行業應用進行探討。

1、城市規劃在城市發展中要求高瞻遠矚，因此一直是三維可視化技術應用的主要領域。城市規劃在城市發展中要求高瞻遠矚，因此一直是三維可視化技術應用的主要領域。有效提高規劃編制的工作效率。三維GIS可以集成多源規劃數據，擁有大量三維模型、紋理、遙感航攝影像，具有海量信息，從而減少踏勘的工作量和成本，提高了工作效率。縮短建設項目的審查周期。在三維GIS中，展示待審查項目的相關信息，如建筑物的密度、高度、風格、協調性等，并實時對建設目標進行參數化修改與調整，立即展示審查意見，最終得出科學的審查結論。

2、城鄉建設管理

計算建設項目挖填方量。在建設項目設計中，根據三維GIS中建立的數字高程模型（DEM）和設計高，計算挖方量和填方量，經多次模擬計算，可求得挖填方平衡的最佳設計高。提高道路設計效率。輸入各種設計參數，如行車道、隔離帶、路緣、人行道、邊坡、附屬物等要素尺寸，使道路按設計高與DEM上融合，并計算建設時的挖方量和填方量，提高道路設計效率。快速實現水利工程的前期選址和災害評估。結合水動力水文模型，對淹沒損失和水利工程前期選址的科學性等進行空間分析，從而合理確定移民安置范圍、科學評估淹沒地區生態環境等。

3、國土資源、國情監測管理

借助三維GIS技術，建立國土三維信息系統，實現國土資源、地理國情的高效、準確和科學管理。在三維場景中能夠實現一系列有關地理信息系統和圖形的操作，如漫游、查詢、量測等，實現空間地理信息服務可視化，保障國土資源管理的有序發展。 在三維GIS中，模擬三維地質構造形態、巖石內部結構等分布狀況，展示礦山地質環境現狀、礦產資源遙感調查和監測等數據，并實現查詢、分析、統計，進而實現礦產資源儲量計算，有效監測礦產資源。依托三維GIS平臺，可以多維多時態展示道路交通、水系信息、植被覆蓋、滑坡等信息，進而分析地形地貌、道路密度、城鎮建設、人口密度、建筑用地適宜性、土地利用和土地覆蓋變化等，實現開發利用地理信息資源、加強應急保障、國情監測的目的。

4、環境、氣象管理

三維GIS能夠展示出多層次的復雜環境情況，涵蓋地下到空中，如對大氣成分、氣壓、氣流以及空氣質量在不同高度時的變化情況，空氣中的污染物受風流影響遷移情況，地面或地下的污染物受水流影響遷移情況。通過分析技術，展示氣象及環境的發展規律，并進行預測，有效地進行環境管理，將天氣系統的演變情況以及未來的趨勢更好地展示給公眾。

5、通訊行業管理

在三維GIS平臺中，通過對通信業各種資源的有效展示，并實現基于GIS的網絡規劃預算、工程設計、工程項目管理、資產統計分析、市場分析及預測、通信線路運行檢查和實時監控等功能，有利于實現資源的統一管理、迅速準確地進行滾動規劃研究、動態地查詢網絡運行情況、提高通信企業的客戶服務質量。

6、公安、消防、水利應急管理

三維GIS技術也可以在公安系統中發揮作用。運用攝像頭等設備實時監控、監聽警情，把握治安狀況，提升工作效率。建立消防地理信息管理數據與三維GIS的關聯關系，可以有效提高處警效率。例如，在郊區森林防火方面，展示山勢、道路走向，根據系統分析功能，模擬火勢發展及影響面域，從而快速滅火；市中心部分區域，可以分析最近消防警力、消防水源，實現有效滅火，減少社會損失。建立交互式的三維管理調度系統，配合防汛防洪預警系統，實現水利應急管理。制定、修改、維護、更新防汛預案，提供決策支持平臺更加直觀的做好防汛減災工作。

7、軍事培訓演練

在軍事領域，三維GIS技術也得到了廣泛應用。對軍事學而言，建設可靠的三維地形地貌平臺系統至關重要。此外，還可以依據實際需求，構建軍事演練的虛擬現實平臺，方便進行單項演練，同時也支持大型的綜合演練，為作戰機動車和人員配置專業的GPS定位系統，依靠三維GIS技術進行實施跟蹤和定位，確保觀察效果，降低軍事培訓和演練的成本，節約人力物力。

8、三維旅游展示管理

旅游景區擁有獨特且豐富的人文資源、自然風光，將互聯網信息技術和三維GIS技術引入其中，建立多功能互動式旅游服務平臺，將旅游資源特色全面展現出來，除了推介旅游產品、展示景區風貌以外，還能實現品牌效應，使景區的對外形象得到提升。

三、三維GIS技術在我國電力行業中具體分析

三維可視化是一種利用計算機技術，再現三維世界中的物體，并能夠表示三維物體的復雜信息，使其具有實時交互的能力的一種可視化技術，是對現實世界的真實再現[2]。三維可視化技術始于20世紀80年代后期，但由于受到計算機硬件條件（如內存小、速度慢等的限制，該技術的應用受到了一定制約。20世紀90年代中期以后，三維可視化技術才日趨成熟。由于人們對三維信息的需求與日俱增，三維可視化技術方興未艾，已經廣泛應用于社會生活的各個領域。交互的三維可視化在學科與產業中日益成為一個主流技術，它完善了地理信息系統空間分析處理能力并拓展了地理信息的表現形式，而且它是實現地理信息系統與人的交互的窗口和工具，所以三維可視化可以動態地、形象地、多視角地、多層次地描繪地球科學中的客觀現象。

三維可視化的發展，縮短了現實世界和計算機虛擬世界的差距，其對三維現實世界的可視化是以GIS為前提的。三維GIS能以其真實可視化效果生動地再現現實景觀，直觀地表達智能變電站中設備同周圍地理環境在空間上的相互關系，并將各種巡檢信息綜合起來，實現在變電站的統一、規范、精細化管理。

隨著變電站的增加，傳統的以文字加圖片描述對站內設備進行管理的方式由于信息表現的不足，越來越不適應電網建設的需要。例如文字和圖片無法表現變電站內部各種設備的空間位置關系[5]。將三維GIS技術應用到智能變電站巡檢中，采用三維GIS技術對變電站場景進行高仿真建模，從而在系統中真實呈現變電站場景，為業務人員提供設備異常預警、智能巡檢等功能，為變電站的日常運維工作提供支撐。

我們將三維GIS技術應用到智能變電站巡檢中，通過自定義常用巡檢路線，集成設備帳臺數據、歷史缺陷數據、自動化系統監測數據、監控系統視頻監測數據等，結合三維仿真場景的設備空間數據，提供第一人稱、第三人稱漫游方式，在高仿真三維場景中進行自動巡檢，并結合雙屏場景及數據輸出，全方位展示巡檢，最終實現實時遠程巡視。

將三維GIS用于智能變電站巡檢中是建設智能電網的需要，也是經濟社會發展的需要。通過GIS的模擬、虛擬功能，對變電站運行數據進行分析，并對缺陷數據等各種數據進行可視化綜合展示，為變電站的日常運維工作及輔助決策提供有力支撐。

四、目前國內外公司三維GIS的發展遇到的主要問題

隨著計算機科學技術的發展和GIS應用的不斷深入，在很多領域如地質、礦山、環境、海洋、氣象、數字城市等，二維地理信息系統已不能滿足人們的需求，取而代之的是空間的、立體的三維GIS。進入20世紀90年代后，三維可視化與虛擬現實技術的迅猛發展使得建立三維GIS成為可能，而“數字地球”對建立三維GIS也提出了更為迫切的要求。三維GIS不僅能表達空間對象間的平面關系和垂向關系，而且也能對其進行三維空間分析和操作，向用戶立體展現地理空間現象，給人以更真實的感受。

由于三維GIS的復雜性和涉及領域的廣泛性，需要實現真正意義上的三維地理信息可視化，面臨著一些應用方面的需求： 首先是海量數據的存儲和快速處理。由于數據量龐大，海量數據需要分布存儲技術，可以采用云計算的分布式存儲技術保證數據量的可靠性和可用性。云計算可以同時滿足大量用戶的需求，并行地為大量用戶提供服務，并且具有高吞吐率和高傳輸率。

其次是，空間數據模型的合理選擇。由于3D-GIS的應用領域不盡相同，各領域對3D-GIS的功能需求差別甚大，尋找一種適合于所有領域的3D空間數據模型是不現實的，不可能研制出一個通用的3D-GIS系統。各專業領域可以根據其具體的專業需求，選擇適當的數據模型，開發出適合于其需求的專業3D-GIS。

目前國內外三維GIS主要面臨的挑戰。三維GIS的空間數據模型需要滿足以下要求：明確對象的定義語言，幾何變化關系；可以包括多種可視化模型的顯示；具有一定的計算分析能力；形成高效的信息檢索機制；并可與其他模型進行轉換[4]。已有的數據模型主要是從面、體、集成和對象四個方面進行描述和分析。但現在的三維數據模型缺少統一的數據描述模型，無法真正實現現實世界地理實體三維數據模型的高度統一。 目前國內外面臨的挑戰包括：

1、三維數據實時獲取

實現三維GIS表達非常困難，由于三維GIS數據采樣率很低，無法像二維地圖那樣準確的描述，容易出現偏差。同時，三維GIS的屬性對于二維來說并不是線性增長的，且其復雜性使得幾乎無法準確描述。因此，二維的數據模型在三維中是不可用的，三維數據實時獲取尤為關鍵。

2、海量數據存儲與分析

三維數據量相比二維數據量更是指數級的增長，快速處理海量數據是一個巨大的問題。除提升硬件性能外，更需要高效的數據模型和高并行多線程處理和分析技術。

3、三維GIS數據模型

空間數據庫是GIS的基石與核心，三維亦如此。而要建立三維空間數據庫，必須首先建立準確的空間數據模型，否則根本無法實現三維GIS的客觀描述

4、智能決策是GIS的高級應用，在二維中以顯示其能力的不足，目前仍很難實現，只能做一些簡單的數據庫操作，無法實現智能決策。在三維GIS中，同樣面臨著這個問題

五、三維GIS的發展前景

隨著計算機科學技術的發展和GIS應用的不斷深入，在很多領域如地質、礦山、環境、海洋、氣象、數字城市等，二維地理信息系統已不能滿足人們的需求，取而代之的是空間的、立體的三維GIS。進入20世紀90年代后，三維可視化與虛擬現實技術的迅猛發展使得建立三維GIS成為可能，而“數字地球”對建立三維GIS也提出了更為迫切的要求。三維GIS不僅能表達空間對象間的平面關系和垂向關系，而且也能對其進行三維空間分析和操作，向用戶立體展現地理空間現象，給人以更真實的感受。

由于三維GIS的復雜性和涉及領域的廣泛性，需要實現真正意義上的三維地理信息可視化，面臨著一些應用方面的需求。例如海量數據的存儲和快速處理。由于數據量龐大，海量數據需要分布存儲技術，可以采用云計算的分布式存儲技術保證數據量的可靠性和可用性。云計算可以同時滿足大量用戶的需求，并行地為大量用戶提供服務，并且具有高吞吐率和高傳輸率。

隨著3D-GIS的發展已經出現了4D-GIS，即在三維的基礎上增加了時間維。如自然災害會造成局部地址條件劇烈變化，需要將時間數據與3D模型相結合，形成時間-空間的4D-GIS。例如地質學家評價某時刻的所有地質條件或某時間段內的平均地質條件，就可以考慮時間數據與3D模型的結合，形成4D的空間-時間GIS模型。

另一方面，隨著網絡技術的發展，3D-GIS不僅局限于單機，而更多的應用于網絡，使得更多的用戶通過Internet突破空間限制，共享地球空間的各種信息。

三維GIS優勢在于對空間信息更加形象生動的表現形式，其目的是使用戶更容易完成對空間信息的認知。三維GIS涉及到很多支撐技術和研究領域，重點在于空間數據的分析處理。目前準三維平臺一樣在發揮強大的作用，支持專業的應用。三維GIS開始向空間決策支持系統方向發展，對智慧城市中的主動聚焦決策服務提供強大的技術支持。

六、結束語

總之，隨著科學技術的發展，三維GIS技術一定不會僅僅滿足于目前的現狀，在圖像的生動以及在圖像的效果上肯定是有更大的追求，因此隨著人們對于地質了解的需求越來越高，那么三維GIS技術無疑是會得到更快的發展。

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