计算机仿真技术在建筑工程设计中的应用研究

摘  要：在建筑行业快速发展的背景下，对于建筑设计行业的要求也发生了变化，以往的设计工作模式已经难以满足建筑行业的发展需求。为了顺应建筑设计领域的发展趋势，需要适时地将计算机技术融入到设计工作当中。将计算机仿真技术运用到建筑设计工作中，可以促进工作模式的优化，保证设计工作的质量与效率，使建筑设计工作能够呈现出新的设计形式，融入新的设计理念，推动建筑设计行业的良好发展。

关键词：计算机仿真技术;建筑工程设计;三维仿真技术

中图分类号：TU204   文献标识码：A

0引言

在当前阶段，建筑行业的发展迎来了新的机遇和挑战，对于建筑设计工作的要求逐渐提高。为了应对新时期建筑设计工作的需求，将计算机仿真技术融入到建筑设计工作中，不仅可以实现建筑结构的模拟，还能够对建筑整体环境进行模拟展现。人们可以通过观察虚拟模型审视建筑结构，进而对建筑设计方案进行优化，这样可以进一步提升建筑设计工作整体水平。为了在建筑工程设计中合理运用计算机仿真技术，需要正确掌握这项技术的技术优势与特征，使计算机仿真技术在建筑工程设计工作中发挥出积极作用。

1计算机仿真技术的重要性

在社会经济快速发展的背景下，建筑行业迎来了新的发展机遇。随着建筑业的不断发展，对于建筑设计工作提出了新的要求，原来的建筑设计方法较为陈旧，难以迎合现代建筑行业的发展需求。因此计算机仿真技术的运用成为了建筑设计工作提升工作质量和工作效率的重要方式。計算机仿真技术是运用数字系统和物理模型将各类自然因素上传至计算机系统当中，随后运用计算机系统将各类信息进行整合分析，借助计算机科学技术进行虚拟环境的构建，使人们在虚拟环境观察建筑结构，对建筑效果进行多方位的审视。

计算机仿真技术应用于建筑工程设计工作中能够带来较多的优势，不仅在经济性和安全性方面拥有较大的优越性，还能够促进建筑工程设计工作的完善，使建筑项目设计规划更加具有可行性，降低了建筑项目施工成本和风险。人们可以利用计算机仿真技术构建出的虚拟环境来分析建筑设计工作的总体质量，随后对不合理的地方进行优化改进，促进整体设计工作水平的提高。这样一来，整个设计规划都具有科学性与合理性，更加有利于保障建筑项目施工工作的有序推进。通过完善建筑工程设计工作，对工程质量的提高以及施工周期的缩短都具有重要意义。

2计算机仿真技术的应用特征

在当前阶段，各类科学技术都得到了迅猛的发展，计算机技术也被广泛运用于各个领域当中。为了促进建筑工程设计水平的提高，计算机仿真技术得到了广泛地运用。在建筑工程设计工作中，运用计算机仿真技术可以借助仿真系统的三维化特性展现出强大的技术优势，拥有着广泛的应用前景。与此同时，建筑漫游的虚拟环境中对于环境设计提出了新的要求。在以往传统的建筑工程设计工作当中，设计人员通常会根据以往的工作经验对施工方法、施工流程进行规划。这样的工作方式虽然具有一定的可行性，但是也存在较大的风险，因为凭借经验进行建筑工程设计工作，通常会因为人为因素造成施工质量的偏差。并且在经验指导下进行的建筑工程施工，通常会存在各类施工问题，严重影响了施工进度的有序推进，并且难以保障整体施工质量与施工水平[1]。除此之外，在建筑风格设计方面也会呈现出普遍性和一致性，不能够有效实现建筑风格设计的优化创新。而且由于设计人员个人素质、工作经验存在一定的差别，所以在建筑成本、能源消耗方面的意识也有所不同，难以保障建筑设计工作中成本和消耗等问题的有效控制。面对这样的情况，建筑工程设计人员需要运用先进的科学技术改善当前的工作模式，为工作质量与工作效率给予可靠保障。

在建筑设计工作当中合理地引用计算机仿真技术，可以使整个设计工作更加完美，弥补以往工作过程存在的缺陷。并且计算机仿真技术具备了较高的仿真性和交互性，所以在设计工作中能够建立建筑物的三维模型，设计人员可以通过建筑模型展开可视化分析，全方位审视建筑结构。通过不同的角度分析施工建设工作可能存在的问题，随后根据实际情况对当前的建筑设计工作进行优化完善，促进整体建筑设计方案的科学性与可行性。例如在计算机仿真技术中营造出的建筑工程三维模型，可以使人们对各个构件的实际操作过程的关系与位置进行全面地了解，进而得出相应的施工安全控制参数。如此一来，建筑工程施工之前可以对整体施工规划拥有准确的了解，为建筑工程的顺利推进提供良好条件。

由于计算机仿真技术是一项面向实际并且具有较强应用性的综合性技术学科，因此将其运用于工程领域当中，通常会展现出以下几个特点：第一，经济性。由于建筑工程通常会涉及到较大的规模，并且在资金方面消耗较多，运用计算机仿真技术可以对施工建设工程未来的发展进行模拟呈现，便于人们对整体规划进行多方位的审视。并且相关设备可以重复使用，可以使得建筑工程设计人员进行反复的模拟实验，进而促进整个设计工作水平的提高。整个过程不会造成过多的资金消耗，在某种程度上实现了成本控制的目的。第二，隔离性。在实际建筑工程施工过程中，某项因素往往会造成连环性问题，使用计算机仿真技术可以在模拟建筑模型的过程中不会受到外界其他因素的影响。在一个限制性假设的环境下可以对整个设计方案进行有效的研究。第三，安全性与可控性。某些系统和施工在完成设计工作之后，直接进行实验通常会具有较大的风险。而运用计算机仿真技术，可以通过虚拟场景了解试验结果，降低了整个操作过程的危险程度。第四，快捷性。运用计算机仿真技术可以快速对整个设计方案与设计结构进行三维模型呈现，便于人们及时了解整个工作的优缺点，促进了整体工作效率的提升。第五，可预测性。由于建筑工程完成设计工作之后，会根据设计方案进行相应的施工操作。而施工操作过程中，可能会因为某项因素影响整个施工过程的推进。运用计算机仿真技术可以对未来可能发生的情况进行推断预测，并且制定有效地应对措施。

3计算机仿真技术在建筑设计中的局限性与适用性

在当前阶段，计算机仿真技术被广泛应用于建筑设计工作当中，但是在实际情况下，计算机仿真技术建筑设计过程中存在一定的适用性与局限性。计算机仿真技术在建立虚拟环境的时候，需要向系统中输入详细的环境数据信息才可以完成数字模型的构建，在设计过程中需要遵循真实的三维场景要求对整个建筑结构进行展现。以往的设计工作主要采用透视设计图，这样的方式难以详细展现材质和结构细节，通常会造成设计方案与实际成果存在一定的差距。运用计算机仿真技术可以将真实结果进行展现，让人们获得更加全面、准确的信息。在发现问题之后只需要对计算机系数进行相应的修改，其他方面也会根据系数的变动做出改动。这样可以有效促进设计方案完成速度的提高，保障方案设计和修正的效果[2]。

但是在实际情况下，建筑设计运用计算机仿真技术时仍然存在局限。这是因为计算机仿真技术难以将一些系数进行真实的展现，例如太阳辐射、人工照明、温度等技术参数。而这些技术参数通常会与建筑设计工作具有重要的影响，通常会决定建筑设计合理性。由于这种情况的出现，使计算机仿真技术与真实体验仍然保持一定的差距，计算机仿真技术也难以对一些结构复杂的建筑设计模型进行全方位的展现。并且对现有建筑进行重新设计的时候需要运用不同的技术来完成虚拟重建，例如三维扫描的重建或者二维图像贴图建模等方式。由于以上情况的存在，使计算机仿真技术在建筑工程设计过程中存着一定的局限。

4计算机仿真技术在建筑设计的具体应用

4.1实时交互技术的应用

Multigen实时交互艺术作为一种视景仿真技术，能够实现视景的模拟展现。在当前阶段，这项技术主要被应用于游戏场景构建的过程中。鉴于Multigen实时交互艺术能够模拟出三维数据库，并且具有高效、功能强大的技术优势，所以在建筑设计和优化交互过程中使用这项技术可以有效促进工作质量的提升。Multigen实时交互艺术的应用可以使建筑设计工作实现建筑模型的构建，例如建筑周边环境的路灯、树木、草地、花丛等场景的呈现都可以借助这项仿真技术。例如在构建树木场景模型的过程中，需要对树木的整体轮廓进行详细地描绘，使用UV坐标和纹理投影的方式进行树木图案的映射。模型不仅可以在色彩、形状进行较高的还原，还能够运用光影效果使整个模型的画面在视觉上具有较高的真实性。

4.2三维仿真技术的应用

三维仿真技术是较为常用的技术手段，融合了多种新兴科技。由于三维仿真技术对周边环境信息进行多种感知，能够为建筑设计工作带来便利。在仿真環境当中可以运用生物建模、贴图烘焙技术等进行建筑物三维模型的构建。并且这项技术还拥有较强的想象力以及交互性，可以运用模型为人们带来较为真实地感受，便于对建筑设计工作进行优化改进。在三维系统的仿真过程中模拟环境会受到不同元素的影响，因此在进行三维仿真过程时需要先制定完善的建筑设计方案，对整个方案进行全方位的审视与纠正，确定方案的可行性。随后运用现代化技术进行分镜头脚本概念图的设计，运用卫星定位系统确定建筑设计位置，通过计算机仿真技术进行三维模型的构建，最后进行导出并给出构图音效设置[3]。以体育场建筑为例，为使体育场视景可以全方位呈现出来，需要设计人员模拟出不同角度的体育场建筑视景，呈现出体育场的立体空间，并且在构模拟建筑物不同角度的时候需要保障各个角度的灵活切换，给予人们更加真实的视觉体验。为了达到这样的工作效果，设计人员可以使用CAD制图软件或者3DS Max技术软件进行建筑环境的模拟。使用CAD软件绘制体育场建筑的二维平面图，将二维平面图导入至3DS Max技术软件内，展现出建筑物三维立体模型的构建。由于仿真技术能够为人们带来真实的视觉效果，所以三维设计模型能够与现实场景具有较高的接近度，人们可以通过三维设计模型来掌握真实的设计效果。

4.3 3DS Max 虚拟仿真技术的应用

在当前阶段，3DS Max 虚拟仿真技术已经被广泛运用与建筑设计工作当中，并且凭借互动性和直观性的技术优点构建出较为真实的虚拟环境。3DS Max 虚拟仿真技术在建筑设计工作中的运用主要是进行建筑周围环境的构建，具有卓越的渲染作用，使虚拟场景更加真实。例如运用3DS Max 虚拟仿真技术对古代宅院场景构建的过程中，可以依据古代画作中宅院场景的风格进行虚拟环境的构建，并且运用动态场景带来较为真实的视觉享受。在古代宅院细腻环境的构建过程当中，人们可以借助仿真技术来感受古代庭院的雅致，突破空间的限制接触古代庭院景致，给予更加逼真的感官体验，仿佛置身于真实的古代庭院场景当中，更好的领略古代豪宅大院繁盛时期的风采。在仿真技术的支持下，人们可以通过欣赏动画来进行肢体语言交流，对画面镜像进行科学有效地控制，促进人与场景的交换体验。这样一来，建筑设计人员能够更加详细地掌握建筑设计效果，对当前的设计方案进行合理的改进，使整个建筑设计方案日趋完善。合理运用3DS Max 虚拟仿真技术不仅可以提高工作效率和质量，还能够为建筑设计工作的发展带来良好的推进作用。

5结语

在建筑工程设计工作中运用计算机仿真技术可以有效降低传统设计工作的复杂程度，并且带来了新的设计形式，促进了设计工作模式的优化。建筑设计人员在应用计算机仿真技术的时候需要积极转变设计理念，优化思维方式，将计算机仿真技术的优势发挥出来，促进建筑设计工作质量与效率的提升，更好地满足现代化建筑设计的个性化要求。

参考文献

[1]官庆文.基于BIM和虚拟现实技术的建筑工程设计优化[J].住宅与房地产，2021（5）：106-107.

[2]雷显臻.计算机技术在建筑工程设计中的应用研究[J].江西建材，2021（3）：96-97.

[3]荀欢欢.基于虚拟仿真技术的外国建筑史教学探索研究[J].建筑与文化，2020（7）：203-204.

收稿日期：2021-08-03

作者简介：王怿（1982—），男，北京人，本科，工程师，研究方向：计算机与信息化。