建筑消防技术虚拟仿真范文

导语：如何才能写好一篇建筑消防技术虚拟仿真，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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【关键词】虚拟现实技术；消防；应用探究

【分类号】TU998.1

现阶段，虚拟现实技术和火灾科学的高效融合引起了不同领域的关注。虚拟现实技术可以重现火灾场景，直观体现相关火灾信息内容，使人们可以在虚拟世界中直接体验火灾的真实感受，提高其对火灾的认知能力，并加大防范意识。

1浅析虚拟现实技术

虚拟现实技术主要通过计算机营造真实的环境氛围，是一项综合性极强的集成技术，集先进的计算机技术、传感技术与测量技术、微电子技术、仿真技术为一体，在军事领域、航空领域、旅游领域以及建筑领域等不同领域内得到了全面应用。

1.1虚拟现实技术的实际意义

虚拟现实技术的实际意义在于：营造相对自由化的计算机平台，使人们可以在这一平台上展开自由的沟通交流。参与人员在这一虚拟世界中，可以充分利用立体眼镜和传感手套等系列的传感辅助配置，展开相应的探索活动，将相关对象进行适当的移动，最大程度的实现三维现实化。参与人员利用这些传感设备，可以将自身的运动方式自然的传递向计算机，同时可以在虚拟三维世界中感知相关的视觉、听觉以及触觉。

2虚拟现实技术特征分析

在消防工作开展的过程中，往往需要配备价格昂贵且损耗速度极快的专勤器材。而虚拟现实技术的应用，可以重现真实场景或构建虚构的场景，有效节约资源设备，使消防战士身临其境，通过火灾再现技术锻炼自身的心理素质，推动了消防工作理念以及工作方式的创新发展。

2.1综合数据库技术

所有信息系统得以实现的根本在于数据库技术。数据库技术可以构建人机交互的消防模拟仿真体系，其知识库内容丰富全面，包括常规性|的消防资源数据库、环境信息库以及模拟训练的技术数据库等；在实际消防演练过程中，会实时提供多元化结构信息内容，进一步提高虚拟现实消防教学任务的高效性。

2.2三维建模工具

三维交互建模工具和3DS MAX等三维建模工具的功能特征相似，基于Windows平台对场景展开创建、浏览与编辑。其不同特征在于将形状控制、行为等参数应用在场景中；开发人员可以利用编程技术对这部分参数展开合理控制，可以利用相应参数信息文件来提高场景的逼真性。

2.3三维实时交互与视景管理软件

三维实时交互与视景管理软件为用户提供了较大便利性，在其开发应用程序时提供全面化的技术支持，又称作“三维引擎”。这一软件可以实现三维数据库的实时化显示，提供相对自由的平台，使用户可以针对不同参数的APL接口、图像、声音展开控制。

2.4分布式交互仿真平台

虚拟现实技术与仿真技术的高效融合，可以利用计算机中分布式交互仿真平台进一步实现，使得分布式虚拟仿真体系得以构建。其中，VP―Link的功能内容可以提供强大的程序员界面，结合专家专业的技术支持，构建完善的风险防御机制，避免资金出现不必要的耗费，提高开发质量与开发效率，在维护现有的仿真软件与新一代的仿真软件方面发挥着高效作用。

2.5开发模型驱动的应用程序

结合典型火灾场景制定科学的火灾预案，利用用户程序实现虚拟现实环境中景物的真实性，并结合三维数据库技术展开控制管理，通过三维引擎实现交互过程、用户界面、评价系统的设计工作。

3虚拟现实技术在消防领域内的应用探究

随着科学技术的飞速发展，虚拟现实技术的功能特征在不同领域都得到了广泛应用。其中，在消防领域内的应用显得格外重要。要求相关消防单位重视对虚拟现实技术的应用，培养高素质的消防专业人才。

3.1制定科学合理的灭火救援预案

虚拟现实技术可以具体结合消防人员提供的数据资料，构建完善的消防救援知识体系，实时模拟重现火灾现场。有利于加大对消防人员的培训力度，为消防过程中的指挥、决策工作提供技术支持。此外，虚拟现实技术可以直观展现消防救援预案的演练内容，并展开科学合理的评价；能够具体结合某一建筑物结构特征，制定符合实际的数字化消防救援预案措施，消防人员可以实时在虚拟仿真环境因素下展开相关的演练工作。

这一演练模式的高效应用，很大程度上避免了环境污染，稳定了社会正常秩序，在锻炼消防人员心理素质的同时，保证了消防人员的人身安全。虚拟现实技术的可重复性特征较为明显，能够重复再现不同的火灾场景；这一过程不需要耗费资源，可以以三维数据库为基础，定期组织用户进行救人、灭火等工作，使消防人员可以全面掌握消防预案。

3.2加大对消防队伍的培训力度

现阶段，我国消防部队方面为锻炼消防人员的整体适应能力，开始采用多元化的训练方式。构建大型模拟训练基地以及体能、毒害品、烟热等训练室，对消防人员展开整体性的模拟训练。尽管在火灾模拟演练过程中，强调以实战需求为基础展开训练。但是，从消防人员的角度来讲，过于程序化的演练模式难以锻炼其强大的心理素质，使得火灾演练现场与真实火灾现场之间的差距逐渐拉大，降低了虚拟现实技术应用在消防领域内的高效性。

美国研制开发了相关安防训练系统，结合分布式虚拟现实技术，研发出消防人员模拟演练的软件，使不同地区的用户可以随时进入到虚拟现实环境中，互相配合完成火灾中的救援、疏散工作，实现综合性的体能、技能训练，加强虚拟现实技术的仿真性。

另一方面，虚拟现实技术能够结合不同作战要求，利用场景模拟技术，实时呈现三维动态场景。以三维数据库为基础，对火灾模拟现场中的参数加以调整，实现虚拟环境中听感、触感、视觉的真实性。严格遵循消防预案中的指挥流程，通过数字形式将作战任务及时反映到消防人员脑中，有序的完成火灾救援工作。

在训练过程中，虚拟现实技术与传统消防训练的高效融合，可以建立不同的训练强度，考虑到消防人员的真实能力与接受程度，设置不同的训练难度。此外，还可以展开部分传统消防训练中无法进行的毒害、危险性的消防训练活动，使消防人员可以充分挖掘自身的身体极限，不断提高应对不同火灾、突发状况的实战经验，培养自身的应变水平，从而最大程度的降低火灾为社会安全带来的危害。

3.3构建建筑消防安全评价体系

现阶段，消防单位针对建筑防火设计的审核、验收工作过于单一化，缺乏严谨性强的消防监管力度。过低的消防工作质量，容易造成火灾安全隐患。虚拟现实技术的应用可以增强消防监管工作的科学合理性，利用科学技术将其中存在的不足之处进行直观的展现。加强建筑物内部消防通道位置的合理性，增强自动灭火系统的灭火能力，通过三维场景的实时展现，增强虚拟现实技术在消防领域内应用的实效性。

结合虚拟现实技术的真实模拟性，使用户可以身临其境，对火灾产生真实感受。同时结合多媒体手段对群众普及火灾隐患、消防常识以及逃生方式，在示范讲解与模拟演练的过程中，增强群众对火灾的防范意识，全面了解消防知识，增强自身的火灾逃生能力。

4总结

总体来说，虚拟现实技术的发展前景较为美好。虚拟现实技术在消防领域内的高效应用，很大程度上促进了消防队伍中仿真技术的发展进程；不断丰富消防模拟训练内容，积极辅助消防工作，提供正确决策。要求不断克服虚拟现实技术的技术难点，提高消防人员在火灾现场的安全系数，构建全面的城市三维模拟体系，推动消防安全系统以及防范体系的变革进程，最大程度保证国家财产安全与人民群众的人身安全，促进虚拟现实技术的可持续发展。

【参考文献】

[1] 郭兴红.城市新型消防技术的发展研究[J].卷宗，2013，（3）：93.

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关键词：系统仿真设计

一、系统仿真技术

所谓仿真就是建立系统的模型（数学模型、物理效应模型或数学-物理效应模型），并在模型上进行实验和研究一个存在的或设计中的系统。这里的系统包括技术系统，如土木、机械、电子、水力、声学、热学等，也包括社会、经济、生态、生物和管理系统等非技术系统。仿真技术的实质也就是进行建模、实验。现代仿真技术的发展是与控制工程、系统工程及计算机技术的发展密切相关联的。控制工程和系统工程的发展促进了仿真技术的广泛应用，而计算机出现及计算技术的迅猛发展，则为仿真提供了强有力的手段和工具。因此，计算机仿真在仿真中占有越来越重要的地位。

仿真技术得以发展的主要原因是它带来了重大的社会和经济效益。系统仿真的应用大致可分为：对已有系统进行分析时采用仿真技术；对尚未有的系统进行设计时采用仿真技术；在系统运行时，利用仿真模型作为观测器，给用户提供有关系统过去的、现在的、甚至是未来的信息，以便用户实时作出正确的决策；

在系统运行前，利用仿真模型作为预测器，向用户提供系统运行起来后，可能产生什么现象，以便用户修订计划或决策；利用仿真模型作为训练器，训练系统操纵人员或管理人员。在工程领域仿真技术可以降低系统的研制成本，可以提高系统实验、调试和训练过程的安全。

一般认为，建立模型是仿真的第一步，也是十分重要的一步。传统仿真技术中，一个仿真系统要首先建立起系统的数学模型--一次仿真模型，然后再改写成适合计算机处理的形式-仿真模型。仿真模型可以说是系统二次近似模型。建立起仿真模型后，才能书写相应的程序。

仿真基本上是一种通过实验来求解的技术。通过仿真实验要了解系统中各变量之间的关系，要观察系统模型变量变化的全过程，此外，为了对仿真模型进行深入研究和结果优化，还必须进行多次运行，系统优化等工作，因此，良好的人机交互性是系统仿真的一个重要特性。

二、虚拟现实技术

虚拟现实技术是二十世纪末才兴起的一门崭新的综合性信息技术，是由计算机硬件、软件以及各种传感器构成的三维信息的人工环境--虚拟环境，用户投入这种环境中，就可与之交互作用、相互影响。它融合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感器技术等多个信息技术分支，从而也大大推进了计算机技术的发展。目前，虚拟现实技术已在建筑、教育培训、医疗、军事模拟、科学和金融可视化等方面获得了应用，渐已成为21世纪广泛应用的一种新技术。

虚拟现实是高度发展的计算机技术在各种领域的应用过程中的结晶和反映，它具有以下主要特征：

（1）依托学科的高度综合化；

（2）人的临场化；

（3）系统或环境的大规模集成化；

（4）数据表示的多样化和标准化，数据存储的大容量、数据传输的高速化与数据处理的分布式和并行化。正是这些特征，使操作者沉浸其中，并通过多种媒体对感官的刺激，对所需解决的问题有了清晰和直观的认识，从而，也使模型的建立和验证更加方便。

三、系统仿真技术与虚拟现实技术的结合

传统的系统仿真技术很少研究人的感知模型的仿真，因而无法模拟人对外界环境的感知(听觉、视觉、触觉)随着多媒体技术、计算机动画、传感技术的发展，计算机模拟外界环境对人的感官刺激开始成为可能。事实证明，人类对于图像、声音等感官信息的理解能力远远大于数字和文字等抽象信息的理解能力。将仿真技术与虚拟现实技术相结合，利用虚拟现实技术进行仿真模型的建立和实验的模拟，使仿真的过程和结果可以实现图象化、可视化，使仿真的系统具有了三维、实时交互、属性提取等特征，极大地促进了仿真技术的发展，同时也使虚拟现实技术更加具有生命力。

四、仿真与虚拟现实技术在结构工程中的应用

仿真与虚拟现实技术近年来在机械、电子、水利、社会、经济、生态、生物等各个领域都得到了广泛的应用。

在结构工程中，仿真与虚拟现实技术已经应用于如下几个方面：

1．在工程结构分析中的应用

工程结构在各种荷载作用下的反应，其破坏特征和极限承载力是人们所关心的。当结构形式特殊，荷载及材料特性复杂时，人们往往求助于模型试验来测定其受力性能，但模型试验往往受到场地和设备的限制，只能做小比例模型试验，难以完全反映结构的实际情况。若用仿真与虚拟现实技术，则可以进行足尺寸的试验，还可以很方便地修改参数。此外，有些结构难于进行直接试验，用计算机模拟仿真就更能体现出优越性，如建筑物及构筑物在地震作用下的倒塌分析，桥梁受到汽车高速碰撞的检验试验等只有采用仿真与虚拟现实技术，分析才能大量进行。又如在高速荷载作用下，结构反应很快，人们在真实试验中只能观察到最终结果，而不能观察试验的全过程。如果采用计算机模拟仿真试验，则可观察其破坏的全过程，便于破坏机理的研究。对于长期的徐变过程则可在模拟中加快其变化过程，让人们清楚地看到其过程。在运用传统的有限元法进行结构分析时，结构应力的结果通常采用内力图等力线的形式描绘出来，给人以直观的印象。利用仿真与虚拟现实技术则可以通过颜色的深浅给出三维物体中各点力的大小，用不同颜色表示出不同的等力面；也可以任意变换角度，从任何点去观察。还可以利用VR的交互性能，实时修改各种数据，以便对各种方案及结果进行比较。这样就使工程师的思维更加形象化，概念更易于理解。

2．在岩土工程中的应用

岩土工程处于地下，往往难于直接观察，而仿真与虚拟现实技术则可把内部过程展现出来，有很大实用价值。例如，地下工程开挖经常会塌方冒项。根据地质勘察，我们可以知道断层、裂隙和节理的走向密度，通过小型试验，可以确定岩体本身的力学性能及岩体夹层界面的力学特性、强度条件，并存入计算机中。

在数值模型中，除了有限元方法外，还可采用分离单元。分离单元在平衡状态下的性能与有限元相仿，而当它失去平衡时，则在外力和重力作用下产生运动直到获得新的平衡为止。分析地下工程的围岩结构，边坡稳定等问题时，可以把节理断层划分为许多离散单元。这一过程可以在显示器和大型屏幕上显示出来，最终可以看到塌方的区域及范围，这就为支护设计提供了可靠依据。

3.防灾工程中的应用

长期以来，人类一直与洪水、火灾、地震等自然灾害进行着坚持不懈的斗争。由于自然灾害的原型重复实验几乎是不可能的，因而仿真与虚拟现实技术在这一领域的应用就更有意义。目前已有不少抗灾、防灾的模拟仿真系统制作成功，例如洪水泛滥淹没区的洪水发展过程演示系统。该系统预先存储了泛滥区的地形地貌和地物，有高程数据可确定等高线，只要输入洪水标准(如百年一遇的洪水)及预定河堤决口位置，计算机就可根据水量、流速区域面积及高程数据算出不同时刻的淹没地区，并在显示器和大型屏幕上显示出来。人们从屏幕上可以看到水势从低处向高处逐渐淹没的过程，这样对防洪规划以及遭遇洪水时指导人员疏散是很有作用的。又如在火灾方面，对森林火灾的蔓延，建筑物中火灾的传播均已开发出相应的模拟仿真系统，这对消防工程起到了很好的指导作用。

4．在模拟施工过程中的应用

建筑施工是复杂的大型的动态系统，它通常包括立模、架设钢筋、浇注、振捣、拆模、养护等多道工序，而这些工序中涉及的因素繁多，其间关系复杂，直接影响着混凝土浇筑的进程。模拟施工过程是为了通过仿真手段，去发现实际施工中存在的问题或可能出现的问题，这就需要对实际施工进行仿真。而目前施工过程的模拟只是从几何形体方面模拟施工的过程，即按楼层关系由下而上，每一层按柱、梁、板的几何形状加以着色来实现对施工过程的模拟。现有的模拟只是对进度计划起到了一定作用，并没有对施工过程起到真正的作用。基于以上原因，需对施工过程建立合适的模型，以达到模拟仿真的效果。例如，大型水利枢纽混凝土在运输浇筑系统的模拟仿真模型，是由运输子系统和浇注子系统构成的，模型是按进程交互的仿真策略建立的，按这种条件建立的模型能与仿真程序间保持紧密的对应关系，程序所要模仿的行为比较直观、清晰。程序流程直接与模型结构和系统状态相对应。

另外，仿真与虚拟现实技术在结构工程领域内，还可应用在建筑系统工程管理、建筑信息管理、建筑物及构筑物的空气流场、空气品质分析等方面。

我国是一个发展中国家，有着大量繁重的基本建设任务，特别是在十五计划纲要中，提出进一步加强水利交通、能源等基础设施建设和西部大开发战略。这一大好形势，为结构工程高新技术的信息化和集成化，为结构工程学科及相关学科的发展提供了良好的机遇。仿真与虚拟现实技术作为结构工程高新技术之一，开创了结构工程学科的新纪元，其技术潜力巨大、应用前景十分广阔。

参考文献

（1）汪成为、高文、王行仁.灵境(虚拟现实)技术的理论、实现及其应用.清华大学出版社，1997

（2）陈清来.建筑结构的现代设计设计思想和发展.工程设计CAD及自动化，1996年，（4）

（3）张跃、张丛哲。土木工程中虚拟现实技术的发展与展望，计算机世界，1998，（5）D版：1-3.

（4）袁耀明.从可视化到视算一体化.系统仿真学报，1996（5）

（5）张丛哲、张跃.计算机辅助设计(CAD)中虚拟现实技术.计算机世界,1998，（5）D版：5。

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[关键词]：三维实景；虚拟现实；防灾；现代化；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

中图分类号：TU243文献标识码：A文章编号：

众所周知，人类生存的环境是由自然环境和人造环境共同组成的。在科技飞速发展的今天，传统的建筑已经无法满足人们日益增多的需求。如何让我们的生存环境更智能，如何让我们的生存环境更便捷、如何让我们的生存环境更安全成为了越来越多人关心的问题，也是亟待解决的问题。

生活中存在各种各样的灾害，地震、火灾、水灾等无一不威胁着人们的生命财产安全，而水、电、供暖、通风等各种系统也需要智能化的统一管理。所以建设一个三维实景管理平台是十分理想也十分必要的。这个系统能够在办公大楼建筑施工阶段就能针对建筑进行三维虚拟现实展示，在办公大楼建筑运营阶段能够建立系统基础数据库以便对建筑各种软环境进行智能统一管理并在灾害来临时智能应对将损失降到最低。这不仅能够能够给员工和客户带来更加优化的生活服务，也为大家生活质量的提高和人身财产安全带来有力保障。

1、三维实景管理平台的建设目标

1.1系统基础数据库

建立系统基础数据库。数据库分为三层：第一层是包含办公大楼施工图、建筑图、结构图的基础信息库；第二层是由给水排水工程图、采暖通风工程图、建筑电气施工图等组成的建筑设施信息库；第三层是包括周边建筑群的GIS相关信息在内的各种属性信息库。

系统基础数据库是系统其他功能的基础和保障，在强大的基础数据库支撑下，系统能够实现三维虚拟现实展示、为用户提供智能决策、帮助用户应急指挥等一系列实用功能。

1.2三维虚拟现实展示系统

在建筑建设初期，建立三维虚拟现实展示系统，便于设计、建造、施工等各方面的沟通。

系统运用虚拟现实技术，将建筑图纸收录到数据库中，用户可以运用鼠标、键盘直观对即将建成的建筑进行三维漫游观察，仿佛身临其境。

通过该系统可以把未成形的建筑变成电脑里可观可感的虚拟建筑，使用户只需凭借鼠标、键盘的简单操作就能及时发现可能存在的问题和隐患并及时解决。

在操作界面中，用户可以放大细部、改变视角、切换空间、三维漫游，可以统观全景也可查看局部，该系统能够最大程度地满足用户精确、细致、美观的要求。

特别值得一提的是该系统提供自动演示功能，即使用户不进行任何操作，系统也会自动带领用户进行三维漫游，方便快捷。

同时由于数据库中包含了给水排水工程图、采暖通风工程图、建筑电气施工图等建筑设施图纸，用户在三维漫游时，也可以很方便地查看相关设施并及时发现有待完善之处从而及时沟通修正。

1.3多系统结合

系统具备预留开发接口，可以与监控系统、物业管理系统等系统相结合。由于系统具有三维可视化漫游的优势，传统那种平面、抽象、复杂的监控系统和物业管理系统等建筑控制系统就可以通过与其结合产生质的飞跃，让管理者能够更直观更准确地进行监控，从而提高工作效率和质量，切实保证办公大楼的安全。

1. 4功能强大的扩展应用

在完备的基础数据库和三维实景的基础上，开发出应急预案模拟系统、新进职员培训系统、维修管理系统等功能更具体更强大、市场更广阔的子系统是本系统的后期开发目标。

应急预案模拟系统

应急预案模拟系统可以模拟面对突发事件如重特大事故、环境公害及人为破坏的应急管理、指挥、救援计划等。它建立在三维可视化平台上。其几大重要子系统为：完善的应急组织管理指挥系统；强有力的应急工程救援保障体系；综合协调、应对自如的相互支持系统；充分备灾的保障供应体系；体现综合救援的应急队伍等。

新进职员培训系统

该系统能够十分生动地向新进职员展示大楼的结构、办公设施、应急通道、周边信息、工作范围等一系列复杂的信息，同时根据职员的不同部门进行不同侧重点的展示，让新进职员能够最快地熟悉环境以便进入好的工作状态。

维修管理系统

建筑物维修管理系统是在三维实景管理平台系统的基础上，针对维修管理的特殊需求开发出的拓展功能系统，该系统同样以三维可视化建筑模型为平台，对建筑的外部、内部、管网、空调网络等一系列维修进行直观、细致的管理，能够给建筑的维修管理带来极大的方便。

2、项目优势

在建筑初期建立三维虚拟现实展示系统，方便建设、施工方面的沟通，即使发现问题、解决问题；

三维实景展示给用户以极强的临场感，能够有效地调动起观赏者的兴趣、注意力、参与度，帮助管理者对建筑进行全方位控制；

将办公大楼相关信息（施工图、建筑图、结构图的基础信息库，各种通风、供排水路、强弱电电路图，周边和建筑群的GIS相关信息，各种属性信息等）收录到强大而全面的数据库中，便于将来对根据新的要求对建筑进行升级；

具备二次开发功能，系统可与其他系统（如监控系统、物业管理系统等）相结合，满足用户更多方面的需求；

多种多样的具体应用（如应急预案模拟系统、新进职员培训系统、维修管理系统）让办公大楼真正实现全面智能。

3、项目实施方案

项目分两步完成：

当期： 1、建立三维虚拟现实展示系统，方便建设、施工方面的沟通；

2、建立系统基础数据库（施工图、建筑图、结构图的基础信息库，各种通风、供排水路、强弱电电路图，周边和建筑群的GIS相关信息，各种属性信息）；

未来： 1、和监控系统相结合、物业管理系统相结合、具备相关开发接口

2、开发各种扩展应用（应急预案模拟系统、新进职员培训系统、维修管理系统）

4、项目应用举例

虚拟环境下的人员搜救和应急指挥

在火灾发生时，根据已有数据库和现场状况，可以确定出最佳逃生路线，及时通知楼内人员；同时用已有技术对被困人员进行定位，结合三维实景管理系统让消防人员更直观地了解到被困人员的方位，以便其更迅速更有效地进行搜救工作；此外，对消防人员进行定位，结合系统，可以让救援指挥者更清楚地观察消防员所在位置，以便其做出更科学的指挥。在三维实景管理系统的支持下，我们能够有效地使救援更迅速地进行，为人们的生命财产安全提供有力保障。

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本教学研究项目是通过搭建B/S结构模型平台，在研究如何经济、高效地制作三维村镇模型的方法与步骤方面取得了初步成果，一定程度上提升了浙江省村镇规划信息化水平。

1．1本教学研究项目依托浙江省典型村镇三维仿真规划信息化平台模型，实现美丽乡村仿真场景漫游及规划信息化管理。着重研究在教学研究项目过程中采用的各种纹理建模方面的优化方案，包括纹理建模过程和烘焙过程的优化，以及开发软件平台自身提供的一些优化方案和优化技术。

1．2教学研究项目通过本地或者远程管理界面，对三维村镇规划

信息化平台场景中的个体信息进行交互，做到规划信息数据实时更新。

2．教学研究项目平台的开发流程

2．1三维场景模型的构建

浙江省美丽乡村三维虚拟现实教学研究项目组织与实施及开发流程的研究。教学研究项目首先是对单个美丽乡村模型场景的创建，通过B/S浏览方式进行整合。(1)教学研究项目的需求分析及相关数据收集与整理。通过课程组成员调查走访，合作单位直接提供等方式获取一手资料，再结合卫星地图，综合创建地形地貌。大量的建设贴图通过单反相机进行实地拍摄。(2)CAD总平面图的处理。通过测绘部门或者乡村相关职能部门获取的乡村CAD总图信息量大，对模型创建来说需要精简，然后导入3dsMAX软件进行场景模型的创建。(3)优化创建的模型，通过多种技术手段，精简三维模型面数等信息，确保在平台运行时的流畅。(4)村镇场景模型的烘焙。在目前虚拟现实场景中，通常都是由建筑模型在贴图、灯光等一系列步骤后进行烘焙(在Unity最新的5．0系统中，可实现实时光影，不一定需要烘焙步骤)输出到相关平台，这样能获得的视觉效果更佳。(5)在3DSMAX环境中直接导出并合并场景至相关虚拟仿真平台，可分为两种方式进行，部分静态模型的导出与全部静态模型导出，根据不同需求选择进行。

2．2系统功能的实现

系统功能的设计，包括虚拟现实引擎和相关技术的选择以及在应用中如何提高信息管理水平的研究。(1)创建相机及相机动画，在无人交互操作的时候，可以通过动态相机对美丽乡村进行飞行鸟瞰等预设。(2)虚拟现实场景碰撞属性的设置，默认可以直接把场景中的所有物体设置为碰撞体，减少工作量，但在实践中发现，这样会在一定程度上造成系统运算量大，执行效率较低，影响最终的运行速度。所以一般都是人为设置一个较简单的物体，设置碰撞后，进行隐藏操作。(3)创建特效与周围环境。教学研究项目可根据需求，设置不同季节及不同气候条件下的模拟环境，对表现水景效果、蝴蝶飞舞等特效的制作，动态效果通过3dsMAX进行动作设定，导入到虚拟现实引擎进行后期处理。(4)村镇地图的导航制作。导航图的制作关键是要在3dsMAX平台中进行坐标的定位，确定坐标参数后，在虚拟现实平台中进行相关的参数设定。(5)美丽乡村数据库的创建。平台可以支持的数据库丰富，包括ACCESS、Oracle、SQLServer、MySQL等，虚拟对象与数据库的关联操作和数据库查询功能的实现是平台实现交互的坚实基础。(6)交互功能的实现。平台支持的交互功能众多，可能鼠标事件、距离、键盘等触发调用相应的响应事件，大量的交互功能还涉及到数据库的数据读写，这在本教学研究项目中是一个非常重要的环节。(7)教学研究项目。教学研究项目平台支持生成EXE可执行文件脱离平台环境单独运行，也可以到互联网络中进行网页浏览交互，本教学研究项目最终是通过生成单个的网络版本，通过WEB树形目录，把浙江省的各个村镇的三维虚拟仿真系统合成到大平台中。今后的研究中考虑使用跨平台支持效果更好的Uni-ty3D引擎。

2．3平台特点与特色

本平台采用Photoshop，AutoCAD，3DMAX等图形图像软件结合虚拟现实平成，脚本引擎功能强大，压缩率高，真实感强，沉浸感好，可嵌入音频、flash、视频、图片、网页。(1)平台仿真度高，区别于能流畅实现村镇的三维漫游功能，部分村镇信息查询等功能，满足决策者对美丽乡村规划功能的要求。(2)可以实时把画面用“虚拟相机”进行拍摄出图，能直观、精确、更大范围地展现规划设计方案，有效地提高规划审批决策科学性。(3)该系统作为公共服务平台，可通过二次开发，开放接口，扩展到经济、卫生、交通、应急、消防等领域。

3．教学研究项目平台的经济与社会效益

浙江省村镇共有1500多个，教学研究项目建成后，为浙江省美丽乡村规划信息化水平提升做出明显成效，也为浙江省乡村建筑数字化程度的提升做出重大贡献。研究成果专注于虚拟现实与三维可视化技术在浙江省美丽乡村规划领域中研发和推广，目标是国内领先的村镇虚拟现实技术解决方案。教学研究项目能满足不同数字规划管理领域，不同层次决策者对数字仿真的需求。

4．平台的保障力量

4．1人员保障

教学研究项目分别由高校、企业与政府职能机构等三部分技术力量组成:教学研究项目主持单位高职院校在教学研究项目实施过程中，采集村镇基础数据，利用研究小组学生在暑期社会实践中调查数据、采集可视化资料及到乡村管理部门查询资料，也为教学研究项目的完成打下坚实基础。本科院校为本教学研究项目提供理论支撑，在校的虚拟现实方面的硕士研究生，也参与到教学研究项目中，为教学研究项目提供了技术保障。

4．2资料保障

规划设计院作为合作企业单位，负责提供浙江省典型美丽乡村规划图纸。企业内部有较多的规划专家，可以对教学研究项目进行深度研究。提供一手资料，研究中的浙江省溪口美丽乡村规划方案就由他们提供，为该教学研究项目的顺利进行起到了重要的保障作用。

4．3政策保障

浙江省住房和城乡建设厅科技委村镇建设专业委员会，对教学研究项目的推广提供政策上的扶持，所在的村镇建设专业委员会在教学研究项目研究中还负责对村镇管理者规划信息化方面进行指导。每年都会对浙江省村镇优秀规划方案进行汇编、获奖教学研究项目的收集整理，具有非常丰富的参考资源，对建设系统相关职能部门具有良好的沟通协调能力，便于教学研究项目具体实施过路中的运行与推广。

5．结束语

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【关键词】建筑设计;BIM;优点;应用

一、BIM功能技术的概述

利用BIM技术可以在一个电子模型中存储完整的建筑信息，这种方法被称赞为一种最新的变革。在BIM应用系统中，建筑构件被对象化，数字化的对象通过编码去描述和代表真实的建筑构件。一个对象需要有一系列参数来描述其属性。这个对象的代码必须包含这些参数。参数通常是预先定义好的，或者遵守某些制定好的规则。这些参数信息就构成了建筑的属性。例如，一个墙对象是一个具有墙的所有属性的对象，不仅包括几何尺寸信息如长、宽、高，还包含了墙体材料、保温隔热性能、表面处理、墙体规格、造价等等。而在一般的CAD绘图软件中，墙体是通过两条平行线的二维方式来表达，线条之间没有任何关联。

BIM技术核心是通过在计算机中建立虚拟的建筑工程三维模型，同时利用数字化技术，为这个模型提供完整的、与实际情况一致的建筑工程信息库。该信息库不仅包含描述建筑物构件的几何信息、专业属性及状态信息，还包含了非构件对象（例如空间、运动行为）的状态信息。借助这个富含建筑工程信息的三维模型，建筑工程的信息集成化程度大大提高，不仅可以用于建筑设计，还可以用于结构设计、设备管理、工程量统计、成本计算、物业管理等，可以在整个建筑业中发挥作用，管理建筑生命周期的全部信息。

二、BIM在建筑设计中应用的优点

1、BIM具有良好的协调性：各行业项目信息出现“不兼容”现象。如管道与结构冲突，各个房间出现冷热不均，预留的洞口没留或尺寸不对等情况。使用有效BIM协调流程进行协调综合，减少不合理变更方案或问题变更方案3D画面的模拟能效、紧急疏散、日照、热能传导等的模拟。

2、BIM通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息：三维几何形状信息和非几何形状信息，如建筑构件的材料、重量、价格、进度和施工等等集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据。为设计师、建筑师、水电暖铺设工程师、开发商乃至最终用户等各环节人员提供“模拟和分析”模型三维的立体实物图形可视，项目设计、建造、运营等整个建设过程可视方便进行更好的沟通、讨论与决策。

3、对地震人员逃生及消防人员疏散等日常紧急情况的处理方式的模拟。并有良好的优化性，BIM及与其配套的各种优化工具能对项目进行可能的优化处理利用模型提供的各种信息来优化，如几何、物理、规则、建筑物变化以后的各种情况信息给复杂程度高的建筑优化。建筑设计图+经过碰撞检查和设计修改=综合设计施工图如综合管线图、综合结构留洞图、碰撞检查侦错报告和建议改进方案等实用的施工图纸。BIM提供工程全部信息，将项目各阶段主要参与方都集中，做出项目空间三维复杂形态的表达。虚拟建筑样机，提供建筑物精确的空间关系和数据，与其他3D建模不同。根据3D模型自动生成和更新各种图形和文档，自动协调更改关联变更相应的信息来进行信息共享。当建筑工程中设计对象数据修改时，另外设计该对象会自动进行更新来实现数字化设计和高效化设计。

4、BIM能够实现建筑工程不同部门进行有效的协同工作。建筑工程不同参与部门能够高效的进行信息共享和数据、档案的交流，实现网络文字档案、图表档案和视频资料的上交、审查、审核及使用。建筑工程项目参与的各个单位通过信息化进行沟通和协调工作来实现工程的洽谈和商定，实现工程施工质量的可控性、施工过程的安全性，并进行施工成本和施工进度的动态化管理和实时性监控。

5、BIM能够实现工程设计的检测、分析能源耗费、成本控制等。其能够实现建筑工程项目的交付IPD管理。把工程中不同部门、不同阶段在设计过程中进行有机的集合，使之服务于项目设计和使用的全部过程之中，通过BIM技术实现建筑工程的数字化设计并进行智能化管理，实现建筑工程项目的动态化、集成化和可视化的多维项目管理。通过对建筑物和施工现场立体建模和施工过程中不同阶段的有机链接，不断与施工中的耗材和布置施工场地信息进行有机的集成来组建4D施工的信息模型样本，达到建设工程施工过程中工程的进度、人力配备和材料使用等各种信息的集成管理以及施工阶段的智能化、数字化模拟。

6、能够实现虚拟化的施工。BIM在计算机上通过数据的分析进行建造过程的模型建立，建立的模型能够实现实际施工之前对建筑工程功能和建筑施工难题等可能存在的问题来进行预测，其中包括建筑工程施工的方法验证、施工技术方案的模拟以及施工方案探讨和优化等。其实BIM能够引导建筑信息科技达到更高水平的的新技术和新理念，如果得到全面的应用，其能够为建筑行业的信息化发展带来不可估量的影响和进步，有效提高建筑项目的科学性和有效性。同时其能够也促进建筑行业的健康发展并带来巨大的经济效益，使建筑工程的设计以及工程质量和施工效率明显提高，设计和施工成本有效降低。

三、BIM在建筑设计中的实际应用研究

1、复杂形体设计及建造应用。BIM技术的出现，对于复杂形体设计及建造应用存在着极为重要的作用。通过BIM技术，可以针对复杂形体建筑进行数据上的验证及整合，实现多维曲线设计，以立体形式将设计成果展示出来。建筑信息模型的出现，让现代建筑师可以更加充分发挥自己的创意，展示构思，可以直接的查看设计建筑的效果，进一步优化设计效果，达到建筑设计的新境界。同时，通过BIM技术，可以将复杂的建筑项目进行每一个单元每一个结构的三维模型分析，并进行模块设计或修改，极大的减少了建筑设计中存在的信息误差。

2、综合管线设计与管网综合排查。随着现代建筑的功能日趋复杂，建筑体量不断扩大，建筑中存在的机电管网更是错综复杂，在进行建筑设计时，为保证建筑质量及品质，需要做好综合管线设计，避免出现管线相撞、管线交错、管线施工不当等现象，在传统的建筑设计方式中，建筑管网设计只能通过人力目测的方式进行检测，方式单一，且容易出现管线相撞或交错现象。通过BIM技术中管网检测功能，可以直观的将建筑管网生成三维模型，并分布在建筑模型之中，通过检测功能，系统自动检测出管网设计不当、管线相撞与交错部位并进行标注，极大提高了管网检查效率，保障管网设计的质量。

3、消防性能优化设计。随着超大型、超高型建筑的不断涌现，采用传统的规范设计很难满足建筑的消防要求。通过BIM技术，采用消防性能优化设计，实现消防设计的最优化、科学化、合理化。在消防性能优化设计中包括有毒气体扩散时间、建筑材料耐烧极限、疏散距离及数字化模拟人员疏散时间等各项设计，并为实际应用提供最佳的疏散方案，维护人们的生命安全及建筑安全。

结束语

综上所述，随着城市化进程的不断加快，我国城市建设不断进步，BIM技术已广泛应用于建筑行业。在实际应用中获得了良好的经济效益及社会效益。BIM技术将引领建筑信息技术走向更高层次，大大提高建筑设计水平。

参考文献

[1]龙文志，建筑业应尽快推行建筑信息模型（BIM）技术[J]，建筑技术，2011年01期

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高职院校的人才培养以实践能力培养为主线，突出实用性、技能性和岗位针对性。在培养学生的教学计划中，必须注重专业技能的反复训导。通过实验、实训、实习3个实践能力培养环节，培养学生良好的职业理想、职业道德、职业素质，促进学生职业能力的形成和发展。实训基地是高等职业教育对学生开展职业技能训练和职业素质培养的基本硬件。实训基地建设己成为推动高职教育发展的重要环节，其建设水平高低直接影响着高职院校的教学质量与水平。

东莞职业技术学院在2012年开设楼宇智能化工程技术专业，2015年教育部把此专业更名为建筑智能化工程技术。专业发展紧跟东莞智慧城市建设步伐，携手东莞中云智慧城市产业园，对接智能楼宇管理师职业标准，广泛开展网络、监控、门禁等物业维护管理等校园顶岗活动，重点培养满足智能楼宇、智能工厂和大型社区智能设备维护和管理需要的高素质技术技能人才。我院强调培养学生职业能力的综合性、实用性，结合我院自身发展的实际，通过优化整合学校资源，为建筑智能化工程技术专业学生搭建“工学结合”的学习平台，拓宽训练设备的建设渠道，最大限度地实现资源共享，营造真实和仿真的职业环境。

2.结合人才培养需求和学院发展实际科学规划校内实训基地

我院在电子工程系现有的电子信息工程技术专业、电气自动化专业框架下增设建筑智能化工程技术专业，为此专业提供电子技能实训室、电工实训室、单片机实训审、组态技术实训室、PLC实训室等。这些基础实验实训室可满足楼宇智能化工程技术专业基础课程的教学和实践需求。专业实训室的建设需结合人才培养需求和学院发展实情况，科学地进行规划。较早发展的专业般建设有近10间实验实训室，做到小而全，但导致实训室建设场地紧缺，难以满足后期迮设专业的实验实训室场地需求。

建筑智能化是交叉学科的应用技术，涉及楼控系统、综合布线系统、监控系统、消防系统、防盗系统等多个子系统。在规划专业实训室时，需实现各子系统的独立性、联动性、开放性，还需考虑系统应用的综合性。因此，我院结合原有的基础实验实训室，全面规划建设一体化的专业实训室：建筑钙能化工程实训室、建筑稗能化综合实训室。

2.1 一体化专业实训室的组成

建筑智能化工程实训室由10个实训屋、1个开放式中控管理区以及1个能授课与研讨灵活变换组合的学习区组成。中控管理区集中监控和管理各实训屋和整个实训室。每个实训屋综合了一卡通、布线、网络、卫星奋线电视、智能抄表、门禁、监控、报警、广播、远程控制、环境监测、电源开关拽制、网上预约等多个子系统，实现各子系统的高度集成应用模式和方法，同时提供部分控制模块的创新幵发。

建筑智能化综合实训室的实训设备包括：群控电梯系统、暖通抟制系统、智能停车场系统、供配电系统、给排水系统、建筑智能化工程技能竞赛平台。每袞实训系统有相应的工作站，每个工作站既实现能独立控制，也以联网的方式对其他系统进行控制。供配电实训系统既可以为实训室供电。又是独立的实训设备，能提供实训教学项目，如：供配电原理认知、控制器编程检测、运行监测与控制等。

实训设备是结合工程中实际应用的产品进行配置，能体现建筑智能化的应用和发展方向。实训设备的选型还充分参考国家智能楼宇管理师鉴定要求规划并以国家级、省级学科竞赛的设备功能要求进行配置，对接行业的职业能力标准要求。学生通过实训教学后，真正地掌握楼宇智能化系统的系统配置、产品选型、设备安装、工程布线、硬件调试、软件使用、施工工艺、故障检测、系统维护、设备管理和售后服务等工程的全部环节。此外，通过搭建虚拟仿真教学平台，在一定程度上缓解建筑智能化工程技术专业设备的缺乏和受实践条件制约而影响教学的困难，更提高实训项目的适用性和经济性。目前，已开发和应用建筑通信智能化仿真教学系统和建筑安防智能化仿真教学系统。

2.2 利用校园顶岗拓宽校内实训基地

我院是一所新建的现代化、信息化院校，其建筑面积大、类型多，智能化水平高，建筑智能化专业相关知识和技能在校园的应用内比比皆是。在建筑、电气和自动控制方面。我院校舍建筑面积34万平方米，实验实训场所9万余平方米，有教学、实训、办公、住宅、餐饮、商业、运动等多种用途类型的建筑，每栋楼各自配备了完善的强电系统和弱电系统。在通信网络方面，我院的数字校园建设总投入6000多万，信息网络遍及校内的教学、办公、住宿等楼宇建筑，校园网万兆主干、千兆接入、百兆到桌面。在安防方面，实训中心、图书馆、实验楼、学生宿舍等非完全开放的建筑群都安装了门禁系统，视频监控系统遍布学院所有建筑和道路。在消防方面，根据楼宇面积、楼宇高度与用途等，在全院范围内部署了室内外消火栓系统、水喷淋系统和二氧化碳灭火系统等多种消防设施。

建筑智能化专业与校园内日常工作和生活联系紧密，利用学校数字校园和平安校园等丰富时又优质的智能化资源，开展建筑智能化工程技术专业校园顶岗课程，为校园顶岗的课程设计，让学生在校内相关部门上岗，开展建筑智能化专业所需的各种实习活动。校园顶岗课程有助于减轻学院后勤管理处、教育技术中心、保卫处等部门繁重的工作任务，还可以把校园内建筑、电气、通信网络、安防等方面实际应用的案例作为建筑智能化专业学生的教学和实践资源。此课程以专业拓展课的方式供学生选修，由顶岗部门与电子工程系共同对学生进行考核，完成并通过考核者即修满此门专业拓展课的学分。

建筑智能化工程技术专业一体化校内实训基地由基础实验实训室、专业实训室和“校园顶岗”组成。实训基地把建筑智能化各个子系统有机地结合起来，让学生以接近现场环境下对智能建筑相应子系统及各个设备的实际应用进行实操训练，并以工作岗位的职业技能和职业素养要求为基础，建立实训教学体系，完成实训教学与职业素质训导、职业技能训练与鉴定的任务，满足企业用人的要求。

3.存在问题及思考

如何更有效的维护和管理校内实训基地是一个的重要问题。校内实训基地管理形式不一，管理相对分散，各实训室的场地、设备、人员缺乏统一的调配管理，容易造成仪器设备重复购置和难以协调管理。专业教师除了承担室训室建设、专业教学，还要负责室训室管理和维护。实训基地管理的信息化程度不高，每次使用的登记手续烦琐，每次耗材、设备、工具的存入和取出均需要人工登记。由于运行与管理机制不到位，大多数实训室管理是封闭式的，除了规定的课时，其余时间实训室往往不开放。实训基地处于封闭和各自为战的状态，既不面向全校学生开放，也未面向社会提供科研和产品开发的服务。因此，我们下一步将提升实训基地管理水平，积极探索实训基地运行好的作用。

4.结束语

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关键词：办公建筑；建筑信息模型；机电工程；深化设计；BIM技术 文献标识码：A

中图分类号：TU745 文章编号：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，指的是运用建筑三维设计软件与一系列工程设计软件所建立的“可视化”的数字三维模型，该模型可以为建筑全生命周期中的开发商、设计方、施工方乃至最终的业主等各环节的用户提供“模拟和分析”的一个虚拟建筑。运用该模型，可以对项目进行建筑设计、建筑施工以及建筑运营管理，最终使该项目实现节约成本和提高效率。

在建筑设计的过程中，主要包括了建筑、结构、机电等专业。本文研究的机电专业中包括了暖通空调系统、给排水系统、强电弱电电气系统。而这些系统在传统的设计中，是分开设计的，各专业的设计师缺乏有效沟通，更不用说协调合作。加之机电专业中各个系统的管线特别复杂，各管线走向密集交错，如在施工中发现各专业管路发生碰撞，则会出现大面积拆除返工，甚至会导致整个方案的重新修改，不但会浪费材料，还会大大地延误工期。

通过BIM技术深化设计，可以将各专业管线的位置、标高、连接方式及施工工艺先后进行三维模拟，按照现场可能发生的工作面和碰撞点进行方案的调整，既达到合理施工，又可节省工程造价，同时将完成后的方案通过三维剖面图及动态漫游等方式展示给施工工人，使工人更好地理解施工方案，保证施工质量的同时更能很好地缩短工期。

2 工程概况

本案例为西安市某办公建筑，多层公共建筑，框架式结构，总建筑面积7565.3m2（其中，地下：1120.3m2，地上：6445m2），建筑地下一层，地上六层，地下一层为人防，地上为办公，建筑总体高度23.8m，地下埋深5.3m。在建筑工程施工中，机电工程设备与管线错综复杂，常出现管线之间或者是管线和结构构件之间的碰撞，同时在设备安装的过程中，容易考虑不到建筑的室内净高问题，就会造成施工的返工情况，甚至存在安全隐患。传统的建筑施工过程中，进行机电深化设计的时候，是通过二维管线综合设计来协调机电各专业的管线布置。但是，二维管线综合设计只是将暖通、给排水、电气专业的平面管线布置图进行了简单的叠加，并且依照相应的规则确定了各系统管线的相对位置，然后确定各专业管线的标高，最后再对关键部位绘制局部剖面图。这样的设计方式有以下不足：（1）机电专业管线交叉处只能靠人的眼睛观察，难以进行全面的分析。在一些建筑中，存在着梁高变化比较大的区域，常常是管线之间的碰撞问题解决了，但是忽略了管线与梁之间的碰撞；（2）在二维管线综合设计中，管线碰撞处的处理均是局部处理，容易出现在此处不存在碰撞，但是又带来了别处的碰撞；（3）在二维管线综合设计中管线的标高问题，只有在绘制剖面图的位置时候有准确定位，而其余的管线并没有确定标高，这个问题会直接导致管线碰撞；（4）暖通空调、给排水、电气等多专业的二维CAD平面图纸多而繁乱，而且只是通过“平面+局部剖面”的方式，对于管线交叉复杂位置的二维CAD图纸表达是不够充分的；（5）在二维管线综合设计上，暖通空调、给排水、电气各专业的工艺布置要求是按照指导原则进行布置，但是没有考虑空间结构比较复杂或者是净高要求比较高的情况下，就存在了局限性。

由上可知，传统的CAD机电深化设计存在着大量的不足，因此本项目运用BIM技术进行机电深化设计，能解决上述传统的CAD机电深化设计出现的问题。

3 BIM技术在办公建筑机电工程深化设计中的应用

针对本项目办公建筑机电工程深化设计，过去的项目中采用传统的CAD设计方式，在建筑机电工程施工的过程中，经常会出现管线碰撞的情况，因此，此次该项目运用BIM技术对机电工程建立信息模型，该模型是对整个机电工程的一次虚拟设计建造的过程，在设计建造的过程中，可以发现很多在设计中及单专业校审过程中很难发现的隐藏问题，是一次全面的机电专业设计与建造的检查过程。

3.1 构建BIM模型

该项目组建了BIM工作组，设计人员在各专业图纸的基础上，利用Revit系列软件创建BIM三维模型，在搭建建筑信息模型的时候，工作组分为建筑组、结构组、机电组，最终构建的模型中覆盖了建筑、结构、暖通空调、给排水、电气等专业的模型，在Revit软件搭建的时候，同时给各个构件填写了参数，具体参数包括了如构件的尺寸、构件的规格、设备的型号、构件的材料等具体信息。

创建流程是先建立建筑模型和结构模型，然后在建筑、结构模型的基础上进行暖通空调、给排水、电气模型的搭建，最后根据各专业的要求，对各专业的管线进行合理的调整，最后出一份管线综合与碰撞检测的报告文档，然后按照做过管线综合与碰撞检测后的图纸出图。机电专业管线的过程是，建立暖通、给排水、电气模型的过程中调整管线的位置，遇到管线碰撞的情况，及时地调整。传统的CAD图纸并不直观，等到工程完工后才能看到实际的管线综合布置效果，在施工中经常发现碰撞的情况，因此采用BIM技术进行管线综合碰撞检查，可以在工程施工前就可以看到真实尺寸的管线。如图1所示，为该办公建筑负一层管线综合三维模型与实物对照图。

3.2 管线碰撞检查

在保证机电专业的系统要求上，结合建筑设计时的吊顶高度，对暖通、给排水、电气等专业的模型进行深化设计，在深化设计中要遵照一些基本的原则，比如有压的管道避让无压的管道等原则，进行机电管线的综合检查。综合检查完成过后，再运用Revit进行碰撞点检测，生成管线碰撞报告。对于一些简单的碰撞，我们项目内部进行沟通调整，协商解决方案，然后再调整模型，直至综合模型在布局合理的情况下实现零碰撞。

该项目负一层的桥架与水管碰撞如图2所示，可以看出桥架与消防水管发生了碰撞，属于机电专业碰撞，在这里桥架虽然已经进行翻转，但是仍然无法避让开与消防水管的碰撞。属于设计错误，最后通过分析，应该是改变桥架进入电井的位置。

传统的CAD图纸不能体现暖通、给排水、电气系统之间的碰撞情况，设计师易忽略一些管线碰撞的问题，因此在该办公建筑管道设备模型的仿真建立过程中，本文将管线设备的二维图纸进行集成和可视化，然后进行管线碰撞检查，减少了在建筑施工阶段可避免的损失和返工的概率，更加方便进行技术交底，从而实现了管线综合优化布置，节约施工成本，合理配置资源的目的。

4 结语

本次以某办公楼建筑项目为例，展示了BIM技术的优势与特点。通过本次项目，从中得出了以下结论：BIM技术在建筑设计中比CAD更具优势，特别是在大型公共建筑、市政工程、地下空间等的设计当中发挥着巨大作用，BIM技术将会极大地推动建筑行业的发展。通过BIM机电模型与建筑模型的碰撞检查，优化设计与管道布置的原则，可提高图纸的设计质量，节约施工成本，合理配置资源。

参考文献

[1] 纪凡荣，徐友全，曾大林，赵灵敏，张秦.BIM技术在某项目管线综合中的应用[J].施工技术，2013，42（3）.

[2] 张建平.BIM技术的研究与应用[J].施工技术，2011，40（1）.

[3] 陈辰，李庆平.基于BIM技术的三维管线综合[J].土木建筑工程信息技术，2012，4（3）.

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本文介绍了应急疏散仿真技术提出的背景及其特点，阐述了所涉及到的疏散人员行为的研究、应急疏散的计算机仿真研究等，并对其发展趋势以及未来的研究方向进行了展望。

关键词：应急疏散；行为模式；计算机仿真

中图分类号：C35文献标识码： A

一、前言

火灾后室内人员的安全疏散是建筑防火设计的重要组成部分。在目前的技术条件下安全管理部门只能通过应急疏散演习来提高应急疏散能力，并对应急疏散设施进行安全评估。但应急疏散演习风险大、花费高，本身具有一定的破坏性和安全隐患，同时当前对应急疏散设施的安全评估缺乏有效的技术标准。同时，人的行为受外界和心理诸多因素的影响，不可能把人置于真正事故现象的混乱之中。在这样的背景下，有必要借助计算机仿真技术来模拟群体行为与应急疏散场景，借助计算机实现应急疏散模拟演练，并利用模拟结果对应急疏散指挥方案与应急疏散设施进行性能评估。在事前就找到建筑布局中疏散的瓶颈，疏散预案中的不足，从而对相应的地方加以改进。最终达到减少事故发生及事故损害的效果。

二、人的行为的探讨

人员作为疏散的主体，对于疏散具有决定性的影响，因此在进行人员疏散仿真研究时必须先要对疏散中的主体疏散人员进行研究。一般来讲，被疏散者在疏散过程中采取的行为与其所处的环境有复杂的关系。在疏散过程中，每个被疏散者都处于三种类型的相互作用之中，所有这些相互作用都涉及到复杂的决策。这些相互作用可以被分类如下：

人与人之间的相互作用：与其他被疏散者的作用。

人与建筑物的相互作用：与建筑物室内结构的作用。

人与环境的相互作用：与受火灾影响的大气和可能出现的碎片的作用。

这些相互作用影响被疏散者的行动，并且由此引发决策过程。根据这些相互作用发生的方式，这一过程可以变得越来越复杂。这些方式可以发生在三个不同的层次上：

心理学层次上：给定疏散者的特征和经历，基于可用的信息来做决定。在火灾威胁下的这一类型的相互作用可能会引起被疏散者远离火焰或者是响应疏散的号召。

社会学层次上：建立在一个被疏散者与其他被疏散者之间的相互作用之上的反应。在火灾中，这种类型的相互作用可能会引起被疏散者鼓动救援或者向其他被疏散者发出警告。

生理学层次上的：对所处环境做出的生理反应会以某种方式影响居住者的能力。在火灾中，这种相互作用可能会引起致幻烟雾的陶醉或者呼吸和感觉器官对刺激性气体的不适应。

根据上述观点，从组织行为学，把紧急疏散中人的行为模式分为个体行为模式、群体行为模式和决策者行为模式。

1 个体的行为模式

疏散过程中单个人员的行为主要体现在单个人员的移动行为上，包括移动方向上的前，后，左，右的移动表现。这种行为是疏散人员能够进行的最简单，最直接，最基本的行为。在疏散过程中采取什么样的基本行为可以是随机的，也可以按照一定的规则选取。另外，通过心理学的研究总结发现，个体人员行为一般有下面行为：

（1）随机行走。当然人员在一个疏散空间里面，而疏散空间没有出口的话，那么里面的人员将随机采取这种层次的行为。

（2）人员避碰。考虑到人员的避碰行为就可以在疏散过程中使得人员和人员不会相互碰撞，人员也不会跑入障碍物当中去。

（3）目标。当一个疏散人员确定了自己的目标点以后，他就会调整运动方向和速度朝着目标点行动，即使在疏散过程中运动方向有些小的调整，但还是会再一次调整朝着出口方向前进。

2群体的行为模式

群体行为在紧急疏散中的行为是一个极其复杂的现象，人在紧急疏散中的各种心理和行为可以考虑以下几种因素：

（a）群集性。人群是因为有共同关心的问题而聚集在一起，该团体是偶然的、临时产生的，是一个没有任务分担的团体，易于受周围人的感情所影响。

（b）交互性。由于某种原困，人们汇集到一起，这些汇集起来的人群的心理又起到相乘的作用。

（c）跟随性。不是自己来判断逃生的方向，而是跟在前面的人或是大多数人的后面，胡乱跟随。

（d）冲突性。疏散过程中成员之间容易发生冲突。

3决策者行为模式

决策者根据现场的情况，将会对疏散采取指导性措施。现场情况主要有：是否有冲突；冲突的大小；各出口的人流量等。采取的措施通常有：派出引导员，加强现场的疏导；通过大屏幕，向观众发出疏散信息；派出安全员，现场处理冲突等等。

综上所述，疏散人群的行为是一个极其复杂的物理过程。在整个运动的过程中，其动态要受许多因素的直接或间接的影响。而群体中个体间的相互作用，甚至人的心理状态也都是影响运动过程的重要因素。为了从大量的观测数据中得到其背后的规律，指导实践，需要以计算机仿真技术作为主要的研究手段。通过计算机仿真，可以将在现实中难于实行的实验放到计算机生成的虚拟空间中去进行，而不受试验场景、规模和经费的限制，也不存在事故发生的可能。另外，由于计算机仿真技术的发展，在建立仿真模型时并不需要对人群的行为建立方程，所需要的只是一些观测所得的行为特征和数据。这样，就绕开了对疏散人群行为数学建模的这一难题。由此可见，对火灾应急疏散的研究，采用计算机仿真(或称为疏散仿真)，是其最重要的研究手段。

三、应急疏散仿真的研究现状

应急疏散仿真作为对人群疏散研究的一个重要的组成部分，其发展与疏散研究的发展密不可分。只有将其纳入疏散研究这一学科中阐述，才能理解其发展的历程和最新的进展。

人群疏散的仿真研究始于20多年前，这个领域的研究内容主要有三大部分：第一，对行人、人群以及疏散的观察和试验。主要目的是得到具体的数据以给建筑设计、疏散方案的指定提供参考；第二，对人群行为的数学模型的建立。这方面的研究主要是将人群假想为流体，用流体力学和热力学的公式建立人群运动的模型；第三，对人群行为和疏散过程的计算机仿真，这方面的研究由于计算机的普及，在最近逐渐成为这个领域的研究重点。

目前的应急疏散仿真模型可分成两类，一类是以元胞自动机模型(Cellular Automata Model)为代表的离散仿真模型，另一类是以社会力量模型(Social Force Model)为代表的连续仿真模型。

元胞自动机是由大量简单一致的个体通过局部联系组成的离散、分散及空间可扩展系统。其基本思想是将建筑物平面进行均匀网格划分，每个网格有三种状态：被墙壁或障碍物占据、被人员占据或为空。模型中的人员占据一个网格(元胞)，同时模型中人员的运动将遵循一定的局部规则并具有一定的智能性。

社会力量模型是一种多粒子自驱动的连续模型，人员被表示成具有一定质量和大小的自驱动的粒子。所谓的社会力是指人员之间或人员与环境之间的社会心理交互或物理接触。每个人员都试图以一定的期望速度运动，而人员的实际运动速度最终由一个牛顿力学方程组所决定。类似于社会力量模型的心理学模型还被应用于计算机群体动画的应用中。

离散仿真模型省去了建立群体行为微分方程组这一过程，在仿真速度上得到提高。但是离散仿真模型在对群体行为的模拟真实程度上，不如以社会力量模型为代表的连续仿真模型。连续仿真模型的缺点是计算成本较大。但是笔者认为，计算成本的降低和速度的提高并不是应急疏散仿真研究的重点，仿真结果是否真实反映了客观现实是这一研究的关键，因为这是涉及到公共安全的一项研究。

总体上讲，现有研究主要侧重于群体行为的物理模型，一种研究趋势是将心理变量引入到群体行为物理模型中，但缺乏对群体行为控制模型的研究。考虑到应急疏散演习风险高、花费大，有必要开发应急疏散演练平台，这就需要研究群体交互控制技术，如用户化身技术在应急疏散仿真中的应用。同时，需要将这些技术成果真正用于公共设施应急疏散性能评估和应急疏散指挥中。

四、应急疏散仿真的发展趋势

从国际范围内人员疏散计算机模拟技术的研究现状来看，主要存在以下问题：

A.因为人的行为具有很大的随机性，在同样条件下的重复演习很难得到一致的结果，所以至今还缺乏全面可靠的疏散演习数据以验证模型(没有一套所谓的标准数据)；

B.在人员疏散模拟中考虑和利用灾害动态模拟的详细结果(灾害发展和人员疏散实际上是同时进行的两个交互过程，而目前绝大多数疏散模型在模拟过程中没有考虑火灾发展和烟气蔓延的动态影响)；

C.综合离散型模型和连续型模型的优点，加强复杂行为的模拟功能(如疏散过程中的自动休息)。

从目前国外人员疏散计算机模拟技术的研究发展趋势来看，复杂行为的模拟是当前人员疏散计算机模拟研究的一个热点，另外如何在人员疏散模拟中充分考虑火灾发生发展和烟气蔓延的动态影响也是研究人员十分关注的问题。

就国内目前的情况而言，在中国人群心理行为特点等基础数据的匾乏，严重制约了人员疏散计算机模拟技术的应用和发展。所以国内目前应主要侧重于(1)疏散模型的研究改进及专业软件开发和完善 (2)中国典型人群行为特点的汇总分析，而且后者要比前者任务更艰巨。

尽管迄今为止，所有人员疏散模型和软件都有这样或那样的缺陷，但人员疏散计算机模拟技术的意义和应用前景正以越来越快的速度显现出来，只要我们能够充分认识和理解各种模型的特点，根据不同的场合和要求选择合适的模型，我们就一定能够最大限度地发挥人员疏散模拟技术应有的作用，并在不断应用的过程中检验和改进各种模型，促进人员疏散模拟技术的发展。

参考文献

[1] 温丽敏,陈全,陈宝智. 火灾中群聚疏散的设计方法及计算机仿真.东北大学学报,19.NO.15，1998

[2] 杨立中，李健，赵道亮，方伟峰，范维登.基于个体行为的人员疏散微观离散模烈.中国科学，2004，E34(11):1264―1270

[3] Gabriel S，Benigno E A． A critical review of emergency evacuation simulation models［A］． NIST Workshop on Building Occupant Movement during Fire Emergencies［C］． Gaithersburg，MD，2004: 25 － 50．

[4] 吕春杉，翁文国，杨锐，等． 基于运动模式和元胞自动机的火灾环境下人员疏散模型［J］． 清华大学学报(自然科学版)，2007，47(12):2 163 － 2 167．

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智能建筑的核心是系统集成[1],而系统集成的基础则是智能建筑中的通信网络.随着计算机技术和通信技术的发展和信息社会的到来,迫使现代建筑观念不得不更新.在信息化社会中,一个现代化大楼内,除了具有电话、传真、空调、消防与安全监控系统外,各种计算机网络、综合服务数字网等都是不可缺少的.只有具备了这些基础通信设施,新的信息技术,如电子数据交换、电子邮政、会议电视、视频点播、多媒体通信等才有可能进入大楼.使它成为一个名符其实的智能建筑.目前,在多数涉及与智能建

筑有关的事物中,不论是物业主还是参加竞争的设计者,都把重点放在楼宇管理自动化系统和结构化布线系统上,许多所谓的智能建筑,其实就是楼宇自动化系统加上结构化布线和程控交换机,根本就忽略了通信网络的建设.我们认为,在建筑智能化工程中,应该高度重视信息这个要素,而通信网络正是为建筑的各个部分传递信息的道路.随着分布式智能建筑控制系统技术的日益成熟和应用普及,在BAS中控制将进一步分散,在网络中传递的将更多的是管理信息,系统的集成则越显得重要[2],另一方面,目前由于人们信息需求的激增,以及计算机技术带来的多媒体终端等先进的终端技术,一个智能建筑的智能化瓶颈往往在于它的通信网络.可以说,通信网络技术水平的高低制约着智能建筑的智能程度.为此,智能建筑中的通信网络的设计是完成建筑智能化工程的重点所在.本文讨论基于最新网络技术的智能建筑通信网络的设计.

二、智能建筑的通信网络功能

总体上说,智能建筑的通信网络有两个功能,第一是支持各种形式的通信业务;第二是能够集成不同类型的办公自动化系统和楼宇管理自动化系统,形成统一的网络并进行统一的管理.智能建筑中的通信业务主要有下列一些形式:

1、电话:包括内部直拨,通过PBX与楼外公共交换网连接后通话.发展成为以PBX为中心组网形成2B＋D话音和信令通道,使电话用户线具有综合功能.

2、传真:包括利用电话线进行楼内传真以及与楼外的传真,还可以通过发展而成的楼内综合业务数字网(ISDN)的用户线进行楼内之间或楼内外的传真.

3、电子邮件、语音邮件、电子信箱、语音信箱:这是通过计算机网络及其交换系统实现点对点(计算机)的文字或语音通信的一种方式.即通过对计算机屏幕的"书写"或直接通过计算机的音响系统实现双方的通信或对话.与之相应的电子信箱、语音信箱则是通过计算机的存贮系统实现"留信"或"留言".

4、可视电话:可视电话是一种小型图像通信终端,利用电话线路同时传递图像与语音信息.这种系统使用简单,无需特殊线路,每秒可传送10帧彩色图像,并且价格相对低廉,同时,还可通过大楼PBX,进入公用电话网.同外部进行通信.

5、可视电话数据系统:可视电话数据系统是利用公用电话线路的会话型图像通信.利用这种通信系统,键入所需信息代码,传送至数据库计算机,主机收到该代码后,即在数据库中查找所需的信息,并将信息回送屏幕显示出来,

6.会议电视:会议电视系统可支持大楼中各单位,各部门之间通信的要求,通过通信手段把相隔两地或几个地点的会议室连接在一起,传递图象和伴音信号,使与会者产生身临其境的感觉.

7、桌面会议系统:将计算机引入图象通信,使得通信各方不仅可以面对面进行交谈,还可以根据要求随时交换资料和文档,真正实现通信的交互性.桌面会议系统设有电子黑板,使会议各方可在同一块电子黑板上完成信息交互,并可对电子黑板随时打印,还可以重播会议片断和收录会议过程.

8,多媒体通信:多媒体通信是通过计算机网络系统实现同时获取,处理,编辑,存储和展示两个以上不同类型信息媒体（包括文字,语音,图形,图象〕的传送,其最重要的基础必需要具备宽带的网络系统.

9、公用数据库系统:与大楼业务有关的资料可通过大楼的数据库查询,也可通过WAN查询,数据类型可以是数据、文字、静、动态图象.

10、资料查询与文档管理系统:楼内各种办公文件的编辑、制作、发送、存贮与检索,并规定不同用户对各类文档的查询权限.

11、学习培训系统:与网络联机的多媒体终端及各种声、象设备,提供各类业务学习与培训.

12、触摸屏咨询及大屏幕显示系统:安装在大厅,多个触摸屏咨询系统安放在大厅不同位置,以声,象,图表等多种方式向用户介绍大厦业务及其它信息.

13、人事,财务,情报,设备,资产等事务管理:将工作人员的素质,特长,单位,财务收支情况,文件,合同,通知,新技术,新业务,设备资源及其使用情况统统存入数据库中,以便随时查询,实现事务管理科学化.

14、访问INTERNET网络:INTERNET正在发展成为把全球联系在一起的信息网络,所以对于用户来说,具有访问INTERNET的手段就显得十分重要.大楼的智能局域网的主干网具有访问INTERNET的信息通道,这就为大楼内的用户访问INTERNET提供了条件.

这些业务的实现对通信网络的需求往往不同,已发展成熟的各种网络几乎都是针对特定的网络业务,而目前基于ATM的宽带综合局域网技术日益成熟,使得在局域网内实现相当多的业务的综合传输交换成为可能.

智能建筑中的通信网络通常分为主干网和部门子网.主干网是连接部门子网、数据传输速率较高的网络.部门子网是为完成各个部门特定目的而组建的局域网,它一般多种多样.此外,通信网络还包括以电话通信为主的PBX网络.智能建筑的通信网络应能支持上述的通信业务和大楼管理自动化及办公自动化的要求,并且还要能够适应今后15年通信业务发展的需要.

通常情况下在智能建筑中作主干网的有以下一些网络技术:FDDI、100Base-T、100VG-AnyLAN、ATM等.我们认为,从技术及产品日益成熟和通信网络发展方向来看,使用ATM技术作为主干网是一种优选方案.

作为智能建筑中的部门子网,往往根据部门需求选择多种多样的网络.这可分为普通局域网、高速局域网和PBX网三种.在智能建筑中这三种子网往往共存.

三、一种智能建筑通信网络系统

图1是一种智能建筑通信网络系统.主干网络是以ATM交换机为中心的ATM网络,有以下特点:(1)这是一种高速率网络,每个端口速率高达25～155Mbps,这种带宽使各个子网之间的通信畅通无阻,而且各个端口专用带宽,使用户的带宽竞争局限在子网范围内,因此,子网数目的增加不会影响已存用户的业务质量.这对智能建筑内通信网络的扩展来说是其它大多数网络技术所不具备的.(20)采用局域网仿真技术使已有的局域网技术可以平滑无缝地接入主干网构成互连网.基于原有局域网的应用可以不加修改地在ATM互连网上运行.(3)ATM网络与传统局域网的无缝连接,进一步减少了网络之间的桥、路由器、网关及HUB等协议转换设备,使网络延伸、网络配置、网络监视变得相当容易,网络得到平整.这一点是其它主干网技术不可比拟的.(4)采用虚拟局域网技术,可以方便地构成虚拟局域网,不同虚拟局域网之间就像通过网桥连接的局域网.而且,网络管理员可以将地域不集中、连接在不同集线器上的同一部门之间的设备构成一个局域网,这样,网段的物理位置不再影响其逻辑子网,它带来的好处是:每个部门可以拥有自己的虚拟局域网,它不受其它部门的网络通信影响;通信网络上任何位置的主机、服务器等从一个虚拟局域网移动到另外一个虚拟局域网不需要任何物理上的变动;同时,物理上变动的网络设备也可以维持在相同的虚拟局域网上不变.这对智能建筑租用用户来说是相当优越的.(5)ATM网络采用永久

虚通路和交换虚通路来管理网络连接,这样网络延伸变得简单,而且永久虚通路的配置可以保证不同业务的带宽要求.交换虚通路的采用可以简化网络管理员的网络设置工作.交换虚通路的标准化使不同厂家的ATM产品的互连变得简单.(6)ATM是B-ISDN的标准转移模式,因此主干网与广域网的连接也可以归结为ATM与ATM的连接,这样智能建筑通信网可以与广域网无缝连接.(7)ATM网络采用分布式网络结构使它作为主干网有很高的稳定性.

图1一种智能建筑通信网络系统

它采用完全连接网状拓扑来避免网络单点失效,它的网络控制分布存在于各个网络节点,端到端多路由连接,网络可以实现自重构,这些使网络能应付各种灾难情况,在智能建筑出现意外时能确保通信网络畅通.(8)ATM是一种开放式网络结构,ITU-T、ATM论坛分别制定了一系列网络技术标准,这些使ATM网络能够兼容连接过去、现在和将来的各种网络.因此,采用ATM作为主干网可以适应将来网络技术的发展,使网络生存周期增长,网络等效性价比增加.

若干个大容量服务器(多媒体服务器)直接接入ATM网络,可满足多客户机与服务器的多媒体通信对网络带宽的要求.部门子网一般设计为交换模块式局域网,最常用的是10Base-T,它不但是物理上的星型连接,而且使用非屏蔽双绞线作为传输媒质,这非常适合智能建筑综合布线的情况.对于多用户部门,可使用多交换模块组成多网段的部门子网.而对于有高速要求的部门来说,则可组建高速局域网,高速局域网有100Base-T和FDDI和ATM工作组网等,根据我们的经验,采用100Base-T和ATM工作组网更好.通过局域网交换机可将所有局域网部门子网接入主干网.如果部门子网的高速用户数量不多,最好将高速宽带终端用户直接接入主干网,通过ATM网络的虚拟局域网功能,将一些高速宽带终端用户与一些部门子网组建成虚拟局域网.PBX网是以电路交换方式交换话音为主的网络.目前配备有N-ISDN功能的PBX交换机综合了电路交换和分组交换方式,可以综合交换话音和数据.在智能建筑中,使用N-ISDNPBX作电话网的交换节点具有明显的优点:可以方便地将远端和孤立的数据终端通过N-ISDN与主干网的网关接入通信网络;可以方便地与公用N-ISDN的连接,实现对广域网的低速访问;2B+D和30B+D的速率接口可以充分满足用户对外部数据资源的访问,实现用户电报、高质传真、高质电话、可视电话等业务;专用线路业务可以满足特殊用户保密要求,以及实现紧急报警等.PBX网络自成一体,又可通过网关与主干网相连.多功能电视会议中心主要包括数字化投影电视和音响系统及同声传译系统,在智能建筑的设计中,通过网络互连技术,将相应的语音和图像信息传送给相关的子网或公共网,实现信息共享,这样可使智能建筑具有更高的品质.楼宇管理自动化系统网络在逻辑上是独立的,中央监控系统监控和管理整个BAS,通过以太网接口,中央监控系统接入主干网络,可向有关终端传送监视和报警信息.通过主干网和PBX网络接入楼外通信系统.

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【关键词】三维；GIS；问题；探讨

中图分类号：O343文献标识码： A

一、前言

人类在改善技术方面是一直没有止境的，目前三维GIS技术已经在地球信息系统方面得到了广泛的运用，在城市规划以及在气象的预报，甚至在军事方面是有非常广泛的运用，因此三维GIS技术到底是什么，在实际的使用过程中有什么特点无疑是很多人非常关心的问题。

二、三维GIS的行业应用

目前三维GIS在诸多行业中获得了广泛运用，如城市规划、城乡建设、国土资源、地理国情监测、环境气象、通讯行业、综合应急、军事仿真、旅游展示等。现就三维GIS在以下几个方面的行业应用进行探讨。

1、城市规划在城市发展中要求高瞻远瞩，因此一直是三维可视化技术应用的主要领域。城市规划在城市发展中要求高瞻远瞩，因此一直是三维可视化技术应用的主要领域。有效提高规划编制的工作效率。三维GIS可以集成多源规划数据，拥有大量三维模型、纹理、遥感航摄影像，具有海量信息，从而减少踏勘的工作量和成本，提高了工作效率。缩短建设项目的审查周期。在三维GIS中，展示待审查项目的相关信息，如建筑物的密度、高度、风格、协调性等，并实时对建设目标进行参数化修改与调整，立即展示审查意见，最终得出科学的审查结论。

2、城乡建设管理

计算建设项目挖填方量。在建设项目设计中，根据三维GIS中建立的数字高程模型（DEM）和设计高，计算挖方量和填方量，经多次模拟计算，可求得挖填方平衡的最佳设计高。提高道路设计效率。输入各种设计参数，如行车道、隔离带、路缘、人行道、边坡、附属物等要素尺寸，使道路按设计高与DEM上融合，并计算建设时的挖方量和填方量，提高道路设计效率。快速实现水利工程的前期选址和灾害评估。结合水动力水文模型，对淹没损失和水利工程前期选址的科学性等进行空间分析，从而合理确定移民安置范围、科学评估淹没地区生态环境等。

3、国土资源、国情监测管理

借助三维GIS技术，建立国土三维信息系统，实现国土资源、地理国情的高效、准确和科学管理。在三维场景中能够实现一系列有关地理信息系统和图形的操作，如漫游、查询、量测等，实现空间地理信息服务可视化，保障国土资源管理的有序发展。 在三维GIS中，模拟三维地质构造形态、岩石内部结构等分布状况，展示矿山地质环境现状、矿产资源遥感调查和监测等数据，并实现查询、分析、统计，进而实现矿产资源储量计算，有效监测矿产资源。依托三维GIS平台，可以多维多时态展示道路交通、水系信息、植被覆盖、滑坡等信息，进而分析地形地貌、道路密度、城镇建设、人口密度、建筑用地适宜性、土地利用和土地覆盖变化等，实现开发利用地理信息资源、加强应急保障、国情监测的目的。

4、环境、气象管理

三维GIS能够展示出多层次的复杂环境情况，涵盖地下到空中，如对大气成分、气压、气流以及空气质量在不同高度时的变化情况，空气中的污染物受风流影响迁移情况，地面或地下的污染物受水流影响迁移情况。通过分析技术，展示气象及环境的发展规律，并进行预测，有效地进行环境管理，将天气系统的演变情况以及未来的趋势更好地展示给公众。

5、通讯行业管理

在三维GIS平台中，通过对通信业各种资源的有效展示，并实现基于GIS的网络规划预算、工程设计、工程项目管理、资产统计分析、市场分析及预测、通信线路运行检查和实时监控等功能，有利于实现资源的统一管理、迅速准确地进行滚动规划研究、动态地查询网络运行情况、提高通信企业的客户服务质量。

6、公安、消防、水利应急管理

三维GIS技术也可以在公安系统中发挥作用。运用摄像头等设备实时监控、监听警情，把握治安状况，提升工作效率。建立消防地理信息管理数据与三维GIS的关联关系，可以有效提高处警效率。例如，在郊区森林防火方面，展示山势、道路走向，根据系统分析功能，模拟火势发展及影响面域，从而快速灭火；市中心部分区域，可以分析最近消防警力、消防水源，实现有效灭火，减少社会损失。建立交互式的三维管理调度系统，配合防汛防洪预警系统，实现水利应急管理。制定、修改、维护、更新防汛预案，提供决策支持平台更加直观的做好防汛减灾工作。

7、军事培训演练

在军事领域，三维GIS技术也得到了广泛应用。对军事学而言，建设可靠的三维地形地貌平台系统至关重要。此外，还可以依据实际需求，构建军事演练的虚拟现实平台，方便进行单项演练，同时也支持大型的综合演练，为作战机动车和人员配置专业的GPS定位系统，依靠三维GIS技术进行实施跟踪和定位，确保观察效果，降低军事培训和演练的成本，节约人力物力。

8、三维旅游展示管理

旅游景区拥有独特且丰富的人文资源、自然风光，将互联网信息技术和三维GIS技术引入其中，建立多功能互动式旅游服务平台，将旅游资源特色全面展现出来，除了推介旅游产品、展示景区风貌以外，还能实现品牌效应，使景区的对外形象得到提升。

三、三维GIS技术在我国电力行业中具体分析

三维可视化是一种利用计算机技术，再现三维世界中的物体，并能够表示三维物体的复杂信息，使其具有实时交互的能力的一种可视化技术，是对现实世界的真实再现[2]。三维可视化技术始于20世纪80年代后期，但由于受到计算机硬件条件（如内存小、速度慢等的限制，该技术的应用受到了一定制约。20世纪90年代中期以后，三维可视化技术才日趋成熟。由于人们对三维信息的需求与日俱增，三维可视化技术方兴未艾，已经广泛应用于社会生活的各个领域。交互的三维可视化在学科与产业中日益成为一个主流技术，它完善了地理信息系统空间分析处理能力并拓展了地理信息的表现形式，而且它是实现地理信息系统与人的交互的窗口和工具，所以三维可视化可以动态地、形象地、多视角地、多层次地描绘地球科学中的客观现象。

三维可视化的发展，缩短了现实世界和计算机虚拟世界的差距，其对三维现实世界的可视化是以GIS为前提的。三维GIS能以其真实可视化效果生动地再现现实景观，直观地表达智能变电站中设备同周围地理环境在空间上的相互关系，并将各种巡检信息综合起来，实现在变电站的统一、规范、精细化管理。

随着变电站的增加，传统的以文字加图片描述对站内设备进行管理的方式由于信息表现的不足，越来越不适应电网建设的需要。例如文字和图片无法表现变电站内部各种设备的空间位置关系[5]。将三维GIS技术应用到智能变电站巡检中，采用三维GIS技术对变电站场景进行高仿真建模，从而在系统中真实呈现变电站场景，为业务人员提供设备异常预警、智能巡检等功能，为变电站的日常运维工作提供支撑。

我们将三维GIS技术应用到智能变电站巡检中，通过自定义常用巡检路线，集成设备帐台数据、历史缺陷数据、自动化系统监测数据、监控系统视频监测数据等，结合三维仿真场景的设备空间数据，提供第一人称、第三人称漫游方式，在高仿真三维场景中进行自动巡检，并结合双屏场景及数据输出，全方位展示巡检，最终实现实时远程巡视。

将三维GIS用于智能变电站巡检中是建设智能电网的需要，也是经济社会发展的需要。通过GIS的模拟、虚拟功能，对变电站运行数据进行分析，并对缺陷数据等各种数据进行可视化综合展示，为变电站的日常运维工作及辅助决策提供有力支撑。

四、目前国内外公司三维GIS的发展遇到的主要问题

随着计算机科学技术的发展和GIS应用的不断深入，在很多领域如地质、矿山、环境、海洋、气象、数字城市等，二维地理信息系统已不能满足人们的需求，取而代之的是空间的、立体的三维GIS。进入20世纪90年代后，三维可视化与虚拟现实技术的迅猛发展使得建立三维GIS成为可能，而“数字地球”对建立三维GIS也提出了更为迫切的要求。三维GIS不仅能表达空间对象间的平面关系和垂向关系，而且也能对其进行三维空间分析和操作，向用户立体展现地理空间现象，给人以更真实的感受。

由于三维GIS的复杂性和涉及领域的广泛性，需要实现真正意义上的三维地理信息可视化，面临着一些应用方面的需求： 首先是海量数据的存储和快速处理。由于数据量庞大，海量数据需要分布存储技术，可以采用云计算的分布式存储技术保证数据量的可靠性和可用性。云计算可以同时满足大量用户的需求，并行地为大量用户提供服务，并且具有高吞吐率和高传输率。

其次是，空间数据模型的合理选择。由于3D-GIS的应用领域不尽相同，各领域对3D-GIS的功能需求差别甚大，寻找一种适合于所有领域的3D空间数据模型是不现实的，不可能研制出一个通用的3D-GIS系统。各专业领域可以根据其具体的专业需求，选择适当的数据模型，开发出适合于其需求的专业3D-GIS。

目前国内外三维GIS主要面临的挑战。三维GIS的空间数据模型需要满足以下要求：明确对象的定义语言，几何变化关系；可以包括多种可视化模型的显示；具有一定的计算分析能力；形成高效的信息检索机制；并可与其他模型进行转换[4]。已有的数据模型主要是从面、体、集成和对象四个方面进行描述和分析。但现在的三维数据模型缺少统一的数据描述模型，无法真正实现现实世界地理实体三维数据模型的高度统一。 目前国内外面临的挑战包括：

1、三维数据实时获取

实现三维GIS表达非常困难，由于三维GIS数据采样率很低，无法像二维地图那样准确的描述，容易出现偏差。同时，三维GIS的属性对于二维来说并不是线性增长的，且其复杂性使得几乎无法准确描述。因此，二维的数据模型在三维中是不可用的，三维数据实时获取尤为关键。

2、海量数据存储与分析

三维数据量相比二维数据量更是指数级的增长，快速处理海量数据是一个巨大的问题。除提升硬件性能外，更需要高效的数据模型和高并行多线程处理和分析技术。

3、三维GIS数据模型

空间数据库是GIS的基石与核心，三维亦如此。而要建立三维空间数据库，必须首先建立准确的空间数据模型，否则根本无法实现三维GIS的客观描述

4、智能决策是GIS的高级应用，在二维中以显示其能力的不足，目前仍很难实现，只能做一些简单的数据库操作，无法实现智能决策。在三维GIS中，同样面临着这个问题

五、三维GIS的发展前景

随着计算机科学技术的发展和GIS应用的不断深入，在很多领域如地质、矿山、环境、海洋、气象、数字城市等，二维地理信息系统已不能满足人们的需求，取而代之的是空间的、立体的三维GIS。进入20世纪90年代后，三维可视化与虚拟现实技术的迅猛发展使得建立三维GIS成为可能，而“数字地球”对建立三维GIS也提出了更为迫切的要求。三维GIS不仅能表达空间对象间的平面关系和垂向关系，而且也能对其进行三维空间分析和操作，向用户立体展现地理空间现象，给人以更真实的感受。

由于三维GIS的复杂性和涉及领域的广泛性，需要实现真正意义上的三维地理信息可视化，面临着一些应用方面的需求。例如海量数据的存储和快速处理。由于数据量庞大，海量数据需要分布存储技术，可以采用云计算的分布式存储技术保证数据量的可靠性和可用性。云计算可以同时满足大量用户的需求，并行地为大量用户提供服务，并且具有高吞吐率和高传输率。

随着3D-GIS的发展已经出现了4D-GIS，即在三维的基础上增加了时间维。如自然灾害会造成局部地址条件剧烈变化，需要将时间数据与3D模型相结合，形成时间-空间的4D-GIS。例如地质学家评价某时刻的所有地质条件或某时间段内的平均地质条件，就可以考虑时间数据与3D模型的结合，形成4D的空间-时间GIS模型。

另一方面，随着网络技术的发展，3D-GIS不仅局限于单机，而更多的应用于网络，使得更多的用户通过Internet突破空间限制，共享地球空间的各种信息。

三维GIS优势在于对空间信息更加形象生动的表现形式，其目的是使用户更容易完成对空间信息的认知。三维GIS涉及到很多支撑技术和研究领域，重点在于空间数据的分析处理。目前准三维平台一样在发挥强大的作用，支持专业的应用。三维GIS开始向空间决策支持系统方向发展，对智慧城市中的主动聚焦决策服务提供强大的技术支持。

六、结束语

总之，随着科学技术的发展，三维GIS技术一定不会仅仅满足于目前的现状，在图像的生动以及在图像的效果上肯定是有更大的追求，因此随着人们对于地质了解的需求越来越高，那么三维GIS技术无疑是会得到更快的发展。

参考文献

[1]刘陵，方军，陈利生等.三维GIS的研究现状及其发展趋势[J].矿山测量，2011，4（2）：71～75

[2]朱庆.3维GIS技术进展[J].地理信息世界，2011，2：25～33

[3]陶琼，朱大明.三维GIS的发展趋势与建模分析[J].地矿测绘，2008，24（4）：35～37