土木工程活动中的树木与森林问题。许多土木工程活动存在一定的孤立性，重点局限在项目实物本身，忽视其在整体环境中的作用及影响。例如大量个体建筑和工程设施组成了城市，在保持其个性的同时，形成了个体所没有的城市性能，如景观协调、下垫层、热岛效应、交通拥堵等等，这是一个量变到质变的过程。这就从工程技术层次的“微观建筑”上升到技术科学层次的“宏观建筑”或“城市科学”［9］。现代土木工程活动早已超越工程技术层面了，但土木工程教育往往滞后。未来发展对土木工程的压力。人口增长、能源和资源匮乏、环境气候变化要求我们可持续发展，引导全球接受绿色设计理念和在全社会进行资源消耗平衡。全球对环境安全及环境恢复的要求不断提高，大多数环境目标却没有实现。对可持续能源、洁净水、清洁空气及废物安全处理的要求，推动了全球范围内的基础设施发展［10］。土木工程业是解决上述问题的主要承担者。土木工程的信息化建设。土木工程的信息化是用计算机、通信、自动控制等信息汇集处理高新技术对传统土木工程技术手段及施工方式进行改造与提升。重点建设设计、施工的技术和控制信息系统；标准、行业管理、工程管理、企业管理的信息系统以及土木工程基于互联网的方案。土木工程的信息化可能引起土木工程活动方式的深刻革命，土木工程新的理论和技术不断出现。例如工程项目生命周期成本（lifecyclecost，LCC）、工程材料生命周期评价（lifecycleanalysis，LCA）、适应拆毁的设计理念（DFD，DesignforDisassembly）、建筑构件和结构含能设计理念［11］、建筑垃圾最小化设计概念［12］、工程材料的复合高性能化与再生性的关系等等。上述已不是传统土木工程技术范围的问题，应对现代土木工程活动所需知识已经远远超出了传统工程技术范围。除了传统的土木工程技术外，土木工程师必须熟悉大量相关知识并承担社会与道德责任。此外，由于土木工程师的工作与基础设施建设和环境发展密切相关，因此他们将在维护世界稳定方面发挥着重要作用［13］。
二、新形势对工程教育技术的要求
党的十六大提出走新型工业化的发展道路［14］。“走新型工业化道路”要求全面提升工程师的知识面和工程素质：“科技含量高”要求工程师专业知识和能力过硬；“经济效益好”要求工程师懂市场,善于促销路、降成本、增利润；“能源消耗低”要求工程师有节能意识、熟悉与产品有关的能源知识和节能技术；“环境污染少”要求工程师对保护自然环境和人文环境有强烈的责任感和相应的文化素养；“人力资源优势得到最大程度的发挥”要求工程师提高管理能力和水平［15］。转型时期企业对我国的工程技术教育提出新的要求，希望在重视加强教学和科学基础的前提下，注重培养学生的工程实践能力、表达交流沟通能力与团队合作精神、终身学习能力、职业道德及社会责任、社会人文和经济管理、环境保护等知识［16］。改革开放以来，土建业产业背景已经发生根本的变化［17］，这种变化对土木工程师的培养提出了新的要求。
三、土木工程专业教育技术的对策
1.培养目标的定位我国土木工程教育以四年学制为主，受培养模式、学制和就业率要求的支配，培养的学生一般为熟悉传统专业技能，略知相关知识，能够较快地从事专业技术工作的人才。现代工程的特点是将科学、技术、经济、社会、环境生态、文化以及审美艺术、伦理道德等价值观整合起来，指导工程实践，创造出一个人工的实体。如果我们培养的工程师仅关注自身的技术层面，那么正如美国北卡罗来纳大学Okun教授所言，恐怕未来的工程师将会成为服务于那些来自其他专业的受过良好教育的人手下的一名技术员而巳［18］。在科技飞速发展、社会问题日趋复杂的实践环境下，四年学制培养出现代土木工程师已经不可能，这就需要对培养目标重新定位，例如培养具有现代土木工程师基本素质的毛坯工程师或能够较快从事某些技术工作的操作型工程师。一项对近百名工程师的调查对此有参考价值［19］：88％的被调查者认为“工程意识比熟悉一个局部的工作更具有意义”；96％的被调查者认为“学校教育应注重基础和素质，过于专业化的内容应在企业内加以训练”；100％的被调查者认为“进行思想品德和职业道德教育是大学的重要任务”。具有大工程观素质的现代土木工程师的缺失是土木工程水平不高的主要原因之一。用系统的宽广的视野定位未来土木工程师的培养是我们必须做的工作。
2.培养现代土木工程师的知识与能力随着产业背景的改变，以经济利益为核心、以合同为当事人之间行为和关系准则的运行模式已普及到土建业的每一个基层。土木工程师的职能迅速扩大，除了传统技术层面的能力外，综合财政、社会、经济和政策的考虑问题方法与沟通、协调和管理能力已成为现代土木工程师的重要专业职能。现代土木工程师的知识与能力归纳为具备工程实践能力、多学科的背景以及多方面的能力、职业道德和社会责任感［20］。在四年时间内即使初步完成上述三方面知识与能力的培养也是一项新的课题，需要用系统的视野确定专业的知识组成，将孤立分散的多学科知识揉合成整体，并在长期的实践中不断改善。
3.改变教学模式我国土木工程教育与其他工科教育一样，长期采用科学导向,模式单一，工程教育的特色不明显［21］。教学上普遍采用传递─接受模式。该模式源于赫尔巴特的四段教学法，后由前苏联凯洛夫等人进行改造传入我国［22］。该模式着眼于充分挖掘人的记忆力、推理能力与间接经验的作用，使学生比较快速有效地掌握更多的信息量。强调教师的指导作用，认为学习是教师到学生的一种知识的单向传递，注重教师的权威性。运用该模式传授知识的效率高，能培养学生的纪律性和抽象思维能力，并且办学硬件条件要求低，但易培养出单一化、模式化的人格，不利于创新性、分析性学生的发展以及创新思维和解决实际问题能力的培养。现代土木工程具有个性化与建造技术综合性的特点［23］，因此土木工程教育有实践性、创新性等要求，科学家培养模式并不能很好地满足这些要求。由于种种原因，现在土木工程教育必须的一些实践性环节被弱化或课程化了,例如以模拟、虚拟化、演示、观摩等课程形式的实践来代替。立即改变现有培养模式的条件尚不成熟，可先在相关课程教学上考虑工程特点，加强工程训练，培养工程素质。例如设置包括多学科内容的综合性大作业、大案例分析（如阿斯旺大坝）、设计、实习，体现土木工程高度综合性、创新性的特点。此外，利用分组专题讨论形式，对学生进行表达能力、合作精神和自信心等非专业综合能力的训练。
4.培养求精务实的工程精神从士农工商的排序就可看出中国古代社会一直没有认识工程技术对提升人类生活质量、社会文明程度以及国家的富强的重要作用。改革开放以来，我国的工业制造能力得到了极大的发展，但产品质量总体上不高，土木工程也一样。这与社会伦理以及整个社会长期不重视工程技术有关，大多数不是能力问题。要改变这种状况，全社会都要倡导尊重工程的文化、建立正确的社会伦理观，从孩子开始，长期坚持。大学期间注重培养崇尚求精、务实、求真、求新，精于设计、精于制作的工程精神，将这种理念融入学生平时的作业、实验、设计中去，逐步树立求精务实的工程精神。
5.积极采用现代教育技术土木工程正在进入信息化时代。土木工程项目的单件性、时代性、环境性、多要素性决定了项目信息的大规模性、变动性、多门类性，信息技术将使传统工程成为数字工程，传统的教育模式已不能适应，必须采用现代教育技术。
四、结语
土木工程是建造各种工程设施的科学技术的总称。其不仅包括施工材料、施工设备、勘测、设计、施工、保养维修等技术活动；还包括工程建设对象，也就是建造在地上、地下、水中，可能直接或者间接服务于人类生活、军事、生产、科研等的工程设施，如，房屋、铁路、桥梁、道路、港口、给排水工程等。土木工程施工发展时间比较长，起始于新石器时代，经过文艺复兴时期一直到现在。在不断的发展过程中，土木工程施工技术也得到了快速的更新。发展到现代社会，土木工程已经成为了一门综合性的大型学科，并且出现了很多的分支，如，建筑工程、铁路工程、桥梁工程、道路工程、港口工程、给排水工程等。除此之外，随着土木工程的不断发展，土木工程施工技术越来越先进，在一定程度上，促进了土木工程建设的可持续发展。并且，在科学技术水平不断提高的形势下，对土木工程施工技术的要求也越来越高，进而为了达到社会发展需求，就一定要对施工技术进行创新，同时充分应用于土木工程建设。
2土木工程施工技术控制
2.1早期施工技术
土木工程施工技术的变化是随着结构形式、施工环境、施工材料的不断变化而变化。在土木工程施工中，早期施工技术主要包括以下三项。
2.1.1桩基础施工技术
此项技术是地基基础施工技术中的基础方法。在进行桩基础施工的时候，施工人员一定要选择恰当的桩型，对单桩基与群桩设计进行全面的考虑，进而保证桩基础施工质量达到预期标准，并且，在设计群桩的时候，一定要对不均匀沉降问题进行考虑，这样才可以保证施工的顺利完成；在进行预制桩吊运操作的时候，施工人员一定要加强对吊运的控制，避免出现冲击与振动的情况，影响成桩质量；在进行桩基钻孔与灌注施工的时候，一定要尽可能完善桩的定位放线、钻机垂直度校正、钻孔清土、灌注、混凝土搅拌、钢筋笼制作与安装、成桩验收等工作，并且对成桩质量进行全面的检测，进而达到预期的施工标准，保证工程施工的社会效益与经济效益。
2.1.2混凝土结构施工技术
混凝土是现代最主要的建筑材料。在土木工程施工中，混凝土结构施工技术是一种较为常见的技术手段。此项技术中较为常用的方法就是预制法与现浇法。预制法就是指在混凝土施工结构中得到了人们的广泛认可与应用，此方法具有性能高、成本低的特点，在土木工程建设中得到了广泛的应用。除此之外，在土木工程实际施工中，一定要保证预制膜尺寸的精准，并且严格按照施工顺序展开操作。相对于预制法而言，现浇法的应用要更早一些，此种方法主要就是在施工现场中进行支模，并且展开混凝土浇筑，完成土木工程施工。
2.1.3钢结构施工技术
在土木工程施工中，钢结构施工技术也是一项非常重要的技术手段。此种技术手段主要集中于构件吊装操作中。在实际施工之前，施工人员一定要对施工现场进行全面的清理，并且开展道路修筑、装备检查、构件运输等基础工作，保证钢构件可以按照施工顺序进行有效的运输；对于运输至施工现场的钢构件而言，一定要用具有足够支承面的木枕进行垫底，尽可能将其放置在起吊位置，确保钢结构摩擦面的干燥、清洁，达到预期的质量要求。在土木工程钢结构连接施工中，一定要选择最为恰当的连接方式，保证连接位置的精确，防止出现钢结构薄弱点，影响土木工程质量。
2.2创新施工技术
随着土木工程建设规模的不断扩大，施工技术在施工过程中发挥的作用越来越重要，对工程质量安全有着决定性的作用。近些年来，施工技术在土木工程建设中得到了广泛应用与发展，出现了一些创新施工技术。
2.2.1深基坑支护技术
近些年来，随着我国经济建设与城市建设的不断发展，地下工程建设越来越多。高层建筑地下室、地下车库、地下人防工程、地铁站等工程施工中，均需要挖掘较深的基坑。随着大量深基坑工程的出现，施工工艺、设计计算理论等方面均得到了一定的提升，同时，深基坑支护技术也成为了确保工程施工顺利完成关键。各种建筑物与地下管线都要开挖基坑，一些基坑可直接开挖或放坡开挖，但当基坑深度较深，周围场地又不宽时，一般都采用基坑支护，过去支护比较简单，也就是钢板桩加井点降水，一般能满足基坑安全施工，而对于深基坑已不能满足要求，近几年来随着基坑深度和体量的增大，支护技术也有了较大进展，按功能分常用的主要包括以下几个：一是，支撑系统。常用的有钢管与型钢内支撑、钢与钢筋混凝土组合支撑等，功能为支承围护结构侧力与限制围护结构位移；二是，挡水系统。常用的有深层水泥搅拌桩、地下连续墙、旋喷桩等，功能为阻挡抗外渗水；三是，挡土系统。常用的有钻孔灌注桩、深层水泥搅拌桩、钢筋混凝土板桩等，功能为形成支护排桩或支护挡土墙阻挡坑外土压力。
2.2.2新型预应力技术
一般而言，预应力混凝土结构，是在结构承受荷载之前，预先对其施加压力，使其在外荷载作用时的受拉区混凝土内力产生压应力，用以抵消或减小外荷载产生的拉应力，使结构在正常使用的情况下不产生裂缝或者裂得比较晚。新型预应力技术也可以称之为体外预应力，其具有预应力摩擦损失小、操作方便等优势，在一定程度上，提高了土木工程施工效率。
3结束语
早在上世纪七十年代，姚治平先生首次明确的提出了土建工程中的结构控制概念，并在论文“土木工程结构减震概念”以及以后的论文中都相应的指出了：应用结构的控制系统是一个解决土木工程这种安全性问题的可替代的方法，这为结构理论在土木工程中防震问题中提出了全新的方向。在近三十年的发展历程中，国内外的相关学者在土木工程的结构控制的方式、实验以及工程的应用方面都取得良好的研究成果，工程结构控制概念可以解释为：通过对工程结构施加相应的控制体系，通过控制体系和结构来共同承担受震的作用，以此来调节和降低工程结构中的振动效应。
二、隔震控制技术
（一）隔震控制技术原理
在土木工程的建设当中，隔震控制技术就是对由地震所产生的振动对建筑的整体结构的隔离作用。工程中的防震体系基本都设置在工程结构的最底部和基础工程顶面之间，使得上部的结构和基础相分离。通过隔震体系来隔离地震波所产生的向上冲击力，延长工程结构的基本周期，从而降低建筑物的地震反应，是的工程整体的加速度变下，通过隔震系统来分担地震所产生的能量，以此来达到减震的作用。通过地震的反应图谱可以看出，随着周期的变大，加速度的反应谱慢慢的减小，通常在底层建筑的刚度很大，所以说周期变短，在发声振动的时候，输入其中的加速度很大，要是采用相应的措施来增加和延长工程结构的基本自震周期，让其还礼场地中的卓越周期，让工程结构的基频处在地震产生高能量的频段以外，通过这种方式可以有效的降低建筑物输入的加速度。通过地震的反应谱可以看出，当周期变大的时候，反应的位移将会增加。
（二）对橡胶支座的运用
当前用在建筑防震中的橡胶支座是由橡胶片与薄片增强钢板，通过粘合和硫化加工而成的，通过现代化橡胶的化工技术的加工制造。它在水平方向上的刚度比较低，而在垂直方向上的刚度很高。这种规格的橡胶支座最早是在桥梁施工中被应用。建筑和桥梁施工所应用的橡胶支座在结构上基本是相同的，都有相同的结构动力学的标准和要求，也同样的具有耐久性、稳定性以及包含防火在内的耐受性等，在地震产生的能量冲击下，橡胶支座会隔离建筑体在水平方向的运动分量，而在垂直方向上基本保持不动。通过这种方法不但可以隔离因为地铁或者是公交所产生的高频率的振动，同时还可以防止工程结构不会受到地震或者是其他原因产生振动的影响。
（三）铅芯橡胶支座运用
土木工程中铅芯橡胶支座主要应用在叠层上，橡胶支座中间的圆形孔当中加入铅之后制成的，这是对橡胶支座技术中的一大改进。因为铅具有较低的屈服点以及很高的可塑性能力，可以使铅芯橡胶支座中的阻尼比达到25%~35%之间。铅芯它具有提升支座吸收能量的能力，保证支座具备湿度的阻尼，同时还具有增加支座的原有刚度。控制风反应能力以及抵抗微震的作用。
三、耗能减震技术
（一）耗能减震技术原理
土木工程中的结构耗能减震技术主要是在结构中的某部位安装耗能设施，经过耗能设施产生的摩擦，产生弯曲的弹性滞回的形变耗能或者是吸收地震中输入结构的能量，以此来降低主体结构当中的地震反应，有效的预防了结构产生的损坏或者是倒塌，以此来达到减震和控震的目的。而在装有耗能装置的底部结构我们称之为耗能减震结构。工程中的耗能减震结构都具备明确的减震机理、减震的效果较为明显。安全性能较高、经济较为合理、技术较为先进以及试用的范围较为广泛等特点。
（二）常用的摩擦设施
摩擦耗能器是依据摩擦做工所产生的能量的原理而制成的，当前应有很多种的不同的构种类的摩擦耗能器，例如Pall型的摩擦耗能器、限位摩擦耗能器以及摩擦筒制震器，摩擦滑动对应的摩擦节点在剪切铰耗能器等多种耗能器，摩擦阻尼的种类非常多，但是都具有较强的滞回的特性，滞回环为矩形，耗能的能力较强，工作的性质相对稳定。
（三）钢弹可塑性耗能器
运用软钢具备优良的屈服性能，运用其进入弹性的可塑范围之内的优良滞回特性，当前我国已经研发出来很多种的耗能装置，比如加劲阻尼设施、锥形的钢耗制震器、圆形或者是方框形的钢耗制震器、双环耗能节能器，加劲圆环状耗能器以及低屈服点的钢耗制震器等等，这种耗能器具备优良的滞回性能以及稳定性能，耗能的能力较大，长期稳定可靠而且不会受到环境和温度的影响。
（四）粘弹性阻尼器
所谓的粘弹性阻尼器就是通过粘弹性以及约束性钢板相互交替结合而成的，它是一种主要和速度相关联的减震装置。比较常见的粘弹性阻尼器主要是由两个T型的约束钢板，通过一块矩形的钢板夹在其中而成，T型的约束性钢板和中间的钢板产生了相对性的运动，使得弹性的材料产生一种往返型剪切滞回形变来提升结构中的阻尼，消耗输入其中的振动能量，以此来减小结构当中的振动反应。当前。消能减震技术有着非常广泛的应用，它不但适用在新建的结构中，同时又可以用已经存在的建筑抗震的加固和维修当中。到目前为止，已经逐渐开始采取消能减震的技术，其中涉及到的国家有二十多个，比较早的在土木工程中运用消能减震技术的国家有新西兰、美国等发达国家。在最近几十年以来，各个国家对土木工程中的结构减震的控制和实验研究一直在不断的进行，并且在隔震支座的功能和改进方面有着较好的效果，并研制出了较多的隔震系统中的新型材料和部件，并通过大量的实验证明了结构减震控制是可以有效的起到隔震的作用。
四、结语
关键词：虚拟现实技术土木工程可视化计算
一、引言
随着我国经济的稳步增长和基础建设规模的加入，建设项目的规模越来越大、结构形式日益复杂，对土木工程学科管理的科学性、精确性要求越来越高。实现土木工程的信息化、智能化、可视化和集成化成为土木建筑工程项目管理现代化的要求和本领域的研究热点。虚拟现实技术(VirtualReality,VR)是综合性与集成性极强的高新技术，在军事、医学、设计、艺术、娱乐等多个领域都得到了广泛的应用。土木工程中的虚拟现实技术涉及土木工程领域的各个学科，已显示出一定的实用性，技术潜力十分巨大，应用前景非常广阔[1]。
二、虚拟现实技术及其特点
虚拟现实技术，又称灵境技术，是20世纪末兴起的一门崭新的综合性信息技术。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，大大推进了计算机技术的发展。VR技术是把抽象、复杂的计算机数据空间转化为直观的、用户熟悉的事物。它的技术实质在于提供一种高级的人机接口。利用VR技术所产生的局部世界是人造和虚构的，并非是真实的，但当用户进入这一局部世界时，在感觉上与现实世界却是基本相同的。因此，虚拟现实技术改变了人与计算机之间枯燥、生硬和被动的现状，给用户提供了一个趋于人性化的虚拟信息空间。它以模拟方式为使用者创造了一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维图像世界，在视、听、触、嗅等感知行为的逼真体验中，使参与者可直接参与和探索虚拟对象所处环境的作用和变化，仿佛置身于现实世界中。一个身临其境的虚拟环境系统是由包括计算机图形学、图象处理与模式识别、智能接口技术、人工智能技术、多传感器技术、语音处理与音像技术、网络技术、并行处理技术和高性能计算机系统等不同功能、不同层次的具有相当规模的子系统所构成的大型综合集成环境。所以，虚拟现实技术是综合性极强的高新信息技术。虚拟现实技术具备以下三个方面的特性。
1．沉浸性
虚拟现实技术是根据人类的视觉、听觉的生理心理特点，由计算机产生逼真的三维立体图像，使用者戴上头盔显示器和数据手套等交互设备，便可将自己置身于虚拟环境中，成为虚拟环境中的一员。使用者与虚拟环境中的各种对象的相互作用，就如同在现实世界中的一样，一切感觉都是那么逼真，有一种身临其境的感觉。
2．交互性
虚拟现实系统中的人机交互是一种近乎自然的交互，使用者不仅可以利用电脑键盘、鼠标进行交互，而且能够通过特殊头盔、数据手套等传感设备进行交互。使用者通过自身的语言、身体运动或动作等自然技能，就能对虚拟环境中的对象进行考察或操作。
3．多感知性
由于虚拟现实系统中装有视、听、触、动觉的传感及反应装置，因此，使用者在虚拟环境中可获得视觉、听觉、触觉、动觉等多种感知，从而达到身临其境的感受。
三、虚拟现实技术在土木工程中的应用
1．虚拟现实技术在土木工程中的应用前景
在土木工程中，长期以来人们不得不用抽象的概念表示非常丰富的内容，如用平面图、剖面图、立面图等平面图形成一些规定的符号来表示三维的立体建筑，用比较抽象的图形和精练的语言来描述复杂的场景，以传递大量的信息。但这一种信息处理与传递方式受到信息接受者所从事的职业、知识结构及理解能力的影响，交流起来非常困难。
VR技术的发展为我们克服这一困难提供了极其有效的手段。用虚拟现实既能表示真实的世界，也可以表示虚拟的世界。表示真实世界时，可以突破物理空间和时间的约束，做到能“超越现实”；在表示虚拟世界时，又能使其中的虚拟物体表示出三维逼真感，以达到身临其境的感受，最后形成一种“人能沉浸其中、超越其上、进出自如、交互作用的三维信息空间”。VR技术为用户提供了一种新型的人机接口，它利用计算机生成交互式三维环境，不仅使参与者能够感受到景物或模型的逼真存在，并且对参与者的运动和操作做出实时准确的响应。
2．虚拟现实技术在土木工程中的应用领域
由于具有上述的优势特征，虚拟现实技术在土木工程中得到了广泛的应用，并且具有广阔的应用前景。现阶段，虚拟现实技术在土木工程中的应用主要有以下几个方面[2]。
（1）在虚拟施工过程和施工结构计算中的应用[3]
在实际工程施工中，复杂结构施工方案设计和施工结构计算是一个难度较大的问题，前者难点关键就在于施工现场的结构构件及机械设备间的空间关系的表达；后者在于施工结构在施工状态和荷载下的变形大于就位以后或结构成型以后。
基于虚拟现实的复杂结构施工方案设计是指利用虚拟现实技术，在虚拟的环境中，建立周围场景、结构构件及机械设备等的三维CAD模型（虚拟模型），形成基于计算机的具有一定功能的仿真系统，让系统中的模型具有动态性能，并对系统中的模型进行虚拟装配，根据虚拟装配的结果，在人机交互的可视化环境中对施工方案进行修改。复杂结构施工涉及的因素较多，起重机的布置位置、高度，缆风绳着力点的选择，构件堆场的位置，起重机的开行路线，构件起吊路线等，都是施工方案设计必须考虑的问题。若对这些问题考虑得不够，则工程施工的进度、成本等都会受到影响，甚至导致安全事故的发生。
建筑结构施工前往往要对施工方案进行受力状态复核。如在大跨空间结构施工中，不仅要考虑施工过程的安全性、可行性，还要考虑结构本身在施工过程中安全性、可靠性。某展览中心，钢结构屋盖支承在钢桅杆上，桅杆两端为锥形，与下部混凝土结构铰结。为了减小钢桁架的变形，更为了维持结构的稳定，在钢屋盖桅杆和混凝土之间，采用了一系列的斜拉索(前索、背索、稳定索)和撑杆，形成一个稳定的结构体系。在钢结构的施工中，不同的支撑方案、不同的拼接方案，在结构的不同部位会引起不同的效应，而随着连接杆件的安装，这些施工阶段的应力将残余在结构部位上，并影响到最终的结构受力安全性；并在结构就位过程中，有可能失稳和变形。这就需要进行施工过程的精确分析。用虚拟现实技术可以对不同的方案，在短时间内做大量的分析，从而保证施工方案最优化。
（2）在工程项目招标投标中的应用
建筑业是我国的支柱产业，建筑市场的过度竞争已是长期的事实。现代建筑工程项目的运作，业主处于绝对有利的地位。在有限的时间内，如何使业主和评标的专家很好地了解招投标文件的编制和被认可的程度直接关系到承包商有没有中标的机会。因此，承包商在注重投标文件的技术可行、报价合理的同时，也非常注重投标文件的包装。尤其是大型工程、国家重点工程和国际工程的招标投标，往往在项目企划阶段就已经开始这方面的运作[4]。
借助虚拟仿真系统，把不能预演的施工过程和方法表现出来，不仅节省了时间和建设投资，而且不用项目经理的现场答辩，方案的优劣就一目了然。这无疑大大增加了承包商中标的几率。
（3）在可视化计算领域的应用
可视化计算将是今后一个重要的发展方向。在科研中，人们会遇到大量数据，为从中得出有价值的规律和结论，需要对庞大的数据量进行认真分析。对科学计算取得的数据进行可视化加工或三维图形显示，可通过交互改变参数来观察计算结果的全貌及其变化，实现参数化及可视化计算，虚拟现实技术产生了飞跃式的发展。
在运用有限元法进行结构分析时，利用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。把可视化计算技术应用于超大型复杂结构的设计、工程控制和结构分析中，将增强计算软件的前后置处理能力。例如，在桥梁工程控制和结构分析的可视化计算中，倒退(拆)分析结构倒拆动态演示、结构理想施工线型显示、施工阶段主梁形心线的设计曲线和实测拟合曲线的显示、前进分桥结构拼装动态演示、施工预告图形显示、主梁内力图显示、危险截面应力分布图显示等等。更重要的是能借助图形或图像来进行实时动态地控制结构的重分析和获取施工控制数据，同时能实时动态演示和控制设计和施工的过程。
四、结语
虚拟现实技术在不断发展，专用于计算机图形和多媒体信息处理的高性能DSP芯片可使处理能力提高上百倍，三维图形算法和参数化建模算法等可使虚拟现实技术更加成熟。目前，虚拟现实技术还有很多不完善的地方，尤其在土木工程的研究方面，我们应努力建设虚拟现实技术实验室，开发有价值的虚拟现实工程系统，使其在工程设计、施工、管理和可视化计算等方面得到更广泛的应用。
参考文献
[1]张跃．土木工程中的虚拟现实技术[N]．科技日报．1997年6月23日．
[2]沈金良．虚拟现实技术在工程设计中的应用[J]．科技交流，2004，(3)．
摘要：虚拟现实技术土木工程可视化计算
一、引言
随着我国经济的稳步增长和基础建设规模的加入，建设项目的规模越来越大、结构形式日益复杂，对土木工程学科管理的科学性、精确性要求越来越高。实现土木工程的信息化、智能化、可视化和集成化成为土木建筑工程项目管理现代化的要求和本领域的探究热点。虚拟现实技术(VirtualReality,VR)是综合性和集成性极强的高新技术，在军事、医学、设计、艺术、娱乐等多个领域都得到了广泛的应用。土木工程中的虚拟现实技术涉及土木工程领域的各个学科，已显示出一定的实用性，技术潜力十分巨大，应用前景非常广阔[1。
二、虚拟现实技术及其特征
虚拟现实技术，又称灵境技术，是20世纪末兴起的一门崭新的综合性信息技术。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，大大推进了计算机技术的发展。VR技术是把抽象、复杂的计算机数据空间转化为直观的、用户熟悉的事物。它的技术实质在于提供一种高级的人机接口。利用VR技术所产生的局部世界是人造和虚构的，并非是真实的，但当用户进入这一局部世界时，在感觉上和现实世界却是基本相同的。因此，虚拟现实技术改变了人和计算机之间枯燥、生硬和被动的目前状况，给用户提供了一个趋于人性化的虚拟信息空间。它以模拟方式为使用者创造了一个实时反映实体对象变化和相互功能的三维图像世界，在视、听、触、嗅等感知行为的逼真体验中，使参和者可直接参和和探索虚拟对象所处环境的功能和变化，仿佛置身于现实世界中。一个身临其境的虚拟环境系统是由包括计算机图形学、图象处理和模式识别、智能接口技术、人工智能技术、多传感器技术、语音处理和音像技术、网络技术、并行处理技术和高性能计算机系统等不同功能、不同层次的具有相当规模的子系统所构成的大型综合集成环境。所以，虚拟现实技术是综合性极强的高新信息技术。虚拟现实技术具备以下三个方面的特性。
1．沉浸性
虚拟现实技术是根据人类的视觉、听觉的生理心理特征，由计算机产生逼真的三维立体图像，使用者戴上头盔显示器和数据手套等交互设备，便可将自己置身于虚拟环境中，成为虚拟环境中的一员。使用者和虚拟环境中的各种对象的相互功能，就如同在现实世界中的一样，一切感觉都是那么逼真，有一种身临其境的感觉。
2．交互性
虚拟现实系统中的人机交互是一种近乎自然的交互，使用者不仅可以利用电脑键盘、鼠标进行交互，而且能够通过非凡头盔、数据手套等传感设备进行交互。使用者通过自身的语言、身体运动或动作等自然技能，就能对虚拟环境中的对象进行考察或操作。
3．多感知性
由于虚拟现实系统中装有视、听、触、动觉的传感及反应装置，因此，使用者在虚拟环境中可获得视觉、听觉、触觉、动觉等多种感知，从而达到身临其境的感受。
三、虚拟现实技术在土木工程中的应用
1．虚拟现实技术在土木工程中的应用前景
在土木工程中，长期以来人们不得不用抽象的概念表示非常丰富的内容，如用平面图、剖面图、立面图等平面图形成一些规定的符号来表示三维的立体建筑，用比较抽象的图形和精练的语言来描述复杂的场景，以传递大量的信息。但这一种信息处理和传递方式受到信息接受者所从事的职业、知识结构及理解能力的影响，交流起来非常困难。
VR技术的发展为我们克服这一困难提供了极其有效的手段。用虚拟现实既能表示真实的世界，也可以表示虚拟的世界。表示真实世界时，可以突破物理空间和时间的约束，做到能“超越现实”；在表示虚拟世界时，又能使其中的虚拟物体表示出三维逼真感，以达到身临其境的感受，最后形成一种“人能沉浸其中、超越其上、进出自如、交互功能的三维信息空间”。VR技术为用户提供了一种新型的人机接口，它利用计算机生成交互式三维环境，不仅使参和者能够感受到景物或模型的逼真存在，并且对参和者的运动和操作做出实时准确的响应。
2．虚拟现实技术在土木工程中的应用领域
由于具有上述的优势特征，虚拟现实技术在土木工程中得到了广泛的应用，并且具有广阔的应用前景。现阶段，虚拟现实技术在土木工程中的应用主要有以下几个方面[2。
（1）在虚拟施工过程和施工结构计算中的应用[3
在实际工程施工中，复杂结构施工方案设计和施工结构计算是一个难度较大的新问题，前者难点关键就在于施工现场的结构构件及机械设备间的空间关系的表达；后者在于施工结构在施工状态和荷载下的变形大于就位以后或结构成型以后。
基于虚拟现实的复杂结构施工方案设计是指利用虚拟现实技术，在虚拟的环境中，建立四周场景、结构构件及机械设备等的三维CAD模型（虚拟模型），形成基于计算机的具有一定功能的仿真系统，让系统中的模型具有动态性能，并对系统中的模型进行虚拟装配，根据虚拟装配的结果，在人机交互的可视化环境中对施工方案进行修改。复杂结构施工涉及的因素较多，起重机的布置位置、高度，缆风绳着力点的选择，构件堆场的位置，起重机的开行路线，构件起吊路线等，都是施工方案设计必须考虑的新问题。若对这些新问题考虑得不够，则工程施工的进度、成本等都会受到影响，甚至导致平安事故的发生。
建筑结构施工前往往要对施工方案进行受力状态复核。如在大跨空间结构施工中，不仅要考虑施工过程的平安性、可行性，还要考虑结构本身在施工过程中平安性、可靠性。某展览中心，钢结构屋盖支承在钢桅杆上，桅杆两端为锥形，和下部混凝土结构铰结。为了减小钢桁架的变形，更为了维持结构的稳定，在钢屋盖桅杆和混凝土之间，采用了一系列的斜拉索(前索、背索、稳定索)和撑杆，形成一个稳定的结构体系。在钢结构的施工中，不同的支撑方案、不同的拼接方案，在结构的不同部位会引起不同的效应，而随着连接杆件的安装，这些施工阶段的应力将残余在结构部位上，并影响到最终的结构受力平安性；并在结构就位过程中，有可能失稳和变形。这就需要进行施工过程的精确分析。用虚拟现实技术可以对不同的方案，在短时间内做大量的分析，从而保证施工方案最优化。
（2）在工程项目招标投标中的应用
建筑业是我国的支柱产业，建筑市场的过度竞争已是长期的事实。现代建筑工程项目的运作，业主处于绝对有利的地位。在有限的时间内，如何使业主和评标的专家很好地了解招投标文件的编制和被认可的程度直接关系到承包商有没有中标的机会。因此，承包商在注重投标文件的技术可行、报价合理的同时，也非常注重投标文件的包装。尤其是大型工程、国家重点工程和国际工程的招标投标，往往在项目企划阶段就已经开始这方面的运作[4。
借助虚拟仿真系统，把不能预演的施工过程和方法表现出来，不仅节省了时间和建设投资，而且不用项目经理的现场答辩，方案的优劣就一目了然。这无疑大大增加了承包商中标的几率。
（3）在可视化计算领域的应用
可视化计算将是今后一个重要的发展方向。在科研中，人们会碰到大量数据，为从中得出有价值的规律和结论，需要对庞大的数据量进行认真分析。对科学计算取得的数据进行可视化加工或三维图形显示，可通过交互改变参数来观察计算结果的全貌及其变化，实现参数化及可视化计算，虚拟现实技术产生了飞跃式的发展。
在运用有限元法进行结构分析时，利用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。把可视化计算技术应用于超大型复杂结构的设计、工程控制和结构分析中，将增强计算软件的前后置处理能力。例如，在桥梁工程控制和结构分析的可视化计算中，倒退(拆)分析结构倒拆动态演示、结构理想施工线型显示、施工阶段主梁形心线的设计曲线和实测拟合曲线的显示、前进分桥结构拼装动态演示、施工预告图形显示、主梁内力图显示、危险截面应力分布图显示等等。更重要的是能借助图形或图像来进行实时动态地控制结构的重分析和获取施工控制数据，同时能实时动态演示和控制设计和施工的过程。
四、结语
虚拟现实技术在不断发展，专用于计算机图形和多媒体信息处理的高性能DSP芯片可使处理能力提高上百倍，三维图形算法和参数化建模算法等可使虚拟现实技术更加成熟。目前，虚拟现实技术还有很多不完善的地方，尤其在土木工程的探究方面，我们应努力建设虚拟现实技术实验室，开发有价值的虚拟现实工程系统，使其在工程设计、施工、管理和可视化计算等方面得到更广泛的应用。
参考文献
[1张跃．土木工程中的虚拟现实技术[N．科技日报．1997年6月23日．
[2沈金良．虚拟现实技术在工程设计中的应用[J．科技交流，2004，(3)．
1电子技术应用于土木工程设计的可行性分析
在设计阶段，土木工程设计的概念直接影响着土木工程的大致雏形。因此，当土木工程设计的概念确定时，无论如何调整具体操作步骤，其最终结果不会有太大变化。目前的设计步骤已经演变为：设计师利用计算机设计出土木工程的大致雏形借助于设计草案建构出建筑物的大体框架进行具体细节的处理和改进。例如，具体的楼层设计，桥梁设计、匝道设计、设施设备等装置的设置等，在施工之前，在系统中输入设计的整体方案，利用计算机庞大的数据信息处理能力等，对工程项目的可行性和合理性进行分析，给土木工程的建设方、施工方、监理方提出具体的建议，提供合理的方案和计划。
2电子技术应用于土木工程设计的招投标分析
利用计算机的数据信息处理能力，在招投标过程中，对工程项目的可行性和合理性进行分析和预测，可以避免决策上的重大失误。
3计算机辅助设计制图及出图计算机制图技术的发展
应用最为广泛的是计算机辅助绘图，简称CAD（如天正CAD、Auto-CAD等）。其中CAD系统如同一个“图形数据库”，它能帮助土建类工程设计师直接从图纸中提取设计信息，并与其他的应用程序进行连接，易于使用，设计周期短。为避免重复操作，可利用CAD预先定义的符号，在制图过程中自动遵守国家制图标准。还可利用绘图软件、图形输入设备、图形输出设备等组成的计算机制图系统进行制图和出图，可做到随时需要，随时制图和出图。如果出图后或会审后，发现设计错误，可利用系统中保留的图纸中各个元件的数据库，使用计算机辅助绘图软件，把要设计的图形再显示在屏幕上，然后利用输入设备（如光标）对设计图形进行编辑和修改。为方便土建类工程设计师做造价、编制工程量清单、编材料清单，每个数据库的信息是可以随时进行调用的，也可送到其他的程序之中。目前，还可结合CAD与GPS全球定位系统，大大提升土木工程施工和开挖过程的工作效率。
4BIM技术的应用
BIM是指建筑信息模型（BuildingInformationMolding），主要源于制造行业集CAD、CAM于一体的计算机集成制造系统CIMS（ComputerIntegratedManufacturingSystem）理念和基于产品数据管理PDM与STEP标准的产品信息模型。BIM具有模型信息的完备性、关联性和一致性的特点。
4.1解决了当前建筑领域信息化的瓶颈问题建立单一工程数据源，推动现代CAD技术的应用，促进建筑生命期管理，实现建筑生命期各阶段的工程性能、质量、安全、进度和成本的集成化管理，对建设项目生命期总成本、能源消耗、环境影响等进行分析、预测和控制。
4.2用于土木工程设计实现三维设计；实现不同专业设计之间的信息共享；实现虚拟设计和智能设计，实现设计碰撞检测、能耗分析、成本预测等。实现虚拟施工：在计算机上执行建造过程，虚拟模型可在实际建造之前对工程项目的功能及可建造性等潜在问题进行预测，包括施工方法实验、施工过程模拟等，为工程优化设计提供了可靠依据。
4.3用于施工及管理实现集成项目交付IPD（IntegratedProjectDelivery）管理；实现动态、集成和可视化的4D施工管理：将建筑物及施工现场3D模型与施工进度相链接，并与施工资源和场地布置信息集成一体，建立4D施工信息模型。实现建设项目施工阶段工程进度、人力、材料、设备、成本和场地布置的动态集成管理及施工过程的可视化模拟。
4.4实现项目各参与方协同工作项目各参与方信息共享，基于网络实现文档、图档和视档的提交、审核、审批及利用。项目各参与方通过网络协同工作，进行工程洽商、协调，实现施工质量、安全、成本和进度的管理和监控。
二结语
1.1高校开设课程情况
以南京为例，南京理工科院校中开设了土木工程专业路桥方向的高校较多，这些院校中大部分都购买了相应的土木工程方面的软件，如PKPM结构设计软件，鲁班造价类软件，广联达造价类软件，为了满足学士学位授予权评审要求，因此也建立了相应的专业机房，但是专门开设的有软件应用系列课程的并不多，专业机房的利用率也并不是很高，主要是用于课程设计和毕业设计/毕业论文阶段的集中实践环节教学。民办院校和高职高专、大专院校中对于软件技术应用的课程，开设的相对较多。这样有利于学生在校阶段就能充分接受和社会上需求一致的软件操作训练，从而为日后走上工作岗位做好铺垫。
1.2可开设专业软件技术应用的课程
土木工程路桥方向可开设软件技术应用的课程很多，根据市场需求情况，主要有以下几类。
1.2.1道路桥梁方向设计类课程
路桥类可开设软件应用的课程主要有:道路勘测设计，桥梁工程，路基路面工程，专业软件具体又分道路和桥梁计算机辅助设计软件系统两种类型。目前国际主流道路辅助设计软件主要有:CARD/1，Bently，Civil3D。国内常见的道路辅助设计软件主要有:纬地三维道路设计系统，路线大师，EICAD，海地，天正市政道路，鸿业市政道路及路面结构HTDS2003。国内常见的桥梁辅助设计软件主要有:桥梁博士，桥梁大师，桥梁通等等。
1.2.2道路桥梁施工组织及造价类课程
工程施工组织及工程造价类可开设软件应用的课程主要有:土木工程施工，建设工程造价，工程造价管理，工程合同管理，工程招投标等课程。专业软件主要有:同望公路造价软件、海德纵横公路工程造价软件、广联达系列软件、上海鲁班系列软件、清华斯维尔系列软件、神机妙算软件、南京未来清单软件等等。
1.3存在的问题及原因分析
社会上存在的工程类软件如此之多，各个地区及企业的实际情况不同，对软件的购买也不一样。各大高校对于软件的购买以及开设相关课程，也是针对学生就业市场需求，以及学校年度设备采购计划而定。对于高校中，要熟练地掌握这些软件需要学生在课后花费较多的时间去练习，而这往往是很多学生不愿做的，只要教师不作硬性规定或要求，主动学习和应用这些软件的学生凤毛麟角。因此，直到大学毕业，真正能够掌握或部分掌握这些软件的学生极少［3］。鉴于以上的情况，高校路桥方向开设软件信息技术类课程，主要还存在着以下几方面问题。
1.3.1现有软件开发合作不理想
现有软件开发缺乏统一部门的管理，从而导致很多软件功能基本相同，只是适用地区不一样。同时，很多软件公司里面的员工大多数是计算机等专业出身，对工程实际并不很熟悉，从而设计开发出来的软件，在处理真正的工程实际时，会产生一些偏差。
1.3.2教学资源及人才的缺乏
各大高校中的教师，绝大部分是本科—硕士—博士毕业而来，教学经验虽然非常丰富，实际工程经验相对较差，因此教学缺乏与工程实际接轨。
1.3.3学生的主动学习意识还不强
学生在校阶段的学习时间非常有限，对于软件应用类的课程，必须要求学习者经常上机操作，熟能生巧，应用软件来解决实际工程图纸中的问题，这样，软件应用能力才能不断得到提高。
1.3.4地区行业标准相对独立
由于不同的地区有不同的建筑行业标准，这就使得教师在训练学生软件操作时，必须选择采用某一个省份的地区定额作为教学需求，很多教师都是选择学校所在地的省份的定额，但学生来自全国各地，因此，当学生毕业后如果回到家乡，对于工程软件部分就必须按照工程所在地的操作来进行。
2提高专业软件化程度的措施
2.1高校方面
1)高校工程管理专业编制教学计划的时候，就应该充分考虑，在满足学生修满学分，不额外增加学生学习压力的前提下，开设专门的软件应用课程，而不是仅仅在课程设计或毕业设计的时候集中培训。2)对于软件的选择，高校在购买软件的时候，要充分考虑市场对软件的评价或用户的多少，而不能单纯考虑价格，尽量购买专业方向的主流软件。我校在充分调研论证的基础上，先后购买了有关专业软件。如天正建筑CAD、鲁班系列软件、PKPM系列软件，EICAD，桥梁博士。为我院土木工程专业路桥方向学生全面提高计算机专业软件应用能力和水平，实现理论与应用有机结合，路桥方向应用型实践教学体系改革奠定了基础。3)机房的管理。专业教研室应建立自己的专业机房，同时配备专业的维护人员。4)教师培训。学校应鼓励教师参加各种软件培训，然后服务于教学。5)积极参加各种软件开发商举办的高等院校软件竞赛。目的不是在于获得奖励，主要是能和其他兄弟院校的学生同台竞争，从而找出自己的差距。6)校企共建“双师”结构的实践教学团队。通过引进、培养补充紧缺专业人才，加强专业带头人培养和骨干教师队伍建设，强化“双师结构”教师队伍建设。7)加强实习基地建设，提高生产实习、毕业实习和毕业设计水平。
2.2学生方面
1)鼓励学生认真学习路桥方向各种软件，而不是仅仅为了应付考试，因此，对于软件课程的考核，不应采取课堂考试的形式，可采取机房上机考试，或者布置大作业的形式，让学生充分思考后独立完成，才能达到应有的教学效果。目前，计算机辅助设计已广泛应用于土木工程领域，在毕业设计中加入计算机辅助设计的内容，是提高毕业设计质量与学生计算机应用能力的重要途径［4］。我院根据教改项目的构思，在毕业设计中加入了专业软件应用。目前已经在2013，2014届毕业设计中实施，同时计划在往后的毕业设计中进一步加大专业软件的应用。通过毕业设计环节的锻炼，学生专业软件应用能力得到很大提高。2)学工部组织成立软件应用兴趣小组或社团，让学生充分了解软件信息后，才会更认真的学习。3)鼓励学生报名参加各种软件竞赛，走出校园，了解其他兄弟院校的同学情况。同时，对于获奖的学生，应给予表彰。
3结语
