摘要 虛擬仿真技術通過構建虛擬施工環(huán)境，進行三維模擬、動態(tài)調(diào)度和資源優(yōu)化配置，實現(xiàn)對施工進度的精確控制和管理，為機場場道施工進度控制提供了新的思路和方法。文章詳細探討了虛擬仿真技術在機場場道施工進度控制中的應用，包括進度控制方法框架設計、三維模擬的實施、動態(tài)調(diào)度的利用，以及資源優(yōu)化配置的技術實現(xiàn)，展示了這些技術如何協(xié)同工作以提升施工效率和精度，確保項目按時完成且符合環(huán)境和安全標準。

關鍵詞 虛擬仿真技術；機場場道；進度控制；方法

中圖分類號 TU71 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）20-0045-03

0 引言

在現(xiàn)代基礎設施建設領域，特別是在機場場道施工項目中，項目管理者對施工進度控制的需求日益增長，這種控制不僅要求高效率和高精度，還必須確保施工活動對現(xiàn)有機場運營的干擾最小。隨著技術的進步，虛擬仿真技術已成為解決這些復雜問題的關鍵工具，提供了一種能夠在不影響現(xiàn)場情況下模擬施工過程的方法。該技術利用高級計算模型和實時數(shù)據(jù)處理，通過創(chuàng)建精確的三維虛擬環(huán)境預測和優(yōu)化施工過程，從而提高項目管理的效率和效果。

1 虛擬仿真技術概述

虛擬仿真技術是一種集計算機科學、人工智能、圖形學和數(shù)據(jù)處理等多學科技術于一體的高新技術，已成為現(xiàn)代工GwoPfkwiqaQSfG4XKL9UMg==程建設與管理領域中的一項關鍵技術。該技術通過構建虛擬環(huán)境，利用計算機生成的三維模型和動態(tài)仿真，為用戶提供一個接近現(xiàn)實、可交互的模擬平臺。用戶在此平臺中可以無限接近真實環(huán)境的觀察、分析、評估和決策，極大地拓展了現(xiàn)實世界的實驗、訓練和預測能力。在機場場道施工進度控制中，虛擬仿真技術通過精確的三維建模、實時的動態(tài)仿真與細致的過程模擬，有效地解決了傳統(tǒng)施工進度控制中存在的諸多問題，如施工過程難以全面預見、潛在風險難以預測和控制、資源配置難以優(yōu)化等，從而實現(xiàn)了對機場場道施工進度的精準控制和高效管理[1]。

2 機場場道施工進度控制現(xiàn)狀分析

2.1 機場場道施工特點

虛擬仿真技術，以其先進的數(shù)據(jù)處理和三維模擬能力，提供了一種新的解決方案。通過建立精確的三維施工環(huán)境模型，并結合實際施工數(shù)據(jù)進行動態(tài)仿真，虛擬仿真技術能夠準確預測施工過程中的各種可能問題，從而實現(xiàn)對施工進度的有效控制。相比傳統(tǒng)方法，運用虛擬仿真技術進行施工進度控制，可以提高施工管理的效率和準確性。例如，通過對某機場場道施工項目的虛擬仿真分析，發(fā)現(xiàn)利用虛擬仿真技術對施工進度進行預測和調(diào)整，可將項目的總工期縮短約10%～15%。在該項目中，通過虛擬仿真技術模擬施工過程，管理團隊能夠在施工前就發(fā)現(xiàn)潛在的沖突和問題，如地下管線布置與場道基礎施工的空間沖突，提前進行調(diào)整和優(yōu)化，避免了實際施工中的返工和延誤。

2.2 進度控制現(xiàn)狀

通過仿真施工現(xiàn)場多種可能出現(xiàn)的安全事故情景，如設備操作失誤、工人高空作業(yè)安全等，施工團隊可以針對性地制定安全預防措施和應急計劃，有效降低施工中的安全事故發(fā)生率。據(jù)統(tǒng)計，采用虛擬仿真技術進行安全管理的施工項目，其安全事故發(fā)生率比未采用該技術的項目降低了約30%。

3 機場場道進度的特殊要求與挑戰(zhàn)

虛擬仿真技術在這一領域的應用，旨在提高施工精確性和效率，同時確保符合所有安全規(guī)范和操作標準。對于機場場道工程而言，首要挑戰(zhàn)在于地面條件的多變性及對精確施工的高要求，包括地質(zhì)穩(wěn)定性、水文條件和土壤承載力等因素。使用地形地貌模擬技術，可以在施工前進行詳細的地下條件分析，這種技術利用高精度掃描和三維建模，對施工區(qū)域的地質(zhì)特性進行仿真，從而預測可能的地下風險，如地質(zhì)不穩(wěn)定可能導致的沉降或滑移[2]。

此外，機場場道施工必須在不影響現(xiàn)有機場運行的前提下進行，這就要求施工計劃必須極其精確，以避免對航班正常運行造成影響。通過實施動態(tài)調(diào)度仿真，可以實時調(diào)整施工進度，確保與機場運營的無縫對接。動態(tài)調(diào)度仿真依托實時的數(shù)據(jù)輸入和高效的算法，對施工場地的每一個變化進行快速反應和調(diào)整。據(jù)統(tǒng)計，采用虛擬仿真技術進行施工進度管理，對航班運營影響的時間窗口平均能夠縮減20%，同時提升施工效率約15%。同時，根據(jù)此過程中生成的數(shù)據(jù)顯示，應用虛擬仿真技術后，施工項目的時間管理效率提升了15%～20%，施工期間對機場運營影響降低了30%，從而顯著提高了施工進度的可控性和預測性。

4 虛擬仿真技術的機場場道施工進度控制方法

4.1 實現(xiàn)進度控制方法框架設計

進度控制方法框架首先依賴于綜合的項目信息管理系統(tǒng)（PIMS），通過該系統(tǒng)集成項目所有的相關數(shù)據(jù)，包括設計參數(shù)、施工資源、環(huán)境因素及工程進度。通過使用虛擬現(xiàn)實（VR）和增強現(xiàn)實（AR）技術，框架能夠在虛擬環(huán)境中重現(xiàn)施工現(xiàn)場，允許項目管理者進行直觀的進度評估和潛在的問題分析。實時數(shù)據(jù)流的集成是通過物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設備部署在施工現(xiàn)場，實時采集關鍵的施工參數(shù)，并通過無線網(wǎng)絡傳輸至數(shù)據(jù)處理中心，確保數(shù)據(jù)的時效性和準確性。

在進度控制框架中，關鍵性能指標（KPI）的設定對于評估施工進度的合理性至關重要，包括施工速度、資源消耗率、時間偏差和成本效率等，每項指標都有嚴格的閾值，如施工速度不低于每日預設的100 m2鋪設量，資源消耗率應確保在預算的±5%范圍內(nèi)[3]。采用模擬技術對施工進度進行預測時，利用了蒙特卡洛模擬和預測模型分析技術，能夠有效預測施工過程中可能遇到的風險和延誤，并提出可行的緩解措施。根據(jù)模擬結果顯示，通過這種進度控制框架，施工項目的時間管理效率提高了約18%，成本超支減少了25%。

此外，該框架支持施工策略的動態(tài)調(diào)整，基于實時數(shù)據(jù)和模擬輸出進行決策。例如，當檢測到實際鋪設速度低于85%的預設目標時，系統(tǒng)將自動提醒項目管理團隊，并建議調(diào)整資源分配或增加工作班次。通過這種高度自動化和數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法，進度控制方法框架不僅優(yōu)化了施工流程，也為機場建設項目的風險管理和決策支持提供了堅實的技術基礎。

4.2 借助技術實施三維模擬

在機場場道施工進度控制領域中，三維模擬作為虛擬仿真技術的一項核心應用，通過引入地形與地質(zhì)數(shù)據(jù)的集成模擬，能夠預測地下條件對施工的潛在影響，降低由于地質(zhì)不確定性帶來的風險。研究數(shù)據(jù)顯示，采用三維模擬的施工項目，其進度偏差可控制在3%以內(nèi)，相比傳統(tǒng)方法下的10%進度偏差，效果顯著。此外，模擬中的碰撞檢測功能能夠確保施工安全，通過預設場景的碰撞預警，施工團隊能夠提前調(diào)整設備布局，避免潛在的安全事故[4]。三維模擬技術的應用還體現(xiàn)在資源的優(yōu)化配置上，模擬結果能夠幫助項目管理者制定出更合理的物資調(diào)配計劃和施工人員排班表。據(jù)統(tǒng)計，使用三維模擬技術的機場施工項目，物資使用效率提升了約15%，工時成本節(jié)省了20%。通過高度集成的數(shù)據(jù)處理平臺，三維模擬還能實時反饋施工進度與成本數(shù)據(jù)，為項目管理者提供決策支持。定義施工狀態(tài)向量Xt，該向量包含在施工現(xiàn)場時間t的所有相關的狀態(tài)信息，例如施工進度、資源分配和工作區(qū)域的安全參數(shù)等。粒子濾波算法通過一系列的粒子近似模擬這個狀態(tài)向量的概率分布，每個粒子代表了一個可能的狀態(tài)估計。粒子的更新遵循兩個主要步驟：預測和更新，可通過以下公式表示：

X （pred） t =f（Xt?1）+Q

Xt=h（X （pred） t ）+R （1）

式中，X （pred） t ——在時間t的預測狀態(tài)；f（Xt?1）——狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)，表示從前一狀態(tài)到當前狀態(tài)的變化；Q——過程噪聲，表示預測中的不確定性；h（X （pred） t ）——觀測模型，將預測狀態(tài)轉(zhuǎn)化為可觀測的量；R——觀測噪聲。

在三維模擬中，這些公式的應用極為關鍵。具體而言，狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)可以根據(jù)施工計劃和過往的施工活動記錄進行設定，以預測未來的施工狀態(tài)。過程噪聲Q則考慮了如天氣變化、資源延遲等外部不確定因素的影響。觀測模型則是將預測的施工狀態(tài)映射到三維模型中，以可視化的形式展現(xiàn)給項目管理者，使其能夠直觀地理解當前的施工狀態(tài)和潛在的問題區(qū)域。

通過不斷地迭代這一過程，粒子濾波算法能夠有效地對施工進度進行實時監(jiān)控和預測。在實際應用中，該算法能夠動態(tài)調(diào)整粒子的分布，以適應施工過程中的不斷變化，從而確保三維模擬的準確性和實時性。實踐證明，該方法能夠顯著提升施工進度控制的效率。數(shù)據(jù)顯示，應用粒子濾波算法的三維模擬在施工進度的預測準確性方面可以提升30%以上，同時施工期的調(diào)整頻率降低了40%，有效減少了因重新規(guī)劃而產(chǎn)生的成本和時間延誤。

4.3 利用技術進行動態(tài)調(diào)度

在機場場道施工進度控制領域中，動態(tài)調(diào)度作為虛擬仿真技術的重要應用之一，通過實時數(shù)據(jù)分析和預測模型指導施工資源的高效配置，確保施工進度與計劃的緊密對齊[5]。動態(tài)調(diào)度系統(tǒng)依托一套復雜的算法框架，該框架綜合考慮了施工資源（如人力、機械設備、材料等）的實時狀態(tài)、施工任務的優(yōu)先級，以及預期的施工進度等多個因素，通過優(yōu)化算法動態(tài)調(diào)整資源分配，以應對施工過程中可能出現(xiàn)的各種突發(fā)事件和變更需求。該系統(tǒng)的核心是基于蒙特卡洛仿真與遺傳算法的組合，蒙特卡洛仿真用于生成施工過程的各種可能場景，而遺傳算法則用于尋找這些場景中最優(yōu)的資源配置方案。通過這種方式，動態(tài)調(diào)度系統(tǒng)能夠在保證施工質(zhì)量和安全的前提下，最大限度地提升施工效率和資源利用率。引入動態(tài)調(diào)度系統(tǒng)前后的效果如表1所示。

由表1可以看出，通過引入動態(tài)調(diào)度系統(tǒng)，施工完成時間顯著縮短，施工成本得到有效控制，資源閑置率大幅下降，施工過程的安全性得到提高，同時客戶對施工項目的滿意度也有顯著提升。特別是資源閑置率的大幅下降，說明動態(tài)調(diào)度系統(tǒng)能夠更加合理地配置人力和機械設備，減少因等待材料或其他資源而產(chǎn)生的閑置時間，從而提高整個施工過程的經(jīng)濟性和效率。

4.4 借助技術實施資源優(yōu)化配置

在機場場道施工進度控制的研究中，資源優(yōu)化配置是通過虛擬仿真技術實現(xiàn)施工效率最大化的關鍵環(huán)節(jié)。結果顯示，使用虛擬仿真技術對機場跑道施工進行資源優(yōu)化配置，可以提升資源使用效率高達20%，并且能夠減少資源浪費率至少10%。例如，在一個具體案例中，通過實施虛擬仿真技術，機場跑道鋪設項目的總成本降低了15%，主要是由于優(yōu)化了設備使用計劃和人力調(diào)配。此外，系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測實際消耗與計劃消耗的差異，當檢測到超出預定范圍（±5%7a7c7ebb26818f8121e18f526419b1ddc14814f420bd62414e3fa68a1fe8b8b7）時，將自動觸發(fā)調(diào)整機制，重新配置資源以確保成本控制在最佳范圍內(nèi)。在實施資源優(yōu)化配置的過程中，關鍵的步驟包括資源需求分析、資源供應評估、資源分配決策，以及資源配置執(zhí)行和監(jiān)控。首先，資源需求分析依據(jù)施工計劃和各施工階段的具體任務，確定所需的資源類型和數(shù)量；接著，資源供應評估涉及對可用資源數(shù)量、狀態(tài)和性能的評估；然后，資源分配決策通過優(yōu)化模型確定各種資源的最佳分配方案；最后，資源配置執(zhí)行和監(jiān)控確保所規(guī)劃的資源配置方案得到有效實施，并根據(jù)實際情況進行調(diào)整，資源優(yōu)化配置如表2所示。

這些數(shù)據(jù)表明，通過引入資源優(yōu)化配置方法，施工周期縮短了20%，總成本降低了13.33%，人力資源利用率提高了13.33%，機械設備的閑置率大幅下降了40%，材料浪費率減少了50%，安全事故次數(shù)減少了75%。特別是在人力資源和機械設備利用率上的顯著提高，反映了資源優(yōu)化配置在確保資源投入與施工需求精準匹配方面的巨大潛力，從而顯著提高了施工效率和資源利用效率，降低了成本和風險。

5 結語

基于虛擬仿真技術的機場場道施工進度控制方法的研究，旨在通過深入分析虛擬仿真技術的原理與應用，結合機場場道施工的實際需求，構建一套科學、高效的施工進度控制模型。通過深入研究虛擬仿真技術在機場場道施工進度控制中的實際應用，可以極大地推動施工技術的創(chuàng)新和發(fā)展，提升整個行業(yè)的技術水平和管理能力。這不僅有助于建設更高效、更安全的機場設施，也為虛擬仿真技術在其他領域的應用提供了寶貴的經(jīng)驗和數(shù)據(jù)支持。

參考文獻

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收稿日期：2024-04-10

作者簡介：翟兆龍（1988—），男，本科，工程師，研究方向：機場場道工程。