建筑工程系統(tǒng)仿真的概念(2頁).docx

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建筑工程系統(tǒng)仿真的概念(2頁).docx

1、建筑工程系統(tǒng)仿真的概念仿真是一種模仿行為,是將所研究的對象用其他手段進(jìn)行模仿的一種技術(shù).當(dāng)采用這種方法研究問題時,并不直接研究對象本身,而是先設(shè)計一個與研究對象相似的模型,然后通過模型來間接地研究對象。早在幾千年前,我國就有了系統(tǒng)仿真的思想,因此,軍事演習(xí)就是對實(shí)際作戰(zhàn)過程的模仿或仿真。在建筑工程領(lǐng)域中,仿真的應(yīng)用由來已久且很廣泛。例如,古代的房屋屋頂多為桁架結(jié)構(gòu),為了滿足桁架結(jié)構(gòu)幾何形狀的要求,桁架中的每一根木料都要有確定的長度要求。如何確定每根木料的長度,對現(xiàn)代人來說這是非常簡單的問題。但在古代科學(xué)尚不發(fā)達(dá)的情況下,解決的辦法是在地面上按實(shí)際尺寸的一定比例模擬制作一個屋頂,量出模擬屋頂上

2、的一根木料的長度,再按比例放大,即可得到實(shí)際木料所需的長度。這是一個很典型的構(gòu)造模型并通過實(shí)驗(yàn)從而獲得系統(tǒng)特性的仿真實(shí)例。物理仿真具有形象、直觀、便于類比等優(yōu)點(diǎn),但由于其本質(zhì)上是用實(shí)物仿真,因而存在著速度慢、精度低、價格昂貴等致命弱點(diǎn)。如果這種仿真實(shí)驗(yàn)是破壞性的,那么每次仿真實(shí)驗(yàn)都要重新構(gòu)造實(shí)物模型,帶來很大的麻煩和浪費(fèi)。自從20世紀(jì)50年代以來,由于計算機(jī)技術(shù)和仿真理論與方法的發(fā)展,出現(xiàn)了一種新的科學(xué)方法計算機(jī)仿真,把仿真技術(shù)推向了一個新的階段.所謂系統(tǒng)仿真是根據(jù)研究的系統(tǒng)構(gòu)造一個能描述真實(shí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和行為的、用邏輯流程圖的形式表示的仿真模型,然后用計算機(jī)來運(yùn)行仿真模型,模仿實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行及其

3、隨時間變化的過程,并通過對仿真運(yùn)行過程的觀察和統(tǒng)計,得到被仿真系統(tǒng)的參數(shù)和基本特性,以此來測算實(shí)際系統(tǒng)的真實(shí)參數(shù)和性能。例如某城市擬興建一個賓館,為了預(yù)測投資回收期,可對賓館建成后的經(jīng)營條件建立相應(yīng)的仿真模型,通過計算機(jī)仿真運(yùn)行,得到賓館實(shí)際經(jīng)營的各項(xiàng)指標(biāo)和年稅利,從而預(yù)測出投資回收期,為有關(guān)部門提供投資興建的決策依據(jù)。計算機(jī)仿真目前已在工程技術(shù)、科學(xué)試驗(yàn)、生產(chǎn)管理、軍事領(lǐng)域、財政金融甚至社會科學(xué)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。計算機(jī)仿真所以能得到越來越多的應(yīng)用,主要具有以下優(yōu)點(diǎn):1.對于復(fù)雜的、具有多個隨機(jī)因素的系統(tǒng),要用數(shù)學(xué)模型來作精確的描述往往是十分困難的.或者雖然能建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,但無法求

4、解。但系統(tǒng)仿真則可以根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部的邏輯關(guān)系和數(shù)學(xué)關(guān)系,面向系統(tǒng)的實(shí)際過程和系統(tǒng)行為構(gòu)造仿真模型,從而能得到復(fù)雜隨機(jī)系統(tǒng)的解.這是系統(tǒng)仿真能得到廣泛應(yīng)用的最基本原因。2.能模擬運(yùn)行無法實(shí)施的問題。實(shí)際中有許多問題無法通過付諸實(shí)施來進(jìn)行研究,如預(yù)測問題就是這一類問題的代表性例子。如前述,要預(yù)測擬建賓館的投資回收期,我們無法對尚未興建的賓館實(shí)際經(jīng)營一段時間,來取得確定投資回收期的有關(guān)參數(shù).但我們可以參考已建類似賓館經(jīng)營情況,建立一個仿真模型,通過計算機(jī)仿真運(yùn)行,獲得確定投資回收期的各項(xiàng)參數(shù)而預(yù)測出投資回收期。又如要研究某地區(qū)發(fā)生某地震烈度的地震時,對建筑物的破壞程度等,也可以用計算機(jī)仿真地震烈度、仿

5、真人工地震波來預(yù)測對建筑物的影響.3.可以進(jìn)行大量方案的比較和選優(yōu)。在一項(xiàng)新的系統(tǒng)設(shè)計中,由于各種設(shè)計參數(shù)的變化,會存在大量的備選方案,若用人工方法把全部方案都算出來進(jìn)行比較,其工作量之大將是無法實(shí)現(xiàn)的。4.可模擬有危險和風(fēng)險的現(xiàn)象.在建筑業(yè)中主要有兩類風(fēng)險,一類是技術(shù)風(fēng)險,如要延長某建筑物的使用期限,風(fēng)險有多大,另一類是經(jīng)濟(jì)風(fēng)險,如工程項(xiàng)目的投資風(fēng)險、工程投標(biāo)風(fēng)險、國際工程索賠風(fēng)險等等.對一項(xiàng)大型工程項(xiàng)目的投資,一旦失敗,將會遭到巨大的經(jīng)濟(jì)損失。對這一類問題,可構(gòu)造系統(tǒng)仿真模型,進(jìn)行仿真試驗(yàn),然后作出決策。在西方國家用計算機(jī)仿真進(jìn)行投資風(fēng)險分析,已得到迅速的發(fā)展和應(yīng)用。5.可模擬無法重復(fù)的現(xiàn)

6、象。大型建設(shè)工程項(xiàng)目,如港口、鐵路、機(jī)場等,一旦建成后,若發(fā)現(xiàn)有問題,要再改建或重建,需花費(fèi)大量人力物力.對這類問題可用計算機(jī)仿真,使無法重復(fù)的現(xiàn)象在計算機(jī)上反復(fù)地重演,從而避免不可挽回的損失。6.可模擬成本過高的現(xiàn)象。一個新產(chǎn)品的研制,往往要做大量的試驗(yàn)。建筑工程中設(shè)計一個新的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件要做很多破壞試驗(yàn).如為研究一個新型結(jié)構(gòu)而做的抗震性能試驗(yàn),其工作量是很大的。如用計算機(jī)仿真去代替某些物理試驗(yàn),將會節(jié)省大量人力物力。7.系統(tǒng)仿真直接面向問題的特點(diǎn),使仿真模型與實(shí)際系統(tǒng)具有形式上和內(nèi)容上的對應(yīng)性和直觀性,避免了建立抽象的數(shù)學(xué)模型,從而顯著簡化了建模過程。利用計算機(jī)仿真技術(shù),敵我雙方不費(fèi)一槍一彈

7、,可以展開一場激烈的“戰(zhàn)斗”。房屋建造起來以前就可以使其經(jīng)受地震的考驗(yàn),一個賓館興建前就可以讓其經(jīng)營一段未來的時間而預(yù)知年稅利有多少,建筑工程項(xiàng)目中標(biāo)后能預(yù)知風(fēng)險有多大等等。利用計算機(jī)仿真試驗(yàn)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計,投資少、周期短.據(jù)統(tǒng)計可節(jié)省產(chǎn)品研制費(fèi)用40%左右,可縮短產(chǎn)品研制周期30%40%。仿真技術(shù)也并非無所不能,十全十美。從數(shù)學(xué)的角度看,計算機(jī)仿真是一種沒有辦法的辦法.如果某個問題或系統(tǒng)能夠應(yīng)用解析的數(shù)學(xué)方法構(gòu)造出數(shù)學(xué)模型,那也就沒有必要應(yīng)用計算機(jī)仿真,而且仿真技術(shù)還存在一些固有的缺點(diǎn):1.系統(tǒng)仿真本身不具有優(yōu)化功能,每次仿真實(shí)驗(yàn)只能得出一個可行解,如要獲得問題的最優(yōu)解或滿意解,往往要做多次仿

8、真實(shí)驗(yàn),具有枚舉法的弱點(diǎn)。2.系統(tǒng)仿真往往需要對仿真模型進(jìn)行大量獨(dú)立、重復(fù)的仿真運(yùn)行,需要占用較大的內(nèi)存和耗費(fèi)較多機(jī)時。3.仿真構(gòu)模是直接面向問題的建模過程,對于同一個實(shí)際問題,由于構(gòu)模人員素質(zhì)的差異或?qū)栴}的了解和理解不同,會構(gòu)造出不同的仿真模型,其仿真結(jié)果自然也就不同。以上缺點(diǎn)雖然是仿真本身的性質(zhì)所造成的,但是隨著計算機(jī)科學(xué)(包括硬件和軟件)的發(fā)展和系統(tǒng)仿真理論的深入研究,這些問題將得到不同程度的改善。隨著計算機(jī)內(nèi)存的擴(kuò)展和運(yùn)算速度的加快,仿真需用機(jī)時將會減少到可以接受的程度.由于近年來大量優(yōu)秀仿真軟件相繼開發(fā),把系統(tǒng)仿真與優(yōu)化技術(shù)相結(jié)合的優(yōu)化軟件已經(jīng)出現(xiàn),從而可以在仿真的環(huán)境下同時進(jìn)行優(yōu)化處理.此外,由于仿真理論的發(fā)展,在仿真模型代表性方面,近年來已從統(tǒng)計學(xué)角度提出了仿真模型確認(rèn)理論,從而使仿真模型從非精確性逐步向精確性過渡。 (編輯/丹桔)

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