談建筑工程施工測量虛擬演示軟件系統(tǒng)建設(shè)

作者簡介：劉曉燕（1966-），女，廣州市建筑工程職業(yè)學(xué)校高級講師，工程測量高級技師，工程碩士。研究方向：建筑職業(yè)教育教學(xué)。

摘要：建筑工程施工測量虛擬演示軟件系統(tǒng)是建筑工程施工工序虛擬演示軟件系統(tǒng)的一個重要組成部分。該文探討了建筑工程施工測量虛擬演示軟件系統(tǒng)建設(shè)的相關(guān)內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：建筑工程；施工測量；軟件

中圖分類號:G712文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號：1005-1422（2014）06-0138-03一、軟件建設(shè)背景

建筑工程施工測量虛擬演示軟件系統(tǒng)是建筑工程施工工序虛擬演示軟件系統(tǒng)的一個重要組成部分。該系統(tǒng)是我校自己研發(fā)的一個可用于職業(yè)教育和生產(chǎn)單位專業(yè)人才培訓(xùn)的虛擬操作系統(tǒng)，其學(xué)習(xí)功能強(qiáng)大，涵蓋了整個建筑工程施工的全過程，從建筑物的圖紙閱讀、建筑物定位放線、基礎(chǔ)施工、場地平整、主體施工到裝飾工程。每個模塊都能以虛擬的三維空間場景提供給學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)，教師可以根據(jù)學(xué)習(xí)者的情況，導(dǎo)入相關(guān)的內(nèi)容讓學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)。該系統(tǒng)的建設(shè)主要基于以下幾個原因：

1.職業(yè)教育對學(xué)生技能培養(yǎng)的要求高

技能型人才的培養(yǎng)是職業(yè)教育的重要目標(biāo)，技能培養(yǎng)需要大量的與產(chǎn)業(yè)現(xiàn)場相符合的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)場地，對設(shè)備和實(shí)訓(xùn)的要求高，基于建筑業(yè)的特點(diǎn)，實(shí)訓(xùn)場建設(shè)占地大，耗材多，不可重復(fù)使用而導(dǎo)致教育成本升高，虛擬演示軟件的建設(shè)可滿足學(xué)生職業(yè)技能的學(xué)習(xí)，也可降低教學(xué)成本。

2.學(xué)習(xí)者對職業(yè)技能學(xué)習(xí)的需求

現(xiàn)場學(xué)習(xí)的極限性大，通過虛擬演示軟件系統(tǒng)，教師可以根據(jù)需要導(dǎo)入各種有代表性的工程實(shí)例，讓學(xué)生根據(jù)自身的情況有選擇地進(jìn)行學(xué)習(xí)，不受時間的限制。

3.學(xué)習(xí)者自主學(xué)習(xí)的要求

系統(tǒng)提供大量的學(xué)習(xí)資源和檢測方法，學(xué)生可根據(jù)自己的情況來選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)進(jìn)度，例如學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)測量放線時，選擇了放線方法和儀器設(shè)備，若對該儀器設(shè)備不熟悉，可點(diǎn)擊儀器使用對話框選擇儀器操作錄像來學(xué)習(xí)，若學(xué)習(xí)者對自己的放線方案存在疑問，可通過虛擬系統(tǒng)進(jìn)行模擬放線，并檢查放線結(jié)果，以便于到現(xiàn)場放線時少出錯誤，節(jié)省現(xiàn)場放線時間，學(xué)習(xí)的靈活性更大，個體教育的特性更明顯。

基于以上原因，學(xué)校投入了大量的資金，開發(fā)虛擬軟件系統(tǒng)，筆者是該系統(tǒng)建設(shè)的主要成員之一，并承擔(dān)工程測量部分的需求設(shè)計和建設(shè)。

二、建筑工程測量虛擬演示軟件需求設(shè)計

建筑工程測量虛擬演示軟件設(shè)計總需求是：虛擬的場景有建筑物建筑場地控制測量，GPS測量、數(shù)字地形圖測繪、軸線與標(biāo)高引測、建筑物施工定位放線、建筑物位移觀測，有交互的界面，在界面能模擬施工現(xiàn)場工作，調(diào)出施工圖紙進(jìn)行定位測量放線及復(fù)核工作。包括：建筑物標(biāo)高控制點(diǎn)的確定；軸線控制樁的測設(shè)；樓層軸線和標(biāo)高的引測；軸線、標(biāo)高、尺寸、預(yù)埋件位置的復(fù)核等。能顯示測繪的計算過程，顯示的測繪界面有平面和各剖面。具體如下:

1.可顯示/隱藏基準(zhǔn)點(diǎn)

能通過輸入基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)，在施工工地場景中以明顯的指示符號在場景中展現(xiàn)，并且標(biāo)繪出其三維坐標(biāo)。

2.使用測量工具測量

讓學(xué)生在虛擬施工場景中能進(jìn)行測量?？稍诮缑嬷羞x擇使用GPS、全站儀、經(jīng)緯儀、測距儀作為測量工具進(jìn)行測量。

測量過程中可能會出現(xiàn)測量視線被障礙物遮擋的情況，此時彈出決策框，進(jìn)行決策選擇（決策框的內(nèi)容來自教學(xué)模塊庫，彈出時機(jī)來自預(yù)設(shè)的教學(xué)設(shè)定），學(xué)生做出正確的處理，決策框消失，流程繼續(xù)；否則停留在決策框。

在使用測量工具時，提供媒體播放功能（在虛擬施工教學(xué)過程中，彈出視頻等媒體播放，用于演示施工工藝等教學(xué)內(nèi)容，媒體播放完成，回到相應(yīng)的施工工序），用于播放測量儀器的使用要領(lǐng)和測量方法。（支持視頻、圖片、音頻的播放或顯示）

3.標(biāo)高引測

根據(jù)施工圖紙在虛擬場景中進(jìn)行標(biāo)高和軸線的上下引測，學(xué)生使用GPS或者水準(zhǔn)儀，模擬高層建筑的主體垂直度測量過程。

4.測量數(shù)據(jù)處理

學(xué)生將模擬測量的結(jié)果，記錄在數(shù)據(jù)處理表格中，進(jìn)行平差等數(shù)據(jù)處理。平差的工作學(xué)生在系統(tǒng)外使用平差軟件或者人工計算完成，填寫至數(shù)據(jù)處理表格中。

?問題探討?談建筑工程施工測量虛擬演示軟件系統(tǒng)建設(shè)5.標(biāo)記工程控制點(diǎn)/控制網(wǎng)

根據(jù)施工圖紙在虛擬場景中布置施工控制點(diǎn)，并組建控制網(wǎng)。在虛擬場景中輸入控制點(diǎn)，界面輸出工程控制點(diǎn)列表并在場景中顯示根據(jù)工程控制點(diǎn)建立工程控制網(wǎng)，包括平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)。要求控制網(wǎng)在施工工地場景中展現(xiàn)，控制點(diǎn)以明顯的指示符號在場景中標(biāo)繪，并且顯示其三維坐標(biāo)。

6.施工定位放線

根據(jù)控制網(wǎng)進(jìn)行施工測量放線，在場景中輸入點(diǎn)的坐標(biāo)，要求：實(shí)現(xiàn)使用龍門板的放線方法；實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)定位放線方法；定位放線在施工工地場景中展現(xiàn)，并顯示龍門板等放線工具和定位放線成果模擬圖。

7.位移觀測

模擬建筑的沉降觀測過程，根據(jù)提供的位移變化曲線，反映在學(xué)生觀測的結(jié)果中。

使用表格進(jìn)行位移觀測數(shù)據(jù)的記錄，當(dāng)位移出現(xiàn)異常時彈出決策框進(jìn)行決策處理。該功能實(shí)現(xiàn)在場景中進(jìn)行沉降、傾斜及平面位移觀測，學(xué)生輸入觀測點(diǎn)，系統(tǒng)能輸出測量結(jié)果、位移變化圖，要求測量的結(jié)果可以由給定的建筑物位移變化曲線或模擬偏差值得出；位移變化圖在虛擬場景中用虛框表現(xiàn)建筑物位移的情況。

8.地形圖繪制

提供地形圖測量的環(huán)境，學(xué)習(xí)者使用各種測量儀器，對竣工的建筑進(jìn)行測量，完成地形圖的繪制，并更新至地形圖中。竣工圖繪制過程在系統(tǒng)外通過其他繪圖軟件實(shí)現(xiàn)。

三、建筑工程測量軟件功能分析及教學(xué)應(yīng)用效果

（一）軟件平臺功能分析

1.在虛擬場景中載入施工工地的地形圖及其周邊環(huán)境；在場景中標(biāo)繪出規(guī)劃局給出的基準(zhǔn)點(diǎn)，并指示其三維坐標(biāo)（見圖1）。

圖1場景載入及測量

這個功能將平時學(xué)生學(xué)習(xí)時的抽象圖紙形象化，在三維場景中顯示現(xiàn)場的情況，直觀易懂，對空間想象力較弱的中職學(xué)生起到很好的輔助教學(xué)的作用。

2.在虛擬場景瀏覽過程中可隨時調(diào)出工程施工的CAD圖紙（見圖2），教學(xué)過程中隨時讓學(xué)生閱讀施工圖，在圖中獲取工作需要的數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)等進(jìn)行復(fù)核工作。

圖2場景中調(diào)出CAD圖

按施工圖紙施工是每個工程技術(shù)人員的天職，這個軟件讓學(xué)生有親臨其境按圖施工的教學(xué)效果，實(shí)現(xiàn)教學(xué)與真實(shí)工作的對接。

3.在虛擬施工教學(xué)環(huán)境中填寫測量數(shù)據(jù)，進(jìn)行必要的計算（見圖3）。

圖3測量記錄計算表

這個功能滿足了學(xué)生在虛擬軟件中進(jìn)行測量各項操作的學(xué)習(xí)要求，反映了具體工作內(nèi)容和方式。

4.在虛擬施工測量教學(xué)中，可隨時在相應(yīng)的知識點(diǎn)彈出視頻等媒體播放，用于在教學(xué)過程中需要演示但又比較難使用三維平臺虛擬實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容。

5.在虛擬施工教學(xué)中，在設(shè)定的施工工序流程中彈出決策框，模擬施工過程中的突發(fā)事件。學(xué)生在選擇正確的處理方式后，繼續(xù)施工工序。

這個功能實(shí)現(xiàn)了工學(xué)結(jié)合教學(xué)中的“綜合職業(yè)能力”的培養(yǎng)目標(biāo)，提高在真實(shí)工作情境中整體化地解決綜合性的專業(yè)問題的能力。

6.在虛擬施工教學(xué)過程中，場景演示施工的現(xiàn)場狀況，以及施工測量的作業(yè)面。場景包括施工護(hù)墻、堆料、施工機(jī)械、臨時房屋等，作業(yè)面實(shí)現(xiàn)空間虛擬，含平面和標(biāo)高。

這個功能實(shí)現(xiàn)了“學(xué)習(xí)情境的一體化”，工學(xué)結(jié)合課程的學(xué)習(xí)環(huán)境是理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐學(xué)習(xí)相結(jié)合的“一體化”環(huán)境，既有實(shí)際工作場景，同時又具備教學(xué)特有功能。

（二）建筑工程施工測量與放線工序功能分析

操作內(nèi)容：

1.讓學(xué)生在虛擬施工場景中能進(jìn)行測量?？稍诮缑嬷羞x擇使用GPS、全站儀、經(jīng)緯儀、測距儀作為測量工具進(jìn)行測量。首先調(diào)出施工場境地形圖基準(zhǔn)點(diǎn)和放樣軸線及相關(guān)放樣數(shù)據(jù)計算，采用教師準(zhǔn)備的各種計算的程序計算放樣數(shù)據(jù)，復(fù)核基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)，虛擬出基準(zhǔn)點(diǎn)位置；進(jìn)行控制測量，虛擬出控制網(wǎng)并進(jìn)行平差（見圖4）；進(jìn)行定位放樣檢校工作（見圖5、圖6）。

圖4組建測量控制網(wǎng)

圖5施工測量放線

圖6虛擬的龍門板測量

2.根據(jù)施工圖紙在虛擬場景中進(jìn)行標(biāo)高和軸線的上下引測，學(xué)生可自由選擇使用GPS或者全站儀、垂球、鉛垂儀等，模擬高層建筑的主體垂直度測量過程。

3.學(xué)生將模擬測量的結(jié)果，記錄在數(shù)據(jù)處理表格中，進(jìn)行平差等數(shù)據(jù)處理。平差工作學(xué)生在系統(tǒng)外使用平差軟件或者人工計算完成，填寫至數(shù)據(jù)處理表格中。

4.模擬建筑的沉降觀測過程，根據(jù)提供的位移變化曲線，反映在學(xué)生觀測的結(jié)果中。

5.提供地形圖測量的環(huán)境，學(xué)生使用各種測量儀器，對竣工的建筑進(jìn)行測量，完成地形圖的繪制，并更新至地形圖中。

工學(xué)結(jié)合課程環(huán)境的分析：建筑物定位放線是建筑工程測量的重要內(nèi)容，定位放線方案的設(shè)計對測量的精度起著決定性的作用。但在教學(xué)過程中，由于學(xué)生工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)缺乏，難以形成整體的空間概念。這套系統(tǒng)給學(xué)生一個整體的虛擬施工現(xiàn)場，有利于增強(qiáng)學(xué)生施工現(xiàn)場的整體空間感覺，也可以反復(fù)進(jìn)行工序?qū)嵺`，不斷地對設(shè)計方案進(jìn)行檢驗(yàn)與優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)工學(xué)結(jié)合，在做中學(xué)，學(xué)中做的過程。

四、軟件應(yīng)用效果分析

通過三輪的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，得到如下結(jié)果：

1.學(xué)生學(xué)習(xí)積極性有提高

因三維虛擬軟件系統(tǒng)給予學(xué)生很大的學(xué)習(xí)自由度，模虛場境類似于游戲系統(tǒng)，真實(shí)性好，問題的設(shè)置引導(dǎo)學(xué)生一步一步深入學(xué)習(xí)，促使學(xué)生主動學(xué)習(xí)。

2.學(xué)生學(xué)習(xí)的選擇性大

學(xué)生可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)能力為基礎(chǔ)選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容，點(diǎn)擊自己想學(xué)的內(nèi)容，提供各種儀器設(shè)備，讓學(xué)生對各種設(shè)備的應(yīng)用有全面的了解，也能根據(jù)使用工具的不同設(shè)計不同的方案。

3.自主創(chuàng)新能力有所提高

測量方案的自主設(shè)計，儀器設(shè)備的自由選擇能發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，創(chuàng)新自己的設(shè)計方案，引導(dǎo)學(xué)生的思考，對學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)起到一定的促進(jìn)作用。

4.縮短現(xiàn)場操作時間，提高準(zhǔn)確度，節(jié)約教學(xué)資源

學(xué)生在虛擬演示軟件系統(tǒng)中已模擬的成果使學(xué)生到直實(shí)現(xiàn)場后，心中有數(shù)，進(jìn)行現(xiàn)場工作時，準(zhǔn)確度會提高，時間也會縮短。

5.在虛擬系統(tǒng)中扮演不同的角色

在虛擬演示系統(tǒng)中，學(xué)生可以以不同身份出現(xiàn)，例如以質(zhì)安員的身份出現(xiàn)會彈出質(zhì)安員的工作和職責(zé)等，這有利于學(xué)生學(xué)習(xí)施工現(xiàn)場各工種人員的技能，提高學(xué)生的綜合職業(yè)能力。責(zé)任編輯 朱守鋰

作者簡介：劉曉燕（1966-），女，廣州市建筑工程職業(yè)學(xué)校高級講師，工程測量高級技師，工程碩士。研究方向：建筑職業(yè)教育教學(xué)。

摘要：建筑工程施工測量虛擬演示軟件系統(tǒng)是建筑工程施工工序虛擬演示軟件系統(tǒng)的一個重要組成部分。該文探討了建筑工程施工測量虛擬演示軟件系統(tǒng)建設(shè)的相關(guān)內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：建筑工程；施工測量；軟件

中圖分類號:G712文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號：1005-1422（2014）06-0138-03一、軟件建設(shè)背景

建筑工程施工測量虛擬演示軟件系統(tǒng)是建筑工程施工工序虛擬演示軟件系統(tǒng)的一個重要組成部分。該系統(tǒng)是我校自己研發(fā)的一個可用于職業(yè)教育和生產(chǎn)單位專業(yè)人才培訓(xùn)的虛擬操作系統(tǒng)，其學(xué)習(xí)功能強(qiáng)大，涵蓋了整個建筑工程施工的全過程，從建筑物的圖紙閱讀、建筑物定位放線、基礎(chǔ)施工、場地平整、主體施工到裝飾工程。每個模塊都能以虛擬的三維空間場景提供給學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)，教師可以根據(jù)學(xué)習(xí)者的情況，導(dǎo)入相關(guān)的內(nèi)容讓學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)。該系統(tǒng)的建設(shè)主要基于以下幾個原因：

1.職業(yè)教育對學(xué)生技能培養(yǎng)的要求高

技能型人才的培養(yǎng)是職業(yè)教育的重要目標(biāo)，技能培養(yǎng)需要大量的與產(chǎn)業(yè)現(xiàn)場相符合的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)場地，對設(shè)備和實(shí)訓(xùn)的要求高，基于建筑業(yè)的特點(diǎn)，實(shí)訓(xùn)場建設(shè)占地大，耗材多，不可重復(fù)使用而導(dǎo)致教育成本升高，虛擬演示軟件的建設(shè)可滿足學(xué)生職業(yè)技能的學(xué)習(xí)，也可降低教學(xué)成本。

2.學(xué)習(xí)者對職業(yè)技能學(xué)習(xí)的需求

現(xiàn)場學(xué)習(xí)的極限性大，通過虛擬演示軟件系統(tǒng)，教師可以根據(jù)需要導(dǎo)入各種有代表性的工程實(shí)例，讓學(xué)生根據(jù)自身的情況有選擇地進(jìn)行學(xué)習(xí)，不受時間的限制。

3.學(xué)習(xí)者自主學(xué)習(xí)的要求

系統(tǒng)提供大量的學(xué)習(xí)資源和檢測方法，學(xué)生可根據(jù)自己的情況來選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)進(jìn)度，例如學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)測量放線時，選擇了放線方法和儀器設(shè)備，若對該儀器設(shè)備不熟悉，可點(diǎn)擊儀器使用對話框選擇儀器操作錄像來學(xué)習(xí)，若學(xué)習(xí)者對自己的放線方案存在疑問，可通過虛擬系統(tǒng)進(jìn)行模擬放線，并檢查放線結(jié)果，以便于到現(xiàn)場放線時少出錯誤，節(jié)省現(xiàn)場放線時間，學(xué)習(xí)的靈活性更大，個體教育的特性更明顯。

基于以上原因，學(xué)校投入了大量的資金，開發(fā)虛擬軟件系統(tǒng)，筆者是該系統(tǒng)建設(shè)的主要成員之一，并承擔(dān)工程測量部分的需求設(shè)計和建設(shè)。

二、建筑工程測量虛擬演示軟件需求設(shè)計

建筑工程測量虛擬演示軟件設(shè)計總需求是：虛擬的場景有建筑物建筑場地控制測量，GPS測量、數(shù)字地形圖測繪、軸線與標(biāo)高引測、建筑物施工定位放線、建筑物位移觀測，有交互的界面，在界面能模擬施工現(xiàn)場工作，調(diào)出施工圖紙進(jìn)行定位測量放線及復(fù)核工作。包括：建筑物標(biāo)高控制點(diǎn)的確定；軸線控制樁的測設(shè)；樓層軸線和標(biāo)高的引測；軸線、標(biāo)高、尺寸、預(yù)埋件位置的復(fù)核等。能顯示測繪的計算過程，顯示的測繪界面有平面和各剖面。具體如下:

1.可顯示/隱藏基準(zhǔn)點(diǎn)

能通過輸入基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)，在施工工地場景中以明顯的指示符號在場景中展現(xiàn)，并且標(biāo)繪出其三維坐標(biāo)。

2.使用測量工具測量

讓學(xué)生在虛擬施工場景中能進(jìn)行測量?？稍诮缑嬷羞x擇使用GPS、全站儀、經(jīng)緯儀、測距儀作為測量工具進(jìn)行測量。

測量過程中可能會出現(xiàn)測量視線被障礙物遮擋的情況，此時彈出決策框，進(jìn)行決策選擇（決策框的內(nèi)容來自教學(xué)模塊庫，彈出時機(jī)來自預(yù)設(shè)的教學(xué)設(shè)定），學(xué)生做出正確的處理，決策框消失，流程繼續(xù)；否則停留在決策框。

在使用測量工具時，提供媒體播放功能（在虛擬施工教學(xué)過程中，彈出視頻等媒體播放，用于演示施工工藝等教學(xué)內(nèi)容，媒體播放完成，回到相應(yīng)的施工工序），用于播放測量儀器的使用要領(lǐng)和測量方法。（支持視頻、圖片、音頻的播放或顯示）

3.標(biāo)高引測

根據(jù)施工圖紙在虛擬場景中進(jìn)行標(biāo)高和軸線的上下引測，學(xué)生使用GPS或者水準(zhǔn)儀，模擬高層建筑的主體垂直度測量過程。

4.測量數(shù)據(jù)處理

學(xué)生將模擬測量的結(jié)果，記錄在數(shù)據(jù)處理表格中，進(jìn)行平差等數(shù)據(jù)處理。平差的工作學(xué)生在系統(tǒng)外使用平差軟件或者人工計算完成，填寫至數(shù)據(jù)處理表格中。

?問題探討?談建筑工程施工測量虛擬演示軟件系統(tǒng)建設(shè)5.標(biāo)記工程控制點(diǎn)/控制網(wǎng)

根據(jù)施工圖紙在虛擬場景中布置施工控制點(diǎn)，并組建控制網(wǎng)。在虛擬場景中輸入控制點(diǎn)，界面輸出工程控制點(diǎn)列表并在場景中顯示根據(jù)工程控制點(diǎn)建立工程控制網(wǎng)，包括平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)。要求控制網(wǎng)在施工工地場景中展現(xiàn)，控制點(diǎn)以明顯的指示符號在場景中標(biāo)繪，并且顯示其三維坐標(biāo)。

6.施工定位放線

根據(jù)控制網(wǎng)進(jìn)行施工測量放線，在場景中輸入點(diǎn)的坐標(biāo)，要求：實(shí)現(xiàn)使用龍門板的放線方法；實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)定位放線方法；定位放線在施工工地場景中展現(xiàn)，并顯示龍門板等放線工具和定位放線成果模擬圖。

7.位移觀測

模擬建筑的沉降觀測過程，根據(jù)提供的位移變化曲線，反映在學(xué)生觀測的結(jié)果中。

使用表格進(jìn)行位移觀測數(shù)據(jù)的記錄，當(dāng)位移出現(xiàn)異常時彈出決策框進(jìn)行決策處理。該功能實(shí)現(xiàn)在場景中進(jìn)行沉降、傾斜及平面位移觀測，學(xué)生輸入觀測點(diǎn)，系統(tǒng)能輸出測量結(jié)果、位移變化圖，要求測量的結(jié)果可以由給定的建筑物位移變化曲線或模擬偏差值得出；位移變化圖在虛擬場景中用虛框表現(xiàn)建筑物位移的情況。

8.地形圖繪制

提供地形圖測量的環(huán)境，學(xué)習(xí)者使用各種測量儀器，對竣工的建筑進(jìn)行測量，完成地形圖的繪制，并更新至地形圖中。竣工圖繪制過程在系統(tǒng)外通過其他繪圖軟件實(shí)現(xiàn)。

三、建筑工程測量軟件功能分析及教學(xué)應(yīng)用效果

（一）軟件平臺功能分析

1.在虛擬場景中載入施工工地的地形圖及其周邊環(huán)境；在場景中標(biāo)繪出規(guī)劃局給出的基準(zhǔn)點(diǎn)，并指示其三維坐標(biāo)（見圖1）。

圖1場景載入及測量

這個功能將平時學(xué)生學(xué)習(xí)時的抽象圖紙形象化，在三維場景中顯示現(xiàn)場的情況，直觀易懂，對空間想象力較弱的中職學(xué)生起到很好的輔助教學(xué)的作用。

2.在虛擬場景瀏覽過程中可隨時調(diào)出工程施工的CAD圖紙（見圖2），教學(xué)過程中隨時讓學(xué)生閱讀施工圖，在圖中獲取工作需要的數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)等進(jìn)行復(fù)核工作。

圖2場景中調(diào)出CAD圖

按施工圖紙施工是每個工程技術(shù)人員的天職，這個軟件讓學(xué)生有親臨其境按圖施工的教學(xué)效果，實(shí)現(xiàn)教學(xué)與真實(shí)工作的對接。

3.在虛擬施工教學(xué)環(huán)境中填寫測量數(shù)據(jù)，進(jìn)行必要的計算（見圖3）。

圖3測量記錄計算表

這個功能滿足了學(xué)生在虛擬軟件中進(jìn)行測量各項操作的學(xué)習(xí)要求，反映了具體工作內(nèi)容和方式。

4.在虛擬施工測量教學(xué)中，可隨時在相應(yīng)的知識點(diǎn)彈出視頻等媒體播放，用于在教學(xué)過程中需要演示但又比較難使用三維平臺虛擬實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容。

5.在虛擬施工教學(xué)中，在設(shè)定的施工工序流程中彈出決策框，模擬施工過程中的突發(fā)事件。學(xué)生在選擇正確的處理方式后，繼續(xù)施工工序。

這個功能實(shí)現(xiàn)了工學(xué)結(jié)合教學(xué)中的“綜合職業(yè)能力”的培養(yǎng)目標(biāo)，提高在真實(shí)工作情境中整體化地解決綜合性的專業(yè)問題的能力。

6.在虛擬施工教學(xué)過程中，場景演示施工的現(xiàn)場狀況，以及施工測量的作業(yè)面。場景包括施工護(hù)墻、堆料、施工機(jī)械、臨時房屋等，作業(yè)面實(shí)現(xiàn)空間虛擬，含平面和標(biāo)高。

這個功能實(shí)現(xiàn)了“學(xué)習(xí)情境的一體化”，工學(xué)結(jié)合課程的學(xué)習(xí)環(huán)境是理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐學(xué)習(xí)相結(jié)合的“一體化”環(huán)境，既有實(shí)際工作場景，同時又具備教學(xué)特有功能。

（二）建筑工程施工測量與放線工序功能分析

操作內(nèi)容：

1.讓學(xué)生在虛擬施工場景中能進(jìn)行測量?？稍诮缑嬷羞x擇使用GPS、全站儀、經(jīng)緯儀、測距儀作為測量工具進(jìn)行測量。首先調(diào)出施工場境地形圖基準(zhǔn)點(diǎn)和放樣軸線及相關(guān)放樣數(shù)據(jù)計算，采用教師準(zhǔn)備的各種計算的程序計算放樣數(shù)據(jù)，復(fù)核基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)，虛擬出基準(zhǔn)點(diǎn)位置；進(jìn)行控制測量，虛擬出控制網(wǎng)并進(jìn)行平差（見圖4）；進(jìn)行定位放樣檢校工作（見圖5、圖6）。

圖4組建測量控制網(wǎng)

圖5施工測量放線

圖6虛擬的龍門板測量

2.根據(jù)施工圖紙在虛擬場景中進(jìn)行標(biāo)高和軸線的上下引測，學(xué)生可自由選擇使用GPS或者全站儀、垂球、鉛垂儀等，模擬高層建筑的主體垂直度測量過程。

3.學(xué)生將模擬測量的結(jié)果，記錄在數(shù)據(jù)處理表格中，進(jìn)行平差等數(shù)據(jù)處理。平差工作學(xué)生在系統(tǒng)外使用平差軟件或者人工計算完成，填寫至數(shù)據(jù)處理表格中。

4.模擬建筑的沉降觀測過程，根據(jù)提供的位移變化曲線，反映在學(xué)生觀測的結(jié)果中。

5.提供地形圖測量的環(huán)境，學(xué)生使用各種測量儀器，對竣工的建筑進(jìn)行測量，完成地形圖的繪制，并更新至地形圖中。

工學(xué)結(jié)合課程環(huán)境的分析：建筑物定位放線是建筑工程測量的重要內(nèi)容，定位放線方案的設(shè)計對測量的精度起著決定性的作用。但在教學(xué)過程中，由于學(xué)生工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)缺乏，難以形成整體的空間概念。這套系統(tǒng)給學(xué)生一個整體的虛擬施工現(xiàn)場，有利于增強(qiáng)學(xué)生施工現(xiàn)場的整體空間感覺，也可以反復(fù)進(jìn)行工序?qū)嵺`，不斷地對設(shè)計方案進(jìn)行檢驗(yàn)與優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)工學(xué)結(jié)合，在做中學(xué)，學(xué)中做的過程。

四、軟件應(yīng)用效果分析

通過三輪的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，得到如下結(jié)果：

1.學(xué)生學(xué)習(xí)積極性有提高

因三維虛擬軟件系統(tǒng)給予學(xué)生很大的學(xué)習(xí)自由度，模虛場境類似于游戲系統(tǒng)，真實(shí)性好，問題的設(shè)置引導(dǎo)學(xué)生一步一步深入學(xué)習(xí)，促使學(xué)生主動學(xué)習(xí)。

2.學(xué)生學(xué)習(xí)的選擇性大

學(xué)生可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)能力為基礎(chǔ)選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容，點(diǎn)擊自己想學(xué)的內(nèi)容，提供各種儀器設(shè)備，讓學(xué)生對各種設(shè)備的應(yīng)用有全面的了解，也能根據(jù)使用工具的不同設(shè)計不同的方案。

3.自主創(chuàng)新能力有所提高

測量方案的自主設(shè)計，儀器設(shè)備的自由選擇能發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，創(chuàng)新自己的設(shè)計方案，引導(dǎo)學(xué)生的思考，對學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)起到一定的促進(jìn)作用。

4.縮短現(xiàn)場操作時間，提高準(zhǔn)確度，節(jié)約教學(xué)資源

學(xué)生在虛擬演示軟件系統(tǒng)中已模擬的成果使學(xué)生到直實(shí)現(xiàn)場后，心中有數(shù)，進(jìn)行現(xiàn)場工作時，準(zhǔn)確度會提高，時間也會縮短。

5.在虛擬系統(tǒng)中扮演不同的角色

在虛擬演示系統(tǒng)中，學(xué)生可以以不同身份出現(xiàn)，例如以質(zhì)安員的身份出現(xiàn)會彈出質(zhì)安員的工作和職責(zé)等，這有利于學(xué)生學(xué)習(xí)施工現(xiàn)場各工種人員的技能，提高學(xué)生的綜合職業(yè)能力。責(zé)任編輯 朱守鋰

作者簡介：劉曉燕（1966-），女，廣州市建筑工程職業(yè)學(xué)校高級講師，工程測量高級技師，工程碩士。研究方向：建筑職業(yè)教育教學(xué)。

摘要：建筑工程施工測量虛擬演示軟件系統(tǒng)是建筑工程施工工序虛擬演示軟件系統(tǒng)的一個重要組成部分。該文探討了建筑工程施工測量虛擬演示軟件系統(tǒng)建設(shè)的相關(guān)內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：建筑工程；施工測量；軟件

中圖分類號:G712文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號：1005-1422（2014）06-0138-03一、軟件建設(shè)背景

建筑工程施工測量虛擬演示軟件系統(tǒng)是建筑工程施工工序虛擬演示軟件系統(tǒng)的一個重要組成部分。該系統(tǒng)是我校自己研發(fā)的一個可用于職業(yè)教育和生產(chǎn)單位專業(yè)人才培訓(xùn)的虛擬操作系統(tǒng)，其學(xué)習(xí)功能強(qiáng)大，涵蓋了整個建筑工程施工的全過程，從建筑物的圖紙閱讀、建筑物定位放線、基礎(chǔ)施工、場地平整、主體施工到裝飾工程。每個模塊都能以虛擬的三維空間場景提供給學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)，教師可以根據(jù)學(xué)習(xí)者的情況，導(dǎo)入相關(guān)的內(nèi)容讓學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)。該系統(tǒng)的建設(shè)主要基于以下幾個原因：

1.職業(yè)教育對學(xué)生技能培養(yǎng)的要求高

技能型人才的培養(yǎng)是職業(yè)教育的重要目標(biāo)，技能培養(yǎng)需要大量的與產(chǎn)業(yè)現(xiàn)場相符合的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)場地，對設(shè)備和實(shí)訓(xùn)的要求高，基于建筑業(yè)的特點(diǎn)，實(shí)訓(xùn)場建設(shè)占地大，耗材多，不可重復(fù)使用而導(dǎo)致教育成本升高，虛擬演示軟件的建設(shè)可滿足學(xué)生職業(yè)技能的學(xué)習(xí)，也可降低教學(xué)成本。

2.學(xué)習(xí)者對職業(yè)技能學(xué)習(xí)的需求

現(xiàn)場學(xué)習(xí)的極限性大，通過虛擬演示軟件系統(tǒng)，教師可以根據(jù)需要導(dǎo)入各種有代表性的工程實(shí)例，讓學(xué)生根據(jù)自身的情況有選擇地進(jìn)行學(xué)習(xí)，不受時間的限制。

3.學(xué)習(xí)者自主學(xué)習(xí)的要求

系統(tǒng)提供大量的學(xué)習(xí)資源和檢測方法，學(xué)生可根據(jù)自己的情況來選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)進(jìn)度，例如學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)測量放線時，選擇了放線方法和儀器設(shè)備，若對該儀器設(shè)備不熟悉，可點(diǎn)擊儀器使用對話框選擇儀器操作錄像來學(xué)習(xí)，若學(xué)習(xí)者對自己的放線方案存在疑問，可通過虛擬系統(tǒng)進(jìn)行模擬放線，并檢查放線結(jié)果，以便于到現(xiàn)場放線時少出錯誤，節(jié)省現(xiàn)場放線時間，學(xué)習(xí)的靈活性更大，個體教育的特性更明顯。

基于以上原因，學(xué)校投入了大量的資金，開發(fā)虛擬軟件系統(tǒng)，筆者是該系統(tǒng)建設(shè)的主要成員之一，并承擔(dān)工程測量部分的需求設(shè)計和建設(shè)。

二、建筑工程測量虛擬演示軟件需求設(shè)計

建筑工程測量虛擬演示軟件設(shè)計總需求是：虛擬的場景有建筑物建筑場地控制測量，GPS測量、數(shù)字地形圖測繪、軸線與標(biāo)高引測、建筑物施工定位放線、建筑物位移觀測，有交互的界面，在界面能模擬施工現(xiàn)場工作，調(diào)出施工圖紙進(jìn)行定位測量放線及復(fù)核工作。包括：建筑物標(biāo)高控制點(diǎn)的確定；軸線控制樁的測設(shè)；樓層軸線和標(biāo)高的引測；軸線、標(biāo)高、尺寸、預(yù)埋件位置的復(fù)核等。能顯示測繪的計算過程，顯示的測繪界面有平面和各剖面。具體如下:

1.可顯示/隱藏基準(zhǔn)點(diǎn)

能通過輸入基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)，在施工工地場景中以明顯的指示符號在場景中展現(xiàn)，并且標(biāo)繪出其三維坐標(biāo)。

2.使用測量工具測量

讓學(xué)生在虛擬施工場景中能進(jìn)行測量。可在界面中選擇使用GPS、全站儀、經(jīng)緯儀、測距儀作為測量工具進(jìn)行測量。

測量過程中可能會出現(xiàn)測量視線被障礙物遮擋的情況，此時彈出決策框，進(jìn)行決策選擇（決策框的內(nèi)容來自教學(xué)模塊庫，彈出時機(jī)來自預(yù)設(shè)的教學(xué)設(shè)定），學(xué)生做出正確的處理，決策框消失，流程繼續(xù)；否則停留在決策框。

在使用測量工具時，提供媒體播放功能（在虛擬施工教學(xué)過程中，彈出視頻等媒體播放，用于演示施工工藝等教學(xué)內(nèi)容，媒體播放完成，回到相應(yīng)的施工工序），用于播放測量儀器的使用要領(lǐng)和測量方法。（支持視頻、圖片、音頻的播放或顯示）

3.標(biāo)高引測

根據(jù)施工圖紙在虛擬場景中進(jìn)行標(biāo)高和軸線的上下引測，學(xué)生使用GPS或者水準(zhǔn)儀，模擬高層建筑的主體垂直度測量過程。

4.測量數(shù)據(jù)處理

學(xué)生將模擬測量的結(jié)果，記錄在數(shù)據(jù)處理表格中，進(jìn)行平差等數(shù)據(jù)處理。平差的工作學(xué)生在系統(tǒng)外使用平差軟件或者人工計算完成，填寫至數(shù)據(jù)處理表格中。

?問題探討?談建筑工程施工測量虛擬演示軟件系統(tǒng)建設(shè)5.標(biāo)記工程控制點(diǎn)/控制網(wǎng)

根據(jù)施工圖紙在虛擬場景中布置施工控制點(diǎn)，并組建控制網(wǎng)。在虛擬場景中輸入控制點(diǎn)，界面輸出工程控制點(diǎn)列表并在場景中顯示根據(jù)工程控制點(diǎn)建立工程控制網(wǎng)，包括平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)。要求控制網(wǎng)在施工工地場景中展現(xiàn)，控制點(diǎn)以明顯的指示符號在場景中標(biāo)繪，并且顯示其三維坐標(biāo)。

6.施工定位放線

根據(jù)控制網(wǎng)進(jìn)行施工測量放線，在場景中輸入點(diǎn)的坐標(biāo)，要求：實(shí)現(xiàn)使用龍門板的放線方法；實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)定位放線方法；定位放線在施工工地場景中展現(xiàn)，并顯示龍門板等放線工具和定位放線成果模擬圖。

7.位移觀測

模擬建筑的沉降觀測過程，根據(jù)提供的位移變化曲線，反映在學(xué)生觀測的結(jié)果中。

使用表格進(jìn)行位移觀測數(shù)據(jù)的記錄，當(dāng)位移出現(xiàn)異常時彈出決策框進(jìn)行決策處理。該功能實(shí)現(xiàn)在場景中進(jìn)行沉降、傾斜及平面位移觀測，學(xué)生輸入觀測點(diǎn)，系統(tǒng)能輸出測量結(jié)果、位移變化圖，要求測量的結(jié)果可以由給定的建筑物位移變化曲線或模擬偏差值得出；位移變化圖在虛擬場景中用虛框表現(xiàn)建筑物位移的情況。

8.地形圖繪制

提供地形圖測量的環(huán)境，學(xué)習(xí)者使用各種測量儀器，對竣工的建筑進(jìn)行測量，完成地形圖的繪制，并更新至地形圖中?？⒐D繪制過程在系統(tǒng)外通過其他繪圖軟件實(shí)現(xiàn)。

三、建筑工程測量軟件功能分析及教學(xué)應(yīng)用效果

（一）軟件平臺功能分析

1.在虛擬場景中載入施工工地的地形圖及其周邊環(huán)境；在場景中標(biāo)繪出規(guī)劃局給出的基準(zhǔn)點(diǎn)，并指示其三維坐標(biāo)（見圖1）。

圖1場景載入及測量

這個功能將平時學(xué)生學(xué)習(xí)時的抽象圖紙形象化，在三維場景中顯示現(xiàn)場的情況，直觀易懂，對空間想象力較弱的中職學(xué)生起到很好的輔助教學(xué)的作用。

2.在虛擬場景瀏覽過程中可隨時調(diào)出工程施工的CAD圖紙（見圖2），教學(xué)過程中隨時讓學(xué)生閱讀施工圖，在圖中獲取工作需要的數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)等進(jìn)行復(fù)核工作。

圖2場景中調(diào)出CAD圖

按施工圖紙施工是每個工程技術(shù)人員的天職，這個軟件讓學(xué)生有親臨其境按圖施工的教學(xué)效果，實(shí)現(xiàn)教學(xué)與真實(shí)工作的對接。

3.在虛擬施工教學(xué)環(huán)境中填寫測量數(shù)據(jù)，進(jìn)行必要的計算（見圖3）。

圖3測量記錄計算表

這個功能滿足了學(xué)生在虛擬軟件中進(jìn)行測量各項操作的學(xué)習(xí)要求，反映了具體工作內(nèi)容和方式。

4.在虛擬施工測量教學(xué)中，可隨時在相應(yīng)的知識點(diǎn)彈出視頻等媒體播放，用于在教學(xué)過程中需要演示但又比較難使用三維平臺虛擬實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容。

5.在虛擬施工教學(xué)中，在設(shè)定的施工工序流程中彈出決策框，模擬施工過程中的突發(fā)事件。學(xué)生在選擇正確的處理方式后，繼續(xù)施工工序。

這個功能實(shí)現(xiàn)了工學(xué)結(jié)合教學(xué)中的“綜合職業(yè)能力”的培養(yǎng)目標(biāo)，提高在真實(shí)工作情境中整體化地解決綜合性的專業(yè)問題的能力。

6.在虛擬施工教學(xué)過程中，場景演示施工的現(xiàn)場狀況，以及施工測量的作業(yè)面。場景包括施工護(hù)墻、堆料、施工機(jī)械、臨時房屋等，作業(yè)面實(shí)現(xiàn)空間虛擬，含平面和標(biāo)高。

這個功能實(shí)現(xiàn)了“學(xué)習(xí)情境的一體化”，工學(xué)結(jié)合課程的學(xué)習(xí)環(huán)境是理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐學(xué)習(xí)相結(jié)合的“一體化”環(huán)境，既有實(shí)際工作場景，同時又具備教學(xué)特有功能。

（二）建筑工程施工測量與放線工序功能分析

操作內(nèi)容：

1.讓學(xué)生在虛擬施工場景中能進(jìn)行測量?？稍诮缑嬷羞x擇使用GPS、全站儀、經(jīng)緯儀、測距儀作為測量工具進(jìn)行測量。首先調(diào)出施工場境地形圖基準(zhǔn)點(diǎn)和放樣軸線及相關(guān)放樣數(shù)據(jù)計算，采用教師準(zhǔn)備的各種計算的程序計算放樣數(shù)據(jù)，復(fù)核基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)，虛擬出基準(zhǔn)點(diǎn)位置；進(jìn)行控制測量，虛擬出控制網(wǎng)并進(jìn)行平差（見圖4）；進(jìn)行定位放樣檢校工作（見圖5、圖6）。

圖4組建測量控制網(wǎng)

圖5施工測量放線

圖6虛擬的龍門板測量

2.根據(jù)施工圖紙在虛擬場景中進(jìn)行標(biāo)高和軸線的上下引測，學(xué)生可自由選擇使用GPS或者全站儀、垂球、鉛垂儀等，模擬高層建筑的主體垂直度測量過程。

3.學(xué)生將模擬測量的結(jié)果，記錄在數(shù)據(jù)處理表格中，進(jìn)行平差等數(shù)據(jù)處理。平差工作學(xué)生在系統(tǒng)外使用平差軟件或者人工計算完成，填寫至數(shù)據(jù)處理表格中。

4.模擬建筑的沉降觀測過程，根據(jù)提供的位移變化曲線，反映在學(xué)生觀測的結(jié)果中。

5.提供地形圖測量的環(huán)境，學(xué)生使用各種測量儀器，對竣工的建筑進(jìn)行測量，完成地形圖的繪制，并更新至地形圖中。

工學(xué)結(jié)合課程環(huán)境的分析：建筑物定位放線是建筑工程測量的重要內(nèi)容，定位放線方案的設(shè)計對測量的精度起著決定性的作用。但在教學(xué)過程中，由于學(xué)生工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)缺乏，難以形成整體的空間概念。這套系統(tǒng)給學(xué)生一個整體的虛擬施工現(xiàn)場，有利于增強(qiáng)學(xué)生施工現(xiàn)場的整體空間感覺，也可以反復(fù)進(jìn)行工序?qū)嵺`，不斷地對設(shè)計方案進(jìn)行檢驗(yàn)與優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)工學(xué)結(jié)合，在做中學(xué)，學(xué)中做的過程。

四、軟件應(yīng)用效果分析

通過三輪的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，得到如下結(jié)果：

1.學(xué)生學(xué)習(xí)積極性有提高

因三維虛擬軟件系統(tǒng)給予學(xué)生很大的學(xué)習(xí)自由度，模虛場境類似于游戲系統(tǒng)，真實(shí)性好，問題的設(shè)置引導(dǎo)學(xué)生一步一步深入學(xué)習(xí)，促使學(xué)生主動學(xué)習(xí)。

2.學(xué)生學(xué)習(xí)的選擇性大

學(xué)生可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)能力為基礎(chǔ)選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容，點(diǎn)擊自己想學(xué)的內(nèi)容，提供各種儀器設(shè)備，讓學(xué)生對各種設(shè)備的應(yīng)用有全面的了解，也能根據(jù)使用工具的不同設(shè)計不同的方案。

3.自主創(chuàng)新能力有所提高

測量方案的自主設(shè)計，儀器設(shè)備的自由選擇能發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，創(chuàng)新自己的設(shè)計方案，引導(dǎo)學(xué)生的思考，對學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)起到一定的促進(jìn)作用。

4.縮短現(xiàn)場操作時間，提高準(zhǔn)確度，節(jié)約教學(xué)資源

學(xué)生在虛擬演示軟件系統(tǒng)中已模擬的成果使學(xué)生到直實(shí)現(xiàn)場后，心中有數(shù)，進(jìn)行現(xiàn)場工作時，準(zhǔn)確度會提高，時間也會縮短。

5.在虛擬系統(tǒng)中扮演不同的角色

在虛擬演示系統(tǒng)中，學(xué)生可以以不同身份出現(xiàn)，例如以質(zhì)安員的身份出現(xiàn)會彈出質(zhì)安員的工作和職責(zé)等，這有利于學(xué)生學(xué)習(xí)施工現(xiàn)場各工種人員的技能，提高學(xué)生的綜合職業(yè)能力。責(zé)任編輯 朱守鋰