建筑施工實(shí)訓(xùn)虛擬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研究

虛擬仿真技術(shù)指借助人工智能、人機(jī)交互、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、傳感等技術(shù)，對真實(shí)環(huán)境進(jìn)行模擬，進(jìn)而構(gòu)建一個虛擬環(huán)境，用戶可以咋這個虛擬環(huán)境中運(yùn)用各種方式與其進(jìn)行互動，這個虛擬環(huán)境也會及時做出回應(yīng)，這就使得用戶產(chǎn)生一種沉浸于虛擬環(huán)境的感覺；這個虛擬環(huán)境的特點(diǎn)是：臨場參與感和獨(dú)特的浸沒感，其是一個互動的、開放的環(huán)境。在實(shí)踐教學(xué)應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)，結(jié)合建筑施工教學(xué)的具體情況，整合實(shí)訓(xùn)課程與教學(xué)策略，從而使實(shí)訓(xùn)教學(xué)的發(fā)展更加科學(xué)化，并有效的解決教育資金問題，進(jìn)一步拓寬實(shí)訓(xùn)教學(xué)的范圍，提高建筑施工實(shí)訓(xùn)課程的效益。

1 虛擬仿真實(shí)訓(xùn)

1.1 虛擬仿真實(shí)訓(xùn)的簡述

對于建筑施工虛擬仿真教學(xué)的開展，其主要是依據(jù)國家相關(guān)部門所頒布的大綱及建筑業(yè)的行內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，其目的是對傳統(tǒng)建筑教學(xué)中存在的教育缺口進(jìn)行補(bǔ)足，進(jìn)而使學(xué)生的專業(yè)技能與素質(zhì)得以不斷提高和完善。建筑施工虛擬仿真教學(xué)的含義是：根據(jù)建筑地基、基礎(chǔ)建設(shè)、主體施工、建筑內(nèi)部裝修等，按照1：1的比例設(shè)計(jì)仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，并將整體的實(shí)訓(xùn)環(huán)境分成多個較小的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，進(jìn)而對學(xué)生進(jìn)行針對性的建筑施工教學(xué)與訓(xùn)練。

1.2 虛擬仿真實(shí)訓(xùn)的優(yōu)點(diǎn)

虛擬仿真實(shí)訓(xùn)通過對相關(guān)理論知識和實(shí)踐操作進(jìn)行融合，對學(xué)生的動手能力進(jìn)行培養(yǎng)，做到借助理論來指導(dǎo)實(shí)踐，通過實(shí)踐對理論進(jìn)行印證，同時，虛擬仿真實(shí)訓(xùn)結(jié)合建筑施工課程的特點(diǎn)，再利用多媒體，構(gòu)建一個虛擬仿真教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺，進(jìn)而有效的解決建筑施工教學(xué)中存在的一系列難題。虛擬仿真實(shí)訓(xùn)的優(yōu)點(diǎn)包括：①經(jīng)濟(jì)性，實(shí)訓(xùn)虛擬系統(tǒng)的投入資金較少、設(shè)備體積較小；②安全性與可靠性，實(shí)訓(xùn)虛擬系統(tǒng)不受場地的限制，其既可以應(yīng)用于室內(nèi)，也可以對室外的實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)踐過程進(jìn)行模擬，進(jìn)而使學(xué)生更深刻的認(rèn)識到整個建筑施工的流程；③較好的還原性與實(shí)際操作性，實(shí)訓(xùn)虛擬系統(tǒng)突破了建筑工程在時間與空間上的阻礙，學(xué)生能夠從多個方面全方位的學(xué)習(xí)和了解建筑工程。然而，虛擬仿真系統(tǒng)雖然在許多方面超越了傳統(tǒng)的教學(xué)方式，但仍存在許多不足，如：真實(shí)性仍有待提高，對于比較復(fù)雜的情形就無法進(jìn)行模擬，因此，相關(guān)部門需要加大對該技術(shù)的力度，不斷對其進(jìn)行創(chuàng)新和改進(jìn)，從而更好促進(jìn)建筑施工教學(xué)的發(fā)展［1］。

1.3 虛擬仿真教學(xué)的功能

（1）演示功能，實(shí)訓(xùn)虛擬系統(tǒng)能夠?qū)κ┕で皽?zhǔn)備措施、施工流程操作、設(shè)備故障處理、工地意外處理、竣工驗(yàn)收實(shí)施等工程內(nèi)容進(jìn)行全方位立體地演示，從而使學(xué)生能夠更加直觀地、更加具體地了解整個建筑工程施工的內(nèi)容，并讓學(xué)生認(rèn)識到建筑工程施工中需要注重安全問題，進(jìn)而避免在建筑施工中出現(xiàn)生命財(cái)產(chǎn)問題。

（2）互動功能，實(shí)訓(xùn)虛擬系統(tǒng)利用多媒體向展示展示施工現(xiàn)場，并利用鼠標(biāo)、鍵盤、模擬零件等，自由操作屏幕另一端的虛擬仿真實(shí)物，從而對學(xué)生進(jìn)行相關(guān)培訓(xùn)；同時，學(xué)生通過自由選擇實(shí)訓(xùn)課程，反復(fù)對課程進(jìn)行學(xué)習(xí)，從而更加深刻地理解相關(guān)操作過程，進(jìn)而進(jìn)一步提高學(xué)生的建筑施工技能水平。

（3）考核功能，在課下，學(xué)生可以通過實(shí)訓(xùn)虛擬系統(tǒng)進(jìn)行訓(xùn)練與學(xué)習(xí)，并能夠所以在此基礎(chǔ)上引入考核，能有助于學(xué)生考核發(fā)揮，考題方面主要是以工程實(shí)際驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的重點(diǎn)知識點(diǎn)，強(qiáng)化核心技術(shù)的熟練度，提升學(xué)生專業(yè)素質(zhì)。

2 建筑施工實(shí)訓(xùn)虛擬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 建筑施工實(shí)訓(xùn)虛擬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

（1）建筑施工實(shí)訓(xùn)虛擬系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。建筑施工實(shí)訓(xùn)虛擬系統(tǒng)采用了B/S結(jié)構(gòu)（Browser/Server（瀏覽器/服務(wù)器）結(jié)構(gòu)）的開發(fā)模式，由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、Web服務(wù)器、客戶端三個部分組成。其中數(shù)據(jù)庫服務(wù)器能夠?qū)?shí)訓(xùn)數(shù)據(jù)（文本、圖像、動畫、視頻等）進(jìn)行分析處理，及數(shù)據(jù)的提取、修改、保存。Web服務(wù)器具有互操作性，能夠?yàn)橛脩籼峁┛焖侔踩木W(wǎng)絡(luò)連接，確保用戶所用客戶端通訊的及時、完備與安全；其還包含用戶鑒別注冊由于權(quán)限驗(yàn)證技術(shù)，對重要的數(shù)據(jù)及文獻(xiàn)具有加密功能，進(jìn)而確保用戶信息的安全。客戶端能夠?yàn)橛脩籼峁┯押玫牟僮鹘缑?，對?shí)訓(xùn)主題和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)進(jìn)行描述，并對用戶的操作起到規(guī)范作用，對實(shí)訓(xùn)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集與整理，實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)層之間的交互通訊；同時客戶端采取P2P特點(diǎn)，進(jìn)而有效的對實(shí)訓(xùn)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。

（2）建筑施工實(shí)訓(xùn)虛擬系統(tǒng)的模塊設(shè)計(jì)。建筑施工實(shí)訓(xùn)虛擬系統(tǒng)的模塊設(shè)計(jì)采取模塊化的概念，包含素材資源庫模塊與虛擬實(shí)訓(xùn)室模塊，旨在實(shí)現(xiàn)建筑施工實(shí)訓(xùn)虛擬系統(tǒng)的實(shí)用性與交互性。其中虛擬實(shí)訓(xùn)室模塊是整個系統(tǒng)主要開發(fā)的模塊；素材資源庫庫模塊的構(gòu)建是根據(jù)建筑施工的特點(diǎn)，結(jié)合相關(guān)的案例，其內(nèi)容包括建筑材料、檢測與試驗(yàn)、結(jié)構(gòu)與構(gòu)造、施工機(jī)具設(shè)備、施工工藝、測量儀器、工程管理案例、當(dāng)前建筑法的相關(guān)規(guī)定及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等，再將這些案例以圖片、文本、動畫、視屏的方式向?qū)W生展示。學(xué)生可以通過建筑施工實(shí)訓(xùn)虛擬系統(tǒng)檢索查找相關(guān)資料［2］。

2.2 建筑施工實(shí)訓(xùn)虛擬系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

（1）建立系統(tǒng)資源素材庫。相關(guān)人員通過對建立建筑施工實(shí)訓(xùn)虛擬系統(tǒng)的技術(shù)路線進(jìn)行了解，建立系統(tǒng)資源素材庫，將收集、整理或自制的資料進(jìn)行分類保存，并不斷積累，進(jìn)而為學(xué)生查找建筑施工方面的資料提供方便，使其能夠更快、更全面的獲取相關(guān)資料。

（2）系統(tǒng)集成。通過整合集成建筑施工實(shí)訓(xùn)虛擬系統(tǒng)中的素材資源庫模塊和虛擬實(shí)訓(xùn)室模塊，以及實(shí)訓(xùn)場景與實(shí)訓(xùn)儀器，從而完善建筑施工實(shí)訓(xùn)虛擬系統(tǒng)，在系統(tǒng)中配以文本、圖片、動畫、視頻等。

（3）虛擬實(shí)訓(xùn)室的實(shí)現(xiàn)。虛擬實(shí)訓(xùn)室為學(xué)生提供的詳細(xì)完整的建筑施工流程，學(xué)生可以根據(jù)流程來進(jìn)行施工；同時系統(tǒng)會根據(jù)學(xué)生所選擇的施工材料和施工步驟來評估施工效果。建筑施工虛擬實(shí)訓(xùn)室是建筑施工實(shí)訓(xùn)虛擬系統(tǒng)的核心模塊，其能夠科學(xué)地、直觀地對不同施工方法及施工組織措施的施工效果進(jìn)行展示，對完成方案進(jìn)行比較，從而實(shí)現(xiàn)低成本地對施工新技術(shù)和新工藝進(jìn)行試驗(yàn)，并能夠通過施工全過程進(jìn)行模擬，進(jìn)而判斷施工的質(zhì)量及存在的安全隱患。如：學(xué)生可以根據(jù)各項(xiàng)工程的施工時間，對計(jì)劃進(jìn)度與實(shí)際進(jìn)度進(jìn)行比較；利用圖片、視頻、動畫等形式對施工中存在質(zhì)量問題進(jìn)行展示；并嚴(yán)格按照建筑施工的相關(guān)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，制定安全措施方案。

（4）仿真模塊的實(shí)現(xiàn)。建筑施工實(shí)訓(xùn)虛擬系統(tǒng)中的仿真模塊能夠幫助學(xué)生更好的掌握建筑施工的相關(guān)知識和技術(shù)。如：學(xué)生在仿真模塊中輸入或選擇需要檢測物理參數(shù)；系統(tǒng)在根據(jù)其所選擇的檢測部位及檢測項(xiàng)目進(jìn)行預(yù)先保存在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較（若錯誤，系統(tǒng)會提示錯誤），并對檢測的虛擬儀器設(shè)備、儀器設(shè)備操作步驟及輸入?yún)?shù)進(jìn)行逐一列出，以供學(xué)生選擇；同時結(jié)合學(xué)生的選擇及輸入?yún)?shù)，與預(yù)先保存在數(shù)據(jù)庫中的資料進(jìn)行對比，將對比結(jié)果展示出來。建筑施工實(shí)訓(xùn)虛擬系統(tǒng)與學(xué)生交互過程中會對學(xué)生的每一步操作進(jìn)行隨時記錄，然后再根據(jù)這些信息對學(xué)生成績進(jìn)行評價(jià)，進(jìn)而以便教師通過查詢學(xué)生成績而了解學(xué)生對專業(yè)知識和技術(shù)的掌握情況［3］。

3 結(jié)束語

總而言之，隨著虛擬仿真技術(shù)的不斷發(fā)展，其各個領(lǐng)域的教學(xué)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于建筑施工實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，打破了傳統(tǒng)的建筑施工實(shí)踐教學(xué)的模式，彌補(bǔ)了建筑施工教學(xué)中存在的諸多不足，使學(xué)生能夠更加直觀和全面的了解建筑施工的施工流程，及需引起注意的事項(xiàng)，進(jìn)而有效的提高學(xué)生的專業(yè)能力的水平，并進(jìn)一步急稿建筑施工實(shí)踐教學(xué)的質(zhì)量和效率。

［1］梁博，蘇曉春，馬立榮.建筑施工虛擬仿真在建筑工程專業(yè)行動導(dǎo)向教學(xué)中的應(yīng)用［J］.住宅與房地產(chǎn)，2017（12）：283

［2］婁軍委.高職建筑裝飾專業(yè)實(shí)訓(xùn)虛擬仿真系統(tǒng)的建設(shè)與教學(xué)實(shí)踐研究［J］.浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2016（02）：57-60.

［3］閆興亞，趙杰，崔曉云.基于Unity3D建筑施工虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)［J］計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2016（07）：1281-1285.