基于BIM與VR技術(shù)的裝配式建筑照明教學(xué)平臺(tái)設(shè)計(jì)

周昊

摘要：由于傳統(tǒng)教學(xué)平臺(tái)在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)受到平臺(tái)運(yùn)行數(shù)據(jù)量、在線用戶量影響，導(dǎo)致平臺(tái)吞吐量較低，為此文章提出基于BIM與VR技術(shù)的裝配式建筑照明教學(xué)平臺(tái)設(shè)計(jì)。概述了BIM與VR技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域以及在裝配式建筑照明教學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，在此基礎(chǔ)上對(duì)平臺(tái)框架、服務(wù)端、功能進(jìn)行了設(shè)計(jì)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，設(shè)計(jì)平臺(tái)不會(huì)受到運(yùn)行數(shù)據(jù)量、在線用戶量的影響，吞吐量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)平臺(tái)，更適用于裝配式建筑照明教學(xué)。

關(guān)鍵詞：BIM;VR技術(shù);裝配式建筑;教學(xué)平臺(tái);服務(wù)端

中圖分類號(hào)：G434? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2022）08-0116-02

目前裝配式建筑已經(jīng)成為大多數(shù)城市建筑工程施工的首選建筑模式。隨著裝配式建筑在建筑領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，目前該方面的技術(shù)人才比較欠缺，存在較大的供需矛盾，為了向裝配式建筑業(yè)提供專業(yè)人才，目前在各大高等院校和職業(yè)院校中已經(jīng)開設(shè)了裝配式建筑專業(yè)，其中裝配式建筑照明教學(xué)作為專業(yè)主要教學(xué)內(nèi)容之一，由于裝配式建筑照明系統(tǒng)比較復(fù)雜，涉及的學(xué)習(xí)內(nèi)容和專業(yè)知識(shí)比較多，導(dǎo)致裝配式建筑照明教學(xué)具有一定難度[1]。為了解決這一問題，并且提高裝配式建筑照明教學(xué)質(zhì)量，高等院校和職業(yè)院校在教學(xué)改革中引進(jìn)了數(shù)字化教學(xué)模式，通過采用裝配式建筑照明教學(xué)平臺(tái)開展一系列教學(xué)活動(dòng)[2]。然而目前高等院校以及職業(yè)院校所采用的裝配式建筑照明教學(xué)平臺(tái)在實(shí)際應(yīng)用中存在一些問題，最大的問題就是當(dāng)平臺(tái)登錄用戶數(shù)量以及運(yùn)行的數(shù)據(jù)較多時(shí)，平臺(tái)吞吐量大幅度降低，進(jìn)而導(dǎo)致教學(xué)平臺(tái)出現(xiàn)卡頓、停止運(yùn)行等現(xiàn)象，已經(jīng)無法滿足裝配式建筑照明教學(xué)需求，為此本文提出課題研究。

1 BIM與VR技術(shù)概況

1.1 BIM技術(shù)

BIM技術(shù)又稱三維數(shù)字模型技術(shù)，在建筑領(lǐng)域中可以將多種多樣的建筑數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整合、處理和分析，從而以三維數(shù)字模型的方式展現(xiàn)出來。在裝配式建筑工程整個(gè)生命周期內(nèi)，BIM技術(shù)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)對(duì)裝配式建筑工程集成管理，可以模擬出實(shí)際的裝配式建筑工程所有建設(shè)行為，比如裝配式建筑照明系統(tǒng)狀態(tài)。目前BIM技術(shù)憑借自身的優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于建筑領(lǐng)域中，尤其是在裝配式建筑中，并且已經(jīng)取得了良好的應(yīng)用效果。

1.2 VR技術(shù)

本文研究的VR技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中，又被稱為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，屬于在計(jì)算機(jī)設(shè)備的支撐下，可實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬化體驗(yàn)的一種全新仿生技術(shù)。結(jié)合計(jì)算機(jī)設(shè)備在此過程中的支撐性作用，為終端操作者提供一個(gè)相對(duì)真實(shí)的虛擬化環(huán)境。目前，針對(duì)此項(xiàng)技術(shù)的研究已被拓展到市場(chǎng)內(nèi)各個(gè)領(lǐng)域，包括VR與智能化技術(shù)的交互、與傳感技術(shù)的融匯等，通過將此項(xiàng)技術(shù)與其他技術(shù)相融合的方式，可以提升技術(shù)在應(yīng)用中的交互性，并給予用戶一種相對(duì)自主化的體驗(yàn)?zāi)Ｊ健Ｄ壳?，此?xiàng)技術(shù)已實(shí)現(xiàn)在市場(chǎng)的廣泛應(yīng)用，并在多個(gè)領(lǐng)域與行業(yè)的應(yīng)用中取得了顯著性的成果，比如醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、娛樂領(lǐng)域、建筑領(lǐng)域、軍事航天領(lǐng)域等。本文試圖利用BIM與VR技術(shù)打造一個(gè)全新的裝配式建筑照明教學(xué)平臺(tái)，對(duì)原有裝配式建筑照明教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行優(yōu)化與完善，解決傳統(tǒng)平臺(tái)吞吐量較低的問題，為裝配式建筑照明教學(xué)提供良好的教學(xué)平臺(tái)。

2 基于BIM與VR技術(shù)的裝配式建筑照明教學(xué)平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1 教學(xué)平臺(tái)框架設(shè)計(jì)

此次設(shè)計(jì)的裝配式建筑照明教學(xué)平臺(tái)在整體設(shè)計(jì)上采用了BIM技術(shù)與VR技術(shù)，將裝配式建筑照明教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行科學(xué)拆分，通過平臺(tái)服務(wù)將同屬性的教學(xué)內(nèi)容上傳到云平臺(tái)上，并且在平臺(tái)上建立了大量的“族”庫，用于存儲(chǔ)裝配式建筑照明課程相關(guān)內(nèi)容[3]。將其與平臺(tái)連接，教師可以根據(jù)要求將族庫中信息進(jìn)行調(diào)用，傳輸?shù)接脩舳松希⑼ㄟ^VR設(shè)備對(duì)教學(xué)信息在平臺(tái)上進(jìn)行展示，具體平臺(tái)運(yùn)行流程如圖1所示。

為了實(shí)現(xiàn)圖1中平臺(tái)運(yùn)行流程，本文在對(duì)平臺(tái)框架設(shè)計(jì)上分別設(shè)計(jì)了存儲(chǔ)層、數(shù)據(jù)管理層、應(yīng)用服務(wù)層三個(gè)結(jié)構(gòu)，其中存儲(chǔ)層主要是存儲(chǔ)裝配式建筑照明課程相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容，以及實(shí)際裝配式建筑照明預(yù)制件有關(guān)信息，由大量的“族”庫組成，相當(dāng)于平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫[4]。數(shù)據(jù)管理層與云平臺(tái)和存儲(chǔ)層連接，用于管理存儲(chǔ)層中的數(shù)據(jù)信息，以及云平臺(tái)上信息的調(diào)用[5]。應(yīng)用服務(wù)層主要是向教師用戶提供教學(xué)服務(wù)，其中包括裝配式建筑照明課件制作、設(shè)計(jì)、共享、管理等服務(wù)，利用平臺(tái)上BIM技術(shù)在教學(xué)課件中制作與課程相關(guān)的照明預(yù)制件三維虛擬模型，完成裝配式建筑照明教學(xué)。

2.2 裝配式建筑照明教學(xué)平臺(tái)服務(wù)端設(shè)計(jì)

平臺(tái)服務(wù)端設(shè)計(jì)采用了B/S模式，以客戶瀏覽器、Web服務(wù)組成平臺(tái)服務(wù)端邏輯關(guān)系，客戶瀏覽器依賴于Web服務(wù)，將Web服務(wù)部署在平臺(tái)IIS上，通過IIS處理平臺(tái)服務(wù)端和客戶瀏覽器HTTP請(qǐng)求的接入和響應(yīng)，為用戶提供教學(xué)訪問文件、文件目錄等[6]。并通過Web服務(wù)端向用戶提供裝配式建筑照明教學(xué)資料共享，其中包括裝配式建筑照明課程、授課以及考試。用戶通過Web服務(wù)端對(duì)教學(xué)資料進(jìn)行下載和分享。

2.3 基于BIM與VR技術(shù)的教學(xué)平臺(tái)功能設(shè)計(jì)

在教學(xué)平臺(tái)功能設(shè)計(jì)方面本文設(shè)計(jì)了教學(xué)功能模塊，教學(xué)功能模塊中共設(shè)計(jì)了照明預(yù)制件三維虛擬模型制作、照明課件設(shè)計(jì)、基于VR設(shè)備的虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)展示等功能，圖2為BIM+VR技術(shù)的裝配式建筑平臺(tái)教學(xué)功能示意圖。

如圖2所示，教學(xué)功能模塊與平臺(tái)數(shù)據(jù)層和用戶終端連接，用戶通過客戶端登錄平臺(tái)進(jìn)入配式建筑照明課程課件制作子模塊[7]。在該子模塊中利用BIM技術(shù)對(duì)教學(xué)中所需要學(xué)習(xí)的照明預(yù)制件進(jìn)行三維虛擬模型制作，BIM技術(shù)通過數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)分析形成一個(gè)與實(shí)際相同的照明預(yù)制件三維虛擬模型[8]。用戶對(duì)制作好的模型進(jìn)行儲(chǔ)存，并通過VR設(shè)備將制作的模型在平臺(tái)上展示，可以讓學(xué)生真實(shí)地感受到裝配式建筑照明真實(shí)形態(tài)，以此完成本次教學(xué)平臺(tái)設(shè)計(jì)。

3 實(shí)驗(yàn)論證分析

為了檢驗(yàn)本文設(shè)計(jì)的基于BIM與VR技術(shù)的裝配式建筑照明教學(xué)平臺(tái)的有效性和可靠性，本文選取以某高等院校為實(shí)驗(yàn)環(huán)境，利用本文設(shè)計(jì)教學(xué)平臺(tái)與傳統(tǒng)平臺(tái)對(duì)裝配式建筑照明開展教學(xué)應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)中將兩個(gè)教學(xué)平臺(tái)安置在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部的PC server，以Windows Server 2010作為操作系統(tǒng)，內(nèi)存為16GB，所使用到的計(jì)算機(jī)配置為內(nèi)存2GB，硬盤為4TB，兩個(gè)平臺(tái)測(cè)試時(shí)間為2小時(shí)，實(shí)驗(yàn)測(cè)試兩個(gè)平臺(tái)運(yùn)行情況。在實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)令350名用戶陸續(xù)登錄平臺(tái)，平臺(tái)用戶數(shù)量每15s增加10名。并且向兩個(gè)平臺(tái)內(nèi)輸入140MB裝配式建筑照明教學(xué)數(shù)據(jù)，教學(xué)數(shù)據(jù)每10s增加5MB。利用Vuser軟件測(cè)量?jī)蓚€(gè)平臺(tái)在運(yùn)行過程中隨著用戶數(shù)量和數(shù)據(jù)數(shù)量的增加，其吞吐量情況。吞吐量表示平臺(tái)單位時(shí)間內(nèi)成功傳遞數(shù)據(jù)的數(shù)量，實(shí)驗(yàn)將其作為兩個(gè)教學(xué)平臺(tái)檢驗(yàn)指標(biāo)，根據(jù)Vuser軟件測(cè)量數(shù)據(jù)制作實(shí)驗(yàn)對(duì)比表格，如表1所示。

從表1中數(shù)據(jù)觀察可以得出以下結(jié)論：本文設(shè)計(jì)平臺(tái)隨著用戶數(shù)量和運(yùn)行數(shù)據(jù)的增加，平臺(tái)的吞吐量均可以達(dá)到8500bit以上，說明平臺(tái)運(yùn)行數(shù)據(jù)和用戶在線數(shù)量不會(huì)對(duì)平臺(tái)吞吐量造成影響，平臺(tái)成功接受并轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)量比較大;而平臺(tái)在線用戶數(shù)量和運(yùn)行數(shù)據(jù)數(shù)量對(duì)傳統(tǒng)平臺(tái)影響比較大，平臺(tái)的吞吐量最高僅為5160bit，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)平臺(tái)，因此實(shí)驗(yàn)證明了基于BIM與VR技術(shù)的裝配式建筑照明教學(xué)平臺(tái)在運(yùn)行質(zhì)量方面更優(yōu)于傳統(tǒng)平臺(tái)。

4 結(jié)束語

本文在原有裝配式建筑照明教學(xué)平臺(tái)基礎(chǔ)上，結(jié)合原有平臺(tái)存在的不足，設(shè)計(jì)了基于BIM與VR技術(shù)的裝配式建筑照明教學(xué)平臺(tái)，該平臺(tái)可以提高裝配式建筑照明教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)裝配式建筑照明課程相關(guān)知識(shí)真實(shí)體驗(yàn)感，有助于推動(dòng)裝配式建筑照明教學(xué)平臺(tái)的深入應(yīng)用，提高數(shù)字化教學(xué)平臺(tái)的應(yīng)用價(jià)值，為社會(huì)提供高質(zhì)量專業(yè)的裝配式建筑照明技術(shù)人才。

參考文獻(xiàn)：

[1] 何志紅，孫會(huì)龍，劉貞，等.基于BIM+VR技術(shù)的裝配式建筑遠(yuǎn)程協(xié)同平臺(tái)設(shè)計(jì)[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)），2019，33（10）：96-102.

[2] 王凱，蔡瑞，劉秋元，等.基于BIM+VR的裝配式建筑教學(xué)平臺(tái)構(gòu)建研究[J].中國教育信息化，2019（12）：81-85.

[3] 顧鎮(zhèn)媛，羅威，熊郁震，等.基于虛實(shí)結(jié)合教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的裝配式建筑協(xié)同型人才培養(yǎng)[J].建材與裝飾，2020（3）：188-189.

[4] 王鵬，王玫.虛擬仿真下裝配式建筑教學(xué)改革與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2020，39（4）：174-177，190.

[5] 潘洪科，張建營(yíng)，簡(jiǎn)小生，等.建筑產(chǎn)業(yè)化背景下裝配式建筑方向教學(xué)改革實(shí)踐與研究——以新余學(xué)院為例[J].新余學(xué)院學(xué)報(bào)，2020，25（3）：116-119.

[6] 任大鵬.與職業(yè)（行業(yè)）標(biāo)準(zhǔn)銜接課程融媒體交互式教學(xué)模式實(shí)證研究——以《裝配式建筑》課程為例[J].山西能源學(xué)院學(xué)報(bào)，2020，33（4）：34-35，50.

[7] 汪洋，李慧婷.基于“智慧+”技術(shù)的土木工程本科教學(xué)改革研究——以裝配式建筑VR教學(xué)為例[J].當(dāng)代教育理論與實(shí)踐，2021，13（1）：74-78.

[8] 鄧詳.基于AR/VR的現(xiàn)代職業(yè)教育教學(xué)平臺(tái)的構(gòu)建[J].才智，2020（23）：79-81.

【通聯(lián)編輯：李雅琪】