建筑施工實訓虛擬系統的設計與實現研究

虛擬仿真技術指借助人工智能、人機交互、計算機圖形學、傳感等技術，對真實環境進行模擬，進而構建一個虛擬環境，用戶可以咋這個虛擬環境中運用各種方式與其進行互動，這個虛擬環境也會及時做出回應，這就使得用戶產生一種沉浸于虛擬環境的感覺；這個虛擬環境的特點是：臨場參與感和獨特的浸沒感，其是一個互動的、開放的環境。在實踐教學應用虛擬仿真技術，結合建筑施工教學的具體情況，整合實訓課程與教學策略，從而使實訓教學的發展更加科學化，并有效的解決教育資金問題，進一步拓寬實訓教學的范圍，提高建筑施工實訓課程的效益。

1 虛擬仿真實訓

1.1 虛擬仿真實訓的簡述

對于建筑施工虛擬仿真教學的開展，其主要是依據國家相關部門所頒布的大綱及建筑業的行內標準進行，其目的是對傳統建筑教學中存在的教育缺口進行補足，進而使學生的專業技能與素質得以不斷提高和完善。建筑施工虛擬仿真教學的含義是：根據建筑地基、基礎建設、主體施工、建筑內部裝修等，按照1：1的比例設計仿真實訓系統，并將整體的實訓環境分成多個較小的實訓項目，進而對學生進行針對性的建筑施工教學與訓練。

1.2 虛擬仿真實訓的優點

虛擬仿真實訓通過對相關理論知識和實踐操作進行融合，對學生的動手能力進行培養，做到借助理論來指導實踐，通過實踐對理論進行印證，同時，虛擬仿真實訓結合建筑施工課程的特點，再利用多媒體，構建一個虛擬仿真教學實訓平臺，進而有效的解決建筑施工教學中存在的一系列難題。虛擬仿真實訓的優點包括：①經濟性，實訓虛擬系統的投入資金較少、設備體積較小；②安全性與可靠性，實訓虛擬系統不受場地的限制，其既可以應用于室內，也可以對室外的實驗過程和實踐過程進行模擬，進而使學生更深刻的認識到整個建筑施工的流程；③較好的還原性與實際操作性，實訓虛擬系統突破了建筑工程在時間與空間上的阻礙，學生能夠從多個方面全方位的學習和了解建筑工程。然而，虛擬仿真系統雖然在許多方面超越了傳統的教學方式，但仍存在許多不足，如：真實性仍有待提高，對于比較復雜的情形就無法進行模擬，因此，相關部門需要加大對該技術的力度，不斷對其進行創新和改進，從而更好促進建筑施工教學的發展［1］。

1.3 虛擬仿真教學的功能

（1）演示功能，實訓虛擬系統能夠對施工前準備措施、施工流程操作、設備故障處理、工地意外處理、竣工驗收實施等工程內容進行全方位立體地演示，從而使學生能夠更加直觀地、更加具體地了解整個建筑工程施工的內容，并讓學生認識到建筑工程施工中需要注重安全問題，進而避免在建筑施工中出現生命財產問題。

（2）互動功能，實訓虛擬系統利用多媒體向展示展示施工現場，并利用鼠標、鍵盤、模擬零件等，自由操作屏幕另一端的虛擬仿真實物，從而對學生進行相關培訓；同時，學生通過自由選擇實訓課程，反復對課程進行學習，從而更加深刻地理解相關操作過程，進而進一步提高學生的建筑施工技能水平。

（3）考核功能，在課下，學生可以通過實訓虛擬系統進行訓練與學習，并能夠所以在此基礎上引入考核，能有助于學生考核發揮，考題方面主要是以工程實際驗收標準為基礎的重點知識點，強化核心技術的熟練度，提升學生專業素質。

2 建筑施工實訓虛擬系統的設計與實現

2.1 建筑施工實訓虛擬系統的設計

（1）建筑施工實訓虛擬系統的結構設計。建筑施工實訓虛擬系統采用了B/S結構（Browser/Server（瀏覽器/服務器）結構）的開發模式，由數據庫服務器、Web服務器、客戶端三個部分組成。其中數據庫服務器能夠對實訓數據（文本、圖像、動畫、視頻等）進行分析處理，及數據的提取、修改、保存。Web服務器具有互操作性，能夠為用戶提供快速安全的網絡連接，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限驗證技術，對重要的數據及文獻具有加密功能，進而確保用戶信息的安全。客戶端能夠為用戶提供友好的操作界面，對實訓主題和網絡服務進行描述，并對用戶的操作起到規范作用，對實訓數據進行收集與整理，實現與網絡層之間的交互通訊；同時客戶端采取P2P特點，進而有效的對實訓數據進行管理。

（2）建筑施工實訓虛擬系統的模塊設計。建筑施工實訓虛擬系統的模塊設計采取模塊化的概念，包含素材資源庫模塊與虛擬實訓室模塊，旨在實現建筑施工實訓虛擬系統的實用性與交互性。其中虛擬實訓室模塊是整個系統主要開發的模塊；素材資源庫庫模塊的構建是根據建筑施工的特點，結合相關的案例，其內容包括建筑材料、檢測與試驗、結構與構造、施工機具設備、施工工藝、測量儀器、工程管理案例、當前建筑法的相關規定及技術標準等，再將這些案例以圖片、文本、動畫、視屏的方式向學生展示。學生可以通過建筑施工實訓虛擬系統檢索查找相關資料［2］。

2.2 建筑施工實訓虛擬系統的實現

（1）建立系統資源素材庫。相關人員通過對建立建筑施工實訓虛擬系統的技術路線進行了解，建立系統資源素材庫，將收集、整理或自制的資料進行分類保存，并不斷積累，進而為學生查找建筑施工方面的資料提供方便，使其能夠更快、更全面的獲取相關資料。

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

（3）虛擬實訓室的實現。虛擬實訓室為學生提供的詳細完整的建筑施工流程，學生可以根據流程來進行施工；同時系統會根據學生所選擇的施工材料和施工步驟來評估施工效果。建筑施工虛擬實訓室是建筑施工實訓虛擬系統的核心模塊，其能夠科學地、直觀地對不同施工方法及施工組織措施的施工效果進行展示，對完成方案進行比較，從而實現低成本地對施工新技術和新工藝進行試驗，并能夠通過施工全過程進行模擬，進而判斷施工的質量及存在的安全隱患。如：學生可以根據各項工程的施工時間，對計劃進度與實際進度進行比較；利用圖片、視頻、動畫等形式對施工中存在質量問題進行展示；并嚴格按照建筑施工的相關規定的標準，制定安全措施方案。

（4）仿真模塊的實現。建筑施工實訓虛擬系統中的仿真模塊能夠幫助學生更好的掌握建筑施工的相關知識和技術。如：學生在仿真模塊中輸入或選擇需要檢測物理參數；系統在根據其所選擇的檢測部位及檢測項目進行預先保存在數據庫中的數據進行比較（若錯誤，系統會提示錯誤），并對檢測的虛擬儀器設備、儀器設備操作步驟及輸入參數進行逐一列出，以供學生選擇；同時結合學生的選擇及輸入參數，與預先保存在數據庫中的資料進行對比，將對比結果展示出來。建筑施工實訓虛擬系統與學生交互過程中會對學生的每一步操作進行隨時記錄，然后再根據這些信息對學生成績進行評價，進而以便教師通過查詢學生成績而了解學生對專業知識和技術的掌握情況［3］。

3 結束語

總而言之，隨著虛擬仿真技術的不斷發展，其各個領域的教學中得到越來越廣泛的應用。虛擬仿真技術應用于建筑施工實訓教學中，打破了傳統的建筑施工實踐教學的模式，彌補了建筑施工教學中存在的諸多不足，使學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，進而有效的提高學生的專業能力的水平，并進一步急稿建筑施工實踐教學的質量和效率。

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

［2］婁軍委.高職建筑裝飾專業實訓虛擬仿真系統的建設與教學實踐研究［J］.浙江工商職業技術學院學報，2016（02）：57-60.

［3］閆興亞，趙杰，崔曉云.基于Unity3D建筑施工虛擬培訓系統的研究與實現［J］計算機與數字工程，2016（07）：1281-1285.