建筑施工实训虚拟系统的设计与实现研究

虚拟仿真技术指借助人工智能、人机交互、计算机图形学、传感等技术，对真实环境进行模拟，进而构建一个虚拟环境，用户可以咋这个虚拟环境中运用各种方式与其进行互动，这个虚拟环境也会及时做出回应，这就使得用户产生一种沉浸于虚拟环境的感觉；这个虚拟环境的特点是：临场参与感和独特的浸没感，其是一个互动的、开放的环境。在实践教学应用虚拟仿真技术，结合建筑施工教学的具体情况，整合实训课程与教学策略，从而使实训教学的发展更加科学化，并有效的解决教育资金问题，进一步拓宽实训教学的范围，提高建筑施工实训课程的效益。

1 虚拟仿真实训

1.1 虚拟仿真实训的简述

对于建筑施工虚拟仿真教学的开展，其主要是依据国家相关部门所颁布的大纲及建筑业的行内标准进行，其目的是对传统建筑教学中存在的教育缺口进行补足，进而使学生的专业技能与素质得以不断提高和完善。建筑施工虚拟仿真教学的含义是：根据建筑地基、基础建设、主体施工、建筑内部装修等，按照1：1的比例设计仿真实训系统，并将整体的实训环境分成多个较小的实训项目，进而对学生进行针对性的建筑施工教学与训练。

1.2 虚拟仿真实训的优点

虚拟仿真实训通过对相关理论知识和实践操作进行融合，对学生的动手能力进行培养，做到借助理论来指导实践，通过实践对理论进行印证，同时，虚拟仿真实训结合建筑施工课程的特点，再利用多媒体，构建一个虚拟仿真教学实训平台，进而有效的解决建筑施工教学中存在的一系列难题。虚拟仿真实训的优点包括：①经济性，实训虚拟系统的投入资金较少、设备体积较小；②安全性与可靠性，实训虚拟系统不受场地的限制，其既可以应用于室内，也可以对室外的实验过程和实践过程进行模拟，进而使学生更深刻的认识到整个建筑施工的流程；③较好的还原性与实际操作性，实训虚拟系统突破了建筑工程在时间与空间上的阻碍，学生能够从多个方面全方位的学习和了解建筑工程。然而，虚拟仿真系统虽然在许多方面超越了传统的教学方式，但仍存在许多不足，如：真实性仍有待提高，对于比较复杂的情形就无法进行模拟，因此，相关部门需要加大对该技术的力度，不断对其进行创新和改进，从而更好促进建筑施工教学的发展［1］。

1.3 虚拟仿真教学的功能

（1）演示功能，实训虚拟系统能够对施工前准备措施、施工流程操作、设备故障处理、工地意外处理、竣工验收实施等工程内容进行全方位立体地演示，从而使学生能够更加直观地、更加具体地了解整个建筑工程施工的内容，并让学生认识到建筑工程施工中需要注重安全问题，进而避免在建筑施工中出现生命财产问题。

（2）互动功能，实训虚拟系统利用多媒体向展示展示施工现场，并利用鼠标、键盘、模拟零件等，自由操作屏幕另一端的虚拟仿真实物，从而对学生进行相关培训；同时，学生通过自由选择实训课程，反复对课程进行学习，从而更加深刻地理解相关操作过程，进而进一步提高学生的建筑施工技能水平。

（3）考核功能，在课下，学生可以通过实训虚拟系统进行训练与学习，并能够所以在此基础上引入考核，能有助于学生考核发挥，考题方面主要是以工程实际验收标准为基础的重点知识点，强化核心技术的熟练度，提升学生专业素质。

2 建筑施工实训虚拟系统的设计与实现

2.1 建筑施工实训虚拟系统的设计

（1）建筑施工实训虚拟系统的结构设计。建筑施工实训虚拟系统采用了B/S结构（Browser/Server（浏览器/服务器）结构）的开发模式，由数据库服务器、Web服务器、客户端三个部分组成。其中数据库服务器能够对实训数据（文本、图像、动画、视频等）进行分析处理，及数据的提取、修改、保存。Web服务器具有互操作性，能够为用户提供快速安全的网络连接，确保用户所用客户端通讯的及时、完备与安全；其还包含用户鉴别注册由于权限验证技术，对重要的数据及文献具有加密功能，进而确保用户信息的安全。客户端能够为用户提供友好的操作界面，对实训主题和网络服务进行描述，并对用户的操作起到规范作用，对实训数据进行收集与整理，实现与网络层之间的交互通讯；同时客户端采取P2P特点，进而有效的对实训数据进行管理。

（2）建筑施工实训虚拟系统的模块设计。建筑施工实训虚拟系统的模块设计采取模块化的概念，包含素材资源库模块与虚拟实训室模块，旨在实现建筑施工实训虚拟系统的实用性与交互性。其中虚拟实训室模块是整个系统主要开发的模块；素材资源库库模块的构建是根据建筑施工的特点，结合相关的案例，其内容包括建筑材料、检测与试验、结构与构造、施工机具设备、施工工艺、测量仪器、工程管理案例、当前建筑法的相关规定及技术标准等，再将这些案例以图片、文本、动画、视屏的方式向学生展示。学生可以通过建筑施工实训虚拟系统检索查找相关资料［2］。

2.2 建筑施工实训虚拟系统的实现

（1）建立系统资源素材库。相关人员通过对建立建筑施工实训虚拟系统的技术路线进行了解，建立系统资源素材库，将收集、整理或自制的资料进行分类保存，并不断积累，进而为学生查找建筑施工方面的资料提供方便，使其能够更快、更全面的获取相关资料。

（2）系统集成。通过整合集成建筑施工实训虚拟系统中的素材资源库模块和虚拟实训室模块，以及实训场景与实训仪器，从而完善建筑施工实训虚拟系统，在系统中配以文本、图片、动画、视频等。

（3）虚拟实训室的实现。虚拟实训室为学生提供的详细完整的建筑施工流程，学生可以根据流程来进行施工；同时系统会根据学生所选择的施工材料和施工步骤来评估施工效果。建筑施工虚拟实训室是建筑施工实训虚拟系统的核心模块，其能够科学地、直观地对不同施工方法及施工组织措施的施工效果进行展示，对完成方案进行比较，从而实现低成本地对施工新技术和新工艺进行试验，并能够通过施工全过程进行模拟，进而判断施工的质量及存在的安全隐患。如：学生可以根据各项工程的施工时间，对计划进度与实际进度进行比较；利用图片、视频、动画等形式对施工中存在质量问题进行展示；并严格按照建筑施工的相关规定的标准，制定安全措施方案。

（4）仿真模块的实现。建筑施工实训虚拟系统中的仿真模块能够帮助学生更好的掌握建筑施工的相关知识和技术。如：学生在仿真模块中输入或选择需要检测物理参数；系统在根据其所选择的检测部位及检测项目进行预先保存在数据库中的数据进行比较（若错误，系统会提示错误），并对检测的虚拟仪器设备、仪器设备操作步骤及输入参数进行逐一列出，以供学生选择；同时结合学生的选择及输入参数，与预先保存在数据库中的资料进行对比，将对比结果展示出来。建筑施工实训虚拟系统与学生交互过程中会对学生的每一步操作进行随时记录，然后再根据这些信息对学生成绩进行评价，进而以便教师通过查询学生成绩而了解学生对专业知识和技术的掌握情况［3］。

3 结束语

总而言之，随着虚拟仿真技术的不断发展，其各个领域的教学中得到越来越广泛的应用。虚拟仿真技术应用于建筑施工实训教学中，打破了传统的建筑施工实践教学的模式，弥补了建筑施工教学中存在的诸多不足，使学生能够更加直观和全面的了解建筑施工的施工流程，及需引起注意的事项，进而有效的提高学生的专业能力的水平，并进一步急稿建筑施工实践教学的质量和效率。

［1］梁博，苏晓春，马立荣.建筑施工虚拟仿真在建筑工程专业行动导向教学中的应用［J］.住宅与房地产，2017（12）：283

［2］娄军委.高职建筑装饰专业实训虚拟仿真系统的建设与教学实践研究［J］.浙江工商职业技术学院学报，2016（02）：57-60.

［3］闫兴亚，赵杰，崔晓云.基于Unity3D建筑施工虚拟培训系统的研究与实现［J］计算机与数字工程，2016（07）：1281-1285.