基于AI技术的建筑设计课程实践教学平台设计

摘要：针对常规平台运行帧率低、应用效果不佳的问题，文章提出了一种基于AI技术的建筑设计课程实践教学平台。在完成处理器及数据交换机设置的基础上，文章构建实践教学知识库，通过计算通信网络编码的延时均值，开发线上远程教学通信；设计平台的虚拟景观漫游功能，完成平台设计。平台测试结果表明，应用本文设计平台，高并发用户下响应时间小于2.1 ms，优于对比平台，应用价值较好。

关键词：AI技术；建筑设计课程；通信网络编码；实践教学平台

中图分类号：TP311文献标志码：A

0 引言

在当今的数字化时代，人工智能（Artificial Intelligence，AI）技术正在各个领域展现出巨大的潜力。在建筑设计领域，AI的使用不仅可提高建筑设计的效率，降低成本，还可为设计师提供更多的创意可能性。因此，本次建立一个基于AI技术的建筑设计课程实践教学平台，旨在提供一个集教学、实践和科研于一体的综合性环境［1-2］。在这个平台上，学生将有机会接触并体验最新的AI设计工具在建筑设计中的应用。通过对实际案例的分析和研究，学生将增强对建筑设计行业的理解和认识。

1 硬件设计

1.1 处理器

处理器是实践教学平台的核心硬件。本次使用OFATW-ASFS型处理器［3］实现平台数据处理，该处理器主要由4个模块组成，各模块通过一条总线与开发板相连。其中，信号接收模块可接收来自所述用户端的真实教育服务请求，并将所述请求作为服务请求进行编码；其信号变换模块主要用于将所述的模拟量信息变换成所述数字信息；信号处理模块可以分析所传送的信号［4］。实践教学指令一般是32 Bit的字符，其可以经由接口传送给一个信号处理模组，经过这个模组的处理之后，再传送给平台上的各伺服器，最后根据伺服器来驱动实践教学程式。

1.2 数据交换机

交换机是一种用于电（光）信号转发的网络设备，也被称为“开关”。此次采用的Package交换机是一种特殊类型的交换机，主要用于数据包的交换和传输［5］。Package数据交换机结构如图1所示。

本次应用的Package交换机提供高速、高效的数据交换和传输服务，支持大规模并行计算的高效运行。

2 软件设计

2.1 构建实践教学知识库

为提升平台辅助实践教学的效果，必须确保所有实践项目和学习资源都以电子文件的形式妥善保存。本次将课程设置分为n个模块，每个模块包含m个知识点。每个特定的知识点都由元知识点构成，进一步分为额外知识和基础知识。通过虚拟现实等技术，学生可以进行模拟实践操作，更加深入地理解和掌握知识。

2.2 开发远程教学通信

实践教学平台需要具有远程通信功能，为确保远距离平台信号的平稳发送，文章提出了一种基于时间延迟的通信网络编码算法。假定该实验教学平台的远程通信网络采用有向无环图来表示，如式（1）所示。

F=（E，K）（1）

其中，F为远程通信网络的实验教学平台，E为远程通信网中的一组节点，K为一个有向边的远端通信网络的集合。所谓有向边指的是一条有向通信链路，在一个远端通信网络中，若网络上的节点数目是n，则合并后的通信节点输入资讯文字和输出通道分别如式（2）、（3）所示。

In（En）=u：tail（u）（2）

Out（En）=u：head（u）（3）

其中，In（En）为所输入的第n个通信节点的资讯字符，u为通信弧，tail（u）为通信弧的长度，Out（En）为通信信号的第n个通信节点，head（u）为通信弧的弧首。对通信网中的全部节点信息进行编码［6］，其每一位平均时延公式为：

其中，ε为远距离教学通信节点的平均单位延迟，eIn（En）为在第n个通信节点所输入的资讯字符内的多播率（multiprotation rate），r为涉及远程通信网的参数变量，hOut（En）为在第n个通信节点的输出通道内的一个限定的面积。

根据三元组来表示平台交互界面服务，如式（5）所示。

W=（S，M，H）（5）

其中，W为实际教学平台的互动接口业务，S为远程业务的发布，M为远程业务登记，H为远端业务要求。为确保平台的信息安全性，该系统还设计了一种用户登录权限认证服务，如式（6）所示。

其中，G为认证功能，m为对应于使用者标识的许可，Dm（·）为资料库呼叫的引数。在确认页面上，用户需要输入自己的身份信息，确认成功后，会进入远程教学的画面。

2.3 建筑设计课程全景漫游设计

为提升建筑设计课程线上教学效率，此次设计全景漫游的功能，关键分为2个阶段：一是制作风景，二是制作全景视频。在建模过程中，文章通过设定边长为2n的纹理图像，使得该模型在漫游过程中能够显示出合适的模型，从而实现了地形模型的生成。接下来，文章制作全景视频，即根据摄像机同时捕捉全景视频的不同视角，并对不同视角的视频流进行合并。合并过程需要考虑到每个视角的位置、角度和图像质量，以确保最终的全景视频能够展现出高质量的观感，合并公式如式（7）所示。

其中，Vi为第i个视角的视频流，Ci为第i个视角的权重系数，其需要根据不同视角的重要性、画面质量和流畅度等因素来调整。在设计过程中，正前方视角会被赋予更高的权重，以确保用户在漫游过程中能够看到清晰的前方景观。综上，完成基于AI技术的建筑设计课程实践教学平台设计。

3 平台测试

3.1 测试准备

为验证设计的基于AI技术的建筑设计课程实践教学平台的实际使用性能，文章搭建了测试平台，具体测试环境如表1所示。

以此为基础，选取朱健锋等［2］提到的平台和孙树文等［3］提到的平台分别作为对比平台1、2开展对比实验，完成设计平台性能评估。

3.2 测试结果与讨论

在3种不同平台上进行教学测试，文章考察多用户并发情况下平台的响应情况，利用计算机自带计时软件记录响应时间，得到对比结果如表2所示。

从表2可以看出，随着并发用户数目的增多，平台响应时间逐渐变长，应用文章设计平台，其响应时间均小于2.1 ms，而应用对比平台，其均大于6.7 ms，由此可证明文章设计平台性能更优，更适于实践教学。

4 结语

通过AI技术的运用，设计的建筑设计课程实践教学平台能够极大地增强学生的学习体验，提高教学效率。此平台以智能化、交互性、实践性和个性化为核心特点，有效地将理论知识和实践操作结合，提升了学生的综合素质。测试结果表明，随着并发用户数目的增多，平台响应时间逐渐变长，文章设计平台的响应时间始终小于2.1 ms，表明文章设计平台性能较优，具有实用性。

参考文献

［1］李继康，南亚琪，孙殷昊，等.异质材料同轴挤出式3D打印“双创型”实践教学平台设计与应用［J］.实验技术与管理，2023（9）：200-206.

［2］朱健锋，李嘉慧，王方雄.基于JupyterHub的课程实践教学平台设计与应用：以地理信息科学专业为例［J］.软件，2023（7）：52-56.

［3］孙树文，丁家旺，董明杰，等.基于数字孪生的模块化生产系统实践教学平台设计与实现［J］.实验技术与管理，2024（3）：244-250.

［4］贾奋励，杨剑，游雄.空间认知工效实践教学平台与实验科目设计［J］.测绘通报，2022（增刊1）：153-1QBQvNAp/AErWtTLBK+ql+vjJX+7ip5HYjEWivioYP48=57.

［5］李薇，黑新宏，王磊，等.基于EduCoder平台的面向对象程序设计课程实践教学探索与实践［J］.计算机教育，2022（6）：179-183.

［6］许志华，逯行政，彭远航，等.依托航空模拟平台的激光雷达技术课程实践教学装备［J］.测绘通报，2022（4）：162-166.

Design of architectural design course practice teaching platform based on AI technology

Abstract： Aiming at the problem of low frame rate and poor application effect of conventional platform， this paper proposes a practical teaching platform of architectural design course based on AI technology. On the basis of completing the setup of processor and data switch， the practical teaching knowledge base is constructed， and the online distance teaching communication is developed by calculating the average delay of communication network coding. The virtual landscape roaming function of the platform is designed to complete the platform design. The test results of the platform show that the response time of the application design platform is less than 2.1 ms under high concurrent users，which is better than the comparison platform and has good application value.

Key words： AI technology; architectural design course; communication network coding; practical teaching platform