建筑施工教学虚拟仿真之一

1 前 言

目前，地方本科高校建筑施工的授课大多只有理论的可怕现象：学校学的理论跟不上工程实践的需要，学校学的软件不能应用到工程实践；理论和实践脱钩严重，理论几乎没有进行实践的检验，没有进行虚拟仿真教学，即使有也流于形式 [1] 。因此，虚拟仿真教学成为当务之急。

2 建设理念和总体思路

2.1 建筑施工仿真系统架构与设计

建筑施工是一个复杂的、高度动态的过程，应用虚拟仿真技术实现对建筑施工过程模拟、动态管理和虚拟仿真，是提高建筑施工效率和管理水平的有效途径。传统的虚拟施工只能按照固定的流程展示某一个工程的施工场景，无法改变施工的流程和操作。也不能进行辅助管理和决策。而将虚拟仿真技术应用于建筑施工主要采用离散事件的方式来实现对建筑施工过程的模拟[2]。

（1） 系统设计目标

本研究的实用性，要求系统的界面是友好的、究以某高层建筑施工过程为例，鉴于当前商品化虚拟仿真软件价格昂贵，对硬件配置要求过高以及二次开发功能不足等。本论文自主开发了基于 Virt0015 的建筑施工仿真平台。通过对建筑施工场景的建模以及进行材质、纹理、灯光等处理，实现逼真的模型渲染，利用 Virt00lS 本身的功能实现建筑施工过程的动态模拟和动画展示，并实现人机交互功能控制虚拟场景以及建筑各构件。为了能真实的对建筑施工进行仿真，系统在功能上要达到以下要求：

（2）建筑施工仿真平台要有真实感

要能对建筑施工场景真实反应，包括真实感模型的创建、虚拟环境的创建等。用户在使用本系统的时候能体验到身临其境的感觉，能够在本系统中实时的进行漫游，任意角度观察施工过程等。这就需要给本系统增加系统力学的特性，如碰撞检测、重力效应等避免发生“穿墙而过”的现象[3]。

（3）建筑施工仿真平台要具有实时交互性

要在创建好的场景模块上实现虚拟现实的人机交互功能。使用户能够控制建筑施工过程，更好的理解建筑施工以及提高学习的效率。

（4）建筑施工仿真平台要有可扩展性

系统要创建专门的数据库，用来存放建筑施工构件和施工机械等数据。同时要保证能对本系统进行二次开发。

3 系统设计原则

建筑施工仿真系统要按照真实性、使用性、经济型、可扩展性和技术、艺术、教育兼顾等原则进行设计。

（1）真实性原则

建筑施工仿真系统的实体模型以及虚拟环境等要保证与现实施工场景的相似性，因此平台在场景材质与渲染方面要保证高度的真实感和科学、逼真的建筑施工过程。

（2）实用性原则

建筑施工仿真系统要考虑系统操作是方便快捷的、对硬件的要求是低的等，从而推动建筑施工仿真系统的广泛使用。

（3）经济性原则

是指在开发建筑施工仿真系统的过程中要选用简单的软件，用最小的代价取得最大的效果，以便建筑施工仿真系统的发展和普及。

（4）可扩展性原则

建筑施工仿真系统要提供可以进行二次开发的接口，用于系统功能的扩展。

（5）技术、艺术、教育兼顾原则

建筑施工仿真系统的设计要具有艺术性、技术性和教育性。技术性是艺术性和教育性的前提，教育性是艺术性和技术性的目的，艺术性对提高学习者的学习兴趣，实现最终的教育目的有较深刻的影响。其中艺术是教育和技术所追求的最高境界。三者相辅相成，缺一不可。

4 结语

本文对建筑施工技术课程开展的创新实践：

（1）提出并实践了建筑施工仿真系统架构与设计改革模式；

（2）提出并实践了系统设计原则改革；

（3）提出并实践了技术、艺术、教育兼顾模式；

参考文献：

[1] 田欣妮，杨平. 高职院校建筑施工虚拟仿真实训基地建设的实然探索[J]. 湖南教育（C 版）， 2024（5）：44-46.

[2] 张馨予，王晓轩，卢集富. 建筑施工虚拟仿真技术在教学改革中的应用[J]. 中文科技期刊数据库（引文版）教育科学， 2021（6）：188，190.

[3] 刘晓怡. 基于虚拟仿真3D 技术的"建筑施工技术"课程实训教学改革[J]. 小小说月刊， 2024（7）：22-24.

基金项目：学院 2024 年校级建筑施工虚拟仿真技术研究及教学应用实验室，项目负责人：刘邦，项目编号：409-XXFTD202404）。

作者简介：刘邦（1977-），男，河南周口人，副教授，博士，研究方向为岩土工程爆破，