孟 妍，張 力，飛 渭，陳子靜，張 蕾

（后勤工程學(xué)院 建筑工程系，重慶 400041）

近年來我國在土木工程搶修搶建技術(shù)研究上取得了重要成果，但目前與之相關(guān)的模擬教學(xué)實驗室卻相對較少，相關(guān)的搶修搶建實踐性和模擬性教學(xué)也無條件展開，影響了教學(xué)效果和學(xué)生工程實踐應(yīng)用能力的培養(yǎng)。因此，針對這一領(lǐng)域開發(fā)基于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的模擬教學(xué)平臺，利用先進的電子信息技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)[1，2]將搶修搶建新技術(shù)引入培訓(xùn)和綜合演練等工作中，突出搶修搶建的實踐性環(huán)節(jié)，對我國土木工程人才的訓(xùn)練具有重要的意義。

一、平臺設(shè)計

（一）設(shè)計使用的軟硬件環(huán)境

（1）軟件體系結(jié)構(gòu)與軟件環(huán)境

軟件體系結(jié)構(gòu)[3]是指系統(tǒng)中構(gòu)件、連接件和它們之間的連接和配置等，是對軟件系統(tǒng)的一個高層次的描述。目前常用的軟件體系結(jié)構(gòu)主要有C/S結(jié)構(gòu)和B/S結(jié)構(gòu)。C/S結(jié)構(gòu)，即 Client/Server（客戶機/服務(wù)器）結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)把數(shù)據(jù)庫內(nèi)容放在遠程的服務(wù)器上，而在客戶機上安裝相應(yīng)軟件。該結(jié)構(gòu)變更不夠靈活，分布功能弱且兼容性差，缺少通用性。B/S結(jié)構(gòu)，即 Browser/Server（瀏覽 器/服務(wù)器）結(jié)構(gòu)，就是只安裝維護一個服務(wù)器（Server），而客戶端采用瀏覽器（Browse）運行軟件。與傳統(tǒng)的C/S結(jié)構(gòu)相比，B/S結(jié)構(gòu)主要是利用了 WWW 瀏覽器技術(shù)，結(jié)合瀏覽器的多種Script語言（VBScript、JavaS-cript）和ActiveX技術(shù)，用通用瀏覽器就實現(xiàn)了原來需要復(fù)雜專用軟件才能實現(xiàn)的強大功能。

我們的土木工程搶修搶建模擬教學(xué)平臺采用Browser/Server（瀏覽器/服務(wù)器）的軟件體系結(jié)構(gòu)，即B/S結(jié)構(gòu)。由于采用了這種軟件體系結(jié)構(gòu)，程序的絕大部分事務(wù)邏輯都是在服務(wù)器端（Sever）實現(xiàn)的，而僅僅極少部分事務(wù)邏輯在前端（Browser）實現(xiàn)。這是一次性到位的開發(fā)，只要具備了相應(yīng)的權(quán)限，能實現(xiàn)不同的人員，從不同的地點，以不同的接入方式（比如LAN，WAN，Internet/Intra net等）訪問和操作共同的數(shù)據(jù)庫，而無需下載和安裝其他相應(yīng)程序。

本平臺的所有主程序均是基于 ASP[4]（動態(tài)服務(wù)器頁面）開發(fā)的，ASP是一種服務(wù)器端腳本編寫環(huán)境，可以用來創(chuàng)建和運行動態(tài)網(wǎng)頁或Web應(yīng)用程序。ASP網(wǎng)頁具有實現(xiàn)動態(tài)網(wǎng)頁技術(shù)、易于修改和測試、代碼不易被竊取、方便連接SQL數(shù)據(jù)庫等特點。在程序腳本中，我們大量的采用了VBScript語言，它用來實現(xiàn)動態(tài) HTML，可以將整個程序結(jié)合到網(wǎng)頁中來，以實現(xiàn)通過瀏覽器動態(tài)的控制和訪問服務(wù)器。

研究開發(fā)人員將所有的程序及工程案例數(shù)據(jù)安裝在工程搶修搶建服務(wù)器中，并對其進行維護和更新，用戶在使用的時候，只需要在客戶端向瀏覽器地址欄輸入相應(yīng)網(wǎng)址（或點擊相應(yīng)的鏈接）就可以通過瀏覽器向服務(wù)器發(fā)出請求，服務(wù)器引擎開始運行ASP程序，并按照程序的執(zhí)行將運行的結(jié)果發(fā)送回瀏覽器，以此來實現(xiàn)人機互動。

當然，上述任務(wù)的實現(xiàn)要求在平臺使用之前，服務(wù)器端已經(jīng)安裝有 Windows Sever 2003、Microsoft SQL Server 2008及其他相關(guān)軟件，這是我們對服務(wù)器的基本環(huán)境要求。

（2）硬件環(huán)境

土木工程搶修搶建模擬教學(xué)平臺所需要的硬件環(huán)境比較簡單，在局域網(wǎng)中，本平臺僅需要一臺服務(wù)器（Sever）和若干與之相連接的客戶端電腦就可以實現(xiàn)。每一臺客戶端電腦都可以根據(jù)權(quán)限訪問平臺服務(wù)器中的數(shù)據(jù)。服務(wù)器與客戶端機器采用星型的網(wǎng)絡(luò)拓普結(jié)構(gòu)連接，星型網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、建網(wǎng)容易、控制相對簡單。其結(jié)構(gòu)連接如下圖所示：

圖1

另外，由于本平臺采用的是B/S軟件體系結(jié)構(gòu)，可擴展性良好，考慮到本平臺可能對全軍土木工程專業(yè)的人才培養(yǎng)都起到積極的作用，可以通過后勤工程學(xué)院校園網(wǎng)服務(wù)器利用廣域網(wǎng)應(yīng)用于全軍。在廣域網(wǎng)中，用戶只要通過相應(yīng)的授權(quán)，使用一臺普通終端電腦就可以通過廣域網(wǎng)（軍網(wǎng)）連接到土木工程搶修搶建模擬教學(xué)平臺，進而實現(xiàn)模擬教學(xué)。其拓撲結(jié)構(gòu)圖如下：

圖2

（二）平臺模塊簡介

本平臺是建立在大量的案例基礎(chǔ)上的，案例的收集和整理是本平臺建立的重要前期工作，在這一過程中，研究開發(fā)人員收集了約300個適合工程搶修搶建這一研究領(lǐng)域的案例。并形成了一套相對完整的案例庫，按照類型可分為以下5個子庫：①營房工程②橋梁工程③港口與碼頭工程④機場工程⑤道路工程。這5個子庫基本上涵蓋了國防工程搶修搶建中涉及到的各類工程問題。每個子庫中都有若干個涉及到相關(guān)領(lǐng)域各個方面的實際工程案例。同時，對每個獨立的案例，采用了若干多媒體形式使其更加具有真實性和表現(xiàn)力，例如視頻、圖片、相關(guān)命令條文等。這一工作的完成，為搶修搶建模擬教學(xué)平臺注入了靈魂，使得模擬教學(xué)平臺具有強大的生命力。另外，平臺提供了對案例庫的實時更新和修改功能，以適應(yīng)瞬息萬變的工程實踐。以下對平臺功能模塊的分析將不再包括案例部分。

本平臺主要是應(yīng)用于土木工程專業(yè)人才的培訓(xùn)，其使用者主要為教員、學(xué)生以及平臺維護管理人員，因此，我們面向這三方，把平臺中的各個模塊劃分三大部分加以介紹。

當平臺啟動后，首先我們看到的程序界面是：

圖3

第一部分：面向教員

（1）總案例庫編輯模塊

該模塊的設(shè)計難點在于視頻和圖片資料的上傳、存儲以及分類統(tǒng)計。我們利用Microsoft SQL Server 2008對所有內(nèi)容進行分類存儲，對于文件較大的視頻及圖片資料我們在服務(wù)器中劃分專門的空間進行存儲并且實行統(tǒng)一命名。

（2）單次模擬教學(xué)案例提取模塊

本平臺提供了系統(tǒng)隨機選取與教員手動選取相結(jié)合的方法，通過隨機選取避免學(xué)生拿到相同的案例，通過教員手動操作的部分控制了案例涵蓋全面的知識點。

（3）教師點評模塊

（4）班級或年級成績輸出模塊

（5）成績分析模塊

（6）往年試卷及往屆學(xué)生設(shè)計內(nèi)容查詢模塊

第二部分：面向?qū)W生

（1）學(xué)生作答模塊

學(xué)生通過授權(quán)密碼進入平臺，之后將進入具體作答環(huán)節(jié)。

圖4

（2）學(xué)生個人成績及評語查詢模塊

圖5

第三部分：面向平臺管理維護人員

平臺管理員的主要任務(wù)是：（1）維護平臺正常運行（2）具有最高權(quán)限，可以確定其他用戶的權(quán)限。

二、信息流程及數(shù)據(jù)

（一）案例的結(jié)構(gòu)和信息流程

作為本平臺的主體內(nèi)容，這里有必要介紹一下平臺中每個案例的結(jié)構(gòu)及平臺的信息流程。作為一個完整的案例，除包含必要的文字敘述外，為體現(xiàn)平臺的真實性，每個案例必備一些圖片、圖紙或視頻、音頻為佐證，另外，由于本平臺的施訓(xùn)對象是土木工程專業(yè)的人員，每個案例包含了模擬上級指示的命令文件，以期更加接近實際，同時，為檢驗學(xué)生的調(diào)動現(xiàn)場資源能力，每個案例提供的材料、人員以及機械情況不同。由此，本平臺的案例結(jié)構(gòu)如下圖所示：

圖6

基于上述的平臺結(jié)構(gòu)，學(xué)生在拿到隨機抽取的案例題目后，應(yīng)完成的信息流程如下圖：

圖7

（二）數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)

本平臺的實現(xiàn)是建立在大量案例以及學(xué)生教學(xué)檔案基礎(chǔ)上的，數(shù)據(jù)庫的建立和維護[5]也就成為了平臺實現(xiàn)的又一重點。怎樣使得平臺在完成大量表的訪問任務(wù)的基礎(chǔ)上仍能保持起穩(wěn)定性也成為了數(shù)據(jù)設(shè)計的難點。本平臺采用為每個案例定義唯一的ID的方法對每個案例進行跟蹤訪問，避免了大量的信息交錯查詢，節(jié)約了平臺運行時間成本。

（三）部分源代碼及數(shù)據(jù)

圖8

圖9

三、結(jié) 語

本平臺的開發(fā)為土木工程搶修搶建模擬教學(xué)提供了一種新的手段。不需要災(zāi)難性的破壞，不需要親臨危險的工程現(xiàn)場，不需要高額的維修費用，受訓(xùn)人員就可以完成一次工程搶修搶建的模擬教學(xué)。這種模擬教學(xué)方式貼近實際，具有組織實施靈活，訓(xùn)練環(huán)境真實，訓(xùn)練內(nèi)容豐富等特點，同時避免了工程模擬設(shè)備的開發(fā)與集成，節(jié)省各種資源，減少訓(xùn)練成本，易于推廣，對土木工程領(lǐng)域模擬教學(xué)平臺的開發(fā)研究有一定參考意義。

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[1]高 娟，宛西原，閏 華，劉 尉.基于視景仿真的野營凈水車模擬教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計[J].后勤工程學(xué)院學(xué)報，2008，24（2）：93—97.

[2]王冬，杜揚，李康寧.軍用油庫油罐火災(zāi)消防虛擬現(xiàn)實仿真模 型 研 究 [J].后 勤 工 程 學(xué) 院 學(xué) 報，2006，22（2）：19—23.

[3]李千目.軟件體系結(jié)構(gòu)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008.

[4]Mark Baartse&Richard Blair.ASP與 XML高級編程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002.

[5][美]斯坦里克.SQL Sever 2008管理員必備指南[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009.