作者簡介：劉曉燕（1966-），女，廣州市建筑工程職業(yè)學校高級講師，工程測量高級技師，工程碩士。研究方向：建筑職業(yè)教育教學。

摘要：建筑工程施工測量虛擬演示軟件系統(tǒng)是建筑工程施工工序虛擬演示軟件系統(tǒng)的一個重要組成部分。該文探討了建筑工程施工測量虛擬演示軟件系統(tǒng)建設的相關內(nèi)容。

關鍵詞：建筑工程；施工測量；軟件

中圖分類號:G712文獻標識碼:A文章編號：1005-1422（2014）06-0138-03一、軟件建設背景

建筑工程施工測量虛擬演示軟件系統(tǒng)是建筑工程施工工序虛擬演示軟件系統(tǒng)的一個重要組成部分。該系統(tǒng)是我校自己研發(fā)的一個可用于職業(yè)教育和生產(chǎn)單位專業(yè)人才培訓的虛擬操作系統(tǒng)，其學習功能強大，涵蓋了整個建筑工程施工的全過程，從建筑物的圖紙閱讀、建筑物定位放線、基礎施工、場地平整、主體施工到裝飾工程。每個模塊都能以虛擬的三維空間場景提供給學習者學習，教師可以根據(jù)學習者的情況，導入相關的內(nèi)容讓學習者學習。該系統(tǒng)的建設主要基于以下幾個原因：

1.職業(yè)教育對學生技能培養(yǎng)的要求高

技能型人才的培養(yǎng)是職業(yè)教育的重要目標，技能培養(yǎng)需要大量的與產(chǎn)業(yè)現(xiàn)場相符合的實驗實訓場地，對設備和實訓的要求高，基于建筑業(yè)的特點，實訓場建設占地大，耗材多，不可重復使用而導致教育成本升高，虛擬演示軟件的建設可滿足學生職業(yè)技能的學習，也可降低教學成本。

2.學習者對職業(yè)技能學習的需求

現(xiàn)場學習的極限性大，通過虛擬演示軟件系統(tǒng)，教師可以根據(jù)需要導入各種有代表性的工程實例，讓學生根據(jù)自身的情況有選擇地進行學習，不受時間的限制。

3.學習者自主學習的要求

系統(tǒng)提供大量的學習資源和檢測方法，學生可根據(jù)自己的情況來選擇學習內(nèi)容和學習進度，例如學習者在學習測量放線時，選擇了放線方法和儀器設備，若對該儀器設備不熟悉，可點擊儀器使用對話框選擇儀器操作錄像來學習，若學習者對自己的放線方案存在疑問，可通過虛擬系統(tǒng)進行模擬放線，并檢查放線結果，以便于到現(xiàn)場放線時少出錯誤，節(jié)省現(xiàn)場放線時間，學習的靈活性更大，個體教育的特性更明顯。

基于以上原因，學校投入了大量的資金，開發(fā)虛擬軟件系統(tǒng)，筆者是該系統(tǒng)建設的主要成員之一，并承擔工程測量部分的需求設計和建設。

二、建筑工程測量虛擬演示軟件需求設計

建筑工程測量虛擬演示軟件設計總需求是：虛擬的場景有建筑物建筑場地控制測量，GPS測量、數(shù)字地形圖測繪、軸線與標高引測、建筑物施工定位放線、建筑物位移觀測，有交互的界面，在界面能模擬施工現(xiàn)場工作，調(diào)出施工圖紙進行定位測量放線及復核工作。包括：建筑物標高控制點的確定；軸線控制樁的測設；樓層軸線和標高的引測；軸線、標高、尺寸、預埋件位置的復核等。能顯示測繪的計算過程，顯示的測繪界面有平面和各剖面。具體如下:

1.可顯示/隱藏基準點

能通過輸入基準點坐標，在施工工地場景中以明顯的指示符號在場景中展現(xiàn)，并且標繪出其三維坐標。

2.使用測量工具測量

讓學生在虛擬施工場景中能進行測量?？稍诮缑嬷羞x擇使用GPS、全站儀、經(jīng)緯儀、測距儀作為測量工具進行測量。

測量過程中可能會出現(xiàn)測量視線被障礙物遮擋的情況，此時彈出決策框，進行決策選擇（決策框的內(nèi)容來自教學模塊庫，彈出時機來自預設的教學設定），學生做出正確的處理，決策框消失，流程繼續(xù)；否則停留在決策框。

在使用測量工具時，提供媒體播放功能（在虛擬施工教學過程中，彈出視頻等媒體播放，用于演示施工工藝等教學內(nèi)容，媒體播放完成，回到相應的施工工序），用于播放測量儀器的使用要領和測量方法。（支持視頻、圖片、音頻的播放或顯示）

3.標高引測

根據(jù)施工圖紙在虛擬場景中進行標高和軸線的上下引測，學生使用GPS或者水準儀，模擬高層建筑的主體垂直度測量過程。

4.測量數(shù)據(jù)處理

學生將模擬測量的結果，記錄在數(shù)據(jù)處理表格中，進行平差等數(shù)據(jù)處理。平差的工作學生在系統(tǒng)外使用平差軟件或者人工計算完成，填寫至數(shù)據(jù)處理表格中。

?問題探討?談建筑工程施工測量虛擬演示軟件系統(tǒng)建設5.標記工程控制點/控制網(wǎng)

根據(jù)施工圖紙在虛擬場景中布置施工控制點，并組建控制網(wǎng)。在虛擬場景中輸入控制點，界面輸出工程控制點列表并在場景中顯示根據(jù)工程控制點建立工程控制網(wǎng)，包括平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)。要求控制網(wǎng)在施工工地場景中展現(xiàn)，控制點以明顯的指示符號在場景中標繪，并且顯示其三維坐標。

6.施工定位放線

根據(jù)控制網(wǎng)進行施工測量放線，在場景中輸入點的坐標，要求：實現(xiàn)使用龍門板的放線方法；實現(xiàn)坐標定位放線方法；定位放線在施工工地場景中展現(xiàn)，并顯示龍門板等放線工具和定位放線成果模擬圖。

7.位移觀測

模擬建筑的沉降觀測過程，根據(jù)提供的位移變化曲線，反映在學生觀測的結果中。

使用表格進行位移觀測數(shù)據(jù)的記錄，當位移出現(xiàn)異常時彈出決策框進行決策處理。該功能實現(xiàn)在場景中進行沉降、傾斜及平面位移觀測，學生輸入觀測點，系統(tǒng)能輸出測量結果、位移變化圖，要求測量的結果可以由給定的建筑物位移變化曲線或模擬偏差值得出；位移變化圖在虛擬場景中用虛框表現(xiàn)建筑物位移的情況。

8.地形圖繪制

提供地形圖測量的環(huán)境，學習者使用各種測量儀器，對竣工的建筑進行測量，完成地形圖的繪制，并更新至地形圖中?？⒐D繪制過程在系統(tǒng)外通過其他繪圖軟件實現(xiàn)。

三、建筑工程測量軟件功能分析及教學應用效果

（一）軟件平臺功能分析

1.在虛擬場景中載入施工工地的地形圖及其周邊環(huán)境；在場景中標繪出規(guī)劃局給出的基準點，并指示其三維坐標（見圖1）。

圖1場景載入及測量

這個功能將平時學生學習時的抽象圖紙形象化，在三維場景中顯示現(xiàn)場的情況，直觀易懂，對空間想象力較弱的中職學生起到很好的輔助教學的作用。

2.在虛擬場景瀏覽過程中可隨時調(diào)出工程施工的CAD圖紙（見圖2），教學過程中隨時讓學生閱讀施工圖，在圖中獲取工作需要的數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)等進行復核工作。

圖2場景中調(diào)出CAD圖

按施工圖紙施工是每個工程技術人員的天職，這個軟件讓學生有親臨其境按圖施工的教學效果，實現(xiàn)教學與真實工作的對接。

3.在虛擬施工教學環(huán)境中填寫測量數(shù)據(jù)，進行必要的計算（見圖3）。

圖3測量記錄計算表

這個功能滿足了學生在虛擬軟件中進行測量各項操作的學習要求，反映了具體工作內(nèi)容和方式。

4.在虛擬施工測量教學中，可隨時在相應的知識點彈出視頻等媒體播放，用于在教學過程中需要演示但又比較難使用三維平臺虛擬實現(xiàn)的內(nèi)容。

5.在虛擬施工教學中，在設定的施工工序流程中彈出決策框，模擬施工過程中的突發(fā)事件。學生在選擇正確的處理方式后，繼續(xù)施工工序。

這個功能實現(xiàn)了工學結合教學中的“綜合職業(yè)能力”的培養(yǎng)目標，提高在真實工作情境中整體化地解決綜合性的專業(yè)問題的能力。

6.在虛擬施工教學過程中，場景演示施工的現(xiàn)場狀況，以及施工測量的作業(yè)面。場景包括施工護墻、堆料、施工機械、臨時房屋等，作業(yè)面實現(xiàn)空間虛擬，含平面和標高。

這個功能實現(xiàn)了“學習情境的一體化”，工學結合課程的學習環(huán)境是理論學習和實踐學習相結合的“一體化”環(huán)境，既有實際工作場景，同時又具備教學特有功能。

（二）建筑工程施工測量與放線工序功能分析

操作內(nèi)容：

1.讓學生在虛擬施工場景中能進行測量?？稍诮缑嬷羞x擇使用GPS、全站儀、經(jīng)緯儀、測距儀作為測量工具進行測量。首先調(diào)出施工場境地形圖基準點和放樣軸線及相關放樣數(shù)據(jù)計算，采用教師準備的各種計算的程序計算放樣數(shù)據(jù)，復核基準點坐標，虛擬出基準點位置；進行控制測量，虛擬出控制網(wǎng)并進行平差（見圖4）；進行定位放樣檢校工作（見圖5、圖6）。

圖4組建測量控制網(wǎng)

圖5施工測量放線

圖6虛擬的龍門板測量

2.根據(jù)施工圖紙在虛擬場景中進行標高和軸線的上下引測，學生可自由選擇使用GPS或者全站儀、垂球、鉛垂儀等，模擬高層建筑的主體垂直度測量過程。

3.學生將模擬測量的結果，記錄在數(shù)據(jù)處理表格中，進行平差等數(shù)據(jù)處理。平差工作學生在系統(tǒng)外使用平差軟件或者人工計算完成，填寫至數(shù)據(jù)處理表格中。

4.模擬建筑的沉降觀測過程，根據(jù)提供的位移變化曲線，反映在學生觀測的結果中。

5.提供地形圖測量的環(huán)境，學生使用各種測量儀器，對竣工的建筑進行測量，完成地形圖的繪制，并更新至地形圖中。

工學結合課程環(huán)境的分析：建筑物定位放線是建筑工程測量的重要內(nèi)容，定位放線方案的設計對測量的精度起著決定性的作用。但在教學過程中，由于學生工程實踐經(jīng)驗缺乏，難以形成整體的空間概念。這套系統(tǒng)給學生一個整體的虛擬施工現(xiàn)場，有利于增強學生施工現(xiàn)場的整體空間感覺，也可以反復進行工序實踐，不斷地對設計方案進行檢驗與優(yōu)化，實現(xiàn)工學結合，在做中學，學中做的過程。

四、軟件應用效果分析

通過三輪的教學實驗，得到如下結果：

1.學生學習積極性有提高

因三維虛擬軟件系統(tǒng)給予學生很大的學習自由度，模虛場境類似于游戲系統(tǒng)，真實性好，問題的設置引導學生一步一步深入學習，促使學生主動學習。

2.學生學習的選擇性大

學生可以根據(jù)自己的學習能力為基礎選擇學習內(nèi)容，點擊自己想學的內(nèi)容，提供各種儀器設備，讓學生對各種設備的應用有全面的了解，也能根據(jù)使用工具的不同設計不同的方案。

3.自主創(chuàng)新能力有所提高

測量方案的自主設計，儀器設備的自由選擇能發(fā)揮學生的主觀能動性，創(chuàng)新自己的設計方案，引導學生的思考，對學生綜合能力的培養(yǎng)起到一定的促進作用。

4.縮短現(xiàn)場操作時間，提高準確度，節(jié)約教學資源

學生在虛擬演示軟件系統(tǒng)中已模擬的成果使學生到直實現(xiàn)場后，心中有數(shù)，進行現(xiàn)場工作時，準確度會提高，時間也會縮短。

5.在虛擬系統(tǒng)中扮演不同的角色

在虛擬演示系統(tǒng)中，學生可以以不同身份出現(xiàn)，例如以質安員的身份出現(xiàn)會彈出質安員的工作和職責等，這有利于學生學習施工現(xiàn)場各工種人員的技能，提高學生的綜合職業(yè)能力。責任編輯 朱守鋰

作者簡介：劉曉燕（1966-），女，廣州市建筑工程職業(yè)學校高級講師，工程測量高級技師，工程碩士。研究方向：建筑職業(yè)教育教學。

摘要：建筑工程施工測量虛擬演示軟件系統(tǒng)是建筑工程施工工序虛擬演示軟件系統(tǒng)的一個重要組成部分。該文探討了建筑工程施工測量虛擬演示軟件系統(tǒng)建設的相關內(nèi)容。

關鍵詞：建筑工程；施工測量；軟件

中圖分類號:G712文獻標識碼:A文章編號：1005-1422（2014）06-0138-03一、軟件建設背景

建筑工程施工測量虛擬演示軟件系統(tǒng)是建筑工程施工工序虛擬演示軟件系統(tǒng)的一個重要組成部分。該系統(tǒng)是我校自己研發(fā)的一個可用于職業(yè)教育和生產(chǎn)單位專業(yè)人才培訓的虛擬操作系統(tǒng)，其學習功能強大，涵蓋了整個建筑工程施工的全過程，從建筑物的圖紙閱讀、建筑物定位放線、基礎施工、場地平整、主體施工到裝飾工程。每個模塊都能以虛擬的三維空間場景提供給學習者學習，教師可以根據(jù)學習者的情況，導入相關的內(nèi)容讓學習者學習。該系統(tǒng)的建設主要基于以下幾個原因：

1.職業(yè)教育對學生技能培養(yǎng)的要求高

技能型人才的培養(yǎng)是職業(yè)教育的重要目標，技能培養(yǎng)需要大量的與產(chǎn)業(yè)現(xiàn)場相符合的實驗實訓場地，對設備和實訓的要求高，基于建筑業(yè)的特點，實訓場建設占地大，耗材多，不可重復使用而導致教育成本升高，虛擬演示軟件的建設可滿足學生職業(yè)技能的學習，也可降低教學成本。

2.學習者對職業(yè)技能學習的需求

現(xiàn)場學習的極限性大，通過虛擬演示軟件系統(tǒng)，教師可以根據(jù)需要導入各種有代表性的工程實例，讓學生根據(jù)自身的情況有選擇地進行學習，不受時間的限制。

3.學習者自主學習的要求

系統(tǒng)提供大量的學習資源和檢測方法，學生可根據(jù)自己的情況來選擇學習內(nèi)容和學習進度，例如學習者在學習測量放線時，選擇了放線方法和儀器設備，若對該儀器設備不熟悉，可點擊儀器使用對話框選擇儀器操作錄像來學習，若學習者對自己的放線方案存在疑問，可通過虛擬系統(tǒng)進行模擬放線，并檢查放線結果，以便于到現(xiàn)場放線時少出錯誤，節(jié)省現(xiàn)場放線時間，學習的靈活性更大，個體教育的特性更明顯。

基于以上原因，學校投入了大量的資金，開發(fā)虛擬軟件系統(tǒng)，筆者是該系統(tǒng)建設的主要成員之一，并承擔工程測量部分的需求設計和建設。

二、建筑工程測量虛擬演示軟件需求設計

建筑工程測量虛擬演示軟件設計總需求是：虛擬的場景有建筑物建筑場地控制測量，GPS測量、數(shù)字地形圖測繪、軸線與標高引測、建筑物施工定位放線、建筑物位移觀測，有交互的界面，在界面能模擬施工現(xiàn)場工作，調(diào)出施工圖紙進行定位測量放線及復核工作。包括：建筑物標高控制點的確定；軸線控制樁的測設；樓層軸線和標高的引測；軸線、標高、尺寸、預埋件位置的復核等。能顯示測繪的計算過程，顯示的測繪界面有平面和各剖面。具體如下:

1.可顯示/隱藏基準點

能通過輸入基準點坐標，在施工工地場景中以明顯的指示符號在場景中展現(xiàn)，并且標繪出其三維坐標。

2.使用測量工具測量

讓學生在虛擬施工場景中能進行測量?？稍诮缑嬷羞x擇使用GPS、全站儀、經(jīng)緯儀、測距儀作為測量工具進行測量。

測量過程中可能會出現(xiàn)測量視線被障礙物遮擋的情況，此時彈出決策框，進行決策選擇（決策框的內(nèi)容來自教學模塊庫，彈出時機來自預設的教學設定），學生做出正確的處理，決策框消失，流程繼續(xù)；否則停留在決策框。

在使用測量工具時，提供媒體播放功能（在虛擬施工教學過程中，彈出視頻等媒體播放，用于演示施工工藝等教學內(nèi)容，媒體播放完成，回到相應的施工工序），用于播放測量儀器的使用要領和測量方法。（支持視頻、圖片、音頻的播放或顯示）

3.標高引測

根據(jù)施工圖紙在虛擬場景中進行標高和軸線的上下引測，學生使用GPS或者水準儀，模擬高層建筑的主體垂直度測量過程。

4.測量數(shù)據(jù)處理

學生將模擬測量的結果，記錄在數(shù)據(jù)處理表格中，進行平差等數(shù)據(jù)處理。平差的工作學生在系統(tǒng)外使用平差軟件或者人工計算完成，填寫至數(shù)據(jù)處理表格中。

?問題探討?談建筑工程施工測量虛擬演示軟件系統(tǒng)建設5.標記工程控制點/控制網(wǎng)

根據(jù)施工圖紙在虛擬場景中布置施工控制點，并組建控制網(wǎng)。在虛擬場景中輸入控制點，界面輸出工程控制點列表并在場景中顯示根據(jù)工程控制點建立工程控制網(wǎng)，包括平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)。要求控制網(wǎng)在施工工地場景中展現(xiàn)，控制點以明顯的指示符號在場景中標繪，并且顯示其三維坐標。

6.施工定位放線

根據(jù)控制網(wǎng)進行施工測量放線，在場景中輸入點的坐標，要求：實現(xiàn)使用龍門板的放線方法；實現(xiàn)坐標定位放線方法；定位放線在施工工地場景中展現(xiàn)，并顯示龍門板等放線工具和定位放線成果模擬圖。

7.位移觀測

模擬建筑的沉降觀測過程，根據(jù)提供的位移變化曲線，反映在學生觀測的結果中。

使用表格進行位移觀測數(shù)據(jù)的記錄，當位移出現(xiàn)異常時彈出決策框進行決策處理。該功能實現(xiàn)在場景中進行沉降、傾斜及平面位移觀測，學生輸入觀測點，系統(tǒng)能輸出測量結果、位移變化圖，要求測量的結果可以由給定的建筑物位移變化曲線或模擬偏差值得出；位移變化圖在虛擬場景中用虛框表現(xiàn)建筑物位移的情況。

8.地形圖繪制

提供地形圖測量的環(huán)境，學習者使用各種測量儀器，對竣工的建筑進行測量，完成地形圖的繪制，并更新至地形圖中?？⒐D繪制過程在系統(tǒng)外通過其他繪圖軟件實現(xiàn)。

三、建筑工程測量軟件功能分析及教學應用效果

（一）軟件平臺功能分析

1.在虛擬場景中載入施工工地的地形圖及其周邊環(huán)境；在場景中標繪出規(guī)劃局給出的基準點，并指示其三維坐標（見圖1）。

圖1場景載入及測量

這個功能將平時學生學習時的抽象圖紙形象化，在三維場景中顯示現(xiàn)場的情況，直觀易懂，對空間想象力較弱的中職學生起到很好的輔助教學的作用。

2.在虛擬場景瀏覽過程中可隨時調(diào)出工程施工的CAD圖紙（見圖2），教學過程中隨時讓學生閱讀施工圖，在圖中獲取工作需要的數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)等進行復核工作。

圖2場景中調(diào)出CAD圖

按施工圖紙施工是每個工程技術人員的天職，這個軟件讓學生有親臨其境按圖施工的教學效果，實現(xiàn)教學與真實工作的對接。

3.在虛擬施工教學環(huán)境中填寫測量數(shù)據(jù)，進行必要的計算（見圖3）。

圖3測量記錄計算表

這個功能滿足了學生在虛擬軟件中進行測量各項操作的學習要求，反映了具體工作內(nèi)容和方式。

4.在虛擬施工測量教學中，可隨時在相應的知識點彈出視頻等媒體播放，用于在教學過程中需要演示但又比較難使用三維平臺虛擬實現(xiàn)的內(nèi)容。

5.在虛擬施工教學中，在設定的施工工序流程中彈出決策框，模擬施工過程中的突發(fā)事件。學生在選擇正確的處理方式后，繼續(xù)施工工序。

這個功能實現(xiàn)了工學結合教學中的“綜合職業(yè)能力”的培養(yǎng)目標，提高在真實工作情境中整體化地解決綜合性的專業(yè)問題的能力。

6.在虛擬施工教學過程中，場景演示施工的現(xiàn)場狀況，以及施工測量的作業(yè)面。場景包括施工護墻、堆料、施工機械、臨時房屋等，作業(yè)面實現(xiàn)空間虛擬，含平面和標高。

這個功能實現(xiàn)了“學習情境的一體化”，工學結合課程的學習環(huán)境是理論學習和實踐學習相結合的“一體化”環(huán)境，既有實際工作場景，同時又具備教學特有功能。

（二）建筑工程施工測量與放線工序功能分析

操作內(nèi)容：

1.讓學生在虛擬施工場景中能進行測量?？稍诮缑嬷羞x擇使用GPS、全站儀、經(jīng)緯儀、測距儀作為測量工具進行測量。首先調(diào)出施工場境地形圖基準點和放樣軸線及相關放樣數(shù)據(jù)計算，采用教師準備的各種計算的程序計算放樣數(shù)據(jù)，復核基準點坐標，虛擬出基準點位置；進行控制測量，虛擬出控制網(wǎng)并進行平差（見圖4）；進行定位放樣檢校工作（見圖5、圖6）。

圖4組建測量控制網(wǎng)

圖5施工測量放線

圖6虛擬的龍門板測量

2.根據(jù)施工圖紙在虛擬場景中進行標高和軸線的上下引測，學生可自由選擇使用GPS或者全站儀、垂球、鉛垂儀等，模擬高層建筑的主體垂直度測量過程。

3.學生將模擬測量的結果，記錄在數(shù)據(jù)處理表格中，進行平差等數(shù)據(jù)處理。平差工作學生在系統(tǒng)外使用平差軟件或者人工計算完成，填寫至數(shù)據(jù)處理表格中。

4.模擬建筑的沉降觀測過程，根據(jù)提供的位移變化曲線，反映在學生觀測的結果中。

5.提供地形圖測量的環(huán)境，學生使用各種測量儀器，對竣工的建筑進行測量，完成地形圖的繪制，并更新至地形圖中。

工學結合課程環(huán)境的分析：建筑物定位放線是建筑工程測量的重要內(nèi)容，定位放線方案的設計對測量的精度起著決定性的作用。但在教學過程中，由于學生工程實踐經(jīng)驗缺乏，難以形成整體的空間概念。這套系統(tǒng)給學生一個整體的虛擬施工現(xiàn)場，有利于增強學生施工現(xiàn)場的整體空間感覺，也可以反復進行工序實踐，不斷地對設計方案進行檢驗與優(yōu)化，實現(xiàn)工學結合，在做中學，學中做的過程。

四、軟件應用效果分析

通過三輪的教學實驗，得到如下結果：

1.學生學習積極性有提高

因三維虛擬軟件系統(tǒng)給予學生很大的學習自由度，模虛場境類似于游戲系統(tǒng)，真實性好，問題的設置引導學生一步一步深入學習，促使學生主動學習。

2.學生學習的選擇性大

學生可以根據(jù)自己的學習能力為基礎選擇學習內(nèi)容，點擊自己想學的內(nèi)容，提供各種儀器設備，讓學生對各種設備的應用有全面的了解，也能根據(jù)使用工具的不同設計不同的方案。

3.自主創(chuàng)新能力有所提高

測量方案的自主設計，儀器設備的自由選擇能發(fā)揮學生的主觀能動性，創(chuàng)新自己的設計方案，引導學生的思考，對學生綜合能力的培養(yǎng)起到一定的促進作用。

4.縮短現(xiàn)場操作時間，提高準確度，節(jié)約教學資源

學生在虛擬演示軟件系統(tǒng)中已模擬的成果使學生到直實現(xiàn)場后，心中有數(shù)，進行現(xiàn)場工作時，準確度會提高，時間也會縮短。

5.在虛擬系統(tǒng)中扮演不同的角色

在虛擬演示系統(tǒng)中，學生可以以不同身份出現(xiàn)，例如以質安員的身份出現(xiàn)會彈出質安員的工作和職責等，這有利于學生學習施工現(xiàn)場各工種人員的技能，提高學生的綜合職業(yè)能力。責任編輯 朱守鋰

作者簡介：劉曉燕（1966-），女，廣州市建筑工程職業(yè)學校高級講師，工程測量高級技師，工程碩士。研究方向：建筑職業(yè)教育教學。

摘要：建筑工程施工測量虛擬演示軟件系統(tǒng)是建筑工程施工工序虛擬演示軟件系統(tǒng)的一個重要組成部分。該文探討了建筑工程施工測量虛擬演示軟件系統(tǒng)建設的相關內(nèi)容。

關鍵詞：建筑工程；施工測量；軟件

中圖分類號:G712文獻標識碼:A文章編號：1005-1422（2014）06-0138-03一、軟件建設背景

建筑工程施工測量虛擬演示軟件系統(tǒng)是建筑工程施工工序虛擬演示軟件系統(tǒng)的一個重要組成部分。該系統(tǒng)是我校自己研發(fā)的一個可用于職業(yè)教育和生產(chǎn)單位專業(yè)人才培訓的虛擬操作系統(tǒng)，其學習功能強大，涵蓋了整個建筑工程施工的全過程，從建筑物的圖紙閱讀、建筑物定位放線、基礎施工、場地平整、主體施工到裝飾工程。每個模塊都能以虛擬的三維空間場景提供給學習者學習，教師可以根據(jù)學習者的情況，導入相關的內(nèi)容讓學習者學習。該系統(tǒng)的建設主要基于以下幾個原因：

1.職業(yè)教育對學生技能培養(yǎng)的要求高

技能型人才的培養(yǎng)是職業(yè)教育的重要目標，技能培養(yǎng)需要大量的與產(chǎn)業(yè)現(xiàn)場相符合的實驗實訓場地，對設備和實訓的要求高，基于建筑業(yè)的特點，實訓場建設占地大，耗材多，不可重復使用而導致教育成本升高，虛擬演示軟件的建設可滿足學生職業(yè)技能的學習，也可降低教學成本。

2.學習者對職業(yè)技能學習的需求

現(xiàn)場學習的極限性大，通過虛擬演示軟件系統(tǒng)，教師可以根據(jù)需要導入各種有代表性的工程實例，讓學生根據(jù)自身的情況有選擇地進行學習，不受時間的限制。

3.學習者自主學習的要求

系統(tǒng)提供大量的學習資源和檢測方法，學生可根據(jù)自己的情況來選擇學習內(nèi)容和學習進度，例如學習者在學習測量放線時，選擇了放線方法和儀器設備，若對該儀器設備不熟悉，可點擊儀器使用對話框選擇儀器操作錄像來學習，若學習者對自己的放線方案存在疑問，可通過虛擬系統(tǒng)進行模擬放線，并檢查放線結果，以便于到現(xiàn)場放線時少出錯誤，節(jié)省現(xiàn)場放線時間，學習的靈活性更大，個體教育的特性更明顯。

基于以上原因，學校投入了大量的資金，開發(fā)虛擬軟件系統(tǒng)，筆者是該系統(tǒng)建設的主要成員之一，并承擔工程測量部分的需求設計和建設。

二、建筑工程測量虛擬演示軟件需求設計

建筑工程測量虛擬演示軟件設計總需求是：虛擬的場景有建筑物建筑場地控制測量，GPS測量、數(shù)字地形圖測繪、軸線與標高引測、建筑物施工定位放線、建筑物位移觀測，有交互的界面，在界面能模擬施工現(xiàn)場工作，調(diào)出施工圖紙進行定位測量放線及復核工作。包括：建筑物標高控制點的確定；軸線控制樁的測設；樓層軸線和標高的引測；軸線、標高、尺寸、預埋件位置的復核等。能顯示測繪的計算過程，顯示的測繪界面有平面和各剖面。具體如下:

1.可顯示/隱藏基準點

能通過輸入基準點坐標，在施工工地場景中以明顯的指示符號在場景中展現(xiàn)，并且標繪出其三維坐標。

2.使用測量工具測量

讓學生在虛擬施工場景中能進行測量。可在界面中選擇使用GPS、全站儀、經(jīng)緯儀、測距儀作為測量工具進行測量。

測量過程中可能會出現(xiàn)測量視線被障礙物遮擋的情況，此時彈出決策框，進行決策選擇（決策框的內(nèi)容來自教學模塊庫，彈出時機來自預設的教學設定），學生做出正確的處理，決策框消失，流程繼續(xù)；否則停留在決策框。

在使用測量工具時，提供媒體播放功能（在虛擬施工教學過程中，彈出視頻等媒體播放，用于演示施工工藝等教學內(nèi)容，媒體播放完成，回到相應的施工工序），用于播放測量儀器的使用要領和測量方法。（支持視頻、圖片、音頻的播放或顯示）

3.標高引測

根據(jù)施工圖紙在虛擬場景中進行標高和軸線的上下引測，學生使用GPS或者水準儀，模擬高層建筑的主體垂直度測量過程。

4.測量數(shù)據(jù)處理

學生將模擬測量的結果，記錄在數(shù)據(jù)處理表格中，進行平差等數(shù)據(jù)處理。平差的工作學生在系統(tǒng)外使用平差軟件或者人工計算完成，填寫至數(shù)據(jù)處理表格中。

?問題探討?談建筑工程施工測量虛擬演示軟件系統(tǒng)建設5.標記工程控制點/控制網(wǎng)

根據(jù)施工圖紙在虛擬場景中布置施工控制點，并組建控制網(wǎng)。在虛擬場景中輸入控制點，界面輸出工程控制點列表并在場景中顯示根據(jù)工程控制點建立工程控制網(wǎng)，包括平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)。要求控制網(wǎng)在施工工地場景中展現(xiàn)，控制點以明顯的指示符號在場景中標繪，并且顯示其三維坐標。

6.施工定位放線

根據(jù)控制網(wǎng)進行施工測量放線，在場景中輸入點的坐標，要求：實現(xiàn)使用龍門板的放線方法；實現(xiàn)坐標定位放線方法；定位放線在施工工地場景中展現(xiàn)，并顯示龍門板等放線工具和定位放線成果模擬圖。

7.位移觀測

模擬建筑的沉降觀測過程，根據(jù)提供的位移變化曲線，反映在學生觀測的結果中。

使用表格進行位移觀測數(shù)據(jù)的記錄，當位移出現(xiàn)異常時彈出決策框進行決策處理。該功能實現(xiàn)在場景中進行沉降、傾斜及平面位移觀測，學生輸入觀測點，系統(tǒng)能輸出測量結果、位移變化圖，要求測量的結果可以由給定的建筑物位移變化曲線或模擬偏差值得出；位移變化圖在虛擬場景中用虛框表現(xiàn)建筑物位移的情況。

8.地形圖繪制

提供地形圖測量的環(huán)境，學習者使用各種測量儀器，對竣工的建筑進行測量，完成地形圖的繪制，并更新至地形圖中?？⒐D繪制過程在系統(tǒng)外通過其他繪圖軟件實現(xiàn)。

三、建筑工程測量軟件功能分析及教學應用效果

（一）軟件平臺功能分析

1.在虛擬場景中載入施工工地的地形圖及其周邊環(huán)境；在場景中標繪出規(guī)劃局給出的基準點，并指示其三維坐標（見圖1）。

圖1場景載入及測量

這個功能將平時學生學習時的抽象圖紙形象化，在三維場景中顯示現(xiàn)場的情況，直觀易懂，對空間想象力較弱的中職學生起到很好的輔助教學的作用。

2.在虛擬場景瀏覽過程中可隨時調(diào)出工程施工的CAD圖紙（見圖2），教學過程中隨時讓學生閱讀施工圖，在圖中獲取工作需要的數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)等進行復核工作。

圖2場景中調(diào)出CAD圖

按施工圖紙施工是每個工程技術人員的天職，這個軟件讓學生有親臨其境按圖施工的教學效果，實現(xiàn)教學與真實工作的對接。

3.在虛擬施工教學環(huán)境中填寫測量數(shù)據(jù)，進行必要的計算（見圖3）。

圖3測量記錄計算表

這個功能滿足了學生在虛擬軟件中進行測量各項操作的學習要求，反映了具體工作內(nèi)容和方式。

4.在虛擬施工測量教學中，可隨時在相應的知識點彈出視頻等媒體播放，用于在教學過程中需要演示但又比較難使用三維平臺虛擬實現(xiàn)的內(nèi)容。

5.在虛擬施工教學中，在設定的施工工序流程中彈出決策框，模擬施工過程中的突發(fā)事件。學生在選擇正確的處理方式后，繼續(xù)施工工序。

這個功能實現(xiàn)了工學結合教學中的“綜合職業(yè)能力”的培養(yǎng)目標，提高在真實工作情境中整體化地解決綜合性的專業(yè)問題的能力。

6.在虛擬施工教學過程中，場景演示施工的現(xiàn)場狀況，以及施工測量的作業(yè)面。場景包括施工護墻、堆料、施工機械、臨時房屋等，作業(yè)面實現(xiàn)空間虛擬，含平面和標高。

這個功能實現(xiàn)了“學習情境的一體化”，工學結合課程的學習環(huán)境是理論學習和實踐學習相結合的“一體化”環(huán)境，既有實際工作場景，同時又具備教學特有功能。

（二）建筑工程施工測量與放線工序功能分析

操作內(nèi)容：

1.讓學生在虛擬施工場景中能進行測量?？稍诮缑嬷羞x擇使用GPS、全站儀、經(jīng)緯儀、測距儀作為測量工具進行測量。首先調(diào)出施工場境地形圖基準點和放樣軸線及相關放樣數(shù)據(jù)計算，采用教師準備的各種計算的程序計算放樣數(shù)據(jù)，復核基準點坐標，虛擬出基準點位置；進行控制測量，虛擬出控制網(wǎng)并進行平差（見圖4）；進行定位放樣檢校工作（見圖5、圖6）。

圖4組建測量控制網(wǎng)

圖5施工測量放線

圖6虛擬的龍門板測量

2.根據(jù)施工圖紙在虛擬場景中進行標高和軸線的上下引測，學生可自由選擇使用GPS或者全站儀、垂球、鉛垂儀等，模擬高層建筑的主體垂直度測量過程。

3.學生將模擬測量的結果，記錄在數(shù)據(jù)處理表格中，進行平差等數(shù)據(jù)處理。平差工作學生在系統(tǒng)外使用平差軟件或者人工計算完成，填寫至數(shù)據(jù)處理表格中。

4.模擬建筑的沉降觀測過程，根據(jù)提供的位移變化曲線，反映在學生觀測的結果中。

5.提供地形圖測量的環(huán)境，學生使用各種測量儀器，對竣工的建筑進行測量，完成地形圖的繪制，并更新至地形圖中。

工學結合課程環(huán)境的分析：建筑物定位放線是建筑工程測量的重要內(nèi)容，定位放線方案的設計對測量的精度起著決定性的作用。但在教學過程中，由于學生工程實踐經(jīng)驗缺乏，難以形成整體的空間概念。這套系統(tǒng)給學生一個整體的虛擬施工現(xiàn)場，有利于增強學生施工現(xiàn)場的整體空間感覺，也可以反復進行工序實踐，不斷地對設計方案進行檢驗與優(yōu)化，實現(xiàn)工學結合，在做中學，學中做的過程。

四、軟件應用效果分析

通過三輪的教學實驗，得到如下結果：

1.學生學習積極性有提高

因三維虛擬軟件系統(tǒng)給予學生很大的學習自由度，模虛場境類似于游戲系統(tǒng)，真實性好，問題的設置引導學生一步一步深入學習，促使學生主動學習。

2.學生學習的選擇性大

學生可以根據(jù)自己的學習能力為基礎選擇學習內(nèi)容，點擊自己想學的內(nèi)容，提供各種儀器設備，讓學生對各種設備的應用有全面的了解，也能根據(jù)使用工具的不同設計不同的方案。

3.自主創(chuàng)新能力有所提高

測量方案的自主設計，儀器設備的自由選擇能發(fā)揮學生的主觀能動性，創(chuàng)新自己的設計方案，引導學生的思考，對學生綜合能力的培養(yǎng)起到一定的促進作用。

4.縮短現(xiàn)場操作時間，提高準確度，節(jié)約教學資源

學生在虛擬演示軟件系統(tǒng)中已模擬的成果使學生到直實現(xiàn)場后，心中有數(shù)，進行現(xiàn)場工作時，準確度會提高，時間也會縮短。

5.在虛擬系統(tǒng)中扮演不同的角色

在虛擬演示系統(tǒng)中，學生可以以不同身份出現(xiàn)，例如以質安員的身份出現(xiàn)會彈出質安員的工作和職責等，這有利于學生學習施工現(xiàn)場各工種人員的技能，提高學生的綜合職業(yè)能力。責任編輯 朱守鋰