孫金萍

【摘要】建筑施工測量是工程測量實踐教學(xué)中一個至關(guān)重要的模塊，事關(guān)學(xué)生的就業(yè)問題，但該模塊在授課過程中面臨著投入大、觀摩難、實操難的問題。對此，本文對虛擬仿真教學(xué)技術(shù)在實踐教學(xué)中的應(yīng)用進行了初步探索，從而為工程測量實踐教學(xué)基地的建設(shè)提供一定的參考。

【關(guān)鍵詞】工程測量實踐教學(xué);虛擬仿真教學(xué);建筑施工測量

一、工程測量實踐教學(xué)面臨的問題

工程測量實踐教學(xué)是工程測量課程教學(xué)的實踐環(huán)節(jié)，在建筑類專業(yè)人才培養(yǎng)方案中占有非常重要的地位。大部分該專業(yè)的學(xué)生未來要到建筑工地從事技術(shù)和管理工作，因此其中的建筑施工測量模塊是工程測量實踐教學(xué)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。筆者經(jīng)過長期的教學(xué)實踐發(fā)現(xiàn)，此模塊教學(xué)存在著投入大、觀摩難、實操難的問題，主要表現(xiàn)在：

（一）建立校內(nèi)實際場地投入大

建筑施工測量貫穿于建筑工程施工的全過程，從施工前施工控制網(wǎng)的建立，到建筑物定位測量和基礎(chǔ)放線，再到各工序的細(xì)部測設(shè)，甚至到運營期間的變形觀測，內(nèi)容多而且復(fù)雜，若在校內(nèi)將整個流程的施工測量均進行實際地模擬，需要投入大量的場地和資金，而學(xué)校場地有限，顯然這一想法不好實現(xiàn)。

（二）校外建筑工地觀摩難、實操難

雖然部分學(xué)校有帶領(lǐng)學(xué)生到建筑工地進行觀摩、實踐的慣例，但也面臨著以下問題：第一，學(xué)生的安全難保障。建筑工地交叉面多，環(huán)境復(fù)雜，眾多學(xué)生到達(dá)建筑工地后的安全不好控制;第二，受安全制度等影響，學(xué)生不能長時間、經(jīng)常性地去建筑工地，很難觀摩到各個環(huán)節(jié)的流程和方法;第三，學(xué)生實踐能力差，到達(dá)建筑工地之后不能進行實踐操作。

在工程測量實踐教學(xué)中，建筑施工測量屬于實踐性、應(yīng)用性很強的模塊，對于建筑類專業(yè)學(xué)生來說，僅僅靠課堂上的理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須加強其實操動手能力，提升其專業(yè)技能和創(chuàng)新能力。在這種情況下，虛擬仿真技術(shù)為該課程的實踐教學(xué)提供了新的可能，可以彌補校內(nèi)和校外實訓(xùn)條件不足的現(xiàn)狀，具有一定的現(xiàn)實意義。

二、虛擬仿真技術(shù)與教學(xué)的結(jié)合

虛擬仿真技術(shù)又稱模擬技術(shù)或虛擬現(xiàn)實技術(shù)，其本質(zhì)就是用一個虛擬的系統(tǒng)來模仿另一個真實系統(tǒng)的技術(shù)。虛擬仿真技術(shù)主要利用三維圖形構(gòu)造技術(shù)、多傳感交互技術(shù)以及可視化技術(shù)，生成三維的虛擬現(xiàn)實環(huán)境，使用者利用鍵盤、鼠標(biāo)頭盔、數(shù)據(jù)手套等傳感設(shè)備作為輸入設(shè)備，進入虛擬環(huán)境，在虛擬環(huán)境中進行實時交互，同時能夠感知和操作三維虛擬現(xiàn)實環(huán)境中的各種對象，產(chǎn)生身臨其境的體驗和感受。

關(guān)于虛擬仿真技術(shù)與教學(xué)的結(jié)合，國內(nèi)相關(guān)研究已經(jīng)有很多。劉燁在《虛擬仿真技術(shù)在高職物流管理專業(yè)實訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用》中將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用到高職物流管理專業(yè)的實訓(xùn)教學(xué)中，建立了物流虛擬仿真實訓(xùn)室;黃晟在《對虛擬現(xiàn)實技術(shù)與室內(nèi)設(shè)計專業(yè)教學(xué)的整合研究》中提出了虛擬現(xiàn)實技術(shù)與室內(nèi)設(shè)計專業(yè)教學(xué)的整合途徑，包括了虛擬空間的營造和教學(xué)過程的輔導(dǎo)兩大過程。

虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)目前主要分為桌面式虛擬仿真系統(tǒng)、沉浸式虛擬仿真系統(tǒng)、分布式虛擬仿真系統(tǒng)和增強式虛擬仿真系統(tǒng)四類。桌面式虛擬仿真系統(tǒng)是以普通計算機和低級工作站為依托來實現(xiàn)仿真功能，用戶通過計算機的屏幕了解虛擬環(huán)境，通過計算機的鍵盤和鼠標(biāo)等相關(guān)設(shè)備與虛擬環(huán)境互動。這種系統(tǒng)特點是真實感不足，但是成本較低，容易實現(xiàn)，因此得到了廣泛的應(yīng)用。沉浸式虛擬仿真系統(tǒng)，是通過使用頭盔和手柄等電子設(shè)備讓用戶和虛擬環(huán)境進行互動，用戶是虛擬環(huán)境中的參加者，這種方式沉浸性較強，目前在很多游戲中應(yīng)用較廣。分布式虛擬仿真系統(tǒng)不是用戶參與的虛擬仿真，而是在不同地理位置的多個用戶通過網(wǎng)絡(luò)相連，共同分享信息。增強式虛擬仿真系統(tǒng)是以真實的環(huán)境為基礎(chǔ)，同時結(jié)合虛擬環(huán)境來共同模擬所需的真實環(huán)境和系統(tǒng)。

三、虛擬仿真技術(shù)在工程測量實踐教學(xué)中的應(yīng)用

本研究欲基于桌面式虛擬仿真系統(tǒng)研發(fā)一種建筑施工測量虛擬仿真系統(tǒng)，實現(xiàn)虛擬仿真技術(shù)在工程測量實踐教學(xué)中的應(yīng)用。建筑施工測量虛擬仿真系統(tǒng)將按照施工測量的內(nèi)容劃分為定位和放線系統(tǒng)、基礎(chǔ)工程施工測量系統(tǒng)、墻體施工測量系統(tǒng)和變形觀測系統(tǒng)共四個子系統(tǒng)。每個子系統(tǒng)根據(jù)實踐項目的特點還可以繼續(xù)設(shè)置不同的模塊。以變形觀測系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)可以繼續(xù)設(shè)置為建筑物沉降觀測、建筑物傾斜觀測和建筑物裂縫觀測三個模塊。

本文以定位和放線系統(tǒng)為例，介紹該系統(tǒng)的研發(fā)構(gòu)想。定位和放線系統(tǒng)利用BIM三維建模技術(shù)、三維互動技術(shù)，流媒體技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，在計算機屏幕上模擬一個施工場地，學(xué)生通過計算機的鍵盤和鼠標(biāo)等設(shè)備實現(xiàn)與虛擬的施工場地之間的互動，借助于該平臺來完成建筑物的定位和放線工作。該系統(tǒng)的主要技術(shù)難點有以下幾個方面：

（一）建筑施工場地的三維建模

利用BIM三維建模技術(shù)可以實現(xiàn)施工場地三維模型的建立。目前，BIM三維建模技術(shù)發(fā)展已經(jīng)比較成熟，如筆者所在學(xué)校已經(jīng)開設(shè)相關(guān)課程，學(xué)生已經(jīng)具備該技術(shù)的基礎(chǔ)知識，在平臺使用之前學(xué)生可以在教師提供工程案例背景的前提下完成對建筑施工場地三維模型的建立。

（二）建筑施工場地三維模型的輸入

該系統(tǒng)平臺將具備三維模型的輸入功能，以便實現(xiàn)與其他軟件的交互。學(xué)生借助此功能輸入之前準(zhǔn)備的三維模型，即可實現(xiàn)對虛擬施工場地的模擬。

（三）學(xué)生與虛擬施工場地之間的互動

為了在虛擬的施工場地上完成定位放線等操作，需要實現(xiàn)學(xué)生與虛擬建筑施工場地之間的互動，可以借助三維互動技術(shù)。三維互動技術(shù)能夠直觀且極為仿真地展示出建筑施工場地的現(xiàn)實場景，讓學(xué)生如親臨其境，并能夠通過鼠標(biāo)和鍵盤等設(shè)備與虛擬場景之間進行交互，完成實踐項目。

四、結(jié)語

虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用解決了工程測量實踐教學(xué)中投入大、觀摩難、實操難的問題，同時通過與虛擬模擬施工現(xiàn)場的交互，學(xué)生能夠進行動手操作，提高了學(xué)習(xí)興趣。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用使得教學(xué)中所面臨的問題能夠一步步得到有效解決，也為工程測量實踐教學(xué)基地的建設(shè)研究提供了新的可能。隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用水平的逐步提升，它與教育教學(xué)的深度融合將會更加地緊密，對于提高教育教學(xué)水平、改善教學(xué)環(huán)境、豐富教學(xué)資源、優(yōu)化教學(xué)過程，培養(yǎng)個性化、創(chuàng)新型的人才發(fā)揮更加重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉燁.虛擬仿真技術(shù)在高職物流管理專業(yè)實訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].物流工程與管理，2019，41（02）：163-164+162.

[2]嚴(yán)慧萍.虛擬仿真在中職實訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用研究[D].福建師范大學(xué)，2014.

[3]黃晟.對虛擬現(xiàn)實技術(shù)與室內(nèi)設(shè)計專業(yè)教學(xué)的整合研究[J].居舍，2018（30）：90.

【本文系山東華宇工學(xué)院職教教改項目“工程測量實踐教學(xué)基地建設(shè)的研究”（2017ZG15）的階段性成果】

（作者單位：山東華宇工學(xué)院）