CN107038917A - 一种建筑工程虚拟教学系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种建筑工程虚拟教学系统，所述系统由控制子系统，教学管理子系统和实训管理子系统组成。控制子系统用于实现设置部门资质，维护用户账号及角色，维护教学课程的功能；教学管理子系统用于实现学生授权、实训教学、课件演示、实训评分、综合查询的功能；实训管理子系统用于实现浏览实训任务，进行实训，查询实训日程、成绩的功能。教学管理和实训管理子系统包括各种建筑仿真教学和实训模块。该系统采用B/S架构，运用Web及云计算技术，同时引入虚拟现实和增强现实技术，突破了传统建筑工程教学的限制，使建筑工程教学和实训实现可视化，降低了教学及实训成本，实现了教育资源共享，增强了教学及实训的效果。

Description

一种建筑工程虚拟教学系统

技术领域

本发明属于建筑教育领域，具体来说，涉及一种建筑工程虚拟教学系统。

背景技术

高等教育课程的更新速度缓慢，而近几年国内经济飞速发展，社会进步日新月异；传统教育内容的陈旧与社会新技术应用对人才的需求形成了强烈的矛盾。

建筑行业是继煤炭的第二高危行业，没有接受现场知识培训的学生到施工现场安全意识淡薄，不能更好的保护自己，意味着安全隐患的增加，企业用人成本的加大，因此形成了大部分学生无处实习、实训。

现有的实践教学环节形式单一，通常是将学生安排到正在施工的工地上进行学习和实践，安全性不高，一旦在实践过程中发生事故，将给学校和学生带来严重后果，不利于教学实践活动的积极开展。而且，教学实践的目的是为了让学生深入实践、更好的了解建筑过程的阶段和不同的建筑形式，现有的实践通常为两周到到一个月，在这样短的时间内只能了解建筑过程中的某一阶段，不能全面的观察、了解建筑过程，而且具体的工地建筑工程项目结构、构造、材料、施工等方面受设计用途的限制、不可能完成符合建筑工程专业教学要求，比如，需要学习的多种建筑材料和不同的构造方式就不可能完成涵盖。

如何让教学更贴近一线工作，如何提高工程专业高校学生就业技能，是工程类高校教育的一个重要课题。因此，提出一种建筑工程虚拟教学系统。

发明内容

针对上述技术问题，为弥补现有技术的不足，本发明提出了一种建筑工程虚拟教学系统。

本发明的建筑工程虚拟教学系统包括控制子系统，教学管理子系统和实训管理子系统。控制子系统用于实现设置部门资质，维护用户账号及角色，维护教学课程的功能；教学管理子系统用于实现学生授权、实训教学、课件演示、实训评分、综合查询的功能；实训管理子系统用于实现浏览实训任务，进行实训，查询实训日程、成绩的功能。

进一步地，用户角色包括系统管理员、教师和学生。其中，系统管理员用于对系统进行维护，对参与教学的教师进行授权，使教师能顺利进入系统，完成教学任务；教师根据管理员的授权进入系统，完成教学任务的布置和有关学生的授权，同时还能在系统中与学生进行交流互动。系统采用三级权限设置，对不同的账号设置不同的权限。

进一步地，教学管理子系统包括建筑施工技术仿真教学子系统和建筑工程考核管理子系统。其中建筑施工技术仿真教学子系统包括建筑识图仿真教学模块，施工放样仿真教学模块，基础工程施工仿真教学模块，混凝土工程施工仿真教学模块，砌体工程施工仿真教学模块和屋面工程施工仿真教学模块；建筑工程考核管理子系统包括理论题考核模块和实训考核模块。

实训管理子系统包括建筑工程实训子系统和建筑工程管理仿真系统。其中建筑工程实训子系统包括建筑识图仿真实训模块，施工放样仿真实训模块，基础工程施工仿真实训模块，混凝土工程施工仿真实训模块，砌体工程施工仿真实训模块和屋面工程施工仿真实训模块；建筑工程管理仿真子系统包括竣工质量验收模块，项目可研模块，招投标管理模块，进度与项目管理模块和工程计算模块。

进一步地，仿真教学模块包括资源库、项目进程子模块，施工准备子模块和操作提示子模块。其中资源库包括教学资源、工程图纸、技术规范、安全交底、技术交底和工作记录；施工准备子模块包括工具库、仪器设备和物料场。

进一步地，本系统采用B/S架构及云计算技术，可将世界各地数据同步到本地，便于教学资源的共享。

进一步地，本系统采用VR及AR技术，增强了教学和实训的临场感。

与现有技术相比，本发明的技术优点是：

(1)弥补实践教学条件的不足，可进行操作复杂、费用高或危险性大、周期长的实践教学。

(2)突破了时空的限制，可实现反复的、无障碍的情景式实践教学。

(3)可方便地进行实践教学条件的更新和升级，易于开设新型教学实训项目。

(4)具有教育功能，实现教育资源共享。

附图说明

图1是本发明的一种建筑工程虚拟教学系统构成图。

图2是本发明的教学管理子系统构成图。

图3是本发明的实训管理子系统构成图。

图4是本发明的教学实训过程流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对发明所述的建筑工程虚拟教学系统做进一步详细说明，但是本发明的保护范围并不限于此。

具体实施例

如图1所示，本发明的建筑工程虚拟教学系统包括控制子系统，教学管理子系统和实训管理子系统。控制子系统用于实现设置部门资质，维护用户账号及角色，维护教学课程的功能；教学管理子系统用于实现学生授权、实训教学、课件演示、实训评分、综合查询的功能；实训管理子系统用于实现浏览实训任务，进行实训，查询实训日程、成绩的功能。

在控制子系统中，系统管理员具有进行全方位监控的功能：1.进行部门资质设置，系统管理员可以录入参与实训的各级组织，并可以进行修改、删除，方便任课教师对不同班级学生的管理；2.用户账号维护，系统管理员对于使用该系统的每一位用户，无论教师还是学生给予独立的账号，作为其登录系统的工具，管理员能对用户进行添加和删除操作；3.角色设置维护，完成角色类别的设置和各种角色的预览；4.实验课程维护，对各种实训的路径进行设置管理，可根据教师需要添加、修改和删除教学及实训，对实训课程添加相关课程说明和指导。

在教学管理和实训管理子系统中，教师具有对教学实训进行管理的功能：1. 对学生实训进行授权的功能，将参加实训的学生录入系统，进行登录授权；2. 进行实验安排的功能，对要进行的实训进行时间安排，能完成班级、学生以及分组的选择，同时可以选择本次实训的辅导教师，上传实训报告模板，供学生参考完成实训报告；3.上传演示课件的功能，将教学所用课件上传到系统中，方便教学需要，也便于学生课后复习；4.对学生进行实训考核评分的功能，学生完成实训后提交实训报告，教师能在系统中给出评语及评分。

在教学管理和实训管理子系统中，学生可以阅读通知通告，参与各种实训，提交实训报告，查询实训成绩及与教师和其他学生进行在线交流互动。

系统采用三级权限设置，对不同的账号设置不同的权限。如学生账号只能修改个人资料，不能修改别人的资料，也不能对课件、实训项目进行修改，不可以进入管理界面等。

如图2所示，教学管理子系统包括建筑施工技术仿真教学子系统和建筑工程考核管理子系统。其中建筑施工技术仿真教学子系统包括建筑识图仿真教学模块，施工放样仿真教学模块，基础工程施工仿真教学模块，混凝土工程施工仿真教学模块，砌体工程施工仿真教学模块和屋面工程施工仿真教学模块；建筑工程考核管理子系统包括理论题考核模块和实训考核模块。

如图3所示，实训管理子系统包括建筑工程实训子系统和建筑工程管理仿真系统。其中建筑工程实训子系统包括建筑识图仿真实训模块，施工放样仿真实训模块，基础工程施工仿真实训模块，混凝土工程施工仿真实训模块，砌体工程施工仿真实训模块和屋面工程施工仿真实训模块；建筑工程管理仿真子系统包括竣工质量验收模块，项目可研模块，招投标管理模块，进度与项目管理模块和工程计算模块。

每个仿真教学模块和实训模块具体包括资源库、项目进程子模块，施工准备子模块和操作提示子模块。其中资源库包括教学资源、工程图纸、技术规范、安全交底、技术交底和工作记录；施工准备子模块包括工具库、仪器设备和物料场。

上述仿真教学及实训模块的建立过程如下：以子节点文件梅花承重墙– mhczq.3G为例。

1)仿真操作功能(模型文件)：收集梅花承重墙子节点所用到的资料存储模块的文件(包含：带动画的模型，音频，节点图(cad图)，视频，文本，图片这主要的几类文件)编号规范的命名放入原工程项目指定的文件夹。

2)将梅花承重墙的仿真操作模型新建在Unity3D场景资源管理器面板上(起好规范的名称-如：m_main)在项目里用csharp脚本或JavaScript脚本根据建筑专业规范的工序流程将带动画的模型分成工艺流程。每个流程关联到相对应的音频语音提示，文本介绍等。完成后将这个模型作为预设物放在项目中的资源管理器(如：m_main.prefabs，这些.prefabs最终将会被打包成资源包)

3)设备材料以及工具介绍(模型文件)和上面的仿真操作功能相似，将各个设备材料或设备器具从导入的资源库放置场景资源管理器面板上进行编辑修改。在场景资源管理器调整这些设备材料模型文件的大小等等(最终的大小统一)，为各个设备材料或工器具添加说明(说明分为两部分：1.整体介绍，包含尺寸参数，用途以及使用方法等。2.每个材料设备或工器具的详细介绍(工器具以电钻为例-如：点击(鼠标或触屏)电钻钻头和点击电钻开关有不同的说明介绍))。完成后将这个(或多个)模型作为预设物放在项目中的资源管理器(如： m_dianZuan.prefabs，这些.prefabs最终将会被打包成资源包)

4)图片的浏览(图片文件)：图片的打包是非常简单的，仅仅只是按照规范起好名称调整好合适的尺寸大小即可。在项目资源管理库中直接编辑图片。(如： i_texture1.png-这些图片最终将会被打成资源包)。

5)文本(txt文档文件)文本文件的打包：按照规范名称编辑文本内容即可，文本包含了节点知识的所有文本内容(如：t_project.txt，这个txt文件将最终会被打包)。

6)以上资源编辑修改完成后利用unity官方提供的assetsbundle打包工具将这些专业知识的资料打包成使用到的平台(包括：android，pc，ios，web)打包完成将生成这个mhdczq.3G(这个包里面包含了m_main.prefabs,dianZuan.prefabs, i_texture1.png,t_project.txt这个项)。

7)最后按照分类将这个资源包上传至服务器。

如图4所示，以“砌体工程施工仿真实训模块”为例，描述本发明的虚拟教学系统在教学过程中的具体应用过程。

学生用户在客户端首先需要注册为系统用户，然后登陆该虚拟教学系统，登陆成功后选择教学管理子系统下的建筑施工技术仿真实训模块，服务器接收来自客户端的操作请求，根据该请求，调整仪器的状态，模拟产生各种教学实训结果，输出相应的数据。具体流程为：

1)用户登录与注册；

2)选择教学管理子系统下的建筑施工技术仿真实训模块，学习实训原理；

3)实训模拟操作：按照项目进程顺序依次进行练习，项目进程包括：基础工作、放置扫地杆，立立杆、临时抛撑、连墙杆件、剪刀撑和防护措施。在操作过程中，学生按照自身对脚手架工程施工的掌握程度，可选择性地打开或关闭“操作提示模块”来查看相应施工步骤的操作说明。在此过程中，还要正确选用“施工准备”模块中的工具、仪器设备和物料，来完成施工各进程的实训操作，最终完成实训任务。

本系统基于B/S架构，在网络技术及云计算平台的支撑下，可将网络资源数据同步到本地。

另外，为了增强体验及实训的真实性，本系统还引入VR(虚拟现实)及 AR(增强现实)技术，将资源库文件设置为VR或AR设备可识别的格式，学生通过佩戴相应的VR及AR显示设备，即可体验身临施工现场的感觉，极大地增强了建筑工程教学及实训的现实感。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种建筑工程虚拟教学系统，其特征在于：包括：控制子系统，教学管理子系统和实训管理子系统；其中，

所述控制平台子系统，用于实现设置部门资质，维护用户账号及用户角色，维护教学课程的功能；

所述教学管理子系统，用于实现学生授权，实训教学，课件演示，实训评分，综合查询的功能；

所述实训管理子系统，用于实现浏览实训任务，进行实训，查询实训日程、成绩的功能。

2.如权利要求1所述的一种建筑工程虚拟教学系统，其特征在于：所述用户角色包括系统管理员、教师和学生；其中，所述系统管理员用于对系统进行维护，对参与教学的教师进行授权，使教师能顺利进入系统，完成教学任务；所述教师根据管理员的授权进入系统，完成教学任务的布置和有关学生的授权，同时还能在系统中与学生进行交流互动；所述学生根据所述系统管理员的设置可阅读通知通告，参与各种实训，提交实训报告，查询实训成绩及与教师和其他学生进行在线交流互动。

3.如权利要求2所述的一种建筑工程虚拟教学系统，其特征在于：采用三级权限设置，对不同的用户角色设置不同的权限。

4.如权利要求1所述的一种建筑工程虚拟教学系统，其特征在于：所述教学管理子系统包括：建筑施工技术仿真教学子系统和建筑工程考核管理子系统；其中，所述建筑施工技术仿真教学子系统包括建筑识图仿真教学模块，施工放样仿真教学模块，基础工程施工仿真教学模块，混凝土工程施工仿真教学模块，砌体工程施工仿真教学模块和屋面工程施工仿真教学模块；所述建筑工程考核管理子系统包括理论题考核模块和实训考核模块。

5.如权利要求1所述的一种建筑工程虚拟教学系统，其特征在于：所述实训管理子系统包括：建筑工程实训子系统和建筑工程管理仿真系统；其中，所述建筑工程实训子系统包括建筑识图仿真实训模块，施工放样仿真实训模块，基础工程施工仿真实训模块，混凝土工程施工仿真实训模块，砌体工程施工仿真实训模块和屋面工程施工仿真实训模块；所述建筑工程管理仿真子系统包括竣工质量验收模块，项目可研模块，招投标管理模块，进度与项目管理模块和工程计算模块。

6.如权利要求4或5所述的一种建筑工程虚拟教学系统，其特征在于：所述仿真教学模块和所述仿真实训模块包括：资源库、项目进程子模块，施工准备子模块和操作提示子模块；其中，所述资源库包括教学资源、工程图纸、技术规范、安全交底、技术交底和工作记录；所述施工准备子模块包括工具库、仪器设备和物料场。

7.如权利要求1所述的一种建筑工程虚拟教学系统，其特征在于：所述系统采用B/S架构及云计算技术。

8.如权利要求1所述的一种建筑工程虚拟教学系统，其特征在于：所述系统采用虚拟现实(VR)及增强现实(AR)技术。