本發(fā)明屬于建筑教育領(lǐng)域，具體來說，涉及一種建筑工程虛擬教學(xué)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

高等教育課程的更新速度緩慢，而近幾年國內(nèi)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，社會進(jìn)步日新月異；傳統(tǒng)教育內(nèi)容的陳舊與社會新技術(shù)應(yīng)用對人才的需求形成了強(qiáng)烈的矛盾。

建筑行業(yè)是繼煤炭的第二高危行業(yè)，沒有接受現(xiàn)場知識培訓(xùn)的學(xué)生到施工現(xiàn)場安全意識淡薄，不能更好的保護(hù)自己，意味著安全隱患的增加，企業(yè)用人成本的加大，因此形成了大部分學(xué)生無處實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)。

現(xiàn)有的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)形式單一，通常是將學(xué)生安排到正在施工的工地上進(jìn)行學(xué)習(xí)和實(shí)踐，安全性不高，一旦在實(shí)踐過程中發(fā)生事故，將給學(xué)校和學(xué)生帶來嚴(yán)重后果，不利于教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)的積極開展。而且，教學(xué)實(shí)踐的目的是為了讓學(xué)生深入實(shí)踐、更好的了解建筑過程的階段和不同的建筑形式，現(xiàn)有的實(shí)踐通常為兩周到到一個(gè)月，在這樣短的時(shí)間內(nèi)只能了解建筑過程中的某一階段，不能全面的觀察、了解建筑過程，而且具體的工地建筑工程項(xiàng)目結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、材料、施工等方面受設(shè)計(jì)用途的限制、不可能完成符合建筑工程專業(yè)教學(xué)要求，比如，需要學(xué)習(xí)的多種建筑材料和不同的構(gòu)造方式就不可能完成涵蓋。

如何讓教學(xué)更貼近一線工作，如何提高工程專業(yè)高校學(xué)生就業(yè)技能，是工程類高校教育的一個(gè)重要課題。因此，提出一種建筑工程虛擬教學(xué)系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述技術(shù)問題，為彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種建筑工程虛擬教學(xué)系統(tǒng)。

本發(fā)明的建筑工程虛擬教學(xué)系統(tǒng)包括控制子系統(tǒng)，教學(xué)管理子系統(tǒng)和實(shí)訓(xùn)管理子系統(tǒng)。控制子系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)設(shè)置部門資質(zhì)，維護(hù)用戶賬號及角色，維護(hù)教學(xué)課程的功能；教學(xué)管理子系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)學(xué)生授權(quán)、實(shí)訓(xùn)教學(xué)、課件演示、實(shí)訓(xùn)評分、綜合查詢的功能；實(shí)訓(xùn)管理子系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)瀏覽實(shí)訓(xùn)任務(wù)，進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，查詢實(shí)訓(xùn)日程、成績的功能。

進(jìn)一步地，用戶角色包括系統(tǒng)管理員、教師和學(xué)生。其中，系統(tǒng)管理員用于對系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，對參與教學(xué)的教師進(jìn)行授權(quán)，使教師能順利進(jìn)入系統(tǒng)，完成教學(xué)任務(wù)；教師根據(jù)管理員的授權(quán)進(jìn)入系統(tǒng)，完成教學(xué)任務(wù)的布置和有關(guān)學(xué)生的授權(quán)，同時(shí)還能在系統(tǒng)中與學(xué)生進(jìn)行交流互動(dòng)。系統(tǒng)采用三級權(quán)限設(shè)置，對不同的賬號設(shè)置不同的權(quán)限。

進(jìn)一步地，教學(xué)管理子系統(tǒng)包括建筑施工技術(shù)仿真教學(xué)子系統(tǒng)和建筑工程考核管理子系統(tǒng)。其中建筑施工技術(shù)仿真教學(xué)子系統(tǒng)包括建筑識圖仿真教學(xué)模塊，施工放樣仿真教學(xué)模塊，基礎(chǔ)工程施工仿真教學(xué)模塊，混凝土工程施工仿真教學(xué)模塊，砌體工程施工仿真教學(xué)模塊和屋面工程施工仿真教學(xué)模塊；建筑工程考核管理子系統(tǒng)包括理論題考核模塊和實(shí)訓(xùn)考核模塊。

實(shí)訓(xùn)管理子系統(tǒng)包括建筑工程實(shí)訓(xùn)子系統(tǒng)和建筑工程管理仿真系統(tǒng)。其中建筑工程實(shí)訓(xùn)子系統(tǒng)包括建筑識圖仿真實(shí)訓(xùn)模塊，施工放樣仿真實(shí)訓(xùn)模塊，基礎(chǔ)工程施工仿真實(shí)訓(xùn)模塊，混凝土工程施工仿真實(shí)訓(xùn)模塊，砌體工程施工仿真實(shí)訓(xùn)模塊和屋面工程施工仿真實(shí)訓(xùn)模塊；建筑工程管理仿真子系統(tǒng)包括竣工質(zhì)量驗(yàn)收模塊，項(xiàng)目可研模塊，招投標(biāo)管理模塊，進(jìn)度與項(xiàng)目管理模塊和工程計(jì)算模塊。

進(jìn)一步地，仿真教學(xué)模塊包括資源庫、項(xiàng)目進(jìn)程子模塊，施工準(zhǔn)備子模塊和操作提示子模塊。其中資源庫包括教學(xué)資源、工程圖紙、技術(shù)規(guī)范、安全交底、技術(shù)交底和工作記錄；施工準(zhǔn)備子模塊包括工具庫、儀器設(shè)備和物料場。

進(jìn)一步地，本系統(tǒng)采用b/s架構(gòu)及云計(jì)算技術(shù)，可將世界各地?cái)?shù)據(jù)同步到本地，便于教學(xué)資源的共享。

進(jìn)一步地，本系統(tǒng)采用vr及ar技術(shù)，增強(qiáng)了教學(xué)和實(shí)訓(xùn)的臨場感。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是：

(1)彌補(bǔ)實(shí)踐教學(xué)條件的不足，可進(jìn)行操作復(fù)雜、費(fèi)用高或危險(xiǎn)性大、周期長的實(shí)踐教學(xué)。

(2)突破了時(shí)空的限制，可實(shí)現(xiàn)反復(fù)的、無障礙的情景式實(shí)踐教學(xué)。

(3)可方便地進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)條件的更新和升級，易于開設(shè)新型教學(xué)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。

(4)具有教育功能，實(shí)現(xiàn)教育資源共享。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種建筑工程虛擬教學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成圖。

圖2是本發(fā)明的教學(xué)管理子系統(tǒng)構(gòu)成圖。

圖3是本發(fā)明的實(shí)訓(xùn)管理子系統(tǒng)構(gòu)成圖。

圖4是本發(fā)明的教學(xué)實(shí)訓(xùn)過程流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對發(fā)明所述的建筑工程虛擬教學(xué)系統(tǒng)做進(jìn)一步詳細(xì)說明，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。

具體實(shí)施例

如圖1所示，本發(fā)明的建筑工程虛擬教學(xué)系統(tǒng)包括控制子系統(tǒng)，教學(xué)管理子系統(tǒng)和實(shí)訓(xùn)管理子系統(tǒng)?？刂谱酉到y(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)設(shè)置部門資質(zhì)，維護(hù)用戶賬號及角色，維護(hù)教學(xué)課程的功能；教學(xué)管理子系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)學(xué)生授權(quán)、實(shí)訓(xùn)教學(xué)、課件演示、實(shí)訓(xùn)評分、綜合查詢的功能；實(shí)訓(xùn)管理子系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)瀏覽實(shí)訓(xùn)任務(wù)，進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，查詢實(shí)訓(xùn)日程、成績的功能。

在控制子系統(tǒng)中，系統(tǒng)管理員具有進(jìn)行全方位監(jiān)控的功能：1.進(jìn)行部門資質(zhì)設(shè)置，系統(tǒng)管理員可以錄入?yún)⑴c實(shí)訓(xùn)的各級組織，并可以進(jìn)行修改、刪除，方便任課教師對不同班級學(xué)生的管理；2.用戶賬號維護(hù)，系統(tǒng)管理員對于使用該系統(tǒng)的每一位用戶，無論教師還是學(xué)生給予獨(dú)立的賬號，作為其登錄系統(tǒng)的工具，管理員能對用戶進(jìn)行添加和刪除操作；3.角色設(shè)置維護(hù)，完成角色類別的設(shè)置和各種角色的預(yù)覽；4.實(shí)驗(yàn)課程維護(hù)，對各種實(shí)訓(xùn)的路徑進(jìn)行設(shè)置管理，可根據(jù)教師需要添加、修改和刪除教學(xué)及實(shí)訓(xùn)，對實(shí)訓(xùn)課程添加相關(guān)課程說明和指導(dǎo)。

在教學(xué)管理和實(shí)訓(xùn)管理子系統(tǒng)中，教師具有對教學(xué)實(shí)訓(xùn)進(jìn)行管理的功能：1.對學(xué)生實(shí)訓(xùn)進(jìn)行授權(quán)的功能，將參加實(shí)訓(xùn)的學(xué)生錄入系統(tǒng)，進(jìn)行登錄授權(quán)；2.進(jìn)行實(shí)驗(yàn)安排的功能，對要進(jìn)行的實(shí)訓(xùn)進(jìn)行時(shí)間安排，能完成班級、學(xué)生以及分組的選擇，同時(shí)可以選擇本次實(shí)訓(xùn)的輔導(dǎo)教師，上傳實(shí)訓(xùn)報(bào)告模板，供學(xué)生參考完成實(shí)訓(xùn)報(bào)告；3.上傳演示課件的功能，將教學(xué)所用課件上傳到系統(tǒng)中，方便教學(xué)需要，也便于學(xué)生課后復(fù)習(xí)；4.對學(xué)生進(jìn)行實(shí)訓(xùn)考核評分的功能，學(xué)生完成實(shí)訓(xùn)后提交實(shí)訓(xùn)報(bào)告，教師能在系統(tǒng)中給出評語及評分。

在教學(xué)管理和實(shí)訓(xùn)管理子系統(tǒng)中，學(xué)生可以閱讀通知通告，參與各種實(shí)訓(xùn)，提交實(shí)訓(xùn)報(bào)告，查詢實(shí)訓(xùn)成績及與教師和其他學(xué)生進(jìn)行在線交流互動(dòng)。

系統(tǒng)采用三級權(quán)限設(shè)置，對不同的賬號設(shè)置不同的權(quán)限。如學(xué)生賬號只能修改個(gè)人資料，不能修改別人的資料，也不能對課件、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目進(jìn)行修改，不可以進(jìn)入管理界面等。

如圖2所示，教學(xué)管理子系統(tǒng)包括建筑施工技術(shù)仿真教學(xué)子系統(tǒng)和建筑工程考核管理子系統(tǒng)。其中建筑施工技術(shù)仿真教學(xué)子系統(tǒng)包括建筑識圖仿真教學(xué)模塊，施工放樣仿真教學(xué)模塊，基礎(chǔ)工程施工仿真教學(xué)模塊，混凝土工程施工仿真教學(xué)模塊，砌體工程施工仿真教學(xué)模塊和屋面工程施工仿真教學(xué)模塊；建筑工程考核管理子系統(tǒng)包括理論題考核模塊和實(shí)訓(xùn)考核模塊。

如圖3所示，實(shí)訓(xùn)管理子系統(tǒng)包括建筑工程實(shí)訓(xùn)子系統(tǒng)和建筑工程管理仿真系統(tǒng)。其中建筑工程實(shí)訓(xùn)子系統(tǒng)包括建筑識圖仿真實(shí)訓(xùn)模塊，施工放樣仿真實(shí)訓(xùn)模塊，基礎(chǔ)工程施工仿真實(shí)訓(xùn)模塊，混凝土工程施工仿真實(shí)訓(xùn)模塊，砌體工程施工仿真實(shí)訓(xùn)模塊和屋面工程施工仿真實(shí)訓(xùn)模塊；建筑工程管理仿真子系統(tǒng)包括竣工質(zhì)量驗(yàn)收模塊，項(xiàng)目可研模塊，招投標(biāo)管理模塊，進(jìn)度與項(xiàng)目管理模塊和工程計(jì)算模塊。

每個(gè)仿真教學(xué)模塊和實(shí)訓(xùn)模塊具體包括資源庫、項(xiàng)目進(jìn)程子模塊，施工準(zhǔn)備子模塊和操作提示子模塊。其中資源庫包括教學(xué)資源、工程圖紙、技術(shù)規(guī)范、安全交底、技術(shù)交底和工作記錄；施工準(zhǔn)備子模塊包括工具庫、儀器設(shè)備和物料場。

上述仿真教學(xué)及實(shí)訓(xùn)模塊的建立過程如下：以子節(jié)點(diǎn)文件梅花承重墻–mhczq.3g為例。

1)仿真操作功能(模型文件)：收集梅花承重墻子節(jié)點(diǎn)所用到的資料存儲模塊的文件(包含：帶動(dòng)畫的模型，音頻，節(jié)點(diǎn)圖(cad圖)，視頻，文本，圖片這主要的幾類文件)編號規(guī)范的命名放入原工程項(xiàng)目指定的文件夾。

2)將梅花承重墻的仿真操作模型新建在unity3d場景資源管理器面板上(起好規(guī)范的名稱-如：m_main)在項(xiàng)目里用csharp腳本或javascript腳本根據(jù)建筑專業(yè)規(guī)范的工序流程將帶動(dòng)畫的模型分成工藝流程。每個(gè)流程關(guān)聯(lián)到相對應(yīng)的音頻語音提示，文本介紹等。完成后將這個(gè)模型作為預(yù)設(shè)物放在項(xiàng)目中的資源管理器(如：m_main.prefabs，這些.prefabs最終將會被打包成資源包)

3)設(shè)備材料以及工具介紹(模型文件)和上面的仿真操作功能相似，將各個(gè)設(shè)備材料或設(shè)備器具從導(dǎo)入的資源庫放置場景資源管理器面板上進(jìn)行編輯修改。在場景資源管理器調(diào)整這些設(shè)備材料模型文件的大小等等(最終的大小統(tǒng)一)，為各個(gè)設(shè)備材料或工器具添加說明(說明分為兩部分：1.整體介紹，包含尺寸參數(shù)，用途以及使用方法等。2.每個(gè)材料設(shè)備或工器具的詳細(xì)介紹(工器具以電鉆為例-如：點(diǎn)擊(鼠標(biāo)或觸屏)電鉆鉆頭和點(diǎn)擊電鉆開關(guān)有不同的說明介紹))。完成后將這個(gè)(或多個(gè))模型作為預(yù)設(shè)物放在項(xiàng)目中的資源管理器(如：m_dianzuan.prefabs，這些.prefabs最終將會被打包成資源包)

4)圖片的瀏覽(圖片文件)：圖片的打包是非常簡單的，僅僅只是按照規(guī)范起好名稱調(diào)整好合適的尺寸大小即可。在項(xiàng)目資源管理庫中直接編輯圖片。(如：i_texture1.png-這些圖片最終將會被打成資源包)。

5)文本(txt文檔文件)文本文件的打包：按照規(guī)范名稱編輯文本內(nèi)容即可，文本包含了節(jié)點(diǎn)知識的所有文本內(nèi)容(如：t_project.txt，這個(gè)txt文件將最終會被打包)。

6)以上資源編輯修改完成后利用unity官方提供的assetsbundle打包工具將這些專業(yè)知識的資料打包成使用到的平臺(包括：android，pc，ios，web)打包完成將生成這個(gè)mhdczq.3g(這個(gè)包里面包含了m_main.prefabs,dianzuan.prefabs,i_texture1.png,t_project.txt這個(gè)項(xiàng))。

7)最后按照分類將這個(gè)資源包上傳至服務(wù)器。

如圖4所示，以“砌體工程施工仿真實(shí)訓(xùn)模塊”為例，描述本發(fā)明的虛擬教學(xué)系統(tǒng)在教學(xué)過程中的具體應(yīng)用過程。

學(xué)生用戶在客戶端首先需要注冊為系統(tǒng)用戶，然后登陸該虛擬教學(xué)系統(tǒng)，登陸成功后選擇教學(xué)管理子系統(tǒng)下的建筑施工技術(shù)仿真實(shí)訓(xùn)模塊，服務(wù)器接收來自客戶端的操作請求，根據(jù)該請求，調(diào)整儀器的狀態(tài)，模擬產(chǎn)生各種教學(xué)實(shí)訓(xùn)結(jié)果，輸出相應(yīng)的數(shù)據(jù)。具體流程為：

1)用戶登錄與注冊；

2)選擇教學(xué)管理子系統(tǒng)下的建筑施工技術(shù)仿真實(shí)訓(xùn)模塊，學(xué)習(xí)實(shí)訓(xùn)原理；

3)實(shí)訓(xùn)模擬操作：按照項(xiàng)目進(jìn)程順序依次進(jìn)行練習(xí)，項(xiàng)目進(jìn)程包括：基礎(chǔ)工作、放置掃地桿，立立桿、臨時(shí)拋撐、連墻桿件、剪刀撐和防護(hù)措施。在操作過程中，學(xué)生按照自身對腳手架工程施工的掌握程度，可選擇性地打開或關(guān)閉“操作提示模塊”來查看相應(yīng)施工步驟的操作說明。在此過程中，還要正確選用“施工準(zhǔn)備”模塊中的工具、儀器設(shè)備和物料，來完成施工各進(jìn)程的實(shí)訓(xùn)操作，最終完成實(shí)訓(xùn)任務(wù)。

本系統(tǒng)基于b/s架構(gòu)，在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及云計(jì)算平臺的支撐下，可將網(wǎng)絡(luò)資源數(shù)據(jù)同步到本地。

另外，為了增強(qiáng)體驗(yàn)及實(shí)訓(xùn)的真實(shí)性，本系統(tǒng)還引入vr(虛擬現(xiàn)實(shí))及ar(增強(qiáng)現(xiàn)實(shí))技術(shù)，將資源庫文件設(shè)置為vr或ar設(shè)備可識別的格式，學(xué)生通過佩戴相應(yīng)的vr及ar顯示設(shè)備，即可體驗(yàn)身臨施工現(xiàn)場的感覺，極大地增強(qiáng)了建筑工程教學(xué)及實(shí)訓(xùn)的現(xiàn)實(shí)感。

可以理解的是，以上實(shí)施方式僅僅是為了說明本發(fā)明的原理而采用的示例性實(shí)施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實(shí)質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進(jìn)，這些變型和改進(jìn)也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。