現代信息技術(shù)水平的迅猛發(fā)展催生了諸多新興技術(shù)，這些技術(shù)并被應用于日常生活的各個(gè)領(lǐng)域，虛擬仿真技術(shù)便是當前一種十分先進(jìn)的技術(shù)手段，被廣泛應用于工業(yè)制造、醫療、航空航天等多個(gè)行業(yè)。虛擬仿真技術(shù)在職業(yè)教育領(lǐng)域的應用正在成為一種熱門(mén)趨勢，學(xué)校利用該技術(shù)構建了更加直觀(guān)、生動(dòng)的教學(xué)平臺，為學(xué)生提供沉浸式學(xué)習環(huán)境，使學(xué)生更好地理解抽象的知識點(diǎn)。對建筑設計領(lǐng)域及其相關(guān)專(zhuān)業(yè)而言，構建基于虛擬仿真技術(shù)的教學(xué)平臺不僅有助于提高教學(xué)質(zhì)量，還有助于增強學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng )新能力。
當前建筑行業(yè)對工作人員實(shí)踐經(jīng)驗的依賴(lài)度較高，因此建筑設計及相關(guān)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)十分重視學(xué)生實(shí)踐能力的培養，但若學(xué)生直接參與建筑工程項目的現場(chǎng)施工，安全風(fēng)險現對較大，而學(xué)校建設實(shí)體實(shí)驗室也并不可行，不僅資金投入需求巨大，且設備更新?lián)Q代較快，長(cháng)期來(lái)看并不經(jīng)濟?；诖?，利用虛擬仿真技術(shù)構建一個(gè)能夠提供豐富實(shí)踐機會(huì )的教學(xué)平臺成為了一種高度可行的方案，很多學(xué)校只需最開(kāi)始一次性完成大部分投資，建設一個(gè)虛擬仿真實(shí)訓教學(xué)平臺，后續便可通過(guò)簡(jiǎn)單的維護升級實(shí)現持續運行，學(xué)生可借助虛擬仿真平臺，在保證安全的前提下熟悉各種工況及其實(shí)際操作流程。
目前高校構建基于虛擬仿真技術(shù)的建筑實(shí)訓教學(xué)平臺主要分為以下三個(gè)步驟。
第一，設計平臺架構。該實(shí)訓教學(xué)平臺主要由前端展示層、業(yè)務(wù)邏輯層和數據管理層構成。其中前端展示層將用戶(hù)與平臺連接起來(lái)，通過(guò)交互界面設計為用戶(hù)提供交互體驗。要想體驗良好，交互界面的設計就應具備直觀(guān)性、互動(dòng)性及自適應性等特性，便于教師、學(xué)生快速上手，支持鍵盤(pán)、鼠標及觸摸屏、VR設備等多種互動(dòng)工具，并適應手機、電腦、平板等不同終端設備，以滿(mǎn)足不同用戶(hù)的使用需求。業(yè)務(wù)邏輯層是平臺的核心功能，將前端展示層與數據管理層連接，為用戶(hù)提供具體的功能模塊及相應的工具與服務(wù)，如建筑設計、結構分析、施工管理等模塊，以滿(mǎn)足不同的教學(xué)任務(wù)需求。數據管理層用于存儲并管理平臺上所有的信息數據，包括模型資源庫、案例資料庫、用戶(hù)信息庫等，其收錄了大量建筑構建、材質(zhì)紋理、光影效果等三維模型文件，以及來(lái)自國內外的優(yōu)秀建筑案例，為教師與學(xué)生學(xué)習提供了參考資料;用戶(hù)信息庫則可用于個(gè)性化學(xué)習路徑規劃和資源推薦服務(wù)支持，同時(shí)用戶(hù)信息庫也能為平臺管理、眾多登錄角色的功能權限控制提供支持，可有效保障平臺的信息數據安全，并提升平臺的易用性與管理效率。
第二，開(kāi)發(fā)功能模塊。設計好平臺架構后，需要開(kāi)發(fā)具體的功能模塊，這些模塊應與教學(xué)任務(wù)高度適配，可幫助學(xué)生掌握相關(guān)知識。如建筑設計模塊，集成GIS技術(shù)、BIM技術(shù)等多種技術(shù)，可提供從概念構思到詳細設計的完整流程。學(xué)生可在虛擬環(huán)境中觀(guān)察系統提供的真實(shí)地形地貌數據，并綜合考慮成本運算、區域未來(lái)發(fā)展規劃等多種因素選擇合適的工程項目建設地點(diǎn)，并利用參數化建模工具設計建筑結構與空間布局，再通過(guò)內置材料數據庫選取合適的建筑材料，最終由專(zhuān)家模擬評審抉擇出最優(yōu)設計方案。結構計算模塊可為學(xué)生提供全面的力學(xué)分析工具，幫助學(xué)生深入了解建筑結構設計原理。這一模塊通常內置多種常用結構類(lèi)型，如框架結構、剪力墻結構，提供力學(xué)分析工具，指導學(xué)生如何正確設置建筑荷載、繪制建筑剪力圖與彎矩圖等，以加強學(xué)生對建筑結構設計原理的理解。施工模擬模塊則允許用戶(hù)按照真實(shí)施工順序逐步完成各個(gè)工序的操作演練，用于教學(xué)時(shí)，系統可通過(guò)動(dòng)畫(huà)的形式，向學(xué)生虛擬展示不同施工步驟的具體操作方法。學(xué)生可以學(xué)習如何制定施工計劃，為不同任務(wù)合理分配時(shí)間和人力、資金等資源，以有效增加學(xué)生的實(shí)踐經(jīng)驗。另外平臺還設有專(zhuān)門(mén)的安全管理模塊，向學(xué)生傳授常見(jiàn)事故的預防措施及應急響應策略，并通過(guò)打造沉浸式虛擬環(huán)境，讓學(xué)生通過(guò)演練正確掌握事故處理方法。
第三，平臺部署與推廣。平臺建設完成后，學(xué)校需要正式上線(xiàn)運行該平臺，并將其推廣給更多高校師生及社會(huì )企業(yè)使用，以不斷吸收行業(yè)意見(jiàn)，完善平臺功能設計，使其更貼合實(shí)踐教學(xué)需求。首先高校在上線(xiàn)該平臺前，應通過(guò)增加光纖電纜鋪設、購入新設備等方式，為虛擬仿真建筑實(shí)訓教學(xué)提供可靠的技術(shù)支持。高校還應為教師、學(xué)生等提供培訓，幫助其盡快熟悉平臺的各項功能和具體操作流程。其次，平臺上線(xiàn)后，建筑專(zhuān)業(yè)教師應根據具體教學(xué)目標，合理安排實(shí)訓教學(xué)課程，并靈活調整教學(xué)內容難度，確保學(xué)生對理論與實(shí)踐知識都掌握到位，并幫助每位學(xué)生都能找到適合自己的學(xué)習路徑與資源，從而充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，培養其實(shí)際問(wèn)題解決能力。另外高校還可與社會(huì )企業(yè)合作，允許建筑企業(yè)進(jìn)入平臺，為企業(yè)提供員工培訓和新產(chǎn)品、新技術(shù)測試等工作，這樣不僅能提升校企合作親密度，為學(xué)生提供更多參與建筑工程項目的渠道與機會(huì )，也能為高校聽(tīng)取用戶(hù)反饋，對平臺進(jìn)行更新迭代提供參考，如此也可降低學(xué)校在后續維護升級方面的資金壓力，實(shí)現資源利用率最大化。
總之，基于虛擬仿真技術(shù)搭建的建筑實(shí)訓教學(xué)平臺作用凸顯，通過(guò)設計平臺架構、開(kāi)發(fā)功能模塊、推廣平臺應用等步驟，該實(shí)訓平臺可以在現有建筑專(zhuān)業(yè)教育領(lǐng)域實(shí)現價(jià)值最大化。未來(lái)隨著(zhù)更多技術(shù)的逐漸完善，基于虛擬仿真技術(shù)的建筑實(shí)訓教學(xué)平臺必將為建筑領(lǐng)域的可持續發(fā)展注入更多活力，推動(dòng)行業(yè)發(fā)展真正實(shí)現轉型升級。(作者周維系渭南師范學(xué)院教育科學(xué)學(xué)院講師)
