论文部分内容阅读
摘 要：建筑类课程大多较为抽象，传统平面型教学手段的效果提升空间有限。为了更有效地化解课程难点、突出课程重点、调动学生积极性、提升教学质量和效率，可以将BIM技术应用在《建筑制图与识图》课程的教学中。将BIM技术与VR技术结合应用于建筑类课程教学，可以实现二维到三维的转化，根据教学进度，利用BIM建模、VR制作模块和项目周期管理虚拟化的认知学习，完成对施工现场虚拟场景的研究与分析，为学生毕业后从事打下坚实的专业基础。
关键词：建筑模型信息;虚拟现实;建筑类课程
0 引言
建筑类课程的传统教学手段一般采用多媒体教学方式，静止的画面表现方式不利于学生将二维图像与理论要点进行联系，难以激发充足的学习热情，不能很好地实现“做中教、做中学”教学长远的目标。此外，一些学生基础知识较薄弱、空间想象力不强、专业知识储备不多和工程实际经验较少，会认为建筑类课程抽象难懂、枯燥无味。随着建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技术在土木与建筑工程领域的广泛应用，在建筑类课程的教学中，利用BIM技术可以描述、建立课程相关知识对象和教学过程模型。在此基础上，通过增强现实（Augmented Reality，AR）与虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术，实现专业课程的知识对象在教学过程中二维图形与三维信息模型的无缝对接，从而较为客观地构建一个接近真实情境的课程知识体系。通过教学过程中虚拟的三维建筑信息模型环境进行多感知性、沉浸性和交互性体验，构建建筑类课程虚实一体的教学模式和方法，可解决目前建筑类课程的教学难点[1]。以建筑类专业一门重要的基础课程《建筑制图与识图》为例，该课程不仅包含大量的理论知识，还是一门实践性非常强的课程。
1 BIM与VR技术简述
BIM技术，英文全称为Building Information Modeling，即建筑信息模型，该技术是以项目各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型建模的，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。BIM模型具有完备的数据，信息的直观性、关联性、一致性、可视化、易協调、易模拟、易优化、可出图性是它的八大特点。通过共享统一的建筑模型，建设单位、设计单位、施工单位、监理单位等项目参与方可以在同一平台上共享数据信息，协同完善施工过程，相比传统建设过程可以更迅速的传递信息、管理、调整施工。BIM不仅仅是类似于计算机辅助设计（CAD）的软件，而是一种工程管理手段，是实现建筑业精细化、信息化管理的重要技术工具[2]。
在建筑领域应用，VR技术高仿真、高沉浸、低成本的技术特点使其应用广泛。以装配式建筑为例，该项技术的应用实现了装配式建筑相关技术施工前的高仿真检验和施工中的快速检查，减少了装配式建筑的建设误差且节约了成本，推动了装配式建筑的广泛应用。
将BIM与VR技术相互结合，运用到建筑行业中，不仅是信息技术载体和应用工具的升级，而且使整个施工过程随着技术的深入发展而发生实质性的变化。VR技术的有效运用，将BIM信息与真实的施工环境进行直观交互。设计人员依据BIM模型数据，结合相关的信息，通过VR技术提供指导，以确保施工设计与实际施工平稳对接，实现BIM技术在施工质量控制中的最大价值。
目前BIM和VR技术都受到了国家的大力支持，并颁布了非常多的支持政策，随着国家出台了《推进BIM技术在建筑领域应用指导意见》，一些企业正积极将BIM逐步推广开来，而在BIM方面一些领先企业正在将BIM和VR技术进行整合，行业内渐渐出现如万间网络科技等BIM+VR、BIM+MR技术创新研发企业[3]。
2 BIM+VR在《建筑工程制图与识图》中的教学实践
2.1 《建筑制图与识图》课程教学现状
《建筑制图与识图》涉及两种类型的知识：一类是画法几何，另一类是建筑工程制图。画法几何是建筑工程制图基础，也是建筑制图乃至所有空间三维立体转化为二维平面图纸的基本手段，其特点是入门比较简单，但是深入学习比较困难，学习的内容又比较繁杂，各个内容之间的关联性不是特别强，要求学生具备很强的空间逻辑思维能力与想象能力。通过多年的教学实践发现，对于很多学生来说，由于受到空间想象能力和工程实践经验的限制，实现从二维图纸到三维实体的转变非常困难。为了提高学生的学习兴趣，借助多媒体课件、视频、缩尺模型以及施工现场教学等多种教学手段相结合，在一定程度上提升了课程的教学效果。但在实际操作过程中，也受到了各种限制，如缩尺模型成本高，现场教学存在安全隐患等等[4]。
2.2 构建教学实训平台
基于BIM技术和VR技术的可视化、沉浸式体验的特点，依照“理论+虚拟仿真实训+职业技能实践”的设计思路，创新了《建筑制图与识图》课程的教学模式。在课程的理论环节中，教学内容嵌入虚实一体的教学模块。实训教学综合管理系统的组成主要包括教学统一管理平台、漫游客户端、5D虚拟平台、移动端。教学管理平台，可在线组课、在线授课、在线管理教学资源，允许资源上传下载在线查看。模型管理模块，支持模型上传下载，提供漫游客户端，支持FBX、DAE模型的漫游。图纸等以文件形式上传下载，漫游客户端主要功能是对模型进行虚拟漫游。5D虚拟平台的主要功能是查看BIM模型以及质量安全信息等。
2.3 培养优秀的师资力量
高职院校培养与社会接轨的学生，除了配备现代化的教学硬件外，还需要培养出具有先进建筑技术教学能力的双师型教师。优质的建筑制图与识图教师需要具备扎实的专业知识和技能，同时对BIM+VR有透彻的了解和掌握，具有丰富的应用经验，才能将BIM及VR技术将课程相结合，培养学生专业基础知识的同时增强学生的实践能力[5]。
3 结束语
随着BIM、VR、AR等信息技术的发展，多样化的虚拟现实硬件设备、丰富的教学资源使虚拟现实技术在建筑类课程教学中发挥着重要的作用。虚拟现实技术作为新的教学手段以强大的教学优势和潜力，在建筑类课程视听教学领域中正逐步成为新的趋势。实践表明，基于BIM和AR技术的虚拟仿真教学方法，符合建筑类专业课程，尤其是《建筑制图与识图》课程的教学特点，可让学生系统地掌握职业技能，了解、熟悉建设工程项目管理中的内容、方法及具体措施中场景和业务知识点，为建筑类专业学生毕业后从事工程项目管理工作打下坚实的专业基础[6]。
参考文献：
[1]李丽，史学民，张帆.基于BIM和AR/VR技术的建筑类课程教学改革[J].改革与开放，2017（8）：28-29.
[2]李茜.地方高校BIM素质培养的建筑教育研究[J].2016全国建筑教育学术研讨会论文集，2016（11）.
[3]张瑾.BIM+VR在《建筑制图与识图》课程中的应用研究[J].装备技术，2019（8）：142-143.
[4]刘晓锋.BIM技术下的建筑设计课程改革实践探析[J].教育观察，2016，5（11）：112-113.
[5]唐徐林.BIM技术在《建筑识图与构造》课程教学中应用研究[J].长江工程职业技术学院学报，2018，35（2）：52-54.
[6]张璐.基于BIM和AR/VR技术的建筑类课程教学改革[J].黎明职业大学学报，2019（3）：62-66+76.
关键词：建筑模型信息;虚拟现实;建筑类课程
0 引言
建筑类课程的传统教学手段一般采用多媒体教学方式，静止的画面表现方式不利于学生将二维图像与理论要点进行联系，难以激发充足的学习热情，不能很好地实现“做中教、做中学”教学长远的目标。此外，一些学生基础知识较薄弱、空间想象力不强、专业知识储备不多和工程实际经验较少，会认为建筑类课程抽象难懂、枯燥无味。随着建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技术在土木与建筑工程领域的广泛应用，在建筑类课程的教学中，利用BIM技术可以描述、建立课程相关知识对象和教学过程模型。在此基础上，通过增强现实（Augmented Reality，AR）与虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术，实现专业课程的知识对象在教学过程中二维图形与三维信息模型的无缝对接，从而较为客观地构建一个接近真实情境的课程知识体系。通过教学过程中虚拟的三维建筑信息模型环境进行多感知性、沉浸性和交互性体验，构建建筑类课程虚实一体的教学模式和方法，可解决目前建筑类课程的教学难点[1]。以建筑类专业一门重要的基础课程《建筑制图与识图》为例，该课程不仅包含大量的理论知识，还是一门实践性非常强的课程。
1 BIM与VR技术简述
BIM技术，英文全称为Building Information Modeling，即建筑信息模型，该技术是以项目各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型建模的，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。BIM模型具有完备的数据，信息的直观性、关联性、一致性、可视化、易協调、易模拟、易优化、可出图性是它的八大特点。通过共享统一的建筑模型，建设单位、设计单位、施工单位、监理单位等项目参与方可以在同一平台上共享数据信息，协同完善施工过程，相比传统建设过程可以更迅速的传递信息、管理、调整施工。BIM不仅仅是类似于计算机辅助设计（CAD）的软件，而是一种工程管理手段，是实现建筑业精细化、信息化管理的重要技术工具[2]。
在建筑领域应用，VR技术高仿真、高沉浸、低成本的技术特点使其应用广泛。以装配式建筑为例，该项技术的应用实现了装配式建筑相关技术施工前的高仿真检验和施工中的快速检查，减少了装配式建筑的建设误差且节约了成本，推动了装配式建筑的广泛应用。
将BIM与VR技术相互结合，运用到建筑行业中，不仅是信息技术载体和应用工具的升级，而且使整个施工过程随着技术的深入发展而发生实质性的变化。VR技术的有效运用，将BIM信息与真实的施工环境进行直观交互。设计人员依据BIM模型数据，结合相关的信息，通过VR技术提供指导，以确保施工设计与实际施工平稳对接，实现BIM技术在施工质量控制中的最大价值。
目前BIM和VR技术都受到了国家的大力支持，并颁布了非常多的支持政策，随着国家出台了《推进BIM技术在建筑领域应用指导意见》，一些企业正积极将BIM逐步推广开来，而在BIM方面一些领先企业正在将BIM和VR技术进行整合，行业内渐渐出现如万间网络科技等BIM+VR、BIM+MR技术创新研发企业[3]。
2 BIM+VR在《建筑工程制图与识图》中的教学实践
2.1 《建筑制图与识图》课程教学现状
《建筑制图与识图》涉及两种类型的知识：一类是画法几何，另一类是建筑工程制图。画法几何是建筑工程制图基础，也是建筑制图乃至所有空间三维立体转化为二维平面图纸的基本手段，其特点是入门比较简单，但是深入学习比较困难，学习的内容又比较繁杂，各个内容之间的关联性不是特别强，要求学生具备很强的空间逻辑思维能力与想象能力。通过多年的教学实践发现，对于很多学生来说，由于受到空间想象能力和工程实践经验的限制，实现从二维图纸到三维实体的转变非常困难。为了提高学生的学习兴趣，借助多媒体课件、视频、缩尺模型以及施工现场教学等多种教学手段相结合，在一定程度上提升了课程的教学效果。但在实际操作过程中，也受到了各种限制，如缩尺模型成本高，现场教学存在安全隐患等等[4]。
2.2 构建教学实训平台
基于BIM技术和VR技术的可视化、沉浸式体验的特点，依照“理论+虚拟仿真实训+职业技能实践”的设计思路，创新了《建筑制图与识图》课程的教学模式。在课程的理论环节中，教学内容嵌入虚实一体的教学模块。实训教学综合管理系统的组成主要包括教学统一管理平台、漫游客户端、5D虚拟平台、移动端。教学管理平台，可在线组课、在线授课、在线管理教学资源，允许资源上传下载在线查看。模型管理模块，支持模型上传下载，提供漫游客户端，支持FBX、DAE模型的漫游。图纸等以文件形式上传下载，漫游客户端主要功能是对模型进行虚拟漫游。5D虚拟平台的主要功能是查看BIM模型以及质量安全信息等。
2.3 培养优秀的师资力量
高职院校培养与社会接轨的学生，除了配备现代化的教学硬件外，还需要培养出具有先进建筑技术教学能力的双师型教师。优质的建筑制图与识图教师需要具备扎实的专业知识和技能，同时对BIM+VR有透彻的了解和掌握，具有丰富的应用经验，才能将BIM及VR技术将课程相结合，培养学生专业基础知识的同时增强学生的实践能力[5]。
3 结束语
随着BIM、VR、AR等信息技术的发展，多样化的虚拟现实硬件设备、丰富的教学资源使虚拟现实技术在建筑类课程教学中发挥着重要的作用。虚拟现实技术作为新的教学手段以强大的教学优势和潜力，在建筑类课程视听教学领域中正逐步成为新的趋势。实践表明，基于BIM和AR技术的虚拟仿真教学方法，符合建筑类专业课程，尤其是《建筑制图与识图》课程的教学特点，可让学生系统地掌握职业技能，了解、熟悉建设工程项目管理中的内容、方法及具体措施中场景和业务知识点，为建筑类专业学生毕业后从事工程项目管理工作打下坚实的专业基础[6]。
参考文献：
[1]李丽，史学民，张帆.基于BIM和AR/VR技术的建筑类课程教学改革[J].改革与开放，2017（8）：28-29.
[2]李茜.地方高校BIM素质培养的建筑教育研究[J].2016全国建筑教育学术研讨会论文集，2016（11）.
[3]张瑾.BIM+VR在《建筑制图与识图》课程中的应用研究[J].装备技术，2019（8）：142-143.
[4]刘晓锋.BIM技术下的建筑设计课程改革实践探析[J].教育观察，2016，5（11）：112-113.
[5]唐徐林.BIM技术在《建筑识图与构造》课程教学中应用研究[J].长江工程职业技术学院学报，2018，35（2）：52-54.
[6]张璐.基于BIM和AR/VR技术的建筑类课程教学改革[J].黎明职业大学学报，2019（3）：62-66+76.