基于BIM与VR技术的装配式建筑照明教学平台设计

周昊

摘要：由于传统教学平台在实际应用中会受到平台运行数据量、在线用户量影响，导致平台吞吐量较低，为此文章提出基于BIM与VR技术的装配式建筑照明教学平台设计。概述了BIM与VR技术应用领域以及在装配式建筑照明教学中的应用优势，在此基础上对平台框架、服务端、功能进行了设计。经实验证明，设計平台不会受到运行数据量、在线用户量的影响，吞吐量远远高于传统平台，更适用于装配式建筑照明教学。

关键词：BIM;VR技术;装配式建筑;教学平台;服务端

中图分类号：G434     文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）08-0116-02

目前装配式建筑已经成为大多数城市建筑工程施工的首选建筑模式。随着装配式建筑在建筑领域的广泛应用，目前该方面的技术人才比较欠缺，存在较大的供需矛盾，为了向装配式建筑业提供专业人才，目前在各大高等院校和职业院校中已经开设了装配式建筑专业，其中装配式建筑照明教学作为专业主要教学内容之一，由于装配式建筑照明系统比较复杂，涉及的学习内容和专业知识比较多，导致装配式建筑照明教学具有一定难度[1]。为了解决这一问题，并且提高装配式建筑照明教学质量，高等院校和职业院校在教学改革中引进了数字化教学模式，通过采用装配式建筑照明教学平台开展一系列教学活动[2]。然而目前高等院校以及职业院校所采用的装配式建筑照明教学平台在实际应用中存在一些问题，最大的问题就是当平台登录用户数量以及运行的数据较多时，平台吞吐量大幅度降低，进而导致教学平台出现卡顿、停止运行等现象，已经无法满足装配式建筑照明教学需求，为此本文提出课题研究。

1 BIM与VR技术概况

1.1 BIM技术

BIM技术又称三维数字模型技术，在建筑领域中可以将多种多样的建筑数据信息进行整合、处理和分析，从而以三维数字模型的方式展现出来。在装配式建筑工程整个生命周期内，BIM技术的应用可以实现对装配式建筑工程集成管理，可以模拟出实际的装配式建筑工程所有建设行为，比如装配式建筑照明系统状态。目前BIM技术凭借自身的优点已经被广泛应用于建筑领域中，尤其是在装配式建筑中，并且已经取得了良好的应用效果。

1.2 VR技术

本文研究的VR技术，在实际应用中，又被称为虚拟现实技术，属于在计算机设备的支撑下，可实现对虚拟化体验的一种全新仿生技术。结合计算机设备在此过程中的支撑性作用，为终端操作者提供一个相对真实的虚拟化环境。目前，针对此项技术的研究已被拓展到市场内各个领域，包括VR与智能化技术的交互、与传感技术的融汇等，通过将此项技术与其他技术相融合的方式，可以提升技术在应用中的交互性，并给予用户一种相对自主化的体验模式。目前，此项技术已实现在市场的广泛应用，并在多个领域与行业的应用中取得了显著性的成果，比如医学领域、娱乐领域、建筑领域、军事航天领域等。本文试图利用BIM与VR技术打造一个全新的装配式建筑照明教学平台，对原有装配式建筑照明教学平台进行优化与完善，解决传统平台吞吐量较低的问题，为装配式建筑照明教学提供良好的教学平台。

2 基于BIM与VR技术的装配式建筑照明教学平台设计

2.1 教学平台框架设计

此次设计的装配式建筑照明教学平台在整体设计上采用了BIM技术与VR技术，将装配式建筑照明教学内容进行科学拆分，通过平台服务将同属性的教学内容上传到云平台上，并且在平台上建立了大量的“族”库，用于存储装配式建筑照明课程相关内容[3]。将其与平台连接，教师可以根据要求将族库中信息进行调用，传输到用户端上，并通过VR设备对教学信息在平台上进行展示，具体平台运行流程如图1所示。

为了实现图1中平台运行流程，本文在对平台框架设计上分别设计了存储层、数据管理层、应用服务层三个结构，其中存储层主要是存储装配式建筑照明课程相关的教学内容，以及实际装配式建筑照明预制件有关信息，由大量的“族”库组成，相当于平台的数据库[4]。数据管理层与云平台和存储层连接，用于管理存储层中的数据信息，以及云平台上信息的调用[5]。应用服务层主要是向教师用户提供教学服务，其中包括装配式建筑照明课件制作、设计、共享、管理等服务，利用平台上BIM技术在教学课件中制作与课程相关的照明预制件三维虚拟模型，完成装配式建筑照明教学。

2.2 装配式建筑照明教学平台服务端设计

平台服务端设计采用了B/S模式，以客户浏览器、Web服务组成平台服务端逻辑关系，客户浏览器依赖于Web服务，将Web服务部署在平台IIS上，通过IIS处理平台服务端和客户浏览器HTTP请求的接入和响应，为用户提供教学访问文件、文件目录等[6]。并通过Web服务端向用户提供装配式建筑照明教学资料共享，其中包括装配式建筑照明课程、授课以及考试。用户通过Web服务端对教学资料进行下载和分享。

2.3 基于BIM与VR技术的教学平台功能设计

在教学平台功能设计方面本文设计了教学功能模块，教学功能模块中共设计了照明预制件三维虚拟模型制作、照明课件设计、基于VR设备的虚拟现实教学展示等功能，图2为BIM+VR技术的装配式建筑平台教学功能示意图。

如图2所示，教学功能模块与平台数据层和用户终端连接，用户通过客户端登录平台进入配式建筑照明课程课件制作子模块[7]。在该子模块中利用BIM技术对教学中所需要学习的照明预制件进行三维虚拟模型制作，BIM技术通过数据输入、数据集成、数据分析形成一个与实际相同的照明预制件三维虚拟模型[8]。用户对制作好的模型进行储存，并通过VR设备将制作的模型在平台上展示，可以让学生真实地感受到装配式建筑照明真实形态，以此完成本次教学平台设计。

3 实验论证分析

为了检验本文设计的基于BIM与VR技术的装配式建筑照明教学平台的有效性和可靠性，本文选取以某高等院校为实验环境，利用本文设计教学平台与传统平台对装配式建筑照明开展教学应用。实验中将两个教学平台安置在实验室内部的PC server，以Windows Server 2010作为操作系统，内存为16GB，所使用到的计算机配置为内存2GB，硬盘为4TB，两个平台测试时间为2小时，实验测试两个平台运行情况。在实验时间内令350名用户陆续登录平台，平台用户数量每15s增加10名。并且向两个平台内输入140MB装配式建筑照明教学数据，教学数据每10s增加5MB。利用Vuser软件测量两个平台在运行过程中随着用户数量和数据数量的增加，其吞吐量情况。吞吐量表示平台单位时间内成功传递数据的数量，实验将其作为两个教学平台检验指标，根据Vuser软件测量数据制作实验对比表格，如表1所示。

从表1中数据观察可以得出以下结论：本文设计平台随着用户数量和运行数据的增加，平台的吞吐量均可以达到8500bit以上，说明平台运行数据和用户在线数量不会对平台吞吐量造成影响，平台成功接受并转发的数据量比较大;而平台在线用户数量和运行数据数量对传统平台影响比较大，平台的吞吐量最高仅为5160bit，远远低于设计平台，因此实验证明了基于BIM与VR技术的装配式建筑照明教学平台在运行质量方面更优于传统平台。

4 结束语

本文在原有装配式建筑照明教学平台基础上，结合原有平台存在的不足，设计了基于BIM与VR技术的装配式建筑照明教学平台，该平台可以提高装配式建筑照明教学质量和教学效果，增强学生对装配式建筑照明课程相关知识真实体验感，有助于推动装配式建筑照明教学平台的深入应用，提高数字化教学平台的应用价值，为社会提供高质量专业的装配式建筑照明技术人才。

参考文献：

[1] 何志红，孙会龙，刘贞，等.基于BIM+VR技術的装配式建筑远程协同平台设计[J].重庆理工大学学报（自然科学），2019，33（10）：96-102.

[2] 王凯，蔡瑞，刘秋元，等.基于BIM+VR的装配式建筑教学平台构建研究[J].中国教育信息化，2019（12）：81-85.

[3] 顾镇媛，罗威，熊郁震，等.基于虚实结合教学实训平台的装配式建筑协同型人才培养[J].建材与装饰，2020（3）：188-189.

[4] 王鹏，王玫.虚拟仿真下装配式建筑教学改革与实践[J].实验室研究与探索，2020，39（4）：174-177，190.

[5] 潘洪科，张建营，简小生，等.建筑产业化背景下装配式建筑方向教学改革实践与研究——以新余学院为例[J].新余学院学报，2020，25（3）：116-119.

[6] 任大鹏.与职业（行业）标准衔接课程融媒体交互式教学模式实证研究——以《装配式建筑》课程为例[J].山西能源学院学报，2020，33（4）：34-35，50.

[7] 汪洋，李慧婷.基于“智慧+”技术的土木工程本科教学改革研究——以装配式建筑VR教学为例[J].当代教育理论与实践，2021，13（1）：74-78.

[8] 邓详.基于AR/VR的现代职业教育教学平台的构建[J].才智，2020（23）：79-81.

【通联编辑：李雅琪】