基于Android系統的BIM教學仿真平臺研究

王其宇，楊太華，李升瀾，王藝璇

(上海電力大學 經濟與管理學院，上海 200135)

1 引言

BIM技術是一種集工程設計、建造和管理為一體的數據化工具，同時也是實現工程項目全周期數據資源共享與傳遞的平臺，是建筑行業在科技高速發展的今天緊跟時代發展步伐的有效助力。作為新時代下的工程專業學生，對BIM技術的掌握與運用愈發重要[1]。

目前市場上的BIM教學端都采用網絡視頻資源進行教學，沒有很好地解決教學的及時性和教師參與性，同時也面臨學生實操性不足的問題，教學軟件常常淪為“作業、考試、上網課”的工具，學生上課只能學到理論，并不了解實際工程施工流程和應用場景，課堂學習的理論知識很難將其運用到實際中。楊太華等[2]在2016年提出了實驗模擬教學平臺的想法，黃華等[3]在2017年對電腦端BIM教學平臺資源的配置和開發方案進行了探討。現在已有的網絡端仿真實驗系統也有一定的局限性，在使用過程中，網絡端仿真實驗平臺要求較高，在日常學習中使用不太方便。在這種形勢下，如何基于移動終端的各類移動業務和信息服務系統應用的開發，已經成了重要的選題。

根據中國信息通訊研究院2020年第四期關于國內手機產品的檢測報告顯示，2020年第四季度新進網的4G、5G智能手機中，Android操作系統的份額仍高居首位[4]，高達97.7%。因此，開發安卓系統BIM仿真教學平臺手機客戶端擁有更好的適用性。通過安卓系統移動端BIM仿真實驗教學平臺，與BIM傳統網絡實驗平臺具有良好的互補性。

本文對現有BIM教學平臺的功能進行對比和分析，同時參考網頁端BIM技術虛擬實驗教學平臺方案和其他專業仿真實驗教學平臺的建設成果[5]，提出了基于Android操作系統的移動端BIM仿真實驗教學平臺的設計思路，并對如何實現移動端的BIM虛擬實驗教學進行了研究。

2 交互式BIM仿真實驗平臺移動終端的優勢

2.1 教學模式實踐性強

雖然市場上已經出現了一些教學軟件的雛形，但經過學生體驗和反饋，這些平臺只是單純地介紹BIM系統使用方法，缺少與項目實踐的結合。本文設計的平臺是從項目入手，通過項目仿真模擬讓學生真正體驗到BIM在工程中的應用。模擬實驗室移動端的實現，能夠讓學生更加透徹地理解所學的BIM理論知識，訓練了學生的動手能力，鍛煉了學生團隊合作能力，并且學生可以在任何地方自行進行模擬實驗，大大減輕了教師的工作量。

2.2 移動終端可操作性強

當前的BIM教學資源集中在WEB網絡上，以新型的移動媒體平臺建設BIM教學系統，具有更好的可操作性和便攜性，有利于在多種場合對多種知識進行講解和教學。模擬實驗室主要運用的是三維技術，這樣就可以實現課堂可視化、可操作化，便于教師講解和演示，上課更生動形象，學生也更容易理解，有利于BIM技術的實驗教學。

2.3 良好的集成性和環境適應性

傳統的課程設計是獨立進行的，難以整合工程管理類多門課程的實踐教學，不能體現多學科知識的綜合。建立這樣一個移動端仿真實驗教學平臺就能夠集實用性、便捷性、高效性、可靠性和良好的環境適應性為一體。移動端平臺部署簡易方便，易于使用，能大幅削減總體教學成本，同時，工程管理教師可以快速對學生使用中遇到的問題進行反饋解決。

2.4 教師-學生互動性好

根據BIM技術不同工程階段實驗教學的實際需要和學生對技術的不同掌握水平，平臺可以為學生提供個性化服務，有利于“因材施教”。教師可以在平臺直觀地看到學生的操作以及進展，及時掌握學生的學習動態，學生也可以在不同的任務節點通過移動設備向老師尋求幫助，發揮移動端平臺的便攜性和教學系統的交互性，實現老師與學生溝通信息的雙向流通[6～9]。

3 系統平臺實現

3.1 系統平臺設計思路

在BIM仿真教學平臺中的實驗教學模塊要針對某一實際施工項目管理崗位職能和具體業務流程進行設計，并且能夠整合工程管理類多門課程的實踐教學，同時與該模塊所需的理論知識相聯系(圖1)。

圖1 系統平臺設計思路

該平臺將具有教學代表性的實際工程項目進行整合，建立教學案例庫，將每個項目的真實業務處理流程進行分解，將其工作內容、流程與專業知識的教學相結合，便于學生理解。BIM模擬實驗教學平臺可以動態、直觀地展示平臺上各個項目的信息流、資金流、物資流，實現項目管理的全過程模擬，使學生對實際項目工作有全面、系統的了解，培養學生對建設項目管理的整體觀和系統理解。

3.2 Android系統平臺開發

3.2.1 Android 系統架構

Android 是Google開發的基于Linux平臺的開源手機操作系統。它包括操作系統、用戶界面和應用程序—移動電話工作所需的全部軟件，而且不存在任何以往阻礙移動產業創新的專有權障礙。Android會同一系列核心應用程序包一起發布，該應用程序包由email客戶端、SMS短消息程序、日歷、地圖、瀏覽器、聯系人管理程序等。所有的應用程序都是使用JAVA語言編寫的[10～12]。

Linux 內核：Android操作系統的底層是基于LinuxKernel的，這一層主要完成的是操作系統所具有的功能，比如這一層有許多的驅動程序，正是通過這些驅動程序來驅動設備上的硬件設備的。

Android Runtime：Android的運行環境，AndroidRuntime里的CoreLibraries就相當于java的JDK，是運行android應用程序所需要的核心庫，DalvikVirtual Machine就相當于JVM，這是Google專為Android開發的運行android應用程序所需的虛擬機。

本地庫：里面都是Android的庫文件，例如訪問SQLite數據庫的庫文件等等。

應用程序框架：應用程序的框架，通過這些不同的框架來實現各種Application。

3.2.2 BIM仿真教學平臺系統總體架構

學生通過安卓手機、平板電腦等打開教學平臺，系統檢測網絡是否連接，通過移動互聯網發送到網絡基站，基站收到用戶發出的請求后，將對應的指令經無線網絡網關、應用服務器傳到數據庫服務器。通過SQL指令在數據庫中進行查找，然后通過網絡將從服務器端檢索到的信息返回給用戶。主要通信交互流程如圖2所示，數據庫查找過程如圖3所示[13]。

圖2 移動智能終端系統軟件通信結構

圖3 數據庫查找過程

3.3 系統功能實現

3.3.1 學生使用流程

點開軟件，進入登錄界面，在登錄界面輸入學生的用戶名和密碼，經服務器端驗證后獲取最新學習任務列表，根據學習模塊不同選擇任務科目或任務實驗。如學習時遇到疑問可向教師發送提問信號，以便老師掌握學生們的學習進度和動態，完成任務后結束。學生登錄學習流程如圖4所示。

圖4 學生登錄學習流程

3.3.2 教師使用流程

在教師端登錄教師賬號和密碼，可以獲取課堂學習列表，同時可以進行新任務的建立、查看任務安排與學生端進展反饋，進行上一任務的調整和分配后，教師還可以查看求助學生發出的信息，根據后臺顯示的任務執行節點對其進行指導，最后檢查學生是否已經完成任務后，結束(圖5)[14]。

圖5 教師教學使用流程

4 結論與建議

本文以《工程項目管理課程》為實例，分析了各學科知識點間的關系，以及交互式BIM仿真實驗平臺移動終端的優勢，基于Android系統的設計了BIM教學仿真平臺，并介紹了系統應用時教師和學生的操作使用路徑。該平臺可以與傳統網絡實驗平臺進行良好的互補，實現線上教學與線下教學的結合。綜合傳統的網絡實驗平臺仿真實踐中存在的問題，提出以

下兩點建議：第一，在深化軟件設計過程中，多注重教師與學生、學生與學生之間的互動，從而達到更好的教學效果。第二，建議平臺與教學資源綁定，這樣學生在進行虛擬實驗前可以自行學習，對理論的知識進行更深一步的了解，也可為實驗奠定良好的理論基礎。