基于Android系统的BIM教学仿真平台研究

王其宇，杨太华，李升澜，王艺璇

(上海电力大学 经济与管理学院，上海 200135)

1 引言

BIM技术是一种集工程设计、建造和管理为一体的数据化工具，同时也是实现工程项目全周期数据资源共享与传递的平台，是建筑行业在科技高速发展的今天紧跟时代发展步伐的有效助力。作为新时代下的工程专业学生，对BIM技术的掌握与运用愈发重要[1]。

目前市场上的BIM教学端都采用网络视频资源进行教学，没有很好地解决教学的及时性和教师参与性，同时也面临学生实操性不足的问题，教学软件常常沦为“作业、考试、上网课”的工具，学生上课只能学到理论，并不了解实际工程施工流程和应用场景，课堂学习的理论知识很难将其运用到实际中。杨太华等[2]在2016年提出了实验模拟教学平台的想法，黄华等[3]在2017年对电脑端BIM教学平台资源的配置和开发方案进行了探讨。现在已有的网络端仿真实验系统也有一定的局限性，在使用过程中，网络端仿真实验平台要求较高，在日常学习中使用不太方便。在这种形势下，如何基于移动终端的各类移动业务和信息服务系统应用的开发，已经成了重要的选题。

根据中国信息通讯研究院2020年第四期关于国内手机产品的检测报告显示，2020年第四季度新进网的4G、5G智能手机中，Android操作系统的份额仍高居首位[4]，高达97.7%。因此，开发安卓系统BIM仿真教学平台手机客户端拥有更好的适用性。通过安卓系统移动端BIM仿真实验教学平台，与BIM传统网络实验平台具有良好的互补性。

本文对现有BIM教学平台的功能进行对比和分析，同时参考网页端BIM技术虚拟实验教学平台方案和其他专业仿真实验教学平台的建设成果[5]，提出了基于Android操作系统的移动端BIM仿真实验教学平台的设计思路，并对如何实现移动端的BIM虚拟实验教学进行了研究。

2 交互式BIM仿真实验平台移动终端的优势

2.1 教学模式实践性强

虽然市场上已经出现了一些教学软件的雏形，但经过学生体验和反馈，这些平台只是单纯地介绍BIM系统使用方法，缺少与项目实践的结合。本文设计的平台是从项目入手，通过项目仿真模拟让学生真正体验到BIM在工程中的应用。模拟实验室移动端的实现，能够让学生更加透彻地理解所学的BIM理论知识，训练了学生的动手能力，锻炼了学生团队合作能力，并且学生可以在任何地方自行进行模拟实验，大大减轻了教师的工作量。

2.2 移动终端可操作性强

当前的BIM教学资源集中在WEB网络上，以新型的移动媒体平台建设BIM教学系统，具有更好的可操作性和便携性，有利于在多种场合对多种知识进行讲解和教学。模拟实验室主要运用的是三维技术，这样就可以实现课堂可视化、可操作化，便于教师讲解和演示，上课更生动形象，学生也更容易理解，有利于BIM技术的实验教学。

2.3 良好的集成性和环境适应性

传统的课程设计是独立进行的，难以整合工程管理类多门课程的实践教学，不能体现多学科知识的综合。建立这样一个移动端仿真实验教学平台就能够集实用性、便捷性、高效性、可靠性和良好的环境适应性为一体。移动端平台部署简易方便，易于使用，能大幅削减总体教学成本，同时，工程管理教师可以快速对学生使用中遇到的问题进行反馈解决。

2.4 教师-学生互动性好

根据BIM技术不同工程阶段实验教学的实际需要和学生对技术的不同掌握水平，平台可以为学生提供个性化服务，有利于“因材施教”。教师可以在平台直观地看到学生的操作以及进展，及时掌握学生的学习动态，学生也可以在不同的任务节点通过移动设备向老师寻求帮助，发挥移动端平台的便携性和教学系统的交互性，实现老师与学生沟通信息的双向流通[6～9]。

3 系统平台实现

3.1 系统平台设计思路

在BIM仿真教学平台中的实验教学模块要针对某一实际施工项目管理岗位职能和具体业务流程进行设计，并且能够整合工程管理类多门课程的实践教学，同时与该模块所需的理论知识相联系(图1)。

图1 系统平台设计思路

该平台将具有教学代表性的实际工程项目进行整合，建立教学案例库，将每个项目的真实业务处理流程进行分解，将其工作内容、流程与专业知识的教学相结合，便于学生理解。BIM模拟实验教学平台可以动态、直观地展示平台上各个项目的信息流、资金流、物资流，实现项目管理的全过程模拟，使学生对实际项目工作有全面、系统的了解，培养学生对建设项目管理的整体观和系统理解。

3.2 Android系统平台开发

3.2.1 Android 系统架构

Android 是Google开发的基于Linux平台的开源手机操作系统。它包括操作系统、用户界面和应用程序—移动电话工作所需的全部软件，而且不存在任何以往阻碍移动产业创新的专有权障碍。Android会同一系列核心应用程序包一起发布，该应用程序包由email客户端、SMS短消息程序、日历、地图、浏览器、联系人管理程序等。所有的应用程序都是使用JAVA语言编写的[10～12]。

Linux 内核：Android操作系统的底层是基于LinuxKernel的，这一层主要完成的是操作系统所具有的功能，比如这一层有许多的驱动程序，正是通过这些驱动程序来驱动设备上的硬件设备的。

Android Runtime：Android的运行环境，AndroidRuntime里的CoreLibraries就相当于java的JDK，是运行android应用程序所需要的核心库，DalvikVirtual Machine就相当于JVM，这是Google专为Android开发的运行android应用程序所需的虚拟机。

本地库：里面都是Android的库文件，例如访问SQLite数据库的库文件等等。

应用程序框架：应用程序的框架，通过这些不同的框架来实现各种Application。

3.2.2 BIM仿真教学平台系统总体架构

学生通过安卓手机、平板电脑等打开教学平台，系统检测网络是否连接，通过移动互联网发送到网络基站，基站收到用户发出的请求后，将对应的指令经无线网络网关、应用服务器传到数据库服务器。通过SQL指令在数据库中进行查找，然后通过网络将从服务器端检索到的信息返回给用户。主要通信交互流程如图2所示，数据库查找过程如图3所示[13]。

图2 移动智能终端系统软件通信结构

图3 数据库查找过程

3.3 系统功能实现

3.3.1 学生使用流程

点开软件，进入登录界面，在登录界面输入学生的用户名和密码，经服务器端验证后获取最新学习任务列表，根据学习模块不同选择任务科目或任务实验。如学习时遇到疑问可向教师发送提问信号，以便老师掌握学生们的学习进度和动态，完成任务后结束。学生登录学习流程如图4所示。

图4 学生登录学习流程

3.3.2 教师使用流程

在教师端登录教师账号和密码，可以获取课堂学习列表，同时可以进行新任务的建立、查看任务安排与学生端进展反馈，进行上一任务的调整和分配后，教师还可以查看求助学生发出的信息，根据后台显示的任务执行节点对其进行指导，最后检查学生是否已经完成任务后，结束(图5)[14]。

图5 教师教学使用流程

4 结论与建议

本文以《工程项目管理课程》为实例，分析了各学科知识点间的关系，以及交互式BIM仿真实验平台移动终端的优势，基于Android系统的设计了BIM教学仿真平台，并介绍了系统应用时教师和学生的操作使用路径。该平台可以与传统网络实验平台进行良好的互补，实现线上教学与线下教学的结合。综合传统的网络实验平台仿真实践中存在的问题，提出以

下两点建议：第一，在深化软件设计过程中，多注重教师与学生、学生与学生之间的互动，从而达到更好的教学效果。第二，建议平台与教学资源绑定，这样学生在进行虚拟实验前可以自行学习，对理论的知识进行更深一步的了解，也可为实验奠定良好的理论基础。