虛擬仿真技術(shù)在建筑智能化工程專業(yè)實(shí)訓(xùn)中的應(yīng)用

胡力勤 趙筱斌

（浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 311231）

0 前言

21 世紀(jì)， 智能建筑與綠色生態(tài)建筑的結(jié)合將成為建筑業(yè)發(fā)展的主流，智能建筑市場的迅猛發(fā)展,直接拉動了對建筑智能化新職業(yè)人才的需求.智能建筑人才已被住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部列為緊缺性技能型人才。 建筑智能化工程技術(shù)專業(yè)是我院國家骨干院校建設(shè)重點(diǎn)建設(shè)專業(yè)之一， 是中德合作學(xué)習(xí)領(lǐng)域課程體系改革項(xiàng)目試點(diǎn)專業(yè)， 是浙江省特色專業(yè)， 是培養(yǎng)高素質(zhì)技能型人才的重點(diǎn)專業(yè)之一。 《建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)計(jì)劃與實(shí)施》 屬于建筑智能化工程專業(yè)專業(yè)核心課程， 主要涉及空調(diào)通風(fēng)、 給水排水、 供配電照明電梯的計(jì)算機(jī)自動控制； 要求學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)控制和信息處理， 控制器硬、軟件安裝、編程、調(diào)試、設(shè)置。在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ)上加入虛擬仿真技術(shù)， 既能夠提高學(xué)生對理論知識的理解， 又能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力， 真正實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式[1]?；谛@網(wǎng)絡(luò)的虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)， 通過計(jì)算機(jī)模擬出場景、 儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、操作流程和環(huán)節(jié)，開展實(shí)訓(xùn)教學(xué)；突破常規(guī)諸多缺點(diǎn)； 適用于開放式實(shí)新環(huán)境， 方便學(xué)生從事創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)，有助于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力、自主學(xué)習(xí)能力。

1 設(shè)計(jì)

目前虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)都是基于某一門課程的實(shí)現(xiàn)[2-3]。

1.1 功能分析

建筑設(shè)備監(jiān)控虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、 虛擬技術(shù)、 多媒體技術(shù)， 使學(xué)生在教學(xué)情境中， 在計(jì)算機(jī)上完成實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的操作與交互， 其實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)應(yīng)滿足教學(xué)的要求：

全面展示建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)和主要設(shè)備,能逼真實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能,完成建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的原理性實(shí)驗(yàn)教學(xué)與技能型操作訓(xùn)練; 為建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行管理提供一個(gè)全面的實(shí)訓(xùn)環(huán)境。 為今后的教師科研提供一個(gè)開放的系統(tǒng)平臺, 進(jìn)一步跟蹤、 提高建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)集成技術(shù)水平;應(yīng)該能通過校園網(wǎng)訪問，完成系統(tǒng)原理圖繪制、元器件選擇、設(shè)備接線、編程各項(xiàng)技能訓(xùn)練。

1.2 實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)

實(shí)訓(xùn)內(nèi)容用模塊化的設(shè)計(jì)思路， 滿足虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的操作性和交互性， 主要分為素材資源庫、 實(shí)訓(xùn)演示與操作、主要故障現(xiàn)象排除、評價(jià)四大模塊。 模塊的開發(fā)研究實(shí)訓(xùn)目的、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容、教學(xué)環(huán)境分析、教學(xué)方法、 教學(xué)評價(jià)等方面。 教學(xué)以典型工程實(shí)施任務(wù)為主線，從基礎(chǔ)——單項(xiàng)——復(fù)合的規(guī)律安排，注重控制系統(tǒng)技術(shù)方案的確定， 注重工作過程應(yīng)用能力的培養(yǎng)。素材資源庫模塊收集國家工程技術(shù)規(guī)范、 各種技術(shù)原理、 實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書、 操作演示。 工程產(chǎn)品包括各種傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、DDC、通訊接口、各類線材、上位機(jī)，以3D 技術(shù)逼真展現(xiàn)，使學(xué)生了解其元器件構(gòu)造、技術(shù)參數(shù)、工作原理、接線端口，其他以圖片、視頻、動畫、文本各種資源展現(xiàn)， 全部實(shí)現(xiàn)分類檢索。 虛擬實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目演示與操作模塊主要包括建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)配置、控制原理演示、通訊原理演示，接線、組態(tài)。 建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)配置利用素材資源庫元件構(gòu)建監(jiān)控系統(tǒng)， 組態(tài)實(shí)現(xiàn)各種監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)和控制流程編寫。 主要故障現(xiàn)象排除模塊展現(xiàn)各類監(jiān)控系統(tǒng)常見現(xiàn)象， 要求學(xué)生判斷故障源， 運(yùn)用資源中的元件替換故障源設(shè)備。 評價(jià)模塊主要根據(jù)廠家認(rèn)證工程師資格要求對應(yīng)知、 應(yīng)會兩塊內(nèi)容逐條考核。 傳感器、執(zhí)行器的安裝、接線、測控、檢修和維護(hù)；DDC 的安裝、接線、編程、調(diào)試、測控、檢修、維護(hù)、故障排查；使學(xué)生在評價(jià)模塊實(shí)訓(xùn)中掌握各系統(tǒng)的使用、調(diào)試、維護(hù)技術(shù)。

1.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

建筑設(shè)備監(jiān)控虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為上位機(jī)虛擬仿真軟件、下位機(jī)、通信接口。 虛擬仿真軟件模擬大樓內(nèi)部各種機(jī)電設(shè)備三維模型和場景， 通過通信接口，與下位機(jī)交換數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備各場景啟動、停止、控制。下位機(jī)為DDC 和各種傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言(virtual reality modeling language，VRML)是桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中最經(jīng)典、 最著名的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)[4]。開發(fā)工具采用Photoshop，AutoCAD，3DS MAX 等軟件結(jié)合VRP 平臺，可以在盡量保證場景真實(shí)性的前提下加速圖像幀的實(shí)時(shí)生成，完成實(shí)時(shí)漫游的功能。VRP內(nèi)嵌編程語言，進(jìn)行腳本編輯，控制各機(jī)電設(shè)備動作。接口模塊采用STC12C5A60S2 型號的單片機(jī)作為數(shù)據(jù)處理核心，包括電源電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和輸入輸出接口等[6]。 DDC 采用LonWorks 現(xiàn)場總線技術(shù)HW—BA5000 控制器， 將傳感器、 執(zhí)行機(jī)構(gòu)與DDC 控制器進(jìn)行模擬與數(shù)字信號的連接， 控制模式選用PID調(diào)節(jié)，將數(shù)據(jù)與上位機(jī)虛擬軟件通過通信接口交換。

2 虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)應(yīng)用

建筑設(shè)備監(jiān)控虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)可以實(shí)施的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目以智能照明控制系統(tǒng)為例， 說明智能照明實(shí)訓(xùn)的應(yīng)用情況。 DDC 可根據(jù)主控計(jì)算機(jī)發(fā)來的命令和數(shù)據(jù)或自帶的控制程序(EPROM)，再根據(jù)現(xiàn)場各種執(zhí)行器和傳感器反饋的數(shù)據(jù)和狀態(tài)對受控設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。LonMarke 編程主要步驟，工程調(diào)試配套程序安裝,導(dǎo)入資源文件， 拷貝節(jié)點(diǎn)程序注冊Plugin 插件程序， 組建LON 網(wǎng)，添加新的信道，添加路由器，保存建立的Lon網(wǎng)絡(luò)文件，關(guān)閉Visio 繪圖軟件。組態(tài)編程，編寫腳本程序和動作設(shè)置，以Forcecontrol6.1 系統(tǒng)組態(tài)軟件為工具來操作的。

3 總結(jié)

《建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)計(jì)劃與實(shí)施》系建筑智能化工程專業(yè)核心課程,在實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)引入虛擬技術(shù)，通過開發(fā)與應(yīng)用研究， 全面展示建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)和主要設(shè)備, 能逼真實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能, 完成建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的原理性實(shí)驗(yàn)教學(xué)與技能型操作訓(xùn)練;從而節(jié)約實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的資金投入，促進(jìn)校內(nèi)實(shí)訓(xùn)設(shè)備的建設(shè)與功能的完善； 培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新意識。