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实验方法与步骤要求

（1）实验方法描述

本实验教学项目基于“古建筑设计”课程，共计3个实验学时，第1个学时为预习准备阶段，学生先对仿真系统进行熟悉和操作练习，然后在虚拟仿真环境下预习南方四角攒尖亭各构件的形态和空间关系，并进行在经典园林案例中的漫游体验。第2个学时为实验考核阶段，由学生独立进行南方四角攒尖亭的虚拟建造，建造完成后系统将自动进行操作评判。第3个学时为反馈讨论阶段，老师组织学生进行课堂讨论和实验反思，并指导学生完成实验报告。

通过三维仿真技术，虚拟再现南方四角攒尖亭的建造施工场景，学生可在此场景中进行交互性操作11步。

实验流程如下（见图9）：

图9 实验流程图

（2）交互性操作步骤说明

本实验项目学生交互操作步骤共11步。

学生或访客访问浙江农林大学开放式虚拟仿真实验教学管理平台网站，进入实验操作界面。实验分为“基础认知”、“虚拟建造”、“案例学习”三个模块（图10）。

图10 模块选择界面

“虚拟建造”模块模拟了南方四角攒尖亭建造的全过程，学生进入该模块后，有多种场地类型可供学生选择，以“城市公园”为例，须阅读“实验介绍”，明确“实验任务”、“场地条件”、“实验步骤”和“操作说明”（图11）。

图11 虚拟建造实验任务书

具体操作步骤如下：

步骤1：建筑选址

1）涉及实验原理&知识点：

园林建筑的选址知识点。

2）教学要素：

该交互性操作旨在让学生了解场地的地质、交通、景观环境等的不同会对南方四角攒尖亭选址产生的影响。

3）操作方法：

对所展示的基地平面图进行观察，分析基地的地质、周边的道路情况和景观环境，判断合适的建造点，操作鼠标移动光标到所选择的地点，左键点击确认，然后点击“前往”按钮，到达选址地点。不同的建造点因其所处位置的地质、交通、景观环境等的不同而具有不同评判分值，学生进行选择的同时，系统将依据学生的操作进行计分（图12）。

图12 选择建造点

步骤2：场地定位放线

1）涉及实验原理&知识点：

地基处理原理&小型建筑的地基处理与基础设计知识点。

2）教学要素：

该交互性操作旨在让学生掌握建筑场地定位放线的方式，熟悉基本工具的使用方法。

3）操作方法：

到达所选建造点后，从左侧工具栏中选择工具进行地基处理（图13）。首先将全站仪放置在三脚架上，配合棱镜使用，确定具体建设场地定位，要求场地与水域、道路、树木的间距符合规范要求；然后用铲车对场地进行平整，去除杂草、浮土，形成建设施工的工作面，工作面高度依据设计标高确定；最后继续使用三脚架，全站仪和棱镜进行基坑放线。

图13场地定位放线

步骤3：地基处理

1）涉及实验原理&知识点：

地基处理原理&小型建筑的地基处理与基础设计知识点。

2）教学要素：

该交互性操作旨在让学生掌握应对不同地质条件的地基开挖、换填、加固的方式。

3）操作方法：

确定放线后，用压桩机（或打桩机）把桩压进土层里，要求桩顶部位于场地表面以下30-40厘米；然后用挖掘机在放线范围内进行挖掘，挖掘深度要求50厘米左右，桩顶部露出基底土层10-20厘米；然后施工人员下到基底对基坑进行清理；清理完毕后，在基底放置钢筋、支模板，浇筑柱下钢筋混凝土独立基础和筏板，要求混凝土浇至设计标高处（图14-17）。

学生操作过程中系统会弹出对话框与学生互动，以选择题、填空题等方式考查学生对相关知识点的掌握情况（图18）。

图14铲车进行场地平整

图15 挖掘机进行基坑开挖

图16 打桩机进行打桩

图17 放钢筋、支模板、浇筑混凝土

图18 思考题

步骤4：基础测试与调整

1）涉及实验原理&知识点：

地基处理原理&小型建筑的地基处理与基础设计知识点。

2）教学要素：

该交互性操作旨在让学生掌握基础达到稳定性的各项指标要求。

3）操作方法：

基础施工完毕后，点击“测试”按钮检测基础的稳定性。如此前基础施工顺序、基坑开挖深度、长短桩所处的位置深度有任何一项不符合指标要求，都会引发基础的不均匀沉降，此时会以动画形式呈现不均匀沉降的后果。如发生沉降，学生须返回步骤3，调整基础施工顺序、基坑开挖深度、长短桩所处的位置深度，直至稳定性测试通过（图19）。

图19基础测试与调整

步骤5：台基建造

1）涉及实验原理&知识点：

构造模数原理&南方四角攒尖亭台基建造施工知识点。

2）教学要素：

该交互性操作旨在让学生掌握南方四角攒尖亭台基部分各构件的正确搭建顺序和搭接方式。

3）操作方法：

基础处理完成后，学生点击右侧工具栏下的“搭建视点”按钮，进入台基部分建造。须从下方构件栏中选择相应构件，并从右侧工具栏选择适合工具，按顺序进行模拟搭建（图20-23）。正确的搭建操作顺序为：砌筑侧塘石——填房心土并夯实——铺阶沿石——安放磉石——砌副阶沿石（台阶）——砌菱角石——铺地砖——安放鼓磴。其中阶沿石采用包头法搭接，鼓磴上表面用石工凿开出槽口，用以连接上方立柱。

学生操作过程中系统会弹出对话框与学生互动，以选择题、填空题等方式考查学生对相关知识点的掌握情况（图23）。

图20砌筑侧塘石

图21转角阶沿石

图22砌筑阶沿石

图23台基建造完成

步骤6：屋身骨架建造

1）涉及实验原理&知识点：

构造模数原理、嫩戗发戗木骨法原理、榫卯结构原理&南方四角攒尖亭屋身骨架建造施工知识点。

2）教学要素：

该交互性操作旨在让学生掌握南方四角攒尖亭屋身骨架部分各构件的正确搭建顺序和搭接方式。

3）操作方法：

完成台基部分建造后，学生进入木架部分的建造。须从下方构件栏中选择相应构件，并从右侧工具栏选择适合工具，按顺序进行模拟搭建（图24-29）。正确的搭建操作顺序为：选择木材（选择题）——立柱——开凿榫槽——架设拍口枋——安放檐桁（敲交做法）——安放下搭角梁——立童柱——安放上搭角梁（敲交做法）——悬吊灯心木——安放老戗、戗尾插入灯芯木中——老戗戗头附近插入嫩戗——老戗和嫩戗所成夹角之间安放菱角木、箴木、扁担木——插入千金销、孩儿木——在老戗上方加设糙戗。构件与构件之间的连接方式是使用木工凿分别开出槽口，然后进行榫头连接。

图24木材选择

图25立柱开槽

图26架设拍口枋

图27搭建搭角梁

图28安装老戗

图29安装嫩戗及附属构件

步骤7：屋面骨架建造

1）涉及实验原理&知识点：

构造模数原理、屋面提栈原理、榫卯结构原理&南方四角攒尖亭屋面骨架建造施工知识点。

2）教学要素：

该交互性操作旨在让学生掌握南方四角攒尖亭屋面骨架部分各构件的正确搭建顺序和搭接方式。

3）操作方法：

学生从构件栏内选择相应构件，按顺序依次搭建（图30-33）。正确的搭建操作顺序为：铺设正身部分出檐椽——在翼角部分安放戗山木——在戗山木上放置摔网椽——在上搭角梁与糙戗之间安放糙椽——在出檐椽上安装直里口木——在摔网椽上安装弯里口木。构件与构件之间的连接方式是使用木工凿分别开出槽口，然后进行榫头连接。

学生操作过程中系统会弹出对话框与学生互动，以选择题、填空题等方式考查学生对相关知识点的掌握情况。

图30铺椽子

图31 铺戗山木

图32 铺摔网椽

图33 铺里口木

步骤8：屋面基层建造

1）涉及实验原理&知识点：

构造模数原理、榫卯结构原理&南方四角攒尖亭屋面基层建造施工知识点。

2）教学要素：

该交互性操作旨在让学生掌握南方四角攒尖亭屋面基层部分各构件的正确搭建顺序和搭接方式。

3）操作方法：

学生从构件栏内选择相应构件，按顺序依次搭建（图34-36）。正确的搭建操作顺序为：在出檐椽上铺望砖、摔网椽上铺望板——在直里口木上安放直挺飞椽——在弯里口木上安放立脚飞椽——在飞椽端头安装眠檐——在眠檐上安装遮檐板——在翼角部位安装卷戗板。构件与构件之间的连接方式是使用木工凿分别开出槽口，然后进行榫头连接。