鋼結(jié)構(gòu)施工仿真實訓(xùn)對學(xué)生實踐能力培養(yǎng)的實現(xiàn)

戶淑莉，李 猛，蘇堪華(.重慶機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶40760；.重慶科技學(xué)院，重慶 4033)

0 引言

近年來，仿真技術(shù)已廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造、交通運輸、消防安全等多個領(lǐng)域，對教育領(lǐng)域的發(fā)展也起到了促進作用。仿真技術(shù)可以把實驗或?qū)嵱?xùn)設(shè)備、實訓(xùn)內(nèi)容、教師指導(dǎo)和學(xué)生操作有機地融合為一體，可在短時間內(nèi)根據(jù)需要建立模擬實驗室或?qū)嵱?xùn)場地[1-2]。

對于鋼結(jié)構(gòu)施工教學(xué)，由于施工現(xiàn)場實習(xí)過程中多數(shù)學(xué)生只能觀摩不可操作，導(dǎo)致學(xué)生對鋼結(jié)構(gòu)施工工藝流程理解不夠透徹，難以保證實習(xí)質(zhì)量[3]。因此，為了培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的應(yīng)用型人才，需要構(gòu)建室內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)施工仿真實訓(xùn)平臺。該平臺可利用模擬設(shè)備和計算機仿真技術(shù)，進行鋼結(jié)構(gòu)施工工藝流程操作模擬訓(xùn)練，讓學(xué)生親身經(jīng)歷鋼結(jié)構(gòu)施工全過程，整個操作流程與現(xiàn)場工藝流程一致，可提高學(xué)生的工程實踐能力，利于培養(yǎng)應(yīng)用型人才[4]。

1 仿真技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)施工實訓(xùn)教學(xué)中的必要性

為了使高校培養(yǎng)的畢業(yè)生與企業(yè)的需求無縫對接，必須在加強理論基礎(chǔ)教育的同時，應(yīng)加大現(xiàn)場實訓(xùn)力度，且整個實訓(xùn)過程要做到人人參與，并要求工藝流程與現(xiàn)場企業(yè)的實際操作一致[5]。但目前高校的學(xué)生在現(xiàn)場實訓(xùn)操作過程和操作參與度方面均未達到上述要求，主要原因有以下幾點：

1.1 鋼結(jié)構(gòu)施工課程知識涉及面廣，現(xiàn)場施工實訓(xùn)難度大。鋼結(jié)構(gòu)施工課程涉及建筑工程、交通工程、水利工程等施工機械、施工工藝，許多現(xiàn)場施工流程只可觀察外表，對于內(nèi)部具體流程，學(xué)生只能在教師講解的基礎(chǔ)上想象，只可窺其一斑，理解有一定難度。

1.2 鋼結(jié)構(gòu)施工教材無法與時俱進，更新速度慢。在科技迅速發(fā)展的今天，鋼結(jié)構(gòu)施工行業(yè)也發(fā)展迅速，新技術(shù)、新工藝、新方法日新月異，受制于人力、物力、財力，高校教材內(nèi)容更新相對滯后。

1.3 鋼結(jié)構(gòu)施工實訓(xùn)技能多樣性，勞動強度大。鋼結(jié)構(gòu)施工包含多種施工工藝，每種施工工藝又包括不同的操作流程，并不是簡單的重復(fù)性操作，且由于鋼結(jié)構(gòu)施工設(shè)備全部為重型機械，即便在自動化程度較高的今天，現(xiàn)場鋼結(jié)構(gòu)施工操作勞動強度依然很大。

1.4 施工現(xiàn)場各模塊環(huán)環(huán)相扣，學(xué)生參與連續(xù)性差。鋼結(jié)構(gòu)施工時間普遍較長，但高校學(xué)生實踐教學(xué)時間較為緊湊，另外，實訓(xùn)設(shè)備數(shù)量有限，不能保證人人參與，難以保證鋼結(jié)構(gòu)施工課程的實踐教學(xué)質(zhì)量。

為有效地解決鋼結(jié)構(gòu)施工實訓(xùn)過程中存在的諸多問題，高校可將仿真技術(shù)引入到鋼結(jié)構(gòu)施工實驗實訓(xùn)教學(xué)中，構(gòu)建虛擬仿真實訓(xùn)平臺，使其成為傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)施工實踐教學(xué)手段的有效補充，對激發(fā)學(xué)生的工程興趣、培養(yǎng)學(xué)生的動手技能、提高學(xué)生的綜合專業(yè)技能和創(chuàng)新能力具有重要意義。

2 鋼結(jié)構(gòu)施工仿真實訓(xùn)平臺設(shè)計

針對上述鋼結(jié)構(gòu)施工實訓(xùn)教學(xué)中存在的問題，運用現(xiàn)代科學(xué)的思想、方法、技術(shù)、手段，結(jié)合系統(tǒng)論、信息論、控制論、協(xié)同論、突變論等科學(xué)方法及最新的計算機可視化信息技術(shù)的集成方法，鋼結(jié)構(gòu)施工仿真實訓(xùn)平臺應(yīng)運而生。

2.1 鋼結(jié)構(gòu)施工實訓(xùn)平臺的組成

鋼結(jié)構(gòu)施工仿真實訓(xùn)平臺將計算機、網(wǎng)絡(luò)、施工設(shè)備、虛擬施工環(huán)境有機地融合為一體。整個鋼結(jié)構(gòu)仿真實訓(xùn)平臺由測量放線、地基與基礎(chǔ)、主體結(jié)構(gòu)、裝飾與裝修、屋面工程五個模塊組成。該平臺含有由研究院所提供的真實圖紙、技術(shù)資料和各種施工記錄等，與實際鋼結(jié)構(gòu)施工項目符合。具體包括：

2.1.1 施工現(xiàn)場、施工工藝及施工管理等真三維模型；

2.1.2 符合國家、地方規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的全部CAD圖紙、施工方案、安全技術(shù)交底、交接檢查記錄、檢驗批記錄、隱蔽工程檢查記錄單等資料庫；

2.1.3 鋼結(jié)構(gòu)施工過程中用到的材料、設(shè)備和工具；

2.1.4 根據(jù)特有熱點能夠?qū)崿F(xiàn)快速跳轉(zhuǎn)的漫游地圖。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)施工實訓(xùn)平臺的功能

為實現(xiàn)高校畢業(yè)生與一線企業(yè)單位的無縫對接，鋼結(jié)構(gòu)施工實訓(xùn)平臺主要有實訓(xùn)、教學(xué)、考評等多種用途。結(jié)合現(xiàn)場施工工藝，軟件與硬件相結(jié)合可以實現(xiàn)以下功能：

2.2.1 學(xué)生在鋼結(jié)構(gòu)施工仿真平臺中可選取任務(wù)或自行設(shè)置任務(wù)，然后根據(jù)任務(wù)將課堂理論知識與現(xiàn)場操作技能整合，模擬操作完成任務(wù)；在施工操作過程中，學(xué)生能夠?qū)W習(xí)當(dāng)前最新的鋼結(jié)構(gòu)施工工藝技術(shù)，熟悉操作流程，提升學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力；

2.2.2 教師可將理論教學(xué)與實踐教學(xué)以真三維動畫(如圖1)的形式呈現(xiàn)，該平臺在豐富教學(xué)資源的同時，也提升了教學(xué)效果；也可為教師在數(shù)字教學(xué)與實踐教學(xué)融合一體化研究方面，提供一個有力的教學(xué)研究平臺，能夠提升教師的教學(xué)能力，改善教師的教學(xué)方法。

3 鋼結(jié)構(gòu)施工仿真實訓(xùn)提高學(xué)生實踐能力的途徑

鋼結(jié)構(gòu)施工實訓(xùn)平臺具備沉浸性、交互性和構(gòu)想性等特征，能夠利用數(shù)字虛擬技術(shù)提供傳統(tǒng)實訓(xùn)教學(xué)無法提供的實訓(xùn)學(xué)習(xí)環(huán)境，可通過以下方法提高學(xué)生的鋼結(jié)構(gòu)施工實踐能力。

3.1 鋼結(jié)構(gòu)施工仿真實訓(xùn)平臺環(huán)境的開放性

圖1 鋼結(jié)構(gòu)實訓(xùn)平臺三維動畫

鋼結(jié)構(gòu)施工仿真實訓(xùn)平臺存儲了大量的虛擬施工實訓(xùn)設(shè)備、主體結(jié)構(gòu)、施工環(huán)境、施工工藝、施工指導(dǎo)、施工糾錯等相關(guān)資料，學(xué)生既能按照設(shè)計操作鋼結(jié)構(gòu)施工，又能“穿越”設(shè)備內(nèi)部，觀察設(shè)備的運轉(zhuǎn)機理和施工流程原理；該平臺可以將傳統(tǒng)施工實訓(xùn)幾天甚至幾十天才能得到的實訓(xùn)結(jié)果，在幾十秒內(nèi)呈現(xiàn)在學(xué)生面前，大大提高了鋼結(jié)構(gòu)施工實訓(xùn)效率。

3.2 鋼結(jié)構(gòu)施工仿真實訓(xùn)平臺環(huán)境的交互性

學(xué)生依靠仿真技術(shù)不僅能夠?qū)ΜF(xiàn)場資料進行數(shù)字化處理，按照需求渲染鋼結(jié)構(gòu)施工對象(如道路、橋梁、環(huán)境等)，還可以“穿越”鋼結(jié)構(gòu)施工項目中，觀察該項目模型的內(nèi)在配置情況，查看內(nèi)在建設(shè)是否存在工藝或質(zhì)量等問題。此外，學(xué)生還可通過仿真技術(shù)，實時觀察設(shè)計過程中各個結(jié)構(gòu)部件的位置與整體結(jié)構(gòu)的關(guān)系，讓學(xué)生能夠更加清晰地認(rèn)識整個鋼結(jié)構(gòu)施工項目，實現(xiàn)全局掌控整個項目的目標(biāo)。

3.3 鋼結(jié)構(gòu)施工仿真實訓(xùn)平臺的安全性

傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)施工實訓(xùn)施工工藝繁多、重型設(shè)備多樣、人員流動隨機性大，導(dǎo)致安全隱患較多。鋼結(jié)構(gòu)施工仿真實訓(xùn)平臺將施工設(shè)備、施工環(huán)境、施工工藝、施工材料等以數(shù)據(jù)的形式融合為一體，學(xué)生可按照項目要求通過計算機將現(xiàn)場設(shè)備操作、施工工藝布置、結(jié)構(gòu)配合等進行真三維可視化，不僅安全性提高，而且不會因?qū)W生的操作不當(dāng)而損壞“施工設(shè)備”，對學(xué)生掌握固井工藝大有裨益。

4 結(jié)語

構(gòu)建鋼結(jié)構(gòu)施工仿真實訓(xùn)平臺，開展鋼結(jié)構(gòu)施工實訓(xùn)教學(xué)，對促進結(jié)構(gòu)工程學(xué)科建設(shè)，提高鋼結(jié)構(gòu)施工實訓(xùn)教學(xué)效果具有積極作用。該實訓(xùn)平臺的建立，有助于鋼結(jié)構(gòu)施工知識的更新升級，突破了空間與施工現(xiàn)場條件的限制，便于學(xué)生自主設(shè)計、主動學(xué)習(xí)；該平臺將施工理論基礎(chǔ)教學(xué)與施工實際操作密切聯(lián)系，可提高學(xué)生的實踐操作能力，利于培養(yǎng)創(chuàng)新性應(yīng)用型人才。

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