高職道橋?qū)I(yè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)研究與實(shí)踐

張俊娟 衛(wèi)少陽

摘?要：虛擬仿真實(shí)訓(xùn)作為一種創(chuàng)新的實(shí)訓(xùn)方式越來越受到高校的認(rèn)可。虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地已經(jīng)逐步在很多高校開始了建設(shè)，如何建設(shè)高質(zhì)量的實(shí)訓(xùn)基地是高校共同面對的問題。本文以隧道與橋梁工程虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心建設(shè)的全過程為例，從項(xiàng)目來源、建設(shè)基礎(chǔ)、建設(shè)思路、建設(shè)內(nèi)容等方面分析了虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)流程、應(yīng)注意的問題和發(fā)展方向，為相關(guān)院校進(jìn)行虛擬仿真基地建設(shè)提供了經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真實(shí)訓(xùn)；實(shí)訓(xùn)基地；建設(shè)思路；道橋?qū)I(yè)；橋隧工程

高職院校實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)高素質(zhì)技術(shù)技能人才的必備過程。但是由于條件的限制，有些實(shí)踐教學(xué)無法全面開展，以我校道路與橋梁工程技術(shù)專業(yè)的施工實(shí)訓(xùn)為例，由于橋梁、隧道工程等往往遠(yuǎn)離城市，而且由于施工安全管理等因素，學(xué)生現(xiàn)場實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)的機(jī)會很少。而校內(nèi)的實(shí)訓(xùn)基地由于場地等條件限制往往不能滿足所有的實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)逐漸運(yùn)用于各行各業(yè)，虛擬仿真技術(shù)具有三維沉浸、交互操作的優(yōu)點(diǎn)，把虛擬仿真技術(shù)用于實(shí)踐教學(xué)，建立虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地就可以很好地解決以上難題?；谔摂M仿真技術(shù)下的實(shí)訓(xùn)教學(xué)，其中的實(shí)驗(yàn)環(huán)境與設(shè)備都是虛擬的，能夠大大減少設(shè)備更新維護(hù)費(fèi)用與實(shí)訓(xùn)場地費(fèi)用。

目前，虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)已經(jīng)逐步在多所高校開始了建設(shè)，在建設(shè)過程中也面臨很多問題，比如如何確定建設(shè)內(nèi)容，如何建立硬件與軟件系統(tǒng)，如何開發(fā)實(shí)訓(xùn)教學(xué)項(xiàng)目等。本文擬以我校已經(jīng)建成隧道與橋梁工程虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心為例來論述一下如何解決這些問題。

一、虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)項(xiàng)目來源

本項(xiàng)目來源于陜西省《高等職業(yè)教育創(chuàng)新發(fā)展行動計(jì)劃（2015—2018年）》，其明確了“十三五”高等職業(yè)教育改革發(fā)展的主要目標(biāo)和時(shí)間表、路線圖，是我省推動高職教育創(chuàng)新發(fā)展的行動指南。我校根據(jù)項(xiàng)目指南申請的“隧道與橋梁工程虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心”獲得立項(xiàng)。

二、隧道與橋梁工程虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)基礎(chǔ)

楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院為全國首批陜西省首所國家級示范性高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院。隧道與橋梁工程虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心是為道路橋梁工程技術(shù)專業(yè)及專業(yè)群服務(wù)的實(shí)訓(xùn)中心。有以下建設(shè)基礎(chǔ)：

（一）專業(yè)基礎(chǔ)雄厚

道路橋梁工程技術(shù)專業(yè)是“國家示范性高等職業(yè)院校建設(shè)計(jì)劃項(xiàng)目”省級重點(diǎn)建設(shè)專業(yè)、教育部創(chuàng)新發(fā)展行動計(jì)劃骨干專業(yè)、陜西省“高等職業(yè)院校專業(yè)綜合改革試點(diǎn)專業(yè)”、陜西省一流建設(shè)專業(yè)，道路橋梁工程技術(shù)專業(yè)實(shí)訓(xùn)基地是財(cái)政部、教育部“中央支持的職業(yè)教育實(shí)訓(xùn)基地”。道路橋梁工程技術(shù)專業(yè)現(xiàn)有道橋設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)室、道路檢測實(shí)訓(xùn)室、無損檢測實(shí)訓(xùn)室等8個(gè)實(shí)訓(xùn)室，校外實(shí)習(xí)基地3個(gè)，與國有大中型施工企業(yè)建立密切合作的流動式實(shí)習(xí)基地15個(gè)，能夠基本滿足學(xué)生道路橋梁結(jié)構(gòu)認(rèn)識、道路勘測放線、施工生產(chǎn)等實(shí)習(xí)要求。

（二）積極投身社會服務(wù)、產(chǎn)學(xué)結(jié)合良好

道路與橋梁工程技術(shù)專業(yè)立足交通，面向社會，緊跟交通產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展形勢，以服務(wù)社會為宗旨，以培養(yǎng)教師隊(duì)伍、鍛煉學(xué)生實(shí)踐能力為目的，以技術(shù)服務(wù)為主導(dǎo)、業(yè)務(wù)培訓(xùn)為補(bǔ)充，依托學(xué)院人才集中的優(yōu)勢，廣泛開展多種社會服務(wù)，如完成了多次中鐵系統(tǒng)員工培訓(xùn)任務(wù)，連續(xù)多年為一帶一路發(fā)展中國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)研修班進(jìn)行培訓(xùn)，校企合作舉辦過多次訂單班。這些工作取得了顯著的社會效益。

（三）虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心硬件基礎(chǔ)完善

道路與橋梁工程技術(shù)專業(yè)有中央財(cái)政支持的職業(yè)教育實(shí)訓(xùn)基地，基地現(xiàn)在有實(shí)訓(xùn)機(jī)房4個(gè)，電腦160臺，可以為虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心提供硬件基礎(chǔ)。學(xué)校已經(jīng)建成了優(yōu)質(zhì)、高效的網(wǎng)絡(luò)寬帶，完全可以滿足虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)運(yùn)行需求。

三、隧道與橋梁工程虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)思路

本實(shí)訓(xùn)基地的建設(shè)目標(biāo)是：圍繞全國交通土建行業(yè)發(fā)展對技術(shù)技能人才的需求，依托楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院國家示范校優(yōu)勢，統(tǒng)籌學(xué)校和企業(yè)教育資源，建成特色鮮明、技術(shù)先進(jìn)，在陜西乃至西北地區(qū)具有示范作用的省級虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心。為了這一目標(biāo)，我們有以下思路。

（一）項(xiàng)目開始階段進(jìn)行認(rèn)真調(diào)研

為了達(dá)到建設(shè)目標(biāo)，我們做了認(rèn)真的調(diào)研工作。首先在已經(jīng)建設(shè)有隧道工程及橋梁工程仿真系統(tǒng)的同類院校進(jìn)行了調(diào)研，調(diào)研了他們的建設(shè)內(nèi)容和特色優(yōu)勢，了解了他們建設(shè)過程中遇到的困難及解決方法，并對參與建設(shè)的仿真軟件企業(yè)進(jìn)行了了解，獲得了很多有價(jià)值的信息。

接著我們赴施工企業(yè)進(jìn)行了調(diào)研，中鐵二十局集團(tuán)職業(yè)教育培訓(xùn)中心地處眉縣，是財(cái)政部和國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局批準(zhǔn)的國家安全生產(chǎn)應(yīng)急救援培訓(xùn)基地。在這里我們體驗(yàn)了隧道事故救援虛擬仿真項(xiàng)目，這一項(xiàng)目主要展示隧道內(nèi)可能出現(xiàn)的坍塌、涌水涌泥等事故，體驗(yàn)者帶上設(shè)備后猶如身臨其境，可以體驗(yàn)這些事故場景，也可進(jìn)行相應(yīng)事故處理，非常適合培訓(xùn)教學(xué)。這個(gè)調(diào)研啟發(fā)我們建設(shè)了事故體驗(yàn)虛擬仿真模塊，同時(shí)，基地的橋隧實(shí)體項(xiàng)目可以為我們的橋隧虛擬仿真原型提供參考。

在高校與企業(yè)調(diào)研的過程中我們通過多個(gè)渠道與仿真軟件制作企業(yè)進(jìn)行了聯(lián)系，多個(gè)企業(yè)來校進(jìn)行了展示，我們比較全面地掌握了企業(yè)的實(shí)力。為我們后期選取合作企業(yè)提供了參考。

（二）做好項(xiàng)目的整體規(guī)劃

本實(shí)訓(xùn)中心擬根據(jù)已建真實(shí)隧道、橋梁工程，以最新案例場景作為大環(huán)境，以案例工程施工過程單個(gè)節(jié)點(diǎn)為實(shí)訓(xùn)操作任務(wù)，以虛擬仿真形式，整體呈現(xiàn)隧道、橋梁施工過程所有知識要點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)任意漫游，人機(jī)互動的教學(xué)模式。擬建成圖紙識讀虛擬仿真系統(tǒng)、公路隧道與橋梁工程施工虛擬仿真系統(tǒng)、虛擬項(xiàng)目部與隧道漫游虛擬仿真系統(tǒng)、隧道事故VR仿真體驗(yàn)系統(tǒng)四大部分。

（三）需呈現(xiàn)真實(shí)施工場景

通過邀請企業(yè)專家開展技術(shù)指導(dǎo)，赴企業(yè)進(jìn)行交流、調(diào)研，形成詳細(xì)技術(shù)方案。確定隧道、橋梁施工原型，收集工程建設(shè)的各方面資料與數(shù)據(jù)，包括施工圖紙、項(xiàng)目部資料、各施工工藝的詳細(xì)步驟、各種規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)。組織專業(yè)教師及企業(yè)專家開發(fā)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目、編寫試題庫等實(shí)訓(xùn)資源。把建設(shè)方案及項(xiàng)目詳細(xì)數(shù)據(jù)資料提供給軟件公司，軟件公司利用仿真軟件動態(tài)模擬現(xiàn)場數(shù)據(jù)，真實(shí)還原山嶺公路隧道與橋梁工程建設(shè)現(xiàn)場，完成虛擬仿真系統(tǒng)開發(fā)。

（四）實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)應(yīng)功能齊全

實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)功能，學(xué)生可以第一視角在隧道周邊和隧道內(nèi)漫游，可學(xué)習(xí)隧道的組成及各結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)等相關(guān)知識?？舍槍κ┕み^程中的節(jié)點(diǎn)采用游戲通關(guān)的方式來進(jìn)行施工能力訓(xùn)練。學(xué)生訓(xùn)練結(jié)束后可在考試中心進(jìn)行考試，并記錄成績。

（五）做到產(chǎn)教融合

實(shí)訓(xùn)中心建成后不僅可完成我院道路橋梁工程技術(shù)專業(yè)及專業(yè)群學(xué)生隧道和橋梁施工課程的教學(xué)及實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)任務(wù)，還可承擔(dān)師生及周邊交通行業(yè)企業(yè)員工的業(yè)務(wù)培訓(xùn)、技能鑒定及職業(yè)資格證培訓(xùn)任務(wù)。

四、隧道與橋梁工程虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心建設(shè)內(nèi)容

（一）圖紙識讀模塊

識圖模塊主要包含空心板橋和T梁橋的橋面系、上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)三個(gè)部分。分為結(jié)構(gòu)展示模塊和鋼筋構(gòu)造模塊，結(jié)構(gòu)展示模塊主要展示結(jié)構(gòu)外形3D構(gòu)造，與施工圖相互配合顯示。鋼筋構(gòu)造模塊主要展示結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋3D構(gòu)造，與施工圖相互配合顯示。

（二）隧道與橋梁工程仿真施工模塊

施工仿真施工模塊包括橋梁工程施工，隧道工程施工，測量工程，路橋檢測等模塊的仿真學(xué)習(xí)模式、教學(xué)模式、考評模式。

軟件界面左上角工具欄為主要功能區(qū)，具備工具箱，資料庫、語音、視頻庫的功能，提供仿真項(xiàng)目實(shí)施時(shí)所需要的材料、工具、施工方案、圖紙、各種記錄和視頻等其他資料。

仿真模式、教學(xué)模式、考評模式操作事項(xiàng)如下：

（1）仿真模式下，有語音提示，且需根據(jù)提示獲取工具，點(diǎn)擊可進(jìn)入下一步操作，需按照工序操作，不可隨意跳轉(zhuǎn)。

（2）教學(xué)模式下，有語音提示，無須獲取工具，點(diǎn)擊即可進(jìn)入下一步操作工序，且可隨意跳轉(zhuǎn)。

（3）考評模式下，無語音提示，需正確獲得工具，點(diǎn)擊即可進(jìn)入下一步操作，需按工序操作，不可隨意跳轉(zhuǎn)。設(shè)有題庫來測試對內(nèi)容的掌握程度，達(dá)到加深記憶的目的?？筛鶕?jù)自己的學(xué)習(xí)計(jì)劃內(nèi)容，自由導(dǎo)入或?qū)С鲑Y料。

（三）虛擬項(xiàng)目部與隧道漫游模塊

主要包括隧道洞口漫游、隧道內(nèi)部漫游、拌和站漫游、鋼筋加工廠漫游、項(xiàng)目部漫游等模塊。本軟件統(tǒng)一運(yùn)用了手動漫游系統(tǒng)，可以讓使用者在相對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)中更清楚地了解到各部分的構(gòu)造。為了使操作的過程更明了地呈現(xiàn)出來，特意添加了動畫展示的視角，當(dāng)前期獲取完資料以后進(jìn)入動畫節(jié)點(diǎn)的展示時(shí)，可以按下鍵盤“R”的動畫視角鍵位來切換成動畫展示模式。

（四）隧道事故仿真體驗(yàn)?zāi)K

隧道事故仿真體驗(yàn)系統(tǒng)主要是以三維的方式模擬隧道洞口仰坡坍塌、洞頂塌方、突水突泥、機(jī)械傷害等場景。并實(shí)現(xiàn)事故現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，模擬在現(xiàn)場看到事故、有人受傷等場景，同時(shí)系統(tǒng)需帶有逼真的隧道外工地三維場景，可以實(shí)現(xiàn)對工地的三維查看和漫游。

隧道事故仿真體驗(yàn)系統(tǒng)能夠使體驗(yàn)者身臨其境地感受實(shí)際生活中難以體驗(yàn)的場景。多感知性、交互性、真實(shí)性能夠給予體驗(yàn)者深刻的印象，強(qiáng)化體驗(yàn)者對隧道施工中安全事故的感性認(rèn)識，從而有效避免隧道施工中事故的發(fā)生。

（五）實(shí)訓(xùn)中心運(yùn)行制度建設(shè)及保障條件建設(shè)

1.實(shí)訓(xùn)中心管理制度建設(shè)及運(yùn)行模式創(chuàng)新

根據(jù)學(xué)校實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室管理制度結(jié)合仿真實(shí)訓(xùn)室實(shí)際情況，創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)中心管理制度以應(yīng)用模式建設(shè)。使其不僅能適應(yīng)校內(nèi)實(shí)訓(xùn)，而且能滿足校外培訓(xùn)、技能鑒定、職業(yè)資格考試的需要。

2.項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)培訓(xùn)

提升教學(xué)團(tuán)隊(duì)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)開發(fā)能力，保障系統(tǒng)持續(xù)更新，提高平臺建設(shè)水平。專職教師及實(shí)訓(xùn)室專職人員配置合理。

3.虛擬仿真系統(tǒng)運(yùn)行配套教學(xué)文件編制

包括實(shí)訓(xùn)任務(wù)書、指導(dǎo)書、實(shí)訓(xùn)報(bào)告、實(shí)訓(xùn)考核、對外培訓(xùn)、技能鑒定等相關(guān)教學(xué)文件的編制工作。

五、應(yīng)用效果

虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心建成以來，我們重新對實(shí)訓(xùn)進(jìn)行了優(yōu)化，把校內(nèi)外真實(shí)實(shí)訓(xùn)基地與虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心結(jié)合起來進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，開發(fā)了多項(xiàng)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，如橋梁工程施工課堂實(shí)訓(xùn)、隧道工程施工課堂實(shí)訓(xùn)、道橋工程認(rèn)識實(shí)習(xí)、道橋工程識圖實(shí)訓(xùn)、施工安全實(shí)訓(xùn)等。實(shí)訓(xùn)中心還承擔(dān)了楊凌農(nóng)業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)示范區(qū)承辦的一帶一路發(fā)展中國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)研修班的部分培訓(xùn)任務(wù)。實(shí)踐證明，虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心提供了多項(xiàng)真實(shí)實(shí)訓(xùn)無法進(jìn)行的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，虛實(shí)結(jié)合、功能完善、效果良好。

結(jié)語

本文總結(jié)了隧道與橋梁工程虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心的建設(shè)全過程，從建設(shè)基礎(chǔ)、建設(shè)思路、建設(shè)內(nèi)容、使用效果等方面總結(jié)了我校的建設(shè)特點(diǎn)，為相關(guān)院校提供了虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心建設(shè)的參考。后期計(jì)劃充分運(yùn)用學(xué)校已有資源如在線開放課程、題庫等，做好虛擬仿真平臺資料的完善工作，并且積極開展對外服務(wù)，發(fā)揮好職業(yè)院校社會服務(wù)職能。

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基金項(xiàng)目：楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院2019年教改研究基金項(xiàng)目：隧道與橋梁工程虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心在教學(xué)中的應(yīng)用研究（項(xiàng)目編號：GJ19026）

作者簡介：張俊娟（1979—?），女，陜西鳳翔人，碩士研究生，副教授，研究方向：隧道工程、橋梁工程的教學(xué)及科研。