市政道橋工程仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)思考

趙蕊，張遠(yuǎn)兵，朱永祥

（1.安徽科技學(xué)院建筑學(xué)院，安徽 鳳陽 233100；2.滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，土木工程系，安徽 滁州 239000）

0 前言

市政路橋項(xiàng)目是國家基礎(chǔ)設(shè)施重要組成部分，高質(zhì)量市政路橋建設(shè)工程能夠促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、增強(qiáng)綜合國力、提升政府形象。近年我國道橋等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)質(zhì)量水平不斷上升，在國際上享有較好聲譽(yù)，港珠澳大橋等工程已成為“國家名片”。

市政路橋工程項(xiàng)目的涉及面寬、工作量大、制約性強(qiáng)，其施工對(duì)技術(shù)、質(zhì)量、材料、計(jì)劃、安全及項(xiàng)目管理等提出了嚴(yán)格要求。為保持國家市政路橋建設(shè)質(zhì)量及國際領(lǐng)先地位，構(gòu)建市政道橋工程理論與實(shí)踐一體化仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，加強(qiáng)市政路橋?qū)I(yè)人才培養(yǎng)勢(shì)在必行。

1 市政道橋工程建設(shè)形勢(shì)與問題

1.1 市政道橋工程建設(shè)形勢(shì)

從全球范圍看，市政路橋工程建設(shè)面臨著良好形勢(shì)。據(jù)亞洲開發(fā)銀行研究報(bào)告，2010～2020年亞洲交通基礎(chǔ)設(shè)施投入累計(jì)約8萬億美元，其中68%為新項(xiàng)目，32%為更新維護(hù)項(xiàng)目[1]。

自國務(wù)院2014年發(fā)布《國家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃（2014～2020年）》以來，我國城鎮(zhèn)化水平不斷增長，城市綜合實(shí)力明顯提高。其中，公共交通設(shè)施持續(xù)完善，在政府公共財(cái)政持續(xù)支持下，城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模保持穩(wěn)定增長態(tài)勢(shì)，最近幾年城市市政公用設(shè)施固定資產(chǎn)投資額穩(wěn)定在1.6～1.7萬億左右[2]。

根據(jù)國家《“十三五”現(xiàn)代綜合交通運(yùn)輸體系發(fā)展規(guī)劃》，“十三五”期間將進(jìn)一步完善高速公路網(wǎng)絡(luò)，到2020年公路通車?yán)锍淘黾又?00萬km，高速公路建成里程將達(dá)15萬km?？梢姟笆濉逼陂g仍是交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施集中建設(shè)、擴(kuò)大規(guī)模的重要階段，同時(shí)是優(yōu)化結(jié)構(gòu)、建立綜合交通運(yùn)輸體系的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，公路、市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)行業(yè)需求仍持續(xù)增長。

數(shù)據(jù)顯示，2017年全國完成鐵路公路水路固定資產(chǎn)投資31,151.16億元，較上年增長11.6%。完成公路建設(shè)投資21,253.33億元，較上年增長18.2%。其中高速公路建設(shè)投資9,257.86億元，增長12.4%。普通國省道建設(shè)投資7,264.14億元，增長19.5%。

圖1 2013-2017國內(nèi)生產(chǎn)總值與公路建設(shè)投資總額及增長率情況統(tǒng)計(jì)圖

目前我國已形成全球規(guī)模最大的軌道交通建設(shè)市場(chǎng)。截止2015年底，全國共有36座城市獲準(zhǔn)修建城市軌道交通線路，運(yùn)營地鐵城市達(dá)20多座，運(yùn)營里程達(dá)3000km，未來10年間城市軌道交通運(yùn)輸及設(shè)備制造市場(chǎng)前景極為廣闊。

2018年6月江西省新余市為實(shí)現(xiàn)2020年更暢通、更安全、更舒適、更美麗、更富民“四好農(nóng)村路”目標(biāo)，更好服務(wù)“新宜吉六縣區(qū)跨行政區(qū)轉(zhuǎn)型發(fā)展試驗(yàn)區(qū)”建設(shè),確定交通公路建設(shè)項(xiàng)目19個(gè)，計(jì)劃投資60.46億元形成綜合交通運(yùn)輸體系[4]。

由于市政路橋建設(shè)項(xiàng)目發(fā)展，國內(nèi)外工程項(xiàng)目建設(shè)要求越來越高。2018年7月“首都之窗”介紹了北京城市副中心將引入智慧道路建設(shè)項(xiàng)目，在周邊道路上實(shí)現(xiàn)情報(bào)板信息化服務(wù)升級(jí)[3]。2018年11月中國市政工程協(xié)會(huì)施工專業(yè)委員會(huì)介紹，目前國內(nèi)市政工程項(xiàng)目建設(shè)正“結(jié)合城市發(fā)展、對(duì)標(biāo)先進(jìn)”。

1.2 市政道橋工程建設(shè)問題

1.2.1 設(shè)計(jì)方案問題

設(shè)計(jì)方案和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)道橋建設(shè)有直接影響，對(duì)交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)具有關(guān)鍵作用。為保障道橋工程質(zhì)量及安全，實(shí)現(xiàn)預(yù)期效果，道橋工程建設(shè)應(yīng)謹(jǐn)慎選擇設(shè)計(jì)方案，應(yīng)堅(jiān)持因地制宜、實(shí)事求是原則，選擇最佳方案。道橋設(shè)計(jì)要詳細(xì)勘察地基，確定不均勻沉降區(qū)域，對(duì)施工車輛要提出載重量要求，防止過度碾壓產(chǎn)生裂縫。

道橋設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與方案應(yīng)兼顧美觀性。隨著道橋建設(shè)技術(shù)發(fā)展，公眾和投資方明顯提高了工程審美要求。為保證工程質(zhì)量，提升經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益，應(yīng)對(duì)道橋美觀性設(shè)計(jì)提高要求，使其與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)[5]。

1.2.2 材料質(zhì)量問題

為保障道橋質(zhì)量，必須管控使用設(shè)備及材料質(zhì)量。道橋設(shè)計(jì)應(yīng)將質(zhì)量、材料、耐久性及美觀性等作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)之一。路橋工程的材料選擇是極其重要，如果材料質(zhì)量有問題，那么路橋工程質(zhì)量就不會(huì)有保障，會(huì)給路橋通行帶來隱患，影響城市發(fā)展。嚴(yán)控道橋施工材料，確保材料質(zhì)量合格、施工規(guī)范及結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)，才能保證長久安全。不合格的水泥、不合理的混凝土配比等都是道橋耐久性差的重要原因。

目前因施工材料采購驗(yàn)收制度不完善，管理不到位，少數(shù)路橋項(xiàng)目材料質(zhì)量不達(dá)標(biāo)。部分路橋工程在采購材料時(shí)，不僅沒有完善的驗(yàn)收制度，對(duì)材料質(zhì)量未進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)。個(gè)別單位采購材料時(shí)甚至只看價(jià)格、不看質(zhì)量，施工材料不達(dá)標(biāo)。

1.2.3 路面條件問題

路橋工程要求路面平整、順暢，如路面壓實(shí)施工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，就可能發(fā)生開裂或蜂窩麻面現(xiàn)象。路橋施工如采用振動(dòng)式壓路機(jī)設(shè)備對(duì)路基路面壓實(shí)處理，路基路面土體與碾壓面之間密實(shí)度將更高，能夠?qū)⑵渲兴諝夂退峙懦?，獲得較好的壓實(shí)效果[6]。

路橋施工中常遇到軟土地基，其透水性與承載力較差，會(huì)影響后期建設(shè)安全可靠性，甚至引發(fā)安全問題，使工程質(zhì)量打折扣。

1.2.4 項(xiàng)目管理問題

路橋工程施工管理意識(shí)是非常重要。如果工程負(fù)責(zé)人員的管理意識(shí)不到位，那么項(xiàng)目運(yùn)行很可能會(huì)出現(xiàn)問題，影響進(jìn)度、質(zhì)量和效益。管理意識(shí)缺失在路橋施工中較為常見，不僅表現(xiàn)在基層施工人員個(gè)體行為中，而且體現(xiàn)在群體行為上。路橋施工單位應(yīng)提升管理意識(shí)，培養(yǎng)管理人才，使工程質(zhì)量得到保障[7]。

路橋工程施工管理中，“溝通不暢”現(xiàn)象較為常見。項(xiàng)目經(jīng)理向各技術(shù)部門發(fā)出進(jìn)度與質(zhì)量等指令后，不同部門之間抄送文件，如有理解偏差、時(shí)間延誤等現(xiàn)象，就會(huì)使指導(dǎo)失誤。建立綜合管理系統(tǒng)成為市政路橋工程施工關(guān)鍵，把項(xiàng)目管理各方面有機(jī)結(jié)合起來，從而做到優(yōu)化管理[8]。

1.2.5 施工技術(shù)問題

鑒于有些路橋存在“鋪裝層脫落、橋梁裂縫、鋼筋銹蝕”等現(xiàn)象，建設(shè)單位要在施工之前加強(qiáng)調(diào)研、精準(zhǔn)預(yù)測(cè)相關(guān)問題，在施工中嚴(yán)格把控每個(gè)細(xì)節(jié)，確保工程應(yīng)用可靠性與運(yùn)行過程安全性。

路橋施工中的混凝土制備、澆筑、振搗尤為重要，用料配比、機(jī)具選、填充方法均會(huì)影響工程質(zhì)量，任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)紕漏，都會(huì)引發(fā)裂縫等問題。鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)要求較高，施工方如放松要求，就會(huì)導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)安裝、焊接質(zhì)量不理想，使得構(gòu)件驗(yàn)收要求不達(dá)標(biāo)[9]。

在路橋施工中，鋪裝層所占比重不大，但卻影響工程項(xiàng)目運(yùn)行與使用效果。部分單位只關(guān)注表面質(zhì)量，未嚴(yán)格依循工序開展，加上缺乏科學(xué)維護(hù)，必然導(dǎo)致鋪裝松散、脫落等問題。

1.2.6 維修與養(yǎng)護(hù)問題

路橋維修養(yǎng)護(hù)主要針對(duì)鋪地脫落、地面平整度損傷、混凝土裂縫等非結(jié)構(gòu)性、可修繕問題，其中混凝土裂縫現(xiàn)象較常見且需及時(shí)處理。路橋工程產(chǎn)生混凝土裂縫的原因很多。為控制混凝土裂縫，工人除維修與養(yǎng)護(hù)措施之外，按規(guī)程操作，從根源上防止裂縫[10]。

以上諸多問題，歸根結(jié)底為人的問題——道橋工程專業(yè)人才稀缺的問題。為加快施工進(jìn)度，不少施工單位同時(shí)開展多項(xiàng)作業(yè)。因施工人員專業(yè)素養(yǎng)不高，導(dǎo)致管理難度增加，路橋工程質(zhì)量很難保障。解決道橋工程建設(shè)問題的關(guān)鍵在于“市政道橋工程人才培養(yǎng)”。

2 市政道橋工程人才培養(yǎng)

2.1 市政道橋工程人才培養(yǎng)現(xiàn)狀

道路橋梁工程專業(yè)主要培養(yǎng)國家交通運(yùn)輸網(wǎng)建設(shè)需求的，能夠從事公路、城市道路、機(jī)場(chǎng)工程、橋梁及隧道工程等方向的設(shè)計(jì)、施工、管理、養(yǎng)護(hù)等科研與建設(shè)人才。建國以來高校市政道橋?qū)I(yè)教育為國家建設(shè)事業(yè)做出了巨大貢獻(xiàn)。

國內(nèi)較早開設(shè)路橋工程專業(yè)的高校有同濟(jì)大學(xué)、東南大學(xué)、長安大學(xué)、湖南大學(xué)、東北林業(yè)大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)等。改革開發(fā)以后，開設(shè)路橋工程專業(yè)的學(xué)?？焖僭黾?。截止2019年，全國開設(shè)道路橋梁工程專業(yè)的大學(xué)有74所[11]，另有高職高專院校若干所。

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，市政道橋?qū)I(yè)人才需求量越來越大，對(duì)人才質(zhì)量和要求越來越高，既要具備應(yīng)對(duì)國際工程項(xiàng)目的技術(shù)能力與管理水平，又要有國際化視野，還應(yīng)具備豐富知識(shí)和能力，但當(dāng)前路橋?qū)I(yè)人才培養(yǎng)存在諸多問題，達(dá)不到這些要求。

2.2 市政道橋工程人才培養(yǎng)的主要問題

2.2.1 人才培養(yǎng)目標(biāo)

比較同濟(jì)大學(xué)、東南大學(xué)、長安大學(xué)、湖南大學(xué)、東北林業(yè)大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)等6所高校的路橋工程專業(yè)（下表）人才培養(yǎng)目標(biāo)，可發(fā)現(xiàn)其差異較大。清華大學(xué)要培養(yǎng)工程建設(shè)及相關(guān)領(lǐng)域高端人才并成為引領(lǐng)者，同濟(jì)大學(xué)、東南大學(xué)和長安大學(xué)要培養(yǎng)高級(jí)人才或高端人才，長沙理工大學(xué)和山東交通學(xué)院要培養(yǎng)高級(jí)工程技術(shù)人才。

清華大學(xué)等6所國內(nèi)高校道路工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)[12] 表1

當(dāng)然，從上表還可發(fā)現(xiàn)這些本科院校的路橋?qū)I(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)也存在一定的互補(bǔ)性。其實(shí)，受傳統(tǒng)教育理念影響，各高校對(duì)道橋工程人才培養(yǎng)都很重視專業(yè)理論、專業(yè)技術(shù)及實(shí)踐技能，強(qiáng)調(diào)專業(yè)知識(shí)、專業(yè)技能及崗位能力，但這樣就產(chǎn)生了新的問題——道橋工程專業(yè)教育中，“職業(yè)技術(shù)教育”與“本科教育”的人才目標(biāo)定位發(fā)生了部分重疊。

2.2.2 課程設(shè)置

雖然高校在道路工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)有所不同，但其專業(yè)核心課程設(shè)置相近。分析上述6所本科院校的道路專業(yè)核心課程（下表），可發(fā)現(xiàn)核心課程名稱雖然有些差別不同，但核心課程設(shè)置相近，主要有力學(xué)基礎(chǔ)、建筑材料基礎(chǔ)、道路路線、路基路面工程等。

清華大學(xué)等6所國內(nèi)高校道路工程專業(yè)課程設(shè)置[13] 表2

從理論與實(shí)踐結(jié)合角度看，應(yīng)用型專業(yè)課程與教學(xué)內(nèi)容等應(yīng)結(jié)合人才培養(yǎng)目標(biāo)和崗位需求設(shè)置。道路工程專業(yè)人才培養(yǎng)不應(yīng)只給學(xué)生傳授基本力學(xué)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)，還應(yīng)考慮環(huán)境、生態(tài)、能源、地質(zhì)等綜合知識(shí)，使課程知識(shí)體系及其趣味性得到提升。

2.2.3 人才培養(yǎng)模式

隨著建筑行業(yè)發(fā)展，人才競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，建筑院校如果僅僅關(guān)注學(xué)生知識(shí)培養(yǎng)，將使畢業(yè)生面臨缺乏實(shí)際技能、無法就業(yè)的困局，提高課堂教學(xué)效果、促進(jìn)各級(jí)各類專業(yè)人才培養(yǎng)，改革教學(xué)及實(shí)訓(xùn)手段是關(guān)鍵。

不少高校的道橋工程專業(yè)人才培養(yǎng)采用“科教結(jié)合、產(chǎn)學(xué)研一體”等傳統(tǒng)模式。校內(nèi)專任教師負(fù)責(zé)傳授課程知識(shí)，校外實(shí)習(xí)基地“兼職導(dǎo)師”負(fù)責(zé)傳授實(shí)踐技能，形成“分工協(xié)作”的教學(xué)團(tuán)隊(duì)，由此實(shí)現(xiàn)“高素質(zhì)人才”培養(yǎng)目標(biāo)。

雖然傳統(tǒng)教學(xué)模式具有一定合理性，但是傳統(tǒng)道橋工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式問題突出。首先是師資力量不足，高校急需理論水平高、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)化協(xié)同教學(xué)團(tuán)隊(duì)，但是當(dāng)前國內(nèi)高層次市政道橋?qū)I(yè)人才緊缺，無論是校內(nèi)專任教師，還是校外“兼職導(dǎo)師”，師資難以滿足需求。

因市政道橋工程受地域、施工時(shí)間等限制，學(xué)生接觸到工地的機(jī)會(huì)較少。能承攬市政道橋工程的企業(yè)多為大型企業(yè)，無論是管理制度還是文化氛圍，一般師生很難直接接觸，因此建構(gòu)仿真試驗(yàn)平臺(tái)具有必要性。

隨著信息技術(shù)發(fā)展，具有實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)演示、專業(yè)綜合全面、過程協(xié)同建設(shè)等特征的建筑工程實(shí)踐教學(xué)具備傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)無法比擬的優(yōu)勢(shì)，特別是現(xiàn)代仿真技術(shù)更勝一籌——其將校內(nèi)實(shí)踐教學(xué)模型可對(duì)建筑工程項(xiàng)目系統(tǒng)抽象和簡(jiǎn)化，與軟件結(jié)合建立起標(biāo)準(zhǔn)工地模型，實(shí)現(xiàn)教學(xué)、實(shí)訓(xùn)、考評(píng)等一體化。

建成完善的仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，配備相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備及配套軟件，可讓道橋工程類專業(yè)教育實(shí)踐性得到充分體現(xiàn)。建立仿真實(shí)訓(xùn)一體化基地，幫助學(xué)生在校內(nèi)實(shí)驗(yàn)室親身體驗(yàn)工程的建設(shè)全過程及技術(shù)工藝、管理工作，實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)與生產(chǎn)實(shí)踐“零距離”對(duì)接，能更好地提高人才培養(yǎng)的社會(huì)適應(yīng)性。

3 市政道橋工程仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)

3.1 仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)現(xiàn)狀

仿真實(shí)驗(yàn)室在國內(nèi)外已開始普及。教育部2016年公布100個(gè)國家仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，其中土木類有8個(gè)入選。除國家級(jí)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)外，還有大量“省、市、校級(jí)”仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，這些都為市政道橋?qū)I(yè)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)積累了經(jīng)驗(yàn)。

縱觀各高校仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，水平和質(zhì)量參差不齊。有的實(shí)驗(yàn)形象逼真、富含知識(shí)點(diǎn)、趣味性強(qiáng)；有的僅演示實(shí)驗(yàn)過程，畫面粗糙、操作性差，多數(shù)高校視其為實(shí)踐教學(xué)資源，當(dāng)作傳統(tǒng)實(shí)體實(shí)訓(xùn)和課堂教學(xué)的補(bǔ)充，面臨的共性問題如下。

一是高校自主研發(fā)難度大。仿真平臺(tái)建設(shè)需土木類專業(yè)技術(shù)、通訊技術(shù)、仿真技術(shù)、網(wǎng)站開發(fā)技術(shù)等專業(yè)人才聯(lián)合研發(fā)，精通各專業(yè)的復(fù)合型人才短缺，加上政府招投標(biāo)制度不靈活，仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)一般直接外包給企業(yè)，高校難以自主研發(fā)。

二是缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)質(zhì)量參差不齊，各平臺(tái)在不同程序、不同技術(shù)接口、不同標(biāo)準(zhǔn)下研發(fā)，其仿真實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景逼真度、趣味性、操作性、規(guī)范性差別大，相關(guān)平臺(tái)建設(shè)水平高低不一。

三是缺乏部門協(xié)調(diào)。各專業(yè)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)間缺乏協(xié)調(diào)，不能聯(lián)合建設(shè)，項(xiàng)目多而全，重點(diǎn)不突出，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目低層次重復(fù)建設(shè)現(xiàn)象嚴(yán)重，資源浪費(fèi)問題突出。

四是資源共享性差。因資金、產(chǎn)權(quán)保護(hù)等限制，導(dǎo)致仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)共享較差。多數(shù)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)僅服務(wù)特定用戶，不能向社會(huì)開放，軟件對(duì)接性、共享性較差。

五是管理功能較弱。很多仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)把重點(diǎn)放在技術(shù)上,對(duì)管理研發(fā)投入較少。學(xué)生的實(shí)驗(yàn)預(yù)約、操作、記錄、書寫報(bào)告、提交成果，教師審批、監(jiān)管、指導(dǎo)等都在平臺(tái)進(jìn)行,平臺(tái)應(yīng)具有實(shí)驗(yàn)實(shí)時(shí)管理功能。

3.2 市政道橋工程仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)基本構(gòu)成

3.2.1 市政道橋工程仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)總體架構(gòu)

市政道橋工程仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)包括硬件、軟件兩個(gè)方面，硬件設(shè)備主要有計(jì)算機(jī)、交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜、移動(dòng)同屏、數(shù)字紅外功放、網(wǎng)絡(luò)中控、投影等。軟件有路橋識(shí)圖仿真實(shí)訓(xùn)軟件、道路工程仿真實(shí)訓(xùn)軟件、橋梁工程仿真實(shí)訓(xùn)軟件、道橋檢測(cè)仿真實(shí)訓(xùn)軟件和路橋測(cè)量仿真實(shí)訓(xùn)軟件等。

市政道橋工程仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)該設(shè)實(shí)驗(yàn)機(jī)房、局域網(wǎng)、管理數(shù)據(jù)庫、服務(wù)器（室）、技術(shù)服務(wù)站、服務(wù)器終端，具備信息識(shí)別、網(wǎng)絡(luò)登錄、課程維護(hù)、網(wǎng)絡(luò)模擬機(jī)使用功能，一臺(tái)Web服務(wù)器可基本滿足要求。技術(shù)服務(wù)站更新服務(wù)器上的實(shí)踐模型，每個(gè)技術(shù)服務(wù)站控制數(shù)臺(tái)服務(wù)器上的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?/p>

仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)際上是模擬真實(shí)環(huán)境，生成三維虛擬空間，用戶通過外設(shè)與虛擬環(huán)境對(duì)象進(jìn)行交互，以達(dá)到通過虛擬漫游,足不出戶就能感受和體驗(yàn)真實(shí)環(huán)境，提升教學(xué)效果。市政道橋工程仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)面向教學(xué)實(shí)驗(yàn)與課程實(shí)踐,既能促進(jìn)學(xué)生掌握知識(shí)，又可提高其科研素質(zhì)及獨(dú)立工作能力。

通過市政道橋工程仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，師生教學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求選取相應(yīng)軟件開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，既可通過平臺(tái)提供的路橋工程建設(shè)模型系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，也可利用模塊庫組建系統(tǒng)，進(jìn)行開放式實(shí)驗(yàn)。

3.2.2 市政道橋工程仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要構(gòu)成

3.2.2.1 路橋工程測(cè)量仿真實(shí)驗(yàn)室

道橋建設(shè)項(xiàng)目測(cè)量是道橋工程設(shè)計(jì)和建設(shè)的基礎(chǔ)性工作。實(shí)際項(xiàng)目建設(shè)中，常出現(xiàn)由技術(shù)原因引起測(cè)量誤差，造成施工質(zhì)量下降甚至工程難以展開等現(xiàn)象。為了提高工程質(zhì)量，在道橋工程仿真實(shí)驗(yàn)室開展工程測(cè)量、水準(zhǔn)測(cè)量、角度測(cè)量、距離測(cè)量與直線定向、使用全站儀、控制測(cè)量、施工場(chǎng)區(qū)測(cè)量、施工測(cè)量的基本工作、認(rèn)識(shí)建設(shè)施工控制測(cè)量、測(cè)量道路管道與橋隧的工程等，具有重要作用。

3.2.2.2 橋梁工程動(dòng)態(tài)施工仿真實(shí)驗(yàn)室

橋梁工程動(dòng)態(tài)施工仿真實(shí)驗(yàn)以三維模擬橋梁工程建設(shè)過程及建成后整體效果和細(xì)節(jié)。通過對(duì)橋梁三維交互、場(chǎng)景模擬仿真，研究施工細(xì)節(jié)，提前看到效果，杜絕設(shè)計(jì)的缺陷，幫助設(shè)計(jì)規(guī)劃方在施工前發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，減少浪費(fèi)，保證安全性。

市政道橋工程課程教學(xué)利用橋梁工程施工動(dòng)態(tài)仿真，使學(xué)生了解道橋工程施工概貌，掌握道橋類型、力學(xué)原理、建筑結(jié)構(gòu)、設(shè)備布置、管線連接等情況，掌握道橋施工過程，不僅可提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，而且有利于學(xué)生對(duì)道橋施工有更直觀和感性的認(rèn)識(shí)，提高專業(yè)知識(shí)技能掌握程度。

圖2 橋梁施工仿真實(shí)驗(yàn)示意圖

3.2.2.3 道路工程動(dòng)態(tài)施工仿真實(shí)驗(yàn)室

道路工程動(dòng)態(tài)施工仿真實(shí)驗(yàn)是道橋工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容之一。學(xué)生通過操縱鍵盤或鼠標(biāo)，跟隨電腦屏幕引導(dǎo)進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)，從原料進(jìn)場(chǎng)、混合料運(yùn)輸、攤鋪機(jī)運(yùn)行到壓實(shí)機(jī)械壓實(shí)，通過可視化虛擬操作，把整個(gè)道路施工全過程呈現(xiàn)在眼前。

本實(shí)驗(yàn)教學(xué)利用仿真模型和分析工具，應(yīng)用道路施工理論與技能，使學(xué)生掌握不同類型道路施工規(guī)程及原理，學(xué)會(huì)利用所學(xué)知識(shí)分析和解決問題，對(duì)道路施工質(zhì)量及其控制有更深刻認(rèn)識(shí)。

圖3 道路施工仿真實(shí)驗(yàn)示意圖

3.2.2.4 路橋工程檢測(cè)仿真實(shí)驗(yàn)室

道路工程檢測(cè)是土木工程、給排水工程、交通工程等專業(yè)實(shí)踐教學(xué)基礎(chǔ)課程。在傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)中，因電子化、數(shù)字化測(cè)繪儀器不足，以及實(shí)習(xí)場(chǎng)地及氣象條件限制，學(xué)生無法更多地接觸現(xiàn)代測(cè)繪儀器和測(cè)繪技術(shù)。

仿真檢測(cè)系統(tǒng)可選擇光學(xué)經(jīng)緯儀、全站儀和GPS等測(cè)圖模式。學(xué)生可進(jìn)行全站儀和GPS參數(shù)設(shè)置，處理數(shù)據(jù)采集，軟件自動(dòng)對(duì)操作進(jìn)行日志記錄，并統(tǒng)計(jì)用戶的操作時(shí)間、觀測(cè)次數(shù)等數(shù)據(jù)。

3.2.2.5 市政道橋工程事故分析與科研項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)室

事故分析仿真實(shí)驗(yàn)為學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)路橋建設(shè)事故全過程解析化、便捷化、精準(zhǔn)化，彌補(bǔ)了實(shí)際道路橋梁建設(shè)事故分析與科研中的花費(fèi)高、危險(xiǎn)性大、實(shí)驗(yàn)條件難以控制等難題，為道橋項(xiàng)目安全研究提供了有力的技術(shù)手段支持與設(shè)備保障。

在實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生在老師指導(dǎo)下利用虛擬仿真模擬分析，對(duì)道橋事故展開調(diào)研，通過該專題實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可得到初步的科研訓(xùn)練，了解本專業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)，理解創(chuàng)新研究一般流程，使其在有余力的情況下，獨(dú)立展開初步的研究工作。

4 結(jié)語

市政道橋工程專業(yè)課程教學(xué)具有空間體量大、施工周期長、危險(xiǎn)性高、實(shí)驗(yàn)難度大等特點(diǎn)，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法很難滿足其對(duì)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)演示等教學(xué)要求。運(yùn)用仿真技術(shù)，將市政道橋工程類項(xiàng)目系統(tǒng)抽象化為系統(tǒng)模型，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐教學(xué)一體化，彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)體實(shí)驗(yàn)教學(xué)不足，較好地提升教學(xué)效果。