對工程仿真模擬實踐平臺建設(shè)的幾點探討

賈宏俊 李楠

摘 要：在中國高等教育迅猛發(fā)展的今天，定位于應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)模式的高校成為其中一大分支，實驗室建設(shè)的水平是影響其發(fā)展的重要因素，實驗室是學(xué)生實踐能力、創(chuàng)新能力和社會應(yīng)變能力培養(yǎng)的有效平臺，實驗室建設(shè)水平也成為衡量應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵，在擴大傳統(tǒng)實驗室建設(shè)的基礎(chǔ)上，加強工程仿真實踐平臺的建設(shè)必將會促進高校教育水平的更大提升。本文結(jié)合校區(qū)實際情況，分析了傳統(tǒng)實驗室的現(xiàn)狀，并對工程仿真模擬實踐平臺的建設(shè)進行了有益的探討。

關(guān)鍵詞：工程仿真模擬 實踐 平臺 建設(shè)

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）10（a）-0127-01

實驗室建設(shè)是衡量一所學(xué)校辦學(xué)條件、辦學(xué)定位和辦學(xué)水平的重要標志之一。培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力強的高素質(zhì)應(yīng)用型人才，加強實驗室建設(shè)的力度和水平顯得極為重要。在工科傳統(tǒng)實驗室的基礎(chǔ)上建立針對土木、采礦專業(yè)的工程仿真模擬實踐平臺是一種有益的探索，不僅可以節(jié)約資源，并對學(xué)生動手實踐水平的提高起到極大的促進作用。

1 工程仿真模擬實踐平臺建設(shè)必要性

傳統(tǒng)的實驗教學(xué)與實踐教學(xué)已經(jīng)不能滿足新形勢下的實驗教學(xué)要求，目前面臨各種各樣的問題：（1）實驗室建設(shè)費用高。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)主要依賴費用高昂的實驗設(shè)備，存在前期投入大、后期維護費用高，開展過程受時間、地點、人力、物力、財力等限制，致使實驗教學(xué)無法有效開展，嚴重影響教學(xué)質(zhì)量；（2）教師指導(dǎo)難以到位。有限的教師很難在有限的時間內(nèi)細致地指導(dǎo)大批的學(xué)生，教學(xué)目標難以達到。設(shè)計性和研究性試驗難以開展；（3）教學(xué)目標難以落實。培養(yǎng)動手能力、設(shè)計能力和創(chuàng)新能力的應(yīng)用型人才是校區(qū)實驗教學(xué)的重要目標。但是目前學(xué)生主要根據(jù)實驗指導(dǎo)書進行驗證性實驗，有些實驗操作訓(xùn)練不足，創(chuàng)新能力難以提升；（4）針對傳統(tǒng)實驗教學(xué)中存在的教學(xué)方法單一、知識學(xué)習(xí)和實驗動手操作相互分離、學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)主動性和創(chuàng)造性等問題，建設(shè)高水平工程仿真模擬實驗室是非常有必要的。

2 工程仿真模擬實踐平臺建設(shè)的內(nèi)容

工程仿真模擬實踐平臺一般具有透明性、資源共享性、互動操作性、用戶自主性、擴展性以及安全性等特點，是傳統(tǒng)實驗室無法比擬的，決定了它在科研、教學(xué)中的良好應(yīng)用前景。工程仿真模擬實踐平臺建設(shè)可以采用多種手段，如計算機仿真技術(shù)、視頻、實物，以彌補實驗室硬件缺少的不足，在滿足學(xué)生實驗課時的同時還能減少實驗室的經(jīng)費投入，改善實驗實踐教學(xué)效果，提高人才培養(yǎng)的水平和層次。

2.1 土木工程仿真模擬平臺

該平臺相關(guān)的專業(yè)課程有：房屋建筑學(xué)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、建筑施工等。通過該平臺的建設(shè)運行，學(xué)生能獲得直觀的學(xué)習(xí)效果。在建筑構(gòu)件認知中，根據(jù)不同的工程類別對建筑構(gòu)件進行分解，在分解的過程中能顯示建筑構(gòu)件的名稱，使得學(xué)生能非常直觀地掌握某一構(gòu)件在結(jié)構(gòu)中的位置，同時，借助仿真軟件按照不同的部位提供各種構(gòu)件的三維模型，讓學(xué)生了解各種構(gòu)件的受力特點和具體的使用條件。系統(tǒng)提供繪圖功能，使學(xué)生在經(jīng)過一段時間的學(xué)習(xí)以后，能根據(jù)教師布置的作業(yè)要求，完成相應(yīng)的作業(yè)或者課程設(shè)計，并能實現(xiàn)在網(wǎng)上提交給教師評閱，減少以往圖版繪圖的工作量。鋼筋混凝土構(gòu)件力學(xué)試驗克服以往提前預(yù)制試驗構(gòu)件的困難，隨時都能為學(xué)生提供試驗環(huán)境。學(xué)生只要輸入構(gòu)件的幾何尺寸和混凝土標號以及鋼筋的布置，系統(tǒng)即可進行仿真試驗，能顯示裂縫的變化和撓度的變化，使得試驗更直觀，試驗結(jié)果可以和學(xué)生在試驗前的計算結(jié)果進行對比，培養(yǎng)學(xué)生現(xiàn)代科研的能力，同時也能降低學(xué)校開設(shè)傳統(tǒng)試驗課程的費用成本。教師能通過動畫、錄像等形式進行施工技術(shù)教學(xué)，克服傳統(tǒng)的靜態(tài)圖片教學(xué)的弊端，使學(xué)生能快速、直觀地進行施工技術(shù)的學(xué)習(xí)，為以后的實際工作打下良好的基礎(chǔ)。

同時，土木仿真實踐平臺注重工程實景及工藝配套模型的建設(shè)，在實驗室先后配套了各類建筑結(jié)構(gòu)模型，如墻體構(gòu)造類、地下基礎(chǔ)類模、樓板及地面類、平屋頂構(gòu)造類、坡屋頂構(gòu)造類、幕墻構(gòu)造和門窗構(gòu)造類、建筑構(gòu)件配筋模型、鋼結(jié)構(gòu)類模型、建筑施工模板類模型等。通過這些建筑結(jié)構(gòu)模型來講解理論知識。學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣得到極大的提升，同時對所學(xué)知識更易掌握和消化。同時，建筑結(jié)構(gòu)類實驗室對學(xué)生最大程度開放，收到很好的效果。

2.2 采礦工程仿真模擬平臺

近年來隨著煤礦生產(chǎn)管理現(xiàn)代化進程的發(fā)展，對圖形的可視化要求越來越高。煤礦生產(chǎn)建設(shè)過程中除了用“采掘工程平面圖”“井上下對照圖”“工業(yè)廣場圖”等生產(chǎn)必備圖以外，越來越多地應(yīng)用到井上、下三維立體模型。這種三維立體圖在管理層生產(chǎn)指揮、技術(shù)人員生產(chǎn)管理、開采優(yōu)化設(shè)計等方面，都能獲得了二維平面圖所無法比擬的效果，發(fā)揮著獨特作用。

全面構(gòu)建3D動畫教學(xué)模型，制作礦井開拓及延深三維模型，三維開拓模擬包括立井開拓、斜井開拓、平硐開拓等三維模型，模型中能夠反映不同開拓形式井筒結(jié)構(gòu)差異、內(nèi)部設(shè)施差異；制作采區(qū)上下山開采期間的生產(chǎn)系統(tǒng)三維模型圖，在該模型中能夠反映各巷道的設(shè)備布置情況，能反映上山采區(qū)和下山采區(qū)各自的運煤及通過路線；制作采煤工作面設(shè)備配置圖，包括采煤機、刮板輸送機液壓支架及端頭支架的控制配置，能夠全面反映三機配套關(guān)系。

在煤礦開采學(xué)中重點對巷道布置三維動態(tài)模型開發(fā)構(gòu)建，主要進行煤礦中巷道布置的空間繪制、巷道以及工作面中關(guān)鍵場所內(nèi)設(shè)備的三維構(gòu)建和動畫制作以及三維動畫在教學(xué)課件中的交互式操作及演示問題的研究和開發(fā)，使學(xué)生通過全方位的三維動態(tài)模型了解巷道布置的各向視圖，從而全面掌握煤礦開采技術(shù)。

學(xué)校校內(nèi)建設(shè)有現(xiàn)代化教學(xué)礦井，近年對其硬件條件進行了全面建設(shè)，這種仿真條件是其它礦業(yè)類院校所不具備的，也是學(xué)校采礦學(xué)科的亮點所在。校內(nèi)現(xiàn)代化教學(xué)礦井配備有地上總調(diào)度室及采煤、掘進、提升、運輸?shù)仁笙到y(tǒng)，全面展示了現(xiàn)代化礦井的構(gòu)成。學(xué)生在井巷中不僅能學(xué)習(xí)煤礦各大系統(tǒng)的組成和設(shè)備配置，最為重要的是學(xué)生能親自動手體驗各系統(tǒng)的操作和運轉(zhuǎn)，通過這種實踐教學(xué)，學(xué)生對課堂理論知識能夠更加直觀地理解。理論教學(xué)與實踐教學(xué)并重，在課程安排時將部門課程安排在礦井中講授，取得非常好的效果。

3 結(jié)語

實驗室是學(xué)生實踐能力、創(chuàng)新能力和社會應(yīng)變能力培養(yǎng)的有效平臺，實驗室建設(shè)水平也成為衡量應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵，在擴大傳統(tǒng)實驗室建設(shè)的基礎(chǔ)上，加強工程仿真實踐平臺的建設(shè)必將會促進高校教育水平的更大提升。

參考文獻

[1] 廖小峰.基于開源網(wǎng)絡(luò)平臺土木工程仿真實驗室設(shè)計和構(gòu)建[C]//重慶力學(xué)學(xué)會論文集.2009.

[2] 魏剛，魏新江，張世民.土木工程仿真模擬課程教學(xué)實踐[C]//中國土木工程學(xué)會高校土木工程專業(yè)建設(shè)論文集.2010.