高職道橋專業虛擬仿真實訓基地建設研究與實踐

張俊娟 衛少陽

摘?要：虛擬仿真實訓作為一種創新的實訓方式越來越受到高校的認可。虛擬仿真實訓基地已經逐步在很多高校開始了建設，如何建設高質量的實訓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訓中心建設的全過程為例，從項目來源、建設基礎、建設思路、建設內容等方面分析了虛擬仿真實訓基地建設流程、應注意的問題和發展方向，為相關院校進行虛擬仿真基地建設提供了經驗。

關鍵詞：虛擬仿真實訓；實訓基地；建設思路；道橋專業；橋隧工程

高職院校實踐教學是培養高素質技術技能人才的必備過程。但是由于條件的限制，有些實踐教學無法全面開展，以我校道路與橋梁工程技術專業的施工實訓為例，由于橋梁、隧道工程等往往遠離城市，而且由于施工安全管理等因素，學生現場實習實訓的機會很少。而校內的實訓基地由于場地等條件限制往往不能滿足所有的實訓環節。隨著現代科學技術的發展，虛擬仿真技術逐漸運用于各行各業，虛擬仿真技術具有三維沉浸、交互操作的優點，把虛擬仿真技術用于實踐教學，建立虛擬仿真實訓基地就可以很好地解決以上難題?；谔摂M仿真技術下的實訓教學，其中的實驗環境與設備都是虛擬的，能夠大大減少設備更新維護費用與實訓場地費用。

目前，虛擬仿真實訓系統已經逐步在多所高校開始了建設，在建設過程中也面臨很多問題，比如如何確定建設內容，如何建立硬件與軟件系統，如何開發實訓教學項目等。本文擬以我校已經建成隧道與橋梁工程虛擬仿真實訓中心為例來論述一下如何解決這些問題。

一、虛擬仿真實訓基地建設項目來源

本項目來源于陜西省《高等職業教育創新發展行動計劃（2015—2018年）》，其明確了“十三五”高等職業教育改革發展的主要目標和時間表、路線圖，是我省推動高職教育創新發展的行動指南。我校根據項目指南申請的“隧道與橋梁工程虛擬仿真實訓中心”獲得立項。

二、隧道與橋梁工程虛擬仿真實訓基地建設基礎

楊凌職業技術學院為全國首批陜西省首所國家級示范性高等職業技術學院。隧道與橋梁工程虛擬仿真實訓中心是為道路橋梁工程技術專業及專業群服務的實訓中心。有以下建設基礎：

（一）專業基礎雄厚

道路橋梁工程技術專業是“國家示范性高等職業院校建設計劃項目”省級重點建設專業、教育部創新發展行動計劃骨干專業、陜西省“高等職業院校專業綜合改革試點專業”、陜西省一流建設專業，道路橋梁工程技術專業實訓基地是財政部、教育部“中央支持的職業教育實訓基地”。道路橋梁工程技術專業現有道橋設計實訓室、道路檢測實訓室、無損檢測實訓室等8個實訓室，校外實習基地3個，與國有大中型施工企業建立密切合作的流動式實習基地15個，能夠基本滿足學生道路橋梁結構認識、道路勘測放線、施工生產等實習要求。

（二）積極投身社會服務、產學結合良好

道路與橋梁工程技術專業立足交通，面向社會，緊跟交通產業鏈發展形勢，以服務社會為宗旨，以培養教師隊伍、鍛煉學生實踐能力為目的，以技術服務為主導、業務培訓為補充，依托學院人才集中的優勢，廣泛開展多種社會服務，如完成了多次中鐵系統員工培訓任務，連續多年為一帶一路發展中國家基礎設施建設研修班進行培訓，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）虛擬仿真實訓中心硬件基礎完善

道路與橋梁工程技術專業有中央財政支持的職業教育實訓基地，基地現在有實訓機房4個，電腦160臺，可以為虛擬仿真實訓中心提供硬件基礎。學校已經建成了優質、高效的網絡寬帶，完全可以滿足虛擬仿真實訓系統運行需求。

三、隧道與橋梁工程虛擬仿真實訓基地建設思路

本實訓基地的建設目標是：圍繞全國交通土建行業發展對技術技能人才的需求，依托楊凌職業技術學院國家示范校優勢，統籌學校和企業教育資源，建成特色鮮明、技術先進，在陜西乃至西北地區具有示范作用的省級虛擬仿真實訓中心。為了這一目標，我們有以下思路。

（一）項目開始階段進行認真調研

為了達到建設目標，我們做了認真的調研工作。首先在已經建設有隧道工程及橋梁工程仿真系統的同類院校進行了調研，調研了他們的建設內容和特色優勢，了解了他們建設過程中遇到的困難及解決方法，并對參與建設的仿真軟件企業進行了了解，獲得了很多有價值的信息。

接著我們赴施工企業進行了調研，中鐵二十局集團職業教育培訓中心地處眉縣，是財政部和國家安全生產監督管理總局批準的國家安全生產應急救援培訓基地。在這里我們體驗了隧道事故救援虛擬仿真項目，這一項目主要展示隧道內可能出現的坍塌、涌水涌泥等事故，體驗者帶上設備后猶如身臨其境，可以體驗這些事故場景，也可進行相應事故處理，非常適合培訓教學。這個調研啟發我們建設了事故體驗虛擬仿真模塊，同時，基地的橋隧實體項目可以為我們的橋隧虛擬仿真原型提供參考。

在高校與企業調研的過程中我們通過多個渠道與仿真軟件制作企業進行了聯系，多個企業來校進行了展示，我們比較全面地掌握了企業的實力。為我們后期選取合作企業提供了參考。

（二）做好項目的整體規劃

本實訓中心擬根據已建真實隧道、橋梁工程，以最新案例場景作為大環境，以案例工程施工過程單個節點為實訓操作任務，以虛擬仿真形式，整體呈現隧道、橋梁施工過程所有知識要點，實現任意漫游，人機互動的教學模式。擬建成圖紙識讀虛擬仿真系統、公路隧道與橋梁工程施工虛擬仿真系統、虛擬項目部與隧道漫游虛擬仿真系統、隧道事故VR仿真體驗系統四大部分。

（三）需呈現真實施工場景

通過邀請企業專家開展技術指導，赴企業進行交流、調研，形成詳細技術方案。確定隧道、橋梁施工原型，收集工程建設的各方面資料與數據，包括施工圖紙、項目部資料、各施工工藝的詳細步驟、各種規范、標準。組織專業教師及企業專家開發實訓項目、編寫試題庫等實訓資源。把建設方案及項目詳細數據資料提供給軟件公司，軟件公司利用仿真軟件動態模擬現場數據，真實還原山嶺公路隧道與橋梁工程建設現場，完成虛擬仿真系統開發。

（四）實訓系統應功能齊全

實訓系統應實現多項功能，學生可以第一視角在隧道周邊和隧道內漫游，可學習隧道的組成及各結構的特點等相關知識?？舍槍κ┕み^程中的節點采用游戲通關的方式來進行施工能力訓練。學生訓練結束后可在考試中心進行考試，并記錄成績。

（五）做到產教融合

實訓中心建成后不僅可完成我院道路橋梁工程技術專業及專業群學生隧道和橋梁施工課程的教學及實習實訓任務，還可承擔師生及周邊交通行業企業員工的業務培訓、技能鑒定及職業資格證培訓任務。

四、隧道與橋梁工程虛擬仿真實訓中心建設內容

（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、上部結構、下部結構三個部分。分為結構展示模塊和鋼筋構造模塊，結構展示模塊主要展示結構外形3D構造，與施工圖相互配合顯示。鋼筋構造模塊主要展示結構內部鋼筋3D構造，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習模式、教學模式、考評模式。

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

仿真模式、教學模式、考評模式操作事項如下：

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

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

（3）考評模式下，無語音提示，需正確獲得工具，點擊即可進入下一步操作，需按工序操作，不可隨意跳轉。設有題庫來測試對內容的掌握程度，達到加深記憶的目的?？筛鶕约旱膶W習計劃內容，自由導入或導出資料。

（三）虛擬項目部與隧道漫游模塊

主要包括隧道洞口漫游、隧道內部漫游、拌和站漫游、鋼筋加工廠漫游、項目部漫游等模塊。本軟件統一運用了手動漫游系統，可以讓使用者在相對應的節點中更清楚地了解到各部分的構造。為了使操作的過程更明了地呈現出來，特意添加了動畫展示的視角，當前期獲取完資料以后進入動畫節點的展示時，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）隧道事故仿真體驗模塊

隧道事故仿真體驗系統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、機械傷害等場景。并實現事故現象發生時，模擬在現場看到事故、有人受傷等場景，同時系統需帶有逼真的隧道外工地三維場景，可以實現對工地的三維查看和漫游。

隧道事故仿真體驗系統能夠使體驗者身臨其境地感受實際生活中難以體驗的場景。多感知性、交互性、真實性能夠給予體驗者深刻的印象，強化體驗者對隧道施工中安全事故的感性認識，從而有效避免隧道施工中事故的發生。

（五）實訓中心運行制度建設及保障條件建設

1.實訓中心管理制度建設及運行模式創新

根據學校實驗實訓室管理制度結合仿真實訓室實際情況，創新實訓中心管理制度以應用模式建設。使其不僅能適應校內實訓，而且能滿足校外培訓、技能鑒定、職業資格考試的需要。

2.項目團隊培訓

提升教學團隊虛擬仿真實訓項目設計開發能力，保障系統持續更新，提高平臺建設水平。專職教師及實訓室專職人員配置合理。

3.虛擬仿真系統運行配套教學文件編制

包括實訓任務書、指導書、實訓報告、實訓考核、對外培訓、技能鑒定等相關教學文件的編制工作。

五、應用效果

虛擬仿真實訓中心建成以來，我們重新對實訓進行了優化，把校內外真實實訓基地與虛擬仿真實訓中心結合起來進行實訓，開發了多項實訓項目，如橋梁工程施工課堂實訓、隧道工程施工課堂實訓、道橋工程認識實習、道橋工程識圖實訓、施工安全實訓等。實訓中心還承擔了楊凌農業高新技術產業示范區承辦的一帶一路發展中國家基礎設施建設研修班的部分培訓任務。實踐證明，虛擬仿真實訓中心提供了多項真實實訓無法進行的實訓項目，虛實結合、功能完善、效果良好。

結語

本文總結了隧道與橋梁工程虛擬仿真實訓中心的建設全過程，從建設基礎、建設思路、建設內容、使用效果等方面總結了我校的建設特點，為相關院校提供了虛擬仿真實訓中心建設的參考。后期計劃充分運用學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，發揮好職業院校社會服務職能。

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基金項目：楊凌職業技術學院2019年教改研究基金項目：隧道與橋梁工程虛擬仿真實訓中心在教學中的應用研究（項目編號：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、橋梁工程的教學及科研。