钢结构施工仿真实训对学生实践能力培养的实现

户淑莉，李 猛，苏堪华(.重庆机电职业技术学院，重庆40760；.重庆科技学院，重庆 4033)

0 引言

近年来，仿真技术已广泛应用于航空航天、汽车制造、交通运输、消防安全等多个领域，对教育领域的发展也起到了促进作用。仿真技术可以把实验或实训设备、实训内容、教师指导和学生操作有机地融合为一体，可在短时间内根据需要建立模拟实验室或实训场地[1-2]。

对于钢结构施工教学，由于施工现场实习过程中多数学生只能观摩不可操作，导致学生对钢结构施工工艺流程理解不够透彻，难以保证实习质量[3]。因此，为了培养理论联系实际的应用型人才，需要构建室内钢结构施工仿真实训平台。该平台可利用模拟设备和计算机仿真技术，进行钢结构施工工艺流程操作模拟训练，让学生亲身经历钢结构施工全过程，整个操作流程与现场工艺流程一致，可提高学生的工程实践能力，利于培养应用型人才[4]。

1 仿真技术在钢结构施工实训教学中的必要性

为了使高校培养的毕业生与企业的需求无缝对接，必须在加强理论基础教育的同时，应加大现场实训力度，且整个实训过程要做到人人参与，并要求工艺流程与现场企业的实际操作一致[5]。但目前高校的学生在现场实训操作过程和操作参与度方面均未达到上述要求，主要原因有以下几点：

1.1 钢结构施工课程知识涉及面广，现场施工实训难度大。钢结构施工课程涉及建筑工程、交通工程、水利工程等施工机械、施工工艺，许多现场施工流程只可观察外表，对于内部具体流程，学生只能在教师讲解的基础上想象，只可窥其一斑，理解有一定难度。

1.2 钢结构施工教材无法与时俱进，更新速度慢。在科技迅速发展的今天，钢结构施工行业也发展迅速，新技术、新工艺、新方法日新月异，受制于人力、物力、财力，高校教材内容更新相对滞后。

1.3 钢结构施工实训技能多样性，劳动强度大。钢结构施工包含多种施工工艺，每种施工工艺又包括不同的操作流程，并不是简单的重复性操作，且由于钢结构施工设备全部为重型机械，即便在自动化程度较高的今天，现场钢结构施工操作劳动强度依然很大。

1.4 施工现场各模块环环相扣，学生参与连续性差。钢结构施工时间普遍较长，但高校学生实践教学时间较为紧凑，另外，实训设备数量有限，不能保证人人参与，难以保证钢结构施工课程的实践教学质量。

为有效地解决钢结构施工实训过程中存在的诸多问题，高校可将仿真技术引入到钢结构施工实验实训教学中，构建虚拟仿真实训平台，使其成为传统钢结构施工实践教学手段的有效补充，对激发学生的工程兴趣、培养学生的动手技能、提高学生的综合专业技能和创新能力具有重要意义。

2 钢结构施工仿真实训平台设计

针对上述钢结构施工实训教学中存在的问题，运用现代科学的思想、方法、技术、手段，结合系统论、信息论、控制论、协同论、突变论等科学方法及最新的计算机可视化信息技术的集成方法，钢结构施工仿真实训平台应运而生。

2.1 钢结构施工实训平台的组成

钢结构施工仿真实训平台将计算机、网络、施工设备、虚拟施工环境有机地融合为一体。整个钢结构仿真实训平台由测量放线、地基与基础、主体结构、装饰与装修、屋面工程五个模块组成。该平台含有由研究院所提供的真实图纸、技术资料和各种施工记录等，与实际钢结构施工项目符合。具体包括：

2.1.1 施工现场、施工工艺及施工管理等真三维模型；

2.1.2 符合国家、地方规范标准的全部CAD图纸、施工方案、安全技术交底、交接检查记录、检验批记录、隐蔽工程检查记录单等资料库；

2.1.3 钢结构施工过程中用到的材料、设备和工具；

2.1.4 根据特有热点能够实现快速跳转的漫游地图。

2.2 钢结构施工实训平台的功能

为实现高校毕业生与一线企业单位的无缝对接，钢结构施工实训平台主要有实训、教学、考评等多种用途。结合现场施工工艺，软件与硬件相结合可以实现以下功能：

2.2.1 学生在钢结构施工仿真平台中可选取任务或自行设置任务，然后根据任务将课堂理论知识与现场操作技能整合，模拟操作完成任务；在施工操作过程中，学生能够学习当前最新的钢结构施工工艺技术，熟悉操作流程，提升学生的实践创新能力；

2.2.2 教师可将理论教学与实践教学以真三维动画(如图1)的形式呈现，该平台在丰富教学资源的同时，也提升了教学效果；也可为教师在数字教学与实践教学融合一体化研究方面，提供一个有力的教学研究平台，能够提升教师的教学能力，改善教师的教学方法。

3 钢结构施工仿真实训提高学生实践能力的途径

钢结构施工实训平台具备沉浸性、交互性和构想性等特征，能够利用数字虚拟技术提供传统实训教学无法提供的实训学习环境，可通过以下方法提高学生的钢结构施工实践能力。

3.1 钢结构施工仿真实训平台环境的开放性

图1 钢结构实训平台三维动画

钢结构施工仿真实训平台存储了大量的虚拟施工实训设备、主体结构、施工环境、施工工艺、施工指导、施工纠错等相关资料，学生既能按照设计操作钢结构施工，又能“穿越”设备内部，观察设备的运转机理和施工流程原理；该平台可以将传统施工实训几天甚至几十天才能得到的实训结果，在几十秒内呈现在学生面前，大大提高了钢结构施工实训效率。

3.2 钢结构施工仿真实训平台环境的交互性

学生依靠仿真技术不仅能够对现场资料进行数字化处理，按照需求渲染钢结构施工对象(如道路、桥梁、环境等)，还可以“穿越”钢结构施工项目中，观察该项目模型的内在配置情况，查看内在建设是否存在工艺或质量等问题。此外，学生还可通过仿真技术，实时观察设计过程中各个结构部件的位置与整体结构的关系，让学生能够更加清晰地认识整个钢结构施工项目，实现全局掌控整个项目的目标。

3.3 钢结构施工仿真实训平台的安全性

传统钢结构施工实训施工工艺繁多、重型设备多样、人员流动随机性大，导致安全隐患较多。钢结构施工仿真实训平台将施工设备、施工环境、施工工艺、施工材料等以数据的形式融合为一体，学生可按照项目要求通过计算机将现场设备操作、施工工艺布置、结构配合等进行真三维可视化，不仅安全性提高，而且不会因学生的操作不当而损坏“施工设备”，对学生掌握固井工艺大有裨益。

4 结语

构建钢结构施工仿真实训平台，开展钢结构施工实训教学，对促进结构工程学科建设，提高钢结构施工实训教学效果具有积极作用。该实训平台的建立，有助于钢结构施工知识的更新升级，突破了空间与施工现场条件的限制，便于学生自主设计、主动学习；该平台将施工理论基础教学与施工实际操作密切联系，可提高学生的实践操作能力，利于培养创新性应用型人才。

[1]李楠，贾宏俊. 浅谈钢结构课程仿真模拟实践教学平台建设[J]. 科技资讯，2014,12:157.

[2]祝磊. 仿真技术在土木工程施工课程实践教学中的应用[J]. 山西建筑，2016,42(12):236-237.

[3]周国恩，张树珺.土木工程施工[M].北京：化学工业出版社，2011.

[4]宁宝宽.基于生产实习的土木工程施工理论教学改革与实践[J].高等建筑教育，2012，21(3)：118-120.

[5]梁蕊芳，等. 仿真技术在发酵工程教学中的应用[J].中国现代教育装备，2012，147(11)：9-12.