路桥专业信息化教学条件建设研究——以路桥沙盘数字化实训中心建设为例

韩俊平 易 操

湖北城市建设职业技术学院，湖北 武汉 430205

一、路桥沙盘数字化实训中心建设的必要性

（一）路桥构造及施工工艺实训教学的需求

道路桥梁工程技术、市政工程技术等专业团队教师在《道路工程》《桥梁工程》《轨道交通工程》等课程实训教学中发现，学生去工地参观实训存在以下问题：一是由于路桥及地铁工程规模大，桥梁高度达上百米，地铁线路长几十公里，道路长数百公里，且建设周期长，一般需要2～5年建成，学生去工地参观数天也不能看到工程总体和全部施工过程；二是每个班30～50名学生集体赴工地参观存在安全隐患大、费用高的弊端；三是参观时间受制于课程进度安排、天气原因、施工进度等因素。例如，《桥梁工程认识实训》一般安排在大学第四学期的第17个教学周，这时《桥梁工程》课程刚刚学完，从教学安排上此时去工地参观较为合适，便于理论联系实际。但是这时适逢冬季，雨雪天气比较常见，雨雪天气工地是暂停施工的，去工地参观要避开雨雪天气，并且要选择正在进行主梁、桩基等主要部位施工的桥梁工地，工地距学校的距离不能太远，这就存在一定的难度。为改变这种现状，迫切需要在校内建立能够解决以上问题并满足实训需求的路桥实训中心。

（二）教育信息化发展的需要

为响应教育部提出的“加快教育信息化进程”“强化信息技术应用，提高教师应用信息技术水平，更新教学观念，改进教学方法，提高教学效果”等利好政策，考虑运用数字沙盘、虚拟仿真技术、三维动画技术等信息化手段辅助路桥构造、施工实训教学，降低实训成本，提高实训的安全度，不再受天气、时间等各种因素影响。

（三）引入数字沙盘技术的必要

数字沙盘是一种信息化技术的产物，它结合实体模型，利用三维动画及多媒体软件演示，将动态效果投影到实体沙盘模型或者投影屏幕，并辅以灯光音效及配音讲解，生动直观地展示结构物构造、工程建造过程、城市发展历程等，从而让参观者形象生动地获取简明、优美、逼真的动态信息，能使参观者对展示对象有全面、立体、直观的整体理解，极具震撼力和感染力。数字沙盘已经广泛用于军事演练、企业经营演练、展览馆、房地产销售展示、规划方案展示［1］等领域，并不断融合新的技术、新的创意，让数字沙盘具有更多的功能，适合更多的应用领域，目前已开始应用于教学领域。

要想直观、具体、系统的展示道路、特大型桥梁及地铁工程实体，并能透彻地展示地铁站点、地上地下多层交通枢纽等隐蔽构造物的全貌，并达到声、光、电一体化的展示效果，吸引信息化时代学生的视线，激发学生的学习兴趣，有必要在路桥数字化实训中心建设中引入数字沙盘技术。通过观看沙盘路桥实体模型，可以解决由于时间、工程规模巨大而致使学生在现场很难将特大型桥梁或地铁构造看完整的遗憾，且安全性高，成本低廉，因此有必要建立具备信息化技术的路桥沙盘数字化实训中心。

二、路桥沙盘数字化实训中心建设思路

（一）建设思路

根据道路桥梁工程技术专业认知实训、课程实训需求及教育信息化的发展趋势，构思路桥沙盘数字化实训中心的建设。

专业认知实训是面向刚入学的道路桥梁工程技术专业一年级新生，通过专业认知实训让学生认识专业的主要学习内容、今后工作方向，对所学专业获得总体上的认识。基于专业认知实训的需求，路桥沙盘数字化实训中心应是专业总览性实训室，应配备路、桥、轨道交通的实体模型，营造出路桥专业的专业氛围，并布置知名路桥及轨道交通工程图片背景墙，既使学生对三年内即将学习的工程内容一目了然，也激发学生的专业自豪感和学习兴趣。根据道路桥梁工程技术专业的核心课程道路施工技术、桥涵施工技术、轨道交通工程的实训需求，学生要能够识别路、桥、轨道交通的构造，能够掌握路、桥、轨道交通施工技术，则路桥沙盘数字化实训中心的路、桥、轨道交通模型要有一定的细度、深度，学生能够看得清路、桥、轨道交通内部构造，并能够了解其施工工艺。

（二）建设框架

根据建设思路，按照“一个案例化+N个信息化”的框架来构建路桥沙盘数字化实训中心。

“一个案例化”指数字沙盘中的路桥实体模型，通过沙盘实体来营造出道路桥梁工程技术专业的专业氛围，直观、形象，让学生有身临其境的感觉。

“N个信息化”指在路桥沙盘数字化实训中心建设中融入二维码、施工虚拟仿真技术、3D动画技术、视频—沙盘灯光联动技术、触控显示技术等信息化技术。学生通过扫描二维码即可了解经典路桥、轨道交通工程的构造，通过触摸显示屏，能够阅读、下载已经预先建立的经典道路工程、桥梁工程、轨道交通工程、管道工程的电子资源库中最新资源。

（三）预计开展的实训项目

1.专业认知实训

2.道桥及轨道交通工程构造认识实训

（1）道路构造认识实训

（2）特大桥构造认识实训

（3）地铁构造认识实训

（4）城市综合交通枢纽构造认识实训

3.道路施工虚拟仿真实训

三、路桥沙盘数字化实训中心建设实践

项目团队教师科学管理项目，全身心投入项目建设，经过10余次调研、3轮方案论证、3次完善方案、严谨的招标与合同谈判，并经过承包方为期半年的精心制作，路桥沙盘数字化实训中心最终圆满建成。

（一）调研情况

项目前期采用实地参观、现场展示、网上查询等多种方式结合，对国内沙盘建设情况、沙盘模型公司情况、施工仿真软件公司情况及兄弟院校沙盘实训室建设情况进行了深入细致的调研。实地参观了武汉规划展示馆，线上三维实景参观了北京规划展示馆、黄河桥梁展示馆，赴模型制作公司进行了实地考察，邀请软件公司来校展示施工仿真软件，赴兄弟院校学习数字化实训室建设经验。经过充分的调研，为路桥沙盘数字化实训中心建设方案的拟定和完善提供了翔实的基础性资料。

（二）建设内容

路桥沙盘数字化实训中心由数字沙盘实体、背景墙、数字化资源三个部分组成。实训中心面积为70m2，实训中心配有40套桌椅，组成六边形课桌，能满足40名学生的信息化教学和实训。

1.数字沙盘实体。包括“城市道路与轨道交通数字沙盘”“桥梁数字沙盘”两部分组成。“桥梁数字沙盘”由长江上的经典桥梁武汉长江大桥（刚桁梁桥）、鹦鹉洲长江大桥（悬索桥）、苏通长江大桥（斜拉桥）、重庆朝天门长江大桥（拱桥）、四川泸州长江二桥（刚构桥）模型和长江河道模型组成，能展示5种经典桥型的构造组成。“城市道路与轨道交通数字沙盘”由武汉市的1条主干路、4条地铁线路、1座城市交通枢纽、1座广场综合体、1条综合管廊等经典工程的模型组成。数字沙盘配有三维动画讲解视频，以及沙盘灯光控制系统，沙盘的每个模型上都配有七彩灯光，能够实现讲解视频讲解到哪个部位，哪个部位的七彩灯光就会亮，打造出了精细、直观、动态、优美的路桥模拟效果。

2.背景墙。包括“城市道路与轨道交通文化背景墙”“桥梁文化背景墙”。其中“城市道路与轨道交通文化背景墙”通过序言板介绍了城市道路、轨道交通的发展历史及主要类型，通过灯箱展板展示了4种城市道路、3种交叉口、5种轨道交通形式；“桥梁文化背景墙”通过序言板介绍了桥梁发展历史及主要类型，通过灯箱展板展示了6座世界名桥、6座中国名桥。背景墙与数字沙盘一起，给学生营造浓郁的专业学习氛围，激发学生的学习兴趣［2］，培养学生的爱国热情。

3.数字化资源。数字化资源有二维码、施工虚拟仿真软件、3D动画视频、电子资源库、触控一体机等组成。（1）实训中心的每个桥梁模型、轨道交通模型、综合交通枢纽模型、道路模型及背景墙的每个展板均配有二维码，学生参观沙盘模型后扫描二维码即可深入认识该桥梁、道路、地铁的构造与施工方法。（2）实训中心配有道路施工虚拟仿真软件，安装在机房，结合机房原来已经配备的桥梁施工虚拟仿真软件，学生可以进行道路、桥梁施工工艺虚拟仿真实训，强化对施工步骤、施工要点的认识和理解。虚拟仿真技术将学科专业实训与信息技术深度融合［3］，解决了学生去工地参观成本高、安全隐患大的弊端。（3）在立式触控一体机中配备了经典路桥工程、市政工程、测量工程、给排水工程、燃气工程的电子资源库，学生点击立式触控一体机可以了解更多的工程资源，拓展自己的知识面。（4）路桥沙盘数字化实训中心还配置了一台88寸的触控一体机电脑，教师能够在该实训中心进行日常信息化教学。数字化资源的配置为分组教学、自主实训创造了条件，有助于培养学生的自学能力、讨论能力、表达能力、竞争能力［4］。

（三）路桥沙盘数字化实训中心的建设成效

路桥沙盘数字化实训中心建成后，开展了大型桥梁工程信息化实训、道路工程信息化实训、轨道交通工程信息化实训三类主要实训项目，实现了两个功能：

一是服务于以路桥专业为主的市政工程系各专业信息化教学及实训教学。沙盘实体展示的道路、桥梁、轨道交通、市政管线、综合管廊的构造组成，电子资源库中的经典路桥工程、市政工程、测量工程、给排水工程、燃气工程的电子资源，可以服务于道路桥梁工程技术专业、市政工程技术专业、燃气工程技术专业、给排水工程技术专业、测量工程技术专业等多个专业的学生学习。

二是服务于开设同类专业的院校实训。实训中心建成以来接待了湖北省本科、专科、中职等10余所不同层次学校的学生来校开展道路、桥梁及轨道交通工程实训，达到了以“一个学校、一个专业、一个实训室”辐射周边一片学校，使省级财政投入达到最佳绩效状态。实训中心的建设得到了湖北省教育厅、湖北省建设厅专家的充分肯定，吸引了中央广电总台国际在线、荆楚网报道等多家新闻媒体采访。

四、特色与创新

（一）独创性与系统性相结合

路桥专业团队教师根据实训教学需要，秉承自主创新、自主设计、自主建设的“三自”原则开发和建设路桥沙盘数字化实训中心，精心构思、独创性地选取1条城市主干路、4条地铁线路、1座城市交通枢纽、1座广场综合体、1条综合管廊，创造性地将这些工程有机融合在道路与轨道交通沙盘中，能系统展示城市道路、地铁线路及站点、地上地下综合交通枢纽、综合管廊的构造布局情况；同时重点选取了长江上的几座知名桥梁，制作了以长江为背景的桥梁数字沙盘，能系统展示5大经典桥型的构造，这样的路桥数字沙盘是国内独一无二的。

（二）实体性与信息技术相结合

路桥构造与施工工艺实训是路桥工程专业学生培养的重要环节。路桥沙盘数字化实训中心既有城市道路与轨道交通沙盘、桥梁数字沙盘实体模型，又有道路桥梁3D动画模型、二维码、道路桥梁施工虚拟仿真软件、路桥及市政工程电子资源库等信息化资源，具有很强的科技性与交互性，打造了虚实结合的实训环境。

（三）展示功能与信息化教学功能相结合

路桥沙盘数字化实训中心既可作为路桥数字展厅展示道路、特大型桥梁、轨道交通构造，也可利用数字沙盘、二维码、道路桥梁施工虚拟仿真软件等信息化资源开展路桥及轨道交通工程信息化实训，还可利用触控一体机电脑和桌椅开展日常信息化教学，给学生打造出视觉、听觉、触觉俱佳的教学做一体化的优质信息化课堂盛宴，抓住学生的专注力，进一步提升教学效果。

五、结语

随着信息化技术的不断发展，数字沙盘技术在道路桥梁工程技术等土木工程类专业实训教学中将会有更进一步的推广，沙盘数字化实训中心的建设将更上一层楼，在工程类专业的实训教学和日常信息化教学中发挥其良好作用，为工程类专业的人才培养贡献更大的力量。