虚拟仿真施工技术精选(十四篇)

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1虚拟仿真技术的概念

虚拟仿真技术也叫做模拟技术，是利用计算机系统模拟出另一个系统，可以与人们进行交互，虚拟仿真技术是一种遵循自然界发展规律的高新技术。虚拟仿真技术可以对工程施工方案进行虚拟验证和优化，极大程度上降低了施工安全事故的发生机率，实现了的建筑工程施工成本的有效控制。虚拟仿真技术具有交互性，而且非常的逼真，它可以结合图形技术、仿真技术以及传感技术建立起虚拟的信息空间，进行人性化的模拟仿真互动，虚拟仿真技术是一种对系统动态模型的试验方法，在建立数字城市、室内设计、建筑工程施工等很多方面都应用的非常广泛。

2虚拟仿真技术在建筑工程施工中的应用意义

虚拟仿真技术可以对建筑工程的施工过程进行模拟，在工程正式施工之前，就可以对建筑工程结构构件的位置和相对关系进行验证，准确的计算出建筑工程相关结构的应力情况，以便可以及时的对建筑工程施工方案进行优化。在选择建筑工程施工方案时，需要有一定的施工经验，这种优化方式需要建筑工程施工开始之后才能进行优化，具有一定的局限性。应用虚拟仿真技术可以在建筑工程施工之前就展现出施工效果，以便有效的选择施工方案，实现建筑工程施工的最优化。虚拟仿真技术在建筑工程施工中的应用有助于施工技术的创新，同时缩短了建筑工程的施工周期，降低了建筑工程的施工风险。虚拟仿真技术可以对建筑工程的施工全过程进行模拟，发现建筑工程存在的施工质量问题，同时也帮助施工人员对整个施工流程进行了解，可以保证施工人员的人身安全。虚拟仿真结果可以帮助设计人员对不合理的施工结构进行改进，使这个建筑工程的施工流程更加规范。

3虚拟仿真技术在建筑工程施工中的应用

3.1虚拟仿真施工技术在建筑工程中的应用

虚拟仿真技术可以在虚拟模型上完成建筑工程的虚拟施工，对建筑工程的施工方案合理性进行验证，确定具体施工环节的进度。传统建筑工程的施工需要根据设计人员的工作经验来制定详细的施工方案，这种根据经验制定的方案很容易产生施工漏洞，造成建筑工程的施工进度或者施工质量出现问题，施工方案存在一定的局限性。在建筑工程中应用虚拟仿真技术可以提前建立起建筑工程的仿真模型，对设计完成的施工方案进行验证，寻找施工方案中存在的漏洞，以便制定更加完善的施工方案。建筑工程中应用虚拟仿真技术有效的降低了工程施工的成本，并保证了建筑工程的施工质量。虚拟仿真技术还可以根据施工现场的具体情况，对建筑物周边的道路、场景等进行渲染处理，并利用计算机对建筑工程的具体环境进行实时交互，也可以深入到整个建筑模型当中，对建筑物的内在环境进行观察，有利于建筑工程设计人员对建筑图纸进行有效的修改。设计人员可以感受到自己设计的成果建设完成后的景象，并对建筑结构的相关功能进行检测，使设计者可以更加精确的了解建筑工程中各个结构部件的位置以及相对关系，使设计人员对建筑工程设计的更加全面，实现了对建筑工程施工过程的全面控制。某建筑工程在施工之前制定了三种围护结构方案，通过虚拟仿真技术对三种围护方案的能耗进行分析，最终可以选择出最佳的节能围护方案。

3.2虚拟仿真技术在复杂钢结构施工中的应用

建筑工程中的复杂钢结构是整个施工过程中最为关键的环节，因为建筑钢结构是单独的钢制构件拼接在一起，不同钢结构的受力情况和承载力都是不同的，在不同的施工阶段钢结构的平衡性也是不同的。钢结构的特殊性就需要保证安装过程的严谨，一旦钢结构的设计或者安装出现差错，会导致建筑工程的整体受力情况受到影响。钢结构的精准施工可以实现对建筑工程的施工指导，避免增加无效的施工成本。在对复杂钢结构进行施工时，仅依靠施工人员的经验是不可能完成的，但是虚拟仿真技术弥补了复杂钢结构施工中存在的不足，可以对复杂钢结构的构件位置进行精准定位，并实现对钢结构施工的全过程跟踪，实现施工过程的有效控制，降低建筑工程施工事故的发生机率，有效提高建筑工程的经济效益。在对复杂钢结构进行施工时，虚拟仿真技术可以使建筑工程实现最优化施工。

3.3建筑工程施工过程中三维动画技术的应用

传统的建筑工程施工，施工进度只能依靠施工人员的经验进行判断，不能对施工过程进行针对性指导。而在建筑施工过程中应用三维动画技术，可以将施工全过程利用高仿真动画的形式展现出来，并着重体现出施工过程中的重点和难点，使施工人员在建筑工程施工之前就可以了解到施工过程中的每个细节，注意到施工过程中的注意事项。三维动画技术在虚拟仿真技术中属于比较低端的技术，可以降低建筑工程的施工成本，避免了建筑工程的重复更改和修理，加快了建筑工程的施工进度，使建筑工程的施工质量得到有效的提升。中央电视台新址以及上海环球金融中心在施工过程中都应用了三维动画技术。

3.4模拟仿真技术在建筑工程施工安全中的应用

模拟仿真技术可以实现对建筑施工方案的最优化控制，传统的施工安全控制不能对施工方案进行优化分析，所以不能发现施工方案中存在的问题，但是通过虚拟仿真技术可以对建筑工程的施工方案进行模拟演练，发现施工过程中可能出现问题的部位，并利用三维动画技术对问题部位进行动画演示，以便制定有效的安全预案和相关的应急措施，以便发生安全事故时可以将建筑工程的损失降至最低，避免造成严重的施工安全事故。施工人员也可以借助虚拟仿真技术进行安全演练，增加施工人员的安全防护能力，进一步提高了建筑工程的安全水准。

4虚拟仿真技术在建筑工程施工中的实现

在建筑工程施工中应用虚拟仿真技术首先要建立起虚拟场景，并各具各个结构部位的不同特征，建立起相应的细节模型。在所有的细节模型建立完成后，通过内部联节点将所有的结构部件拼接成一个整体，并将地物造型与原有的地形结构紧密结合在一起，完成整体效果图的建立。虚拟仿真场景中，为了增加建筑工程虚拟模型的真实感，可以对虚拟模型进行交互设计，通过不同的指令，设计人员可以在模型中进行自由移动。设计人员可以在虚拟方则仿真平台内对建筑工程相关结构的施工轨迹进行定位，例如在对复杂钢结构进行施工时，仿真模型可以对吊装过程进行交互仿真，将各种二维数据全部输入到三维模型中，实现复杂钢结构的虚拟施工。这种方法提高了建筑工程施工的可视化效果，使相关施工方案可以更加直观的表达出来，同时也可以对施工过程中重点位置进行分析，制定针对性的施工措施，有效保证建筑工程施工项目的顺利进行，让建筑工程的技术交底更加全面，促进了建筑工程施工的发展。

5结论

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[关键词] 虚拟；仿真；穹顶；悬索预应力；玻璃幕墙

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

（一）工程概况

全国组织干部学院E区结构设计复杂，采用型钢混凝土框架-剪力墙混合结构、钢桁架结构、预应力悬索钢结构和穹顶钢结构等多种结构形式。

1屋面穹顶钢结构采用全隐框玻璃幕墙，共约3000 m2，幕墙玻璃采用8+1.52PVB+8mm和10+1.52PVB+10mm两种钢化夹胶玻璃，穹顶最顶部水平位置采用10+1.52PVB+10mm玻璃，共计32块；开启扇玻璃共3排，即第8排、第9排和最底部1排，共计144块；其它玻璃共计476块，合计穹顶夹胶玻璃为652块，每块玻璃面积约4.0m2至5.3 m2不等，玻璃自重约250/块。

2 屋面穹顶高42.3m，施工中设计图纸变更，在E区钢桁架层与屋面穹顶之间增加一层悬索预应力钢结构层，即多功能厅（二层）上增加屋面花园平台（五层）。

悬索预应力钢结构平台（图4中红色虚线部分）整体形状为圆环形，由24榀钢桁架以15°角度成放射状均匀布置，圆环直径28.90m，内圆环镂空，直径7.30m，桁架高1.80m，上下弦为焊接H型钢，中间为三根无缝钢管与之焊接相连，每榀重量为6.1t，长10.7m。结构的下层由环向拉索和径向拉索组成，构成稳定的空间结构受力体系。

3、E区屋面造型独特，穹顶钢结构及玻璃幕墙、悬索预应力钢结构层施工复杂，需利用虚拟仿真施工技术，对其施工及各阶段受力情况、安装精度、构件尺寸等进行详细的分析研究，并优化设计、施工方案，以达到最好的工程效果。

3.1 为达到屋面穹顶完美的半球体效果，利用仿真技术，通过建立三维模型，确定玻璃幕墙空间分格尺寸，逐一确定每块玻璃的具体加工、安装尺寸；

3.2 施工前，为确保悬索预应力钢结构质量安全可靠，对空间张弦结构施工进行仿真计算，模拟悬索预应力张拉，确保整个钢平台的施工万无一失；

3.3 为确保原竣工日期的实现，项目部成立QC小组进行现场攻关，利用虚拟仿真施工技术，对比模拟钢桁架层、悬索预应力钢结构平台层、屋面穹顶施工工序，比选、优化施工方案，从而确保了最终竣工工期目标的实现。

（二）施工难点

1 本工程E区复杂的建筑造型和钢结构大跨度空间的设计，给穹顶玻璃幕墙的施工带来很大难度。

1.1 屋面穹顶半球体造型，采用平面幕墙玻璃达到曲面圆弧效果，确定空间分格位置、大小难度大。

1.2 玻璃规格形状多样，加工难度大。

穹顶全部为钢结构，弧形钢梁放射性设计致使幕墙玻璃成梯形规格，玻璃尺寸由上至下逐层递变。同时，考虑钢结构施工偏差，幕墙玻璃无法提前批量加工，必须在钢构件焊接完对每个位置的玻璃尺寸现场实量、定位编号，加工周期长。

1.3 幕墙玻璃吊装难度大

本工程穹顶位于建筑物的中心位置，且幕墙玻璃单片面积最大的为5.3m2，施工时既要考虑汽车吊吊臂倾斜角度，又要保证玻璃本身不被损坏。同时，汽车吊无法覆盖的区域还要由人工进行二次倒运。

1.4 穹顶打胶质量要求高

五层屋面花园平台位于穹顶以内，雨水和积雪会完全淋洒在穹顶上，所以玻璃缝隙及遮阳铝板打胶质量要求高，任何一点质量隐患都会造成穹顶漏水。

2 模拟仿真受力计算多。

本工程悬索预应力钢结构造型新颖独特、受力复杂，预应力钢结构从结构的拼装，到预应力张拉完成以及最后支撑架的拆除，其间经历很多受力状态，为了保证工程质量能够符合设计要求，必须进行大量的施工模拟计算。

3 工程量大，工期紧张

3.1 本工程穹顶竖向弧梁为放射形布置，需高空拼装焊接，对接角度、位置确定困难，吊装、定位、焊接完成一榀完整的竖向弧梁需要6个小时，24榀共需15天时间；支撑体系及吊装焊接操作平台构造复杂，搭设困难，搭设架体至少需要15天时间，严重影响施工速度。

3.2 钢桁架层标高为13.05m，共有大小桁架梁112榀，从单榀重量从0.304t至9.691t不等，长度超过10m的钢桁架梁，单段重量最大达到5.017t，需分成两至三段运送至进场。桁架梁采用分段吊装，起吊次数多，严重制约施工速度。

（三）虚拟仿真技术的应用

1 空间张弦结构施工仿真计算

施工过程会使结构经历不同的初始几何态和预应力态，两个状态的分析理论和方法都不同的，加载方式、加载次序及加载量级都对结构受力具有很大影响，因此，施工仿真计算是预应力钢结构施工方案中极其重要的工作。实际施工过程必须和结构设计初衷吻合，施工中必须严格组织施工顺序，确定加载、提升方式，准确实施加载量、提升量等。施工仿真具体项目如下：

（1）验证张拉方案的可行性，确保张拉过程的安全；

（2）给出每张拉步钢索张拉力的大小，为实际张拉时的张拉力值的确定提供理论依据；

（3）给出每张拉步结构的变形及应力分布，为张拉过程中变形及应力监测提供理论依据；

（4）根据计算出来的张拉力的大小，选择合适的张拉机具、设备，并设计合理的张拉工装；

（5）确定合理的张拉顺序，具体张拉步骤如下所示：

第1步：结构全部安装完成后

第2步：第1批拉索张拉到设计初张力的30％

第3步：第2批拉索张拉到设计初张力的30％

第4步：第3批拉索张拉到设计初张力的30％

第5步：第4批拉索张拉到设计初张力的30％

第6步：第4批拉索张拉到设计初张力的70％

第7步：第3批拉索张拉到设计初张力的70％

第8步：第2批拉索张拉到设计初张力的70％

第9步：第1批拉索张拉到设计初张力的70％

第10步：支撑塔架拆除后

第11步：第1批拉索张拉到设计初张力的100％

第12步：第2批拉索张拉到设计初张力的100％

第13步：第3批拉索张拉到设计初张力的100％

第14步：第4批拉索张拉到设计初张力的100％

2 虚拟仿真优化施工工序

方案经优化后，悬索预应力平台层与穹顶钢构两大施工区域间，由原来的顺序施工，改为平行立体穿插施工，大大缩短了E区钢结构施工关键线路的总用时，大大缩短了工期。

我们运用虚拟仿真技术，融合了计算机图形学、多媒体工业建筑技术、网络技术、电子技术等高新技术，对悬索平台层、屋面穹顶施工过程建立仿真模型，虚拟、对比原方案施工过程及优化方案，利用计算机硬件、软件及各种传感器创造出一个四维空间虚拟环境， 使所需解决的问题得到清晰和直观的认识。

（四）实施效益

1全国组织干部学院E区钢平台悬索预应力在实际施工过程中，通过详实的理论计算和周密的施工部署，将困难考虑充分、问题解决在施工之前，最终施工质量和装修效果得到各方一致好评。平台预应力钢索张拉检测全部符合设计要求。

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关键词：虚拟仿真技术；房建施工；应用研究

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

我国在将虚拟仿真技术应用在房建施工方面，有许多成功的案例，比如中央电视台新址、上海的环球金融中心以及广州珠江新城西塔等等。在房建施工中，应用虚拟仿真技术具有很多的优势，可以对其进行推广和应用。

1、虚拟仿真技术

虚拟仿真技术指的是人们借助于计算机技术、传感技术、仿真技术以及多媒体技术等，来研究外界环境感知模型。以往的系统仿真技术很少涉及到这个领域，因此，可以说虚拟仿真技术是一项重大的科技突破。

2、虚拟仿真技术在房建施工中的应用

虚拟施工技术的应用研究：从理论层面上来讲，依据相关的要求来将施工设计图具体的实施，是非常简单的过程，但是，在实际的施工中，这个过程却是十分困难的。因为，在具体的施工中，会遇到各种各样的地质情况，会选择各种各样的施工方法，那么在施工的过程中，必然会遇到一些突发的事情。在以往，我们遇到困难的时候，总是依靠施工经验来进行解决，优化施工方法和施工组织，但是施工经验会有一定的局限存在，那么在局限的经验下指导施工，就很可能出现一些失误。特别是随着建筑风格和结构的多样化，这种全新的建筑是没有经验可循的，如果依然走过去那种老路，就会产生很多的问题，施工的质量和施工的安全得不到保证，此外，还会增加施工成本和能源资源消耗。

在建筑施工中应用虚拟施工技术，就可以有效的解决这些问题；利用虚拟施工技术，可以依据相关的工程情况来建立几何模型，有着高度的仿真性和交互性。工作人员可以依据相关的要求来进行模拟施工，在施工中寻找最为合适的方法和手段。相对于传统的方法，这种方法可以有效的降低施工成本，缩短工期，并且还可以有效的提升施工质量。目前，很多的企业都开始应用虚拟施工技术，他们只需要建立一个三维模型，可视化模拟施工的全过程，在实际施工之前，就可以对各种构件的关系和位置进行准确的把握，这样施工安全控制参数就可以依据比对来有效地的出来。

仿真技术在建筑施工中的应用研究：在建筑施工中应用仿真技术，主要的作用就是让虚拟的建筑物更加的真实。应用仿真技术，可以让建筑物周围环境的外景十分逼真。只需要按照设计图纸的样本来进行建筑物的施工，就可以建模渲染建筑物和周围的各种元素，比如周围的建筑、场景和道路等等。在仿真场景中，任何一个物体的高度都和现实中一样，并且有静有动，有着十分强烈的真实感，让人仿佛身临其境。设计人员要想体验其中，只需要从多个角度来观察仿真环境即可。目前，在很多的建筑中都应用了这种仿真技术，并且取得了不错的效果。

虚拟仿真技术在复杂空间钢结构施工中的应用：现代建筑中钢结构施工十分常见，它非常重要，并且十分复杂；它的复杂性指的是钢结构并不是一下子完成的，需要一个部分一个部分来进行，在不同的施工阶段，会有着不同的结构形态、受力特性、边界条件和负载情况，那么下一个环节施工的时候，平衡状况可能就达不到相应的要求。并且，再接着进行下一个阶段的施工时，新的平衡又会产生。也就是说，接下来的每一个阶段都需要重新寻找平衡。要想保证这么复杂的工程质量，就需要在实施的过程中认真的把握每一个微小细节，对所有的因素进行综合的考虑。钢结构工程对建筑整体十分的重要，如果在这个工程的施工分析中出现了问题，那么就不能有效的指导具体的施工，从而增加资源浪费和施工成本，还有可能导致一些重大安全事故的发生。如果依然采用的是传统的施工方法和经验，那么就不能保证这个工程的质量，针对这种情况，就可以采用虚拟仿真技术；通过实践研究证明，在工程施工中采用虚拟仿真技术，可以全程跟踪分析复杂的空间钢结构施工，这样比较危险的阶段就可以及时的找出来，从而采取一系列的措施来进行控制和防范，降低事故发生的几率。

虚拟仿真的三维动画在施工中的应用：在以往，分析研究工程进度的时候，依据的是主观的判断和经验，这样研究出来的结果也不具备指导意义，因为它没有足够的科学性。而在建筑施工中应用了虚拟仿真技术中的三维动画，就可以科学合理的分析施工的全过程。采用虚拟仿真技术的三维动画，可以详细的表现出施工过程中的每一个细节；那么设计员、业主和专家就可以迅速的找到工程施工中的一些重难点、关键环节以及注意事项等等；并且依据具体的需要来及时的调整和修改施工方案。虚拟仿真技术不需要投入大量的资金，也没有很大的难度，因此，可以进行积极的推广和应用。

虚拟仿真技术在施工安全方面的应用：主要体现在两个方面，一是可以实现施工安全控制方案的最优化；如果采用传统的模式，很可能会遗漏一些安全隐患；而采用虚拟仿真技术就不会出现这个问题，因为它可以模拟演练各种各样的施工安全管理方案，对演练效果进行分析，采用科学的手段来综合比较施工中不安全的人、物以及可能存在的一些安全隐患等等，制定出合理的施工方案，既能够减小安全事故发生几率，又可以保证工程施工的质量。二是可以实现安全预防和演练的最优化，首先依据虚拟仿真模拟，工程师就可以及时发现一些可能存在安全隐患的环节和部位，并且，三维动态仿真模型的建立，也可以起到协助的作用，总结本次现场模拟的分析和演示结果，避免日后发生类似的事故；其次，紧急逃生可以用三维动态仿真模型来进行有效的模拟，现场人员可以依据在模型中出现的建筑物事故模型，来充分的了解并且有效的选择事故发生现场的应急措施、自救方式以及逃生路线，从而在很大程度上降低事故所造成的损失。

3、结语

通过大量的实践研究表明，在建筑施工中应用虚拟仿真技术，可以有效的控制施工成本和安全风险，提高施工质量。随着时代的发展和社会经济的进步，虚拟仿真技术的应用范围将会越来越广。本文简要分析了虚拟仿真技术在房建施工中的应用，希望可以提供一些有价值的参考意见。

参考文献：

[1]严勇.建筑施工中虚拟仿真技术的实践应用探究[J].建筑与文化，2012,2（3）：123-125.

[2]范振学.浅谈虚拟仿真技术在建筑施工中的应用[J].城市建设理论研究，2013,2（4）：87-89.

篇4

【关键词】仿真技术；仿真模型

虚拟仿真技术的形成和发展已经有半个多世纪的时间了。在这期间，这项技术从无到有、从简单到复杂、从建立理论体系到生产实践应用、从最初的辅助学科到如今成为解决重大工程问题的必要手段，仿真技术在多项技术（包括计算机技术、网络技术、多媒体技术、信息处理技术、图形图像技术、系统工程和控制论等）的支持、交叉、相互融合下，已经逐渐地成为了一门交叉科学，乃至一种认识客观世界的重要方法。

1 虚拟仿真技术的概念及发展史

虚拟仿真属于基础性学科的一门。仿真技术是建立在控制理论、相似原理、数学模型与计算机技术、信息技术、系统技术及其应用领域相关专业技术的基础上，以计算机和多种专用物理效应设备为实施工具，以系统模型为借助途径，对实际的或假设的系统进行动态试验研究的一门新兴的综合性技术。属于一种可控制、耗费小、无破坏性并且可以进行多次重复的实验手段。它的主要特点有：高效、优质、低廉，体现出强大的生命力和潜在的巨大能力。迄今为止，虚拟仿真技术是最为有效的经济的综合集成法，也成为了推动技术实质进步的一门战略技术。仿真就是建立系统的模型（比如数学模型、物理效应模型以及兼合两者的数学-物理效应模型），在此类模型上进行试验和研究一个实际的或设想中的系统。包括土木、机械、电子、水力、声学、热学等在内的技术系统；同时也涵盖了社会、经济、生态、生物和管理系统等在内的传统非技术系统。虚拟仿真系统的发展应该从仿真器开始。美国空军的林克机练习器诞生于一九二九年。火炮控制系统和飞行控制动力学系统的相关研究在二战后期得到了前所未有的关注，从而促进了仿真技术的发展。上世纪七十年代后，仿真技术在军事领域的发展非常迅速，并且从最初的军事方面渐渐扩展到其他工业领域。但这仍旧只是该项技术发展的初级阶段。美国国防部高级研究计划局和美国陆军在上世纪八十年代共同制定了SIMNET计划并投入了大量的精力到该项计划的研究和执行中。先进的实物仿真实验室最先在美国空军建立，各部门紧随其后纷纷建设分布式交互仿真系统、并行式交互仿真系统以及聚合式仿真系统。于是虚拟仿真技术在这一时期达到了较高级的阶段。到了二十世纪末和本世纪初，科学研究领域适时地掀起了一股针对广泛领域的复杂性问题研究的热潮。复杂性即是针对简单性的否定，复杂问题的提出，客观上推动了整体论、系统论的发展。至此，虚拟仿真技术终于进入了今天的研究复杂系统仿真的崭新阶段。

现代虚拟仿真技术的发展和控制工程、系统工程及计算机技术的发展是密不可分的。比如控制工程和系统工程的发展在客观上极大地促进了仿真技术的广泛应用，而计算机的出现以及相应的计算机技术的飞速发展，则为仿真技术的发展提供了强有力的手段和工具。

2 虚拟仿真技术的应用领域

从虚拟仿真技术的诞生和发展历史可以看出，该项技术最早应用在军事领域（最早的仿真器即是由美国空军制造）比如航天器、航海模拟以及高能武器模拟等。其中，美国的综合战区演练计划、欧洲大型军事演习等均体现出虚拟仿真技术在军事领域中无可替代的重要性和实效性。伴随着国民经济的高速发展，仿真技术必然而然地被推广到了国民经济的各个领域，也成为了系统工程中的有力工具和科学方法。同时仿真技术由于在工业系统的各项应用中带来了实质性的巨大利益，也成为工程结算中非常重要的依据资料。（一）原材料质量记录在结算中的作用：建筑原材料在进入施工现场后必须要进行检验，只有合格的原材料才能被使用，但往往出现这样的情况：设计需要的是DN108镀锌钢管，可市面上出售的却是DN100型镀锌钢管；保温和防水材料大抵都存在着一个密度上的问题，不同的材料因物而异，建设单位总是要求使用质量过硬的好材料。遇到这样的情况就需要现场施工人员做好原材料的记录，在取得建设单位的签字确认后，在结算时便可根据原材料的记录从而调整材料的价差。（二）隐蔽工程记录在结算中的作用：隐蔽工程是随着施工过程的发展而发生的，在做工程结算时较难掌握。因为隐蔽工程在整个工程造价中所占比重较大，所谓做好隐蔽工程的记录就是要做好工程内在的实况记录。由于隐蔽工程在整体项目建成以后便无法看到，所以一旦现场签证记录的手续不够完整或相对缺乏，就会大大增加工程结算的难度。因此工程完工之后，就要求表面上看不到的工程都必须翔实地记录在案――图纸上找不到的内容都必须一一记录下来。只有认真做好隐蔽工程的验收记录，并对施工现场的每一项隐蔽工程签证实行严格控制，才能以有效签证后的隐蔽工程量作为编制结算的依据。否则，在结算中就应该视它为不存在（记录的数据应该准确明了，如需画简图的应该画出施工简图）。工程量的计算更要求有详细的计算过程和计算依据做计算基础。隐蔽工程资料的记录要及时准确，并在经过了现场监理的亲自确认和盖章后才能作为结算的依据。虚拟仿真技术在隐蔽工程上的应用具有了一定的超前意识。即可以通过对隐蔽工程的施工建设建立相对应的数字模型，从而获得真正施工过程中关于隐蔽工程的相关资料，进而对整体的施工建设产生一定的影响。

钢结构建筑物的施工是一项极为重要和复杂的课题，因为虚拟仿真技术在这一项目中占有的举足轻重的位置，足可见该项技术在实际生产中所起的关键作用。在现代的复杂空间钢结构的施工中，它的成型过程就是一个由部分到整体逐步完善的过程。在不同的施工阶段，它所呈现出的结构形态、边界条件、负载情况和受力特性等都不尽相同。在安装完成一个阶段后，此时的结构暂时处在一个平衡状态。在下一个阶段的结构接着进行时，新安装的部分便会对业已安装好的那一部分产生一定程度的影响，以期两者达到新的平衡。于是这样一个阶段接一个阶段地安装下去，所有的结构便都会需求找到一个新的最后的平衡。因为在安装的过程中结构所受力的因素较多且复杂，加之不同的施工方法，所以在传统模式下要实现对施工全程的每一个细枝末节都巨细无遗地进行完整细致的分析，在技术层面和理论层面上均是几乎不可能的。如果没有做好施工分析，必然导致施工过程无法在正确有效的指导条件下进行，而所造成的结果，轻则是浪费了资源、不可避免地增加了施工的成本，重则会出现无法预料的安全事故甚至危及施工人员的生命安全，从而造成无法估量的重大损失。经过大量的工程实践所得出的结论，可以看出施工阶段是各种事故频发的一个高峰期。一旦处理上出现不慎操作，大祸即刻酿成。分析众多的工程事故案例可以得知，大部分的安全事故就是因为对施工分析的不够周密所致。而虚拟仿真技术便可以对空间结构进行施工全程的跟踪分析，及时发现施工过程中最危险的阶段，并且立刻采取控制措施。这对工程设计、施工安全的最优化等无疑具有非常重要的意义。

3 虚拟仿真技术在实际施工应用中的分析

建筑施工过程其实就是把施工设计图建成实物的过程。传统的施工执行过程中，很难做到完全按照设计要求实施。因为施工的方式方法如此多样化，并且很容易随着实际情况的变化而变化。于是,“施工经验”即成为传统模式下使施工方法和组织达到最优化的唯一手段。由此也出现了很多施工方面的失误。导致这一现象的原因就是：仅仅依靠这种“施工经验”必然受其局限性所限。尤其现在的很多建筑已经采用了全新结构，施工条件的复杂程度今非昔比，如果依然一味地以过去的经验手段控制施工，将造成盲目性、主观性以及随意性等诸多缺陷，全面性、周密性和客观性的缺失无疑将导致很多问题的出现，比如施工质量问题、成本难以准确控制问题、能耗过量问题以及施工过程中的人身安全问题等。通过分析，从已经造成的建筑施工事故报告中不难发现，许多造成了重大损失（包括人员及财产损失）的事故都是因为仅仅凭着主观臆断和过分依赖过去的施工经验而发生的。虚拟仿真技术在建筑施工领域的应用，大大地弥补了这一缺陷。虚拟仿真技术完全支持下建立起来的设计数字几何模型和施工，利用了其交互性、高度仿真性，使得施工人员、设计师和业主均可根据自己的实际需求进行施工模拟实验，为制定最佳最合理的施工计划找到了途径，从而实现了成本大幅度降低，工期极大地缩短，避免了不必要的施工浪费同时工程质量也得到了大幅提升。

上海正大广场（如图1-1）的施工建设即是虚拟仿真技术在建筑领域实际应用的典型案例。上海正大广场位于上海浦东陆家嘴国际金融贸易区，是目前国内单位面积最大的工程之一（总建筑面积达24.1万平方米）负责承建的中国建筑三局、原华中理工大学、中建三局三公司等有关专家和工程技术人员经过历时半年的专项研究和探索，针对上海正大广场项目建筑功能、结构和设计关系的复杂以及工程量大、施工难度大、工期短的特点，联合开发出了正大广场施工虚拟仿真系统。通过对该系统的研究和实验，成功地达到了施工建设所预期的三大目标：第一是在建筑物建成之前，虚拟显现建筑物建成之后周边环境的状况；第二是虚拟仿真系统的核心部分――即在钢结构施工之前，在计算机所建立的模型上完成各种构件的拼装、吊装方案的多种试验和相关优化工作；三是应力和变形分析（包括了桅杆起重机和吊装屋架内力的分析以及焊接应力应变的分析）这套系统同时在技术实践领域取得了骄人的成果：由二维设计图纸快速生成三维土建模型；对数据库采用逻辑化的层次场景进行描述；实施施工过程中的三维全视觉仿真等等，这些都为今后该项技术在建筑施工领域内的推广及应用打下了良好的基础。

图1-1

4 结束语

总之，虚拟仿真技术推广到建筑施工中的应用，体现在极大地降低了施工成本和安全风险，从而使施工控制的最优化得以实现。虚拟仿真技术在各个领域中所起到的不可或缺的作用，尤其在建筑施工领域显得更加重要，值得我们投入更多的精力与时间去研究。

参考文献：

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Abstract： Decorative construction technology is the core of professional courses in decorative art design. It has rich content and strong practicality. The traditional teaching methods are limited by various conditions， students can not master the construction process and characteristics of decoration engineering. So the virtual simulation technology is applied to the teaching and practice of decoration construction technology. It effectively solves the deficiency of traditional teaching methods， improves the students' learning effectiveness and efficiency， cultivates the students' ability of innovation and practice and effectively guarantees the curriculum teaching quality of the decoration construction technology.

P键词：虚拟仿真；装饰施工技术；教学应用

Key words： virtual simulation；decoration construction technology；teaching application

中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）13-0211-02

0 引言

近几年，虚拟仿真作为一种新型媒介，已广泛应用到各个领域。目前很多高职院校都在探索研究将虚拟仿真技术与实践教学有效的相结合，提高教学质量，国家教育部在《关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》中也提出在教学中要充分利用现代信息技术开发虚拟工厂、虚拟车间、虚拟工艺、虚拟实验。虚拟仿真技术已在城市规划、机械工程、旅游等多个专业教学上开始应用于实践，并取得一定成效，但在建筑装饰施工技术教学中的应用还在初级的探索阶段。本文以装饰艺术设计专业为研究对象，将传统教学与虚拟仿真教学相融合，以解决《装饰施工技术》课程施工工艺理论教学枯燥、校内实训室设备更新慢，校外实训基地受工期影响、存在安全隐患等问题，以此提高该专业教育教学现代化、信息化水平，从而培养全面发展的高素质技能型人才。

1 《装饰施工技术》课程教学的现状

高职院校装饰艺术设计专业开始的《装饰施工技术》课程，多采用传统的课堂理论教学和到校外实训基地参观相结合的教学模式，但这种教学模式因理论教学单一化、外出参观存在危险性、交通安全因素等限制，并不能产生良好的教学效果，其主要表现在以下几个方面：

1.1 学生兴趣难以持久

《装饰施工技术》课程是一门实践性非常强的课程，具有涉及面广、知识更新快的特点，但教师往往采用传统教学模式，如对照施工图、节点详图进行讲解，而学生缺少对图纸的理解能力和对三维空间想象能力，导致学生很难理解现场施工的全过程，学习起来难度较大，久而久之对本门课失去了学习兴趣。

1.2 实践课程安排不方便

教师授课一般按教学大纲制定的进度完成，校外实训场地施工进程和教学时间相冲突，常常出现工期和上课时间无法同步的情况。装饰施工工艺流程讲究完整性和连续性，学生没有足够的时间到施工现场将整个施工流程完整学习，只能根据教学进度的安排接受片段学习，无法感受施工全过程，对施工工艺还停留在了解层面。其次，校外实训场地接待学生观摩人数非要有限，如家装工程现场场地较小，没有办法接待50人次的教学班，而且施工现场存在不定的完全隐患，学生工程现场经验不足和安全意识的相对薄弱，出于学生安全考虑，很多工程项目负责人不愿意接待学生观摩学习。

1.3 实训室建设要求较高

现在目前高职院校都大投入的建设校内实训室，装饰艺术设计专业多建立材料实训室和构造实训室，对于施工实训室的建立多是购买一些常用装饰施工机具和设备，但由于建筑材料日新月异，装饰机具和设备也要随着更新淘汰，学校投入经费有限，校内实训室设备往往跟不上技术发展，使校内实训室不能发挥很好的作用。

篇6

关键词：虚拟仿真实验；实验教学；土木工程；实验室建设

1土木工程专业的实验教学特点

土木工程专业的实验与实践教学具有行业的特殊性。

（1）空间体量巨大。土木工程的服务对象是建筑物、桥梁、隧道，一般体量巨大。现在世界最高的建筑物高度超过800m，桥梁的最大跨度达1991m，超高层建筑物的单根柱子、单根桩基的承载能力上万吨。进行这些结构或构件的实体实验几乎是不可能的，即使是缩尺实验，也存在实验构件及加载设备体量大、实验环境恶劣、实验费用高的问题，限制了学生的参与。

（2）施工周期长。土木工程的建设周期一般比较长，世界最高建筑物———迪拜塔的建设历时6年，通常一幢普通的住宅楼施工工期也需要1年以上。由于时间的限制，学生的认识实习和生产实习无法得到工程建设全过程的体验。

（3）工程参与方多。土木工程存在不同的建设参与方（建设方、设计方、施工方、监理方等），在学生认识实习和生产实习过程中，往往只能体验其中某一方的工作，无法从不同参与方的视角去感受和经历工程。

（4）危险性高。土木工程实验很多是破坏性试验，并且是脆性破坏，具有一定的突然性，学生在实验过程中的安全问题十分突出。同时，由于施工现场工序复杂、人员众多，而很多学生又缺乏施工经验和对危险源的判别能力，这使得很多施工单位在安排学生的认识实习和生产实习时存在顾虑。

（5）实验难度大。在土木工程的实验中，灾害环境（如台风、火灾、地震、滑坡和泥石流等）的模拟设备造价高（大型地震模拟振动台的造价上亿元、大型风洞的造价几千万元）。灾害环境实验难度大、危险性大、费用高。为解决土木工程传统理论教学与学生工程化培养之间的矛盾，拓展实验及实践教学的深度和广度，提高实验教学的实效，实现理论教学与实践教学的紧密结合，特别是进行灾害环境对土木工程影响的分析、解决重大工程的防灾问题，尽可能减少实验成本和潜在危害，东南大学在课堂理论教学、原有实体实验、认识实习和生产实习的基础上，利用专业的仿真软件，采用多媒体技术以及网络通信平台，构建了具有高度真实感、直观性和精确性的虚拟仿真实验教学平台，作为实体实验及实践教学的有益补充和创新［1－5］。

2实验教学资源建设

早在2005年“工程结构设计原理”与2006年“建筑结构设计”国家精品课程建设期间，东南大学就开始组建土木工程计算机辅助结构设计实验室，此后结合“土木工程施工”、“工程合同管理”、“结构力学”及“工程结构抗震与防灾”几门国家精品课程和其他相关课程的建设，又相继成立了土木工程施工虚拟仿真实验室、土木工程管理信息化等实验室。2013年通过资源整合，依托国家级土木工程实验教学示范中心，成立了东南大学土木工程虚拟仿真实验教学中心。中心面向土木工程、建筑学、交通工程及其他相关专业，形成了“三层次、四模块、五结合”的教学体系。（1）三层次：按照人才培养需求与教学规律，将实验教学内容划分为基础训练、提高训练和创新训练；（2）四模块：按专业知识体系与工程实践规律，搭建土木工程设计、施工、管理、创新实践4个虚拟仿真实验平台；（3）五结合：与理论课程相结合、与实体实验相结合、与科研项目相结合、与实际工程相结合、与企业实践相结合。其中，四模块的18门实验课程支撑8门专业主干课程与12门实体实验实践课程，辐射其他16门专业课程，基本覆盖了土木工程专业的主要专业课。

2．1土木工程结构分析与设计虚拟仿真模块

模块主要包括：（1）基本构件虚拟仿真、楼盖设计虚拟仿真及单层工业厂房设计虚拟仿真等基础训练层次的虚拟仿真实验项目；（2）建筑结构抗震虚拟仿真、高层建筑结构设计虚拟仿真、大跨空间结构设计虚拟仿真及桥梁结构设计虚拟仿真等提高训练层次的虚拟仿真实验项目；（3）复杂结构虚拟仿真、基于MTS混合实验、大跨桥梁抗风虚拟仿真、结构构件抗火虚拟仿真等创新训练层次的虚拟仿真实验项目，是“工程结构设计原理”、“建筑结构设计”与“工程结构抗震与防灾”这3门国家级精品资源共享课的重要建设内容。结构分析与设计虚拟仿真实验项目充分体现了CDIO（conceive－design－implement－operate）的工程教育理念［6－7］，是从工程的构思到概念设计，再进行仿真分析，根据仿真分析结果对概念设计进行优化调整，最后按优化后结构进行施工图设计的全过程虚拟仿真实验，实现虚实结合的实践教学。以特色实验项目“基于MTS系统混合模拟实验平台”为例，传统的建筑物抗震防灾实验大多数是对整个结构进行的，由于整体实验成本较高且实验项目较多，导致实验场地和实验时间安排紧张。为了提高实验项目的实际效果和设备的有效利用，将结构的大部分替换为数值子结构并采用计算机进行仿真，而只有小部分结构在实验室进行足尺实验（见图1）。仿真实验具有参数可调、实验方案可扩展、不存在硬件损耗的特点，能够加深学生对实验的理解；实体实验具有真实可靠、直观性强的特点，能够提高学生的动手能力和观察能力。采用计算机仿真实验与实体实验相结合的手段，可以有效提高学生综合应用所学知识的能力。同时，实时混合实验作为目前最先进的抗震防灾实验手段之一，有助于培养学生的创新意识，提高学术水平。

2．2土木工程施工虚拟仿真模块

该模块主要包含基本施工技术虚拟仿真、复杂工程施工技术虚拟仿真及关键施工技术仿真分析3部分。基本施工技术虚拟仿真主要包括土方、桩基础、模板、钢筋工程等施工过程的虚拟仿真，是模块的基础训练部分；复杂工程施工技术虚拟仿真主要是针对超高层建筑结构、大跨空间结构、大跨桥梁结构等典型工程施工全过程的虚拟仿真，向学生介绍最新的施工技术和复杂工程的施工组织，它是模块的提高训练部分；关键施工技术仿真分析部分主要针对全新的施工技术，通过对施工过程中关键部分的仿真分析，确保施工的顺利和安全，它是模块的创新训练部分。以典型实验项目“大跨桥梁结构施工虚拟仿真”为例，该实验项目以铜陵长江大桥工程为案例，与中铁大桥局集团和柳州欧维姆机械股份有限公司合作完成。对该工程的施工全过程进行了虚拟仿真，包含桩基础施工、沉井施工、主塔施工、钢桁梁吊装施工、斜拉索施工等子系统（见图2）。通过该项目的学习，学生可以了解大跨斜拉桥施工的主要步骤、施工工艺、技术措施等。

2．3土木工程管理虚拟仿真模块

该模块包含工程项目管理、工程造价管理、工程合同管理和工程管理BIM综合4个部分。传统的信息技术类课程教学模式比较注重信息系统管理知识的介绍和基础软件操作，但是存在信息技术类知识体系在不同部分之间的割裂问题，使学生难以形成结构化、模块化的专业信息技术能力和素质。土木工程管理虚拟仿真实验平台对传统课程设置模式进行了改革，根据多学科对信息技术的应用需求，注重学生专业核心能力的培养，形成信息技术类实验课程平台。以典型实验项目“工程管理BIM综合虚拟仿真”为例，该项目根据给定的工程项目设计（包括建筑、结构、设备等）方案、相应的城市规划条件以及有关的地理环境数据，从施工单位、设计单位或咨询单位的角度进行项目建筑设计方案的多维可视化仿真（见图3），并利用BIM模型进行辅助施工管理，包括项目的日照分析、建筑能耗分析、绿色建筑评价、建筑体量计算等。

2．4土木工程创新实践虚拟仿真模块

本模块主要分为基于创新训练计划的虚拟仿真和基于学生参加科技竞赛的虚拟仿真两部分，以满足学生课外研学课程的需要，在实验项目的设计上充分体现CDIO的工程教育理念。学生根据项目的要求，利用已学的专业知识，对结构进行概念设计，然后运用仿真分析软件进行模型计算分析，根据仿真分析结果对模型设计进行优化，完成实体模型的制作，将制作好的模型进行加载或让其完成特定功能。通过本模块实验项目的训练，可以加深学生对各类结构体系、设计分析的理解和认识，使学生在知识运用能力、创新能力、动手能力、团队协作精神等方面得到全面提升［8－9］。以典型实验项目“创新结构体系虚拟仿真实验”为例（见图4），要求学生设计并制作创新结构模型，以反映学生的力学概念、结构概念和创新思维。实验项目鼓励节能减排、循环经济的创新思路，旨在通过指导学生对结构概念设计、基本构件受力状态、空间结构体系及特点、典型工程案例分析等内容的学习，培养学生勤于观察与思考，并动手制作结构模型的能力，使学生能够从结构整体上把握建筑物的结构体系及受力特点，并通过学习报告、制作模型及加载体验的方式提高学生的动手实践能力和创新意识。

3教学特色

3．1依托优质教学资源建设虚拟仿真实验平台

土木工程虚拟仿真实验教学中心长期坚持实体实验项目建设和虚拟仿真项目建设相结合，通过国家级教学团队的规划，完善了实验教学体系，并将学生实验训练的学时数比例由总学时的19％增加到25％。中心依托国家级土木工程实验教学示范中心，与理论教学紧密结合，进行虚实结合的实验教学资源建设，有力地支撑了6门国家精品课程、5门国家级精品资源共享课程和1门国家级视频公开课的建设，提升了课程建设和专业建设的水平。2013年，土木工程专业以优秀成绩第4次通过住建部高等教育土木工程专业评估委员会的评估，在2012年的全国学科评估中，东南大学土木工程学科名列全国第三。

3．2来源于科研项目，面向创新能力培养

中心依托“国家预应力工程技术中心”、“混凝土与预应力混凝土教育部重点实验室”等国家和部省级科研基地，不断地将最新科研成果转化为虚拟仿真实验项目。通过把科研成果转化为实验教学内容，把科研方法融入实验教学活动，向学生传授科研理念、科研文化、科研价值，使学生了解科技最新发展和学术前沿动态，激发科研兴趣，启发科研思维，培养科研道德，提升学生科学研究和科技创新能力。

3．3来源于工程实践，面向工程实践能力培养

中心的大量虚拟仿真实验项目来自于真实的工程实例，是以实际工程为背景，解决工程实际问题为目标的“实战型”项目。通过真实项目的演练，指导学生综合运用专业知识，进一步培养学生的工程素质和实践能力，为社会输送合格的“来之能战”的毕业生。已将典型重大工程转化为实验项目的实例有：（1）山东博物馆屋盖薄壁箱型结构虚拟仿真；（2）广州南站大跨空间结构温度应力虚拟仿真；（3）广州白云机场复杂铸钢节点虚拟仿真；（4）润扬长江大桥大跨桥梁抗风虚拟仿真；（5）深圳大运会体育馆钢结构安装施工虚拟仿真；（6）沪通长江大桥桥梁沉井施工全过程虚拟仿真。

3．4面向防灾减灾，开展灾害虚拟仿真

现代土木工程的最大威胁来自于各种自然灾害和人为灾害———地震、台风、海啸、火灾、爆炸、泥石流等。各种灾害因其巨大的时空尺度而难以再现，因其复杂的生成原因而无法重复，所以要借助现代虚拟仿真技术进行演示。中心依托云计算中心每秒37万亿次峰值浮点计算能力，运用大型虚拟仿真分析软件，开展地震、台风、火灾及爆炸等灾害的模拟，提升学生防灾意识和减灾水平。

4结束语

通过多年的建设，东南大学土木工程虚拟仿真实验教学中心已经成为由国家级教学团队及国家级教学名师负责规划和建设，面向土木工程、工程管理2个国家级高等教育特色专业和其他相关专业的实验实践教学基地，为“结构力学”、“工程结构设计原理”、“建筑结构设计”、“工程结构抗震与防灾”、“土木工程施工”、“工程合同管理”等6门国家级精品课程和其他相关课程开展虚拟仿真实验教学，面向7个专业的学生开展创新训练。2014年，该中心获批为国家级土木工程虚拟仿真实验教学中心。

参考文献（References）

［1］教育部高教司．教育部高等教育司关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知［EB／OL］．（2013－08－13）［2015－04－01］．

［2］石松泉，沈红，梁伟，等．虚实结合的电工电子实验教学体系的设计［J］．实验技术与管理，2008，25（8）：184－186．

［3］蔡卫国．虚拟仿真技术在机械工程实验教学中的应用［J］．实验技术与管理，2011，28（8）：76－78．

［4］吴涓，孙岳民，雷威，等．东南大学机电综合虚拟仿真实验教学中心建设规划思路与进展［J］．实验技术与管理，2014，31（10）：5－9．

［5］王卫国．虚拟仿真实验教学中心建设思考与建议［J］．实验室研究与探索，2013，32（12）：5－8．

［6］李平，毛昌杰，徐进．开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设提高高校实验教学信息化水平［J］．实验室研究与探索，2013，32（11）：5－8．

［7］李亮亮，赵玉珍，李正操，等．材料科学与工程虚拟仿真实验教学中心的建设［J］．实验技术与管理，2014，31（2）：5－8．

［8］胡文龙．基于CDIO的工科探究式教学改革研究［J］．高等工程教育研究，2014（1）：163－168．

篇7

关键词：实验教学；虚拟仿真；土木类专业；工程素质

随着国内建筑行业的快速发展，对土木类人才的需求日益增加，土木类专业办学规模日益扩大。截至2013年，我国开设土木工程专业的高等学校达到439所，设置给水排水工程专业、建筑环境与设备工程专业的高等学校分别有192所和181所，土木类专业在校学生近40万人。专业扩招以及建筑企业安全管理等因素造成土木类专业在开展实践教学环节过程中遇到了很多技术难题，主要包括：（1）土木类专业实验综合性强，设备体量大，实验环境恶劣，资源消耗大，成本较高，特别是高危险、大型复杂但与实际工程结合紧密的实验无法在实验室内让本科生直接深入参与；（2）土木类专业相关教学实验选课学生多，实验操作复杂，实验开支较大，实验安排难度大，造成学生参与实验自主性不够；（3）受到场地和实习时间的限制，土木工程中施工周期长、一些隐蔽工程无法现场展示，一些大型实验无法让本科生动手参与。同时，在专业认识实习和生产实习环节学生只能参观构筑物但无法通过实际操作了解建筑过程的整体工艺。随着计算机技术和信息技术的发展，结合高等教育信息化建设开展土木类专业实践教学改革是克服实践教学环节技术困难的一个重要途径[1]。

虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容[2]。2013年，教育部根据《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》，决定开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作[3]。其目的是鼓励高校采用多媒体虚拟现实技术和数值计算仿真技术，构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，并进行教学方法、实验手段等方面的改革研究与实践探索，使实践训练及时跟上相关技术的发展。为了有效解决土木类专业开展实践教学遇到的技术困难，培养学生的工程实践能力，达到培养高素质的工程应用型创新人才的目的，北京工业大学土木类专业在国家级实验教学示范中心――土木工程实验教学中心的基础上，利用多媒体虚拟现实技术和数值计算仿真技术，构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，并进行教学方法、实验手段等方面的改革研究与实践探索。2013年12月北京工业大学土木工程虚拟仿真实验教学中心入选国家级虚拟仿真实验教学中心。

一、虚拟仿真实验教学中心建设理念和思路

紧密结合土木类专业实践性强、工程能力培养要求高的专业特点，土木工程虚拟仿真实验教学中心建设始终坚持“虚实结合、相互补充、能实不虚”的理念。在虚拟仿真平台建设规划过程中，明确了实体实验和虚拟实验的定位，确立了“能实不虚”的建设原则。以“实”为目标、“虚”为手段，扬长避短，以“虚”来加强理论知识与实践动手操作的联系，以“实”来提高学生解决工程实际问题的能力。即将虚拟实验手段融入课前预习、课上实训和课后实践等环节中，用虚拟实验对实验现象进行展示、对实验仪器设备的使用流程和注意事项进行说明。通过计算机虚拟环境进行交互性虚拟实验使其成为理论和实践教学的重要补充和有效辅助手段，从而最大限度提高学生的工程素质。

虚拟仿真实验教学中心的建设目标是采用网络技术、多媒体、人机交互等技术构建高度仿真的虚拟仿真实验教学平台，解决土木类专业实践教学环节中的技术难题，培养学生的创新精神、实践能力、自主学习能力以及获取信息、运用信息的能力。

在虚拟仿真实验教学系统的开发过程中，中心坚持“重点开发、积极引进、软硬结合、适当超前”的基本思路。优先选择土木类专业实验难度大、实验花费高（如大型结构破坏性实验、重复次数多的混凝土梁加载实验、大型水质仪器分析实验、建筑设备智能控制实验、污水处理实验等）、专业理论性较强的实验项目进行虚拟仿真实验教学系统开发试点，同时积极引进国内外成熟的虚拟仿真实验教学系统，充分重视虚拟实验环境的真实感、可操作性。

虚拟仿真实验教学中心面向学生采用“多层次”的开放模式。包括虚拟实验不限时开放、教学实验室预约开放（定期开放与网站预约开放相结合）和全天候开放创新基地三层次，使现有资源最大限度得到利用。

二、依托虚拟仿真实验教学中心建设积极开展土木类专业实践教学体系改革

北京工业大学土木类专业坚持“实践教学一条线”、“创新人才培养不断线”的教改思路，将实践教学体系分为三个层次：

（1）工程认识实践与基础训练层次。主要包括各课程教学大纲所规定的基本型实验。

（2）专业应用实践层次。主要包括大纲中规定的综合设计型及个性化创新型实验（综合知识的应用、创新思维培养）。该层次整合了学科基础课、专业主干课及其综合实践环节等，目的是着力进行学科基础技术研究方法的教育。

（3）工程实践层次。以土木工程一级学科为平台，发挥科研活动的支撑与引领作用，以工程为背景，实现学生真实工程环节的训练，增强学生工程实践能力，使学生从专业技能培养逐步进入学科前沿，在加强面上培养的同时实现点上的突破。

土木工程虚拟仿真实验教学中心首先重点解决专业应用实践层次和工程实践层次遇到的主要问题。依托虚拟仿真实验教学中心建设，积极开展实践教学体系的改革，主要包括：（1）围绕虚拟仿真实验教学平台建设创新培养方案，包括在教学计划中增设创新实践课程和改革实验环节的指导模式。（2）推进实践教学内容更新。实践教学大纲必须明确提出“虚实结合、相互补充”的具体实施方案以及具体的培养目标。（3）将高层次的学科建设平台、高水平的科研与工程技术项目以及高质量科研成果融入虚拟仿真实验系统建设，扩大虚拟仿真实验的范围。（4）加强多媒体、网络技术的应用，实现多层次开放模式。（5）改革实践环节评分考核模式。注重对学生利用平台进行自主实验、互动交流过程的考核，强化对学生分析实验结果能力以及答辩的考评。

三、虚拟仿真实验教学平台的功能

以国家级土木工程实验教学示范中心硬件平台为基础，虚拟仿真实验教学中心第一阶段建设是基于Eclipse、WebBuilder、Visual Studio、Adobe Flash、LabVIEW等开发平台和工具并结合主流的专业仿真计算软件30余套（包括PKPM、ANSYS、ABAQUS、5D施工BIM等）开展实践教学环节的虚拟仿真建设。目前土木工程虚拟仿真实验教学中心下设10个虚拟仿真实验教学平台，即大型设备结构实验虚拟仿真平台、混凝土梁静载实验虚拟仿真平台、桥梁工程实验虚拟仿真平台、工程施工虚拟仿真平台、工程测量虚拟仿真平台、道路勘测设计一体化虚拟仿真平台、楼宇自控系统虚拟仿真实验平台、空调系统调试虚拟仿真实验平台、大型水质分析仪器虚拟仿真平台、水处理工艺运行虚拟仿真平台，利用平台建成了相应的土木类专业虚拟仿真实验教学系统。

虚拟仿真实验教学平台主要功能包括：

（1）利用平台实现虚拟实验仪器开展实验和搭建典型的实验项目。平台建设紧密结合土木类专业实验教学需求，使学生利用平台进行虚拟仪器操作和动手搭建实验系统并配置相关技术参数。如大型水质分析仪器仿真与模拟操作系统对大型气相色谱仪、TOC/TN、原子吸收光谱仪等的构造及工作原理进行仿真模拟，同时将仿真模拟系统与仪器离线操作平台偶联，实现仪器的模拟操作与样品分析仿真；利用钢筋混凝土简支梁静载实验模拟系统可以自行设置梁的截面尺寸、配筋、长度等几何参数和混凝土、钢筋等材料参数形成自己的实验对象，在虚拟场景中布设支座形式、分配梁、加载点等加载条件和设备，扩大学生能够操作实验工况的数目。

（2）利用平台实现数字化工程设计和虚拟施工、调试及运行。工程施工虚拟仿真平台充分利用建筑信息模型（Building Information Modeling简称BIM）技术完成了土木工程关键施工过程模拟动画30套，能够基本实现对土木工程施工关键过程的模拟仿真；工程测量虚拟仿真平台所建立的仿真系统能模拟校内外实验场地条件以及各种工程测量实验仪器设备，可实现人机交互操作，形象地展现了工程测量课程中主要实验环节的工作过程；道路勘测设计一体化虚拟仿真平台利用当今国际道路勘测设计主流技术，将野外道勘实习基地和校内道勘实训中心集成为数字化、一体化、可视化的虚实结合、内外结合的教学平台，主要功能是利用真实项目完成道路勘测与设计的综合实训；楼宇自控系统虚拟仿真实验平台利用楼宇自控虚拟仿真系统制作的虚拟控制对象来代替真实对象，不仅接受控制器的控制信号，而且还能向控制器发出各种反馈信号，反映实际系统的响应，从上位机控制界面上直接显示控制过程和控制结果，给学生带来“身临其境”的感觉，为楼控系统的编程和调试带来很大方便，有利于对空调系统控制原理的认识以及对楼宇自控技术的学习和应用。

（3）利用平台的网络化协同支持教学。平台构建了作业、协同交流、答疑、留言、测试、文件存储等模块，中心网站具有友好的用户界面，用于为师生用户提供相对完整的实验学习支持系统。在功能上包括提供实验设计、背景知识、参考资料和课件等。针对学生用户，记录其实验过程，包括实验报告、数据、实验结果统计、成绩评定、教师评语等；针对教师用户，提供实验设计、分类实验结果和内容统计等。

（4）基于网络的宣传、交流和实验展示功能。平台具有信息、成果展示、专业介绍、实验设计、教学名师、精品课程等宣传和展示功能。虚拟仿真实验教学平台体现了全天候开放性，随时随地可以访问；体现了创新性，利用现代信息技术，实现了低成本，高安全，运行维护方便，改进教学效果，积极革新教学模式的目的。

四、注重利用“产、学、研”合作建设虚拟仿真实验教学中心

土木类专业教师的虚拟仿真技术开发能力、网络多媒体技术水平是影响虚拟仿真实验教学平台建设水平的一个主要因素，软件公司的技术人员对专业实践教学要求的理解对平台开发效果有重要的影响。为了提高中心下设的虚拟仿真实验教学平台的建设水平，中心本着“优势互补、资源共享”的原则与建研科技股份有限公司、北京长筑工程软件有限公司等近10家软件开发单位开展校企共建共管的合作模式。一方面，企业参与土木类实践教学计划制订，为中心建设提供各类技术资料、工艺规程和软件，参与中心虚拟仿真实验教学平台的研发工作、软件维护和升级管理工作，确保了平台良好的运行状态并始终处于同类平台的领先地位，服务于校内人才培养；另一方面，校企合作共建的虚拟仿真实验教学中心为企业软件产品的市场推广、人才培训提供支持，中心教师也积极为企业的研发工作提供技术支持。通过人才培养这个纽带，学校和企业整合各自优势，结成战略合作伙伴关系，从而为土木工程虚拟仿真实验教学中心的可持续发展提供了强大的技术研发支撑平台。

五、虚拟仿真实验教学中心建设的效果

中心搭建14门实验课程，其中设计型1门、创新型4门、综合型9门。中心经过第一阶段建设，土木类专业能够将虚拟实验和真实实验结合的实践环节的比例超过30%。虚拟仿真实验教学中心直接面向于全校6个专业并对全校其他专业开放，年均直接受益人时数近60000（人・小时）。

通过三年实践教学平台的“虚实结合”建设以及实践教学体系改革，中心对人才培养的教学效果主要体现在以下方面：

（1）强化了“学生是主体、教师是主导”的教学理念，提高了实验教学质量，学生自主参与实践环节的能力得到加强。

（2）实现了虚拟仿真平台和校外实习基地建设相互补充、相互支持，提高了土木类专业校外实习环节的效果，强化了工程素质的培养，有助于培养学生的专业学习兴趣。

（3）通过“虚实结合”拓宽了学生的专业视野，提高了学生的自主学习能力，加强了学生的创新意识和创新能力的培养。

（4）“虚实结合”的实践教学模式的开展促进了实验教学管理体系的改革，促进了实验教学队伍水平的提高。

总之，土木类专业应紧密结合行业的相关需求以及学校的发展定位来开展虚拟仿真实验教学中心建设，要坚持“虚实结合、相互补充、能实不虚”的理念，以培养学生的创新能力、自主学习能力、工程实践能力为目的开展工作。同时要积极与相关技术公司开展“产、学、研”合作来提高虚拟仿真实验教学平台建设水平。实践表明，虚拟仿真实验教学有助于解决由专业扩招以及建筑企业安全管理等因素造成的实践环节中遇到的技术难题，有助于培养高素质工程应用型创新人才和实现教学运行经费高效利用。虚拟仿真实验教学平台对提升土木类专业的整体实践教学水平能起到良好的促进作用，对提升建筑行业单位的技术水平有明显的促进作用。

参考文献：

[1] 张敬南，张钟. 实验教学中虚拟仿真技术应用的研究[J]. 实验技术与管理，2013（12）：101-104.

[2] 戴成梅，戴成建. 基于 LabVIEW 的电工电子网络虚拟实验室研究与开发[J]. 实验室研究与探索，2011（2）：74-78.

篇8

关键词：预应力;钢结构;拉索;张拉施工;虚拟张拉技术

Abstract: with the rapid development of the our country economy and the improvement of science and technology, our country's industry made great development and progress. And in the corresponding industrial production in, prestressed steel structure construction of virtual tension technology has very important position and role. Our topic is: prestressed steel structure of the construction of virtual drawing technology. We first to virtual zhang pulled the concept of technology to a certain extent on paper, mainly expounds the three aspects, respectively is virtual zhang pulled the connotation of the technology, the basic principle and key technology of modeling and simulation. Then, we of the virtual tension technology in the corresponding prestressed steel structures in the construction of application are analyzed. This topic research, hope to provide certain reference to their peers.

Keywords: prestressed; Steel structure; The lasso; Tension construction; Virtual drawing technology

中图分类号：TU394文献标识码：A文章编号：

一、引言

在相应的预应力结构之中，存在着两个十分重要的过程，分别是张拉施工的过程以及结构成型的过程，这两个过程之间有着十分密切的联系，突出表现在张拉整体结构以及索穹顶等全张力柔性体系之上。但是如果对张拉力各个指标的选取不恰当的话，拉索最终所发挥出的索力与预想中的设计值会存在着一定的差距，不仅如此，还极有可能造成相关结构发生坍塌的现象。而这些指标主要有实施张拉的方法、张拉的顺序以及张拉力的级别。所以，在进行对于预应力拉索张拉方案的制定时，应提高其科学性以及高效性，实现对于虚拟现实技术的引入，也就是我们课题中的虚拟张拉（Virtual Tension）技术。

二、虚拟张拉技术的概念

对于虚拟张拉技术来说，将其与虚拟现实技术的具体内涵进行一定程度上的结合，可以实现对其的拓展理解：将相应的计算机以及网络技术应用到虚拟张拉之中，实现对于虚拟现实技术的结合，对现实预应力拉索张拉行为中的各个要素进行一定程度上的虚拟仿真，在这一过程当中，需要保证全面性以及动态性。要素包含了多个方面的内容，主要有相关的施工人员、所需要的机械及设备、施工现场的条件、张拉施工的全过程信息以及这一结构本身所存在的一些特点。进行一定程度上的虚拟仿真，也就是指在计算机中实现对于预应力钢结构拉索张拉的模拟,并且十分逼真。这样一来，就为相关的工程技术人员或者专家了解整个的过程提供了一定的便利。不仅如此，他们还可以通过对于模拟的分析，提前预知在相应的施工过程之中可能会出现的问题以及安全隐患。并基于此，积极的采取正确而有效的措施，对张拉过程之中容易出现的问题进行有效的控制，为工程的顺利进行提供一定程度上的保障。它有着较大的优点：技术较为先进、所取得的效果显而易见、成本相对较低以及对于工期能够进行一定的保证。

三、虚拟张拉技术基本原理及关键技术问题

1、虚拟张拉技术的组成核心

对于虚拟张拉技术来说，它主要是将相应的虚拟现实技术引入到预应力钢结构拉索张拉施工当中去。所以，相应的虚拟张拉技术也包含了多个方面的知识与内容，而在这其中，主要存在着三个方面的核心内容，具体如下：

①可视化与交互技术。运用可视化技术，在预应力拉索的张拉施工的操作中融入计算机图形学知识以及相关的显示技术，并将之映射到虚拟环境之中，对其过程有一定程度上的了解。而对于交互技术来说，它主要是进行一定程度上的信息交换，而交换的主要对象是现实中的人（包括工程技术人员以及专家）与虚拟环境之中人的行为过程。

②建模技术。进行对于虚拟张拉技术的实现首先要做的就是建立一个较为准确的模型，并将之置于虚拟的环境之中。不仅如此，对于这一虚拟模型，还需要做出一定的要求。要求其能够对现实结构的形态进行准确而真实的反映。同时进行对于相关现实结构的几何方程、物理方程以及平衡方程的参考,并运用CADPCAE技术实现控制方程的建立,最终形成与现实结构一致的可视化虚拟张拉模型。

③仿真技术。进行虚拟张拉最终是为了在相应的虚拟环境之中所生成的模型进行一定程度上的仿真分析，并基于此实现对其的验算与对比操作，最终优化选择出最适合的拉索张拉方案来指导在实践中的工作。所以一般情况下，也把仿真分析看作为试验的技术或手段，但是与实验室试验不相同的是，它主要是进行对于处于虚拟环境中能够全真反应现实状况的仿真模型的研究，而并非现实存在的相关内容。

2、虚拟张拉技术基本原理

虚拟张拉技术具有较大的优点，存在一定程度上的实时性、高效性以及互动性，其基本原理如下：

3、虚拟张拉技术建模与仿真的关键问题

3.1拉索单元模拟与分析方法

在相应的预应力钢结构之中，索单元作为其中的一个单元形式，具有非常大的活跃性。预应力钢结构本身存在着一些特点，而非线性是其中较为突出的一个特点。进行对于结构仿真的分析时，往往需要进行对于初始几何态、预应力态以及相应的荷载态的充分考虑。主要存在着两种分析方法，分别是以连续化假定为基础的的分析方法以及以离散化假定为基础的的数值仿真。然而，运用以连续化假定为基础的的分析方法在现场条件下具有一定程度上的局限性，所以通常情况下对于急于离散化假定的数值仿真做重点考虑。

3.2拉索预应力的仿真

拉索预应力的仿真模拟在虚拟张拉之中发挥着十分重要的作用，甚至成为了进行虚拟张拉的一项十分关键的技术。它主要存在着3种模拟方法，下面我们进行一一阐述：

①等效荷载法。这一模拟方法主要是首先将预应力作用等效为相应的外荷载，然后将之作用于相应的结构之上。这一方法具有很大的直接性以及简便性。但是它仍然存在着一定的弊端，因为运用这种方法的过程之中往往会忽略拉索的刚度。这样一来，在对于虚拟张拉全过程仿真进行一定程度上的分析时，各个拉索之间的索力的影响就不能够被真是的反映。

②初始应变法。为了实现对于等效荷载法之中所存在弊端的避免,不能够仅仅将预应力看作外荷载,还应该对于预应力对刚度所造成的影响进行充分的考虑。对于初始应变法来说，其实质主要是在相应的索单元之中产生初始拉应力。

③模拟环境降温法。通过进行对于拉索单元的环境温度的降低，促使其发生一定程度上的收缩并产生相应的预拉力,其实质主要是施加温度荷载,从而间接的促使拉索单元产生初始应变。

四、结束语

我们相信，随着时代的发展，预应力钢结构施工的虚拟张拉技术在工业之中会发挥越来越重要的作用。

参考文献：

[1]李国成,王靖涛.复杂结构施工的虚拟实现[J].建筑结构学报，2002,(4)

[2]张宏胜.虚拟建造在钢结构工程施工中的研究与应用[D].重庆:重庆大学,2004.

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由于职业教育是面向职业、岗位活动的一种就业能力教育，突出特征是从事技术、技能、技艺、技巧等实践性教育教学，按照目前学者对VR/AR技术呈现的普遍描述，完全可以确定这项技术在职业教育教学中应用的广泛性、有效性与迫切性。在职业教育教学中，由于大量的教学内容属于实践性内容，而许多实践性教学内容，受环境、场地、设施设备、安全、污染、资金、不可控、不可再现等因素影响，难以实现有效教学，因此，虚拟仿真虚拟现实增强现实，即目前各界热议的VR/AR技术，在职业教育教学中的应用需求应该说是刚性需求。那么，为什么一个时期以来，职业教育教学在VR/AR技术的应用上缺少创新与深入研究，为什么从事一线教学的广大职业院校教师很难结合自己的教学内容进行VR/AR需求性设计，为什么由VR/AR专业制作公司提供的教学产品往往不适用，究其原因多种多样，但笔者认为，处于前置位置的一个重要原因，就是VR/AR技术的专业描述与职业教育教学需求性描述存在差异，导致职业院校广大教师很难将自己的教学内容与之准确对应，无法对号入座，更无法简捷思考如何根据教学内容运用VR/AR技术特征进行有效的教学设计、教学需求设计及教学应用设计，因此，本文试图依据VR/AR技术的基本定义，结合VR/AR技术在职业教育教学中的应用需求进行分析，将理论与应用连接起来。

VR 为Virtual Reality的英文缩写，即虚拟现实的意思，多数人认为它是以仿真的方式给用户创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维虚拟世界，并通过头盔显示器、数据手套等辅助传感设备，为用户提供一个观测与该虚拟世界交互的三维界面，使用户可直接参与并探索仿真对象在所处环境中的作用与变化，产生沉浸感的交互系统。VR的支撑技术，普遍认为是计算机技术、计算机图形学、计算机视觉、视觉生理学、视觉心理学、仿真技术、微电子技术、多媒体技术、信息技术、立体显示技术、传感与测量技术、软件工程、语音识别与合成技术、人机接口技术、网络技术及人工智能技术等多种高新技术。

AR为Augmented Reality 的英文缩写，即增强现实的意思，多数人认为，它是通过电脑技术，将虚拟的信息应用到真实世界，使真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间交互系统。也有人提出了MR概念，即 MixReality的英文缩写，即混合现实的意思，一般认为，是指包括增强现实和增强虚拟，合并现实和虚拟世界而产生的新的可视化环境，在新的可视化环境里物理和数字对象共存，并实时互动交互系统。还有人提出了HR概念，即HologramReality 的英文缩写，即全息现实的意思，一般认为，是指利用光学技术，实现完整的、可以从360度球形空间观察的虚拟影像，通常是依托可以多方向观察的多面体设备和多个不同角度的投影来实现，图像可以多人多角度观看，因此，也有人把它叫做面向全体的AR/全息技术。

总之，随着科学技术的发展，许许多多有关计算机虚拟仿真虚拟现实增强现实的创新名词扑面而来，由于专业、技术、应用视角不同，对虚拟仿真虚拟现实增强现实等概念在应用上的理解与解释就有所不同，这对研究具体应用这些技术的实践者们，特别是职业院校广大一线教师，提出了挑战。为了深入研究VR/AR技术在职业教育教学中的应用，必须站在职业教育视角，以融合职业教育教学应用需求，尊重职业教育教学基本特征与规律，并结合大量成功应用案例，重新分类描述、分析、思考VR/AR技术在职业教育教学中的应用方向，当然最好实现对号入座，这对VR/AR技术在职业教育教学中的应用推广、破解职业教育教学实践性教学中的瓶颈难题，具有十分重要的意义。

二、单纯利用计算机屏幕画面虚拟仿真技术

单纯利用计算机屏幕画面虚拟仿真技术，简称屏幕仿真技术，是目前职业教育教学中应用最广泛的一种虚拟仿真技术，由此技术所创作的虚拟仿真课件、软件数量众多，这些课件、软件在职业教育教学实践中发挥了重要作用。这里需要强调，仿真教学课件与仿真教学软件有着根本性区别，鉴于目前职业教育教学中应用仿真课件比例较大，因此本文着重针对虚拟仿真课件进行分析讨论。

(一)技术性特征

屏幕仿真技术可以划归到AR技术范畴，它不需要其它外接设备的支持，仅仅在一台普通PC(或平板电脑、手机)上，利用鼠标、键盘就可以实施操作了。支持这种操作的核心技术，是实现在屏幕上实施虚拟仿真操作的专用工具软件。随着计算机软件技术的发展，屏幕仿真技术所应用的核心工具软件越来越专业化、普及化。一般认为屏幕仿真技术技术性特征有以下5个方面：(1)工具软件研发技术成熟，已经逐步形成专业化、系列化、标准化，如虚拟实景(境)技术等;(2)制作工具软件的种类、系列繁多，基本形成了依据行业、职业、专业、岗位的不同需求定向研究开发制作软件的局面;(3)由于定向开发制作工具软件的方便性，使该类课件的制作成本逐渐减低，制作周期逐渐缩短;(4)在应用需求的拉动下，单纯利用计算机屏幕画面实现的虚拟仿真的教学课件，基本实现了网络版、单机版共存，PC机、平板电脑、手机共用，支持人工更新、自动更新共有的应用水平;(5)虚拟虚景(境)技术得到广泛应用。在虚拟环境下虚拟虚景(境)，使所有设计参数与现实参数关联，虚景相互之间的数据关系与现实比例一致，因此，广泛用于产品(项目)设计领域，是屏幕仿真技术的另一个拓展技术性特征。

(二)应用性特征

通过对大量屏幕仿真技术作品分析可以确定，此类作品在职业院校教育教学中，主要有以下4个应用性特征：(1)对环境、场景、目标物等，进行漫游式虚拟仿真实训;(2)对设施、设备、仪器、仪表、工具等过程性操作，进行交互式虚拟仿真实训;(3)将虚拟操作结果转接至实物实体操作，实现虚实融合式实习实训;(4)实施虚拟虚景(境)设计实训。

(三)类别性特征

根据职业教育教学特征，我们可以将屏幕仿真技术类别性特征归纳成以下5种：

1.单纯漫游式屏幕仿真教学课件

这种课件是利用计算机屏幕来呈现立体、逼真的漫游环境、场景、或目标物画面，操作者通过对鼠标、键盘的规范操作，实现对计算机屏幕画面的操作与控制，并以第一人称视觉进入画面实施漫游。单纯漫游式屏幕仿真教学课件的主要教学功能是：学习者通过对环境、场景、或目标物的漫游，了解、熟悉、记忆画中环境、观测对象、目标物特征，并通过画中环境、场景、观测对象或目标物上的媒体提示，获得具有与实地、亲临、接触相同的现场学习效果。这种课件的典型案例如虚拟导游实训、虚拟现场参观实训、虚拟目标物观测观察实训等。

2.漫游互动式屏幕仿真教学课件

这种课件与单纯漫游式屏幕仿真教学课件的重要区别是，学习者在操作漫游画面时，可以根据教学需要，激活漫游场景中的某一处画面，并与被激活的画面实施互动交流。典型案例如在操作虚拟图书馆参观实训课件时，当操作者想打开一本书观看时，只要用鼠标选择点击这本书，并将其激活，就可以一页一页翻开这本书观看了。在职业教育教学中，特别是在实践性教学中，这种课件照比单纯漫游式屏幕仿真教学课件，更具有教学性。

3.植入某种属性漫游互动式屏幕仿真教学课件根据教学需要，在漫游互动式屏幕仿真教学课件某一个教学点中加入数学、物理、化学、自然、专业以及某种思维、逻辑属性的一种屏幕仿真课件。这种仿真课件的最大特征是将被仿真物体(或被仿真事件)的真实属性平移到仿真物体(事件)中，使操作者具有与实际操作相同的操作感觉与操作效果。典型案例如利用屏幕仿真课件在机械加工车间厂房漫游时，当操作者激活车间厂房中的吊车，并欲操纵吊车吊住物件移动，此时，如果在物件上加入重力、运动惯性力学算法，当运用鼠标、键盘操纵屏幕仿真画面，吊起该物件并进行移动时，该物件在屏幕画面中的运动力学特征就与真实物件移动时的运动力学特征完全一致。这种植入某种属性漫游互动式屏幕仿真教学课件在职业教育教学中具有重要的应用价值，从某种意义上说，加入真实操作端，它将会完全取代真实的实训操作训练。因此，这种课件比漫游互动式屏幕仿真教学课件更具有教学性和应用价值。

4.具有考试考核功能的屏幕仿真教学课件在上述3种屏幕仿真课件中，根据教学需要，加入考试考核功能，即成为具有考试考核功能的屏幕仿真教学课件。这种课件一般设计有检测学习者学习效果功能，是比较成熟、比较完整的屏幕仿真课件。典型案例如利用记录操作者的漫游路线(轨迹)，判断操作者是否记住行走路线;利用操作者互动操作的正确性、规范性，判断操作者的学习效果;利用操作者在有属性课件中操作的准确性，判断操作者是否熟练掌握该项技能等。当然最简单的设计是在屏幕仿真课件中加入专门设计的考试考核窗口。我们通常将具有考试考核功能的屏幕仿真教学课件叫做助学性(或自学性)课件。

5.可以链接多种教学媒体的屏幕仿真教学课件在上述4种屏幕仿真课件中，运用某种技术，在虚拟仿真系统中加入对其它教学媒体的链接功能，即成为可以链接多种教学媒体的屏幕仿真教学课件。有时候我们把这种课件叫做富媒体屏幕仿真课件，这种课件的教学功能比较强大，可视性也很好，而且可以承载更多的教学内容。这种富媒体屏幕仿真课件在职业教育教学中具有十分广泛的应用前景，特别是在实践性教学中的应用价值很高。典型案例如在数字博物馆漫游课件的某一个具体画面中，链接一段视频，当漫游操作者用鼠标点击视频窗口时，该视频窗口开始播放所链接的视频文件，形成画中画效果。可以链接多种教学媒体的屏幕仿真教学课件是职业教育教学中十分实用的一种虚拟仿真教学课件，它不但可以实现与其它屏幕仿真课件相同的教学功效，同时可以拓展成屏幕仿真课堂屏幕仿真教学屏幕仿真实习屏幕仿真实验屏幕仿真实训屏幕仿真工作包屏幕仿真项目包等教学软件。

6.可以实现多人联合或顺序操作的屏幕仿真教学课件

在上述5种屏幕仿真课件中，运用某种技术，在虚拟仿真系统中，加入多终端操作设计，即几个操作者分别以不同角色共同实时操作一个屏幕仿真课件，我们把这种课件叫做可以实现多人联合或顺序操作的屏幕仿真教学课件。这种课件特别适合职业教育实训教学、实习教学、项目教学或生产性教学中的联合作业、流水线作业、程序化作业及协作式操作训练等教学内容。典型案例如在物流实训屏幕仿真课件中，设计了接送货物员、汽车运输司机、装卸工、库房管理员、物流调度几个角色，操作者分别以不同身份、角色进入屏幕仿真课件，并按照所设计的规范、流程实施操作。这种课件不仅再现了工作职场真实的群体作业过程，而且训练了学生们联合协作、团结互助的团队精神。

三、加入可穿戴传感器计算机屏幕虚拟仿真技术

在单纯利用计算机屏幕画面实现虚拟仿真技术基础上，加入可穿戴传感器，形成加入可穿戴传感器计算机屏幕画面虚拟仿真技术，简称加入可穿戴传感器屏幕仿真技术。一些学者认为，可穿戴传感器不应该独立出来，应该与操纵杆、方向盘、开关、脚踏板等传感器合为一体进行讨论，这种思维对直接研究VR/AR技术来讲是可行的，但对进行职业教育教学应用性研究来讲就可能引起混淆，因此必须分开讨论。加入可穿戴传感器屏幕仿真技术又有人把它叫做可进入虚拟画面操作式虚拟仿真技术，这项技术可以划归到VR技术范畴，所加入的可穿戴传感器如数据手套、脚垫、定位头套等，可以按照操作者的需求，设计进入画面，并对画面中的虚拟仿真物体实施操作。

(一)技术性特征

加入可穿戴传感器屏幕仿真技术与屏幕仿真技术的区别在于，前者加入了可穿戴传感器而后者没有。随着虚拟仿真技术在各类工程领域中的不断应用，推动了可穿戴传感技术的快速发展，无论在扑捉运动的精准性、对运动的识别性、穿戴运动的舒适性等方面都有了大幅提升，可以说，从硬件技术方面对加入可穿戴传感器屏幕仿真技术的发展提供了有力支持。分析加入可穿戴传感器屏幕仿真技术的技术性特征，一般认为有以下3个：1.随着数据手套等可穿戴传感器精度的不断提升，越来越多关联操纵、操作、驾驶、调控等岗位作业活动的虚拟仿真课件，会首选此种技术;2.在需求的拉动下，数据手套等可穿戴传感器的生产成本会越来越低，成为职业院校虚拟仿真实训教学中常用的装备之一;3.随着可穿戴传感技术的发展，操作者完全可以对屏幕仿真画面中的设施、设备、装备、仪器、仪表等实行全面操控。__

(二)应用性特征

加入可穿戴传感器屏幕仿真技术与屏幕仿真技术最大应有性区别是，前者甩开了利用计算机鼠标、键盘操作、控制屏幕仿真画面操作模式，取而代之的是利用操作者真实的肢体动作操作、控制屏幕画面，增强了操作、控制屏幕画面的真实感。

(三)类别性特征

对比屏幕仿真技术加入可穿戴传感器屏幕仿真技术类别性特征重点是，在操作者身体上穿戴上接有传感器的物品，利用操作者的模拟操作动作，实现对虚拟仿真画面中的设备、装备、仪器、仪表等实施全面操控或深度交互。典型案例如利用数据手套抓取、安装、拆卸、调整、操纵屏幕仿真画面中的物体，利用传感脚垫进入屏幕仿真环境、场景之中，利用传感帽定位多人进入屏幕仿真画面等。也有人将加入可穿戴传感器屏幕仿真技术称之为沉浸式虚拟仿真技术。按照职业教育实践性教学一般规律，运用数据手套实现操作屏幕画面技术具有较大的应用空间。例如利用数据手套，并在屏幕仿真画面中的目标物体上加入某种属性，据此所创作的屏幕仿真实训教学课件，在职业教育实践性教学中会发挥重要作用。

四、加入专用传感器屏幕仿真技术

加入专用传感器屏幕仿真技术，我们通常又把它叫做有实物介入式屏幕仿真技术，这项技术可以划归到VR技术范畴。加入专用传感器屏幕仿真技术与加入可穿戴传感器屏幕仿真技术的重要区别是：一个加入了可穿戴传感器，一个加入了专用传感器。

(一)技术性特征

加入专用传感器屏幕仿真技术与加入可穿戴传感器屏幕仿真技术的技术性特征基本相同，不作详述。

(二)应用性特征

加入专用传感器屏幕仿真技术应用性特征，可以归纳以下3各方面：(1)引入实际操作对象，操作者通过对实际操作对象的操纵，实现对屏幕画面内仿真物体的操作;(2)实际操作对象可以是真实实物，也可以是模拟实物，当采用模拟实物时，其动作、力度、姿态、速度等要尽可能靠近真实实物操作;(3)在引入实际操作时，同时引入模拟操作环境，以增加操作的真实感。

(三)类别性特征

为简化分析，以专用传感器为题目进行类别性特征分析。

1.单一部件实物支持下的加入专用传感器屏幕仿真系统

所谓单一部件实物是指方向盘、操纵杆、按钮等等。由单一部件实物组成的加入专用传感器屏幕仿真技术系统比较简单，且往往可以适用于运动性质相同的单一部件屏幕仿真课件，起到以一当十的效果，因此，普遍受到应用者欢迎。

2.组合部件实物支持下的加入专用传感器屏幕仿真系统

所谓组合部件实物是指由2个或2个以上单一部件实物，根据真实操作系统的设计要求规范布局形成的一组部件实物，当这组部件实物与真实操作实物数量一致，且一一对应时，这组组合部件实物可称为全部件实物。由组合部件实物支持的加入专用传感器屏幕仿真系统系统相对复杂一些，但因感觉逼真、效果凸显，常常被用于关键能力、核心能力实际操作训练前的虚拟仿真导训中。例如，将汽车的方向盘、脚油门、脚刹车、换挡器部件实物作为专用传感器，形成加入专用传感器屏幕仿真系统即属于全部件实物系统。应该注意，单一部件实物组合部件实物全部件实物均是提取了某种核心操作部件实物，即便是全部件实物，仍然没有将其全部有关操作实物提取出来。当需要全部提取时，必须进行仿真操作必要性、系统设计复杂性论证后方可实施。

3.系统部件实物支持下的加入专用传感器屏幕仿真系统

系统部件实物与组合部件实物全部件实物的最大区别是，前者强调的是加入部件的系统性，后二者强调的是加入部件的作用性、功能性，这在职业教育实训教学中是经常发生的现象。

4.无模拟现实环境支持的加入专用传感器屏幕仿真系统

所谓无模拟现实环境支持，既是不强调或不可能强调现实环境对加入专用传感器屏幕仿真系统的教学效果影响。

5.有模拟现实环境支持的加入专用传感器屏幕仿真系统

所谓有模拟现实环境支持，既是强调现实环境对加入专用传感器屏幕仿真系统的教学效果影响。

五、加入专用传感器并阻断操作者视力虚拟现实技术

(一)技术性特征

加入专用传感器并阻断操作者视力虚拟现实技术与加入专用传感器屏幕仿真技术比较，其技术性特征有以下3个：

1.专用传感器区别

加入专用传感器屏幕仿真技术中所提到的专用传感器其实物载体最小为部件，而加入专用传感器并阻断操作者视力虚拟现实技术中所提到的专用传感器的实物载体一般最大是部件，多数专用传感器的实物载体是小型工具、游戏玩具。

2.阻断操作者视力区别

加入专用传感器屏幕仿真技术是通过计算机屏幕、投影屏幕开放式获得虚拟仿真画面，而加入专用传感器并阻断操作者视力虚拟现实技术却是通过阻断操作者视力，使操作者的视觉完全置于虚拟场景之中。

3.操作者与虚拟仿真场景融入性区别

加入专用传感器屏幕仿真技术，操作者与虚拟仿真场景实现的是控制性融入模式，此时，屏幕仿真场景中的人物、动物及其他内容物的设计，倾向于被操作、被激活状态;而加入专用传感器并阻断操作者视力虚拟现实技术，更注重场景中的人物、动物及其他内容物与操作者展开自然互动状态，操作者以第一人称身份，利用手中工具进入虚拟场景，并与虚拟场景中的人物、动物、景物等产生强烈互动。这一点为职业教育设计虚拟职场体验式教学模式提供了技术支持。

(二)应用性特征

加入专用传感器并阻断操作者视力虚拟现实技术除了与加入专用传感器屏幕仿真技术具有相同应用性特征外，对比分析，还具有以下3个独立应用性特征：

1.形成情节化虚拟仿真实训教学课件

我们知道，职业教育教学的重点内容是实践性教学，而实践性教学最好的教学方法是老师带领学生真正走进工作职场、工作岗位，在全环境下进行学习，或者说在真实的职场中、岗位上获得学习，但在现实中，因为种种原因，这种全环境学习环境是难以提供给学生的，情节化虚拟仿真实训教学课件可以一举破解这一难题。

2.配合数据手套，形成万能实训工作台

许多岗位能力训练是在工作台面上进行的，配合数据手套，加入专用传感器并阻断操作者视力的虚拟现实技术完全可以创建出万能实训台，学生戴上可视眼镜、数据手套，在PC机的支持下，实施多种多样的虚拟实训。

3.实施真实操作前的验证性虚拟操作

几乎所有虚拟仿真课件，都可以设计成实施真实操作前的验证性虚拟操作功能，但验证精度、准确性，虚拟的逼真性却各不相同。加入专用传感器并阻断操作者视力的虚拟现实技术可以设计成与现实状况完全一致的验证精度与操作的准确性，并大幅度提高虚拟场景的逼真性，这项技术为职业教育实操实训前的虚拟仿真导训，提供了技术支持。

(三)类别性特征

加入专用传感器并阻断操作者视力的虚拟现实技术与加入专用传感器屏幕仿真技术，在类别性特征方面主要有3点区别：

1.单人进入式情节化虚拟仿真课件

由于排除了视觉干扰，加入专用传感器并阻断操作者视力的虚拟现实技术完全可以实现单人进入式情节化虚拟仿真课件功能。顾名思义，这种课件首先是情节化，其次是单人进入。单人进入式情节化虚拟仿真课件，破解了职业教育虚拟实习教学难题，是服务职业教育实践性教学最有发展潜力的一种虚拟现实技术。

2.多人进入式情节化虚拟仿真课件

在单人进入式情节化虚拟仿真课件基础上，设计成多人进入通道，既可以实现多人进入式情节化虚拟仿真课件。按照岗位操作需求，将每一个通道设计成不同操作者角色，大家在虚拟场景下，各自按照岗位操作规范，实施联合操作、顺序操作、逻辑化操作。

3.情节化技能测试考核体验包

我们知道，技能测试、技能考核、技能操作体验是职业教育实践性教学不可或缺的三个关键环节，由于加入专用传感器并阻断操作者视力的虚拟现实技术可以创设身临其境的虚拟效果，同时又可轻松加入虚拟操作情节，所以，完全可以设计成情节化技能测试考核体验包。__六、实时加入真实视频画面虚拟现实技术通常我们又把它叫做增强现实技术或现实画面与仿真画面混合式仿真技术，即AR技术。

(一)技术性特征

实时加入真实视频画面虚拟现实技术的技术性特征，有以下4个方面：

1.不阻断操作者视力

这项技术不需要操作者戴头套、戴眼镜，在自然环境下观看现实画面与虚拟画面的融合画面。

2.实施画面融合

以屏幕仿真技术为基础支撑，加入现实视频画面，通过某种软件技术，实现虚拟画面与现实视频画面融合。

3.操作者利用自身视频图像控制虚拟画面

操作者通过操作现实空间中某种具有标记物体，并利用实时视频画面对虚拟画面内的物体实施操作，达到增强现实的效果。

4.实现随机操作

操作者可以随机改变操作路径、方法、手段，已形成即时随机示教操作效果。

(二)应用性特征

实时加入真实视频画面虚拟现实技术的主要应用性特征有以下5个方面：

1.用于教师利用虚拟仿真画面、实时操作视频进行实时、随机、示范性操作，并以合成视频形式实施教学展示;

2.用于实践性教学中适合于学生桌面操作的虚拟操作训练;

3.用于在虚拟目标物支持下的立体化、形象化、虚拟化阅读学习;

4.用于将学习内容在视频拍摄技术支持下，进行可视化、形象化、互动式链接;

5.自助式操作，形成虚拟仿真与现实操作高度融合、完美叠加的教学视频画面。

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[关键词]现代信息技术 建筑教学改革

建筑专业课的知识面广、枯燥乏味，具有高度的抽象性，原理及结构复杂。以计算机为核心的多媒体教学方式和互联网资源为建筑专业教学改革提供大好舞台，将现代信息技术整合到建筑专业教学中，可以改变教学资源的形式和内容，扩展教学的空间，更新教学模式，营造一个图文并茂、动静结合、视听并用、模拟仿真的教学情境，激发学生学习兴趣，提高教学质量；利用信息技术开发的虚拟仿真技术开展建筑专业实践教学，不受空间、时间、场地和资金等限制，并且避免了学生在工程现场真实实训可能带来的安全问题，虚拟仿真实训是学生专业实践技能训练的一种有效手段，是对学生在真实环境下实践能力培养的一种有效补充，能较好地解决建筑专业实践教学中存在的问题。

1 运用现代信息技术，研究和开发基于工作过程的教学资源库

为加快我校课程建设与改革的步伐，推动优质教学资源共建共享，建设“随时随地”学习的数字化学习环境，提高办学效益和人才培养质量，我校启动教学资源库建设项目，将优质教学资源利用信息技术进行有效的存储和管理，构建共享型专业教学资源库。

1.1 资源库系统组成。共享型专业教学资源库包括：资源库平台和专业教学资源。资源库平台包括：资源库硬件系统和资源库管理（支撑）系统，专业资源库包括资源建设模块、网络课程模块、资源共享模块和自主学习模块，各模块包含的内容如图1所示。

1.2 资源库建设目标。建筑专业教学资源库的建设是在基于工作过程的课程开发的基础上整合专业优质资源，把岗位职业工作要求细化成教学要求，使教与学的内容贴近职业现场。通过科学系统设计、合作开发管理、持续有序更新的方式，建设一个突出职业特色、资源交互共享、内容丰富立体并可持续发展的专业教学资源库，打造学生、教师、企业和社会共同受益的资源平台。

1.3 资源库建设的内容。资源素材库是建筑工程技术专业资源库的核心，包括建筑材料、建筑结构与构造、建筑测量仪器、施工机具设备、脚手架、施工工艺、工程案例、现行建筑法规与技术标准等内容。素材形式包括文本素材、图片素材、视频素材、动画素材、虚拟素材。文本素材主要收集国家与地方现行的建筑法规、技术标准、岗位能力标准、规程、业务流程、作业规范；收集实际的施工案例、工程造价案例等；图片素材主要包括建筑材料、结构与构造、测量仪器、施工机具设备、脚手架、施工工艺、现行建筑法规与技术标准等十大类资源；视频素材主要包括基础工程施工、主体结构工程施工、屋面施工和装饰装修施工等分部工程的施工录像；动画素材主要包括施工工艺流程、工作原理、工作过程、工艺标准、内部结构等；虚拟素材主要包括使用施工虚拟仿真技术建设虚拟企业、虚拟场景、虚拟设备以及虚拟实训项目等。

2 构建基于现代信息技术的教学模式

2.1 自主探究教学模式。自主探究教学模式分四个阶段：创设情境、揭示课题、明确目标；任务驱动、探索新知、启发引导；协作讨论、深入质疑、探究指导；反思评价、巩固内化、点评提升。具体如图2所示：

3 利用虚拟仿真技术开展实训教学

基于建设项目生命全周期，运用三维可视化控制与数据库技术结合工程实际开发可教学、可操作、可考核的建筑工程仿真实训系统。运用虚拟仿真技术改革当前建筑专业的传统实践教学模式，提高实践教学的效果，促进学生专业技能的培养。仿真实训系统主要由施工技术仿真系统、工程实训考核系统和工程管理仿真系统等三部分组成。按照工程建设的内容和流程，每个仿真系统下面都设有若干个子模块，其中建筑工程仿真实训系统和施工实训场仿真系统的结构图如图3和图4所示。

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虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容[2]。2013年，教育部根据《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》，决定开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作[3]。其目的是鼓励高校采用多媒体虚拟现实技术和数值计算仿真技术，构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，并进行教学方法、实验手段等方面的改革研究与实践探索，使实践训练及时跟上相关技术的发展。为了有效解决土木类专业开展实践教学遇到的技术困难，培养学生的工程实践能力，达到培养高素质的工程应用型创新人才的目的，北京工业大学土木类专业在国家级实验教学示范中心――土木工程实验教学中心的基础上，利用多媒体虚拟现实技术和数值计算仿真技术，构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，并进行教学方法、实验手段等方面的改革研究与实践探索。2013年12月北京工业大学土木工程虚拟仿真实验教学中心入选国家级虚拟仿真实验教学中心。

一、虚拟仿真实验教学中心建设理念和思路

紧密结合土木类专业实践性强、工程能力培养要求高的专业特点，土木工程虚拟仿真实验教学中心建设始终坚持“虚实结合、相互补充、能实不虚”的理念。在虚拟仿真平台建设规划过程中，明确了实体实验和虚拟实验的定位，确立了“能实不虚”的建设原则。以“实”为目标、“虚”为手段，扬长避短，以“虚”来加强理论知识与实践动手操作的联系，以“实”来提高学生解决工程实际问题的能力。即将虚拟实验手段融入课前预习、课上实训和课后实践等环节中，用虚拟实验对实验现象进行展示、对实验仪器设备的使用流程和注意事项进行说明。通过计算机虚拟环境进行交互性虚拟实验使其成为理论和实践教学的重要补充和有效辅助手段，从而最大限度提高学生的工程素质。

虚拟仿真实验教学中心的建设目标是采用网络技术、多媒体、人机交互等技术构建高度仿真的虚拟仿真实验教学平台，解决土木类专业实践教学环节中的技术难题，培养学生的创新精神、实践能力、自主学习能力以及获取信息、运用信息的能力。

在虚拟仿真实验教学系统的开发过程中，中心坚持“重点开发、积极引进、软硬结合、适当超前”的基本思路。优先选择土木类专业实验难度大、实验花费高（如大型结构破坏性实验、重复次数多的混凝土梁加载实验、大型水质仪器分析实验、建筑设备智能控制实验、污水处理实验等）、专业理论性较强的实验项目进行虚拟仿真实验教学系统开发试点，同时积极引进国内外成熟的虚拟仿真实验教学系统，充分重视虚拟实验环境的真实感、可操作性。

虚拟仿真实验教学中心面向学生采用“多层次”的开放模式。包括虚拟实验不限时开放、教学实验室预约开放（定期开放与网站预约开放相结合）和全天候开放创新基地三层次，使现有资源最大限度得到利用。

二、依托虚拟仿真实验教学中心建设积极开展土木类专业实践教学体系改革

北京工业大学土木类专业坚持“实践教学一条线”、“创新人才培养不断线”的教改思路，将实践教学体系分为三个层次：

（1）工程认识实践与基础训练层次。主要包括各课程教学大纲所规定的基本型实验。

（2）专业应用实践层次。主要包括大纲中规定的综合设计型及个性化创新型实验（综合知识的应用、创新思维培养）。该层次整合了学科基础课、专业主干课及其综合实践环节等，目的是着力进行学科基础技术研究方法的教育。

（3）工程实践层次。以土木工程一级学科为平台，发挥科研活动的支撑与引领作用，以工程为背景，实现学生真实工程环节的训练，增强学生工程实践能力，使学生从专业技能培养逐步进入学科前沿，在加强面上培养的同时实现点上的突破。

土木工程虚拟仿真实验教学中心首先重点解决专业应用实践层次和工程实践层次遇到的主要问题。依托虚拟仿真实验教学中心建设，积极开展实践教学体系的改革，主要包括：（1）围绕虚拟仿真实验教学平台建设创新培养方案，包括在教学计划中增设创新实践课程和改革实验环节的指导模式。（2）推进实践教学内容更新。实践教学大纲必须明确提出“虚实结合、相互补充”的具体实施方案以及具体的培养目标。（3）将高层次的学科建设平台、高水平的科研与工程技术项目以及高质量科研成果融入虚拟仿真实验系统建设，扩大虚拟仿真实验的范围。（4）加强多媒体、网络技术的应用，实现多层次开放模式。（5）改革实践环节评分考核模式。注重对学生利用平台进行自主实验、互动交流过程的考核，强化对学生分析实验结果能力以及答辩的考评。

三、虚拟仿真实验教学平台的功能

以国家级土木工程实验教学示范中心硬件平台为基础，虚拟仿真实验教学中心第一阶段建设是基于Eclipse、WebBuilder、Visual Studio、Adobe Flash、LabVIEW等开发平台和工具并结合主流的专业仿真计算软件30余套（包括PKPM、ANSYS、ABAQUS、5D施工BIM等）开展实践教学环节的虚拟仿真建设。目前土木工程虚拟仿真实验教学中心下设10个虚拟仿真实验教学平台，即大型设备结构实验虚拟仿真平台、混凝土梁静载实验虚拟仿真平台、桥梁工程实验虚拟仿真平台、工程施工虚拟仿真平台、工程测量虚拟仿真平台、道路勘测设计一体化虚拟仿真平台、楼宇自控系统虚拟仿真实验平台、空调系统调试虚拟仿真实验平台、大型水质分析仪器虚拟仿真平台、水处理工艺运行虚拟仿真平台，利用平台建成了相应的土木类专业虚拟仿真实验教学系统。

虚拟仿真实验教学平台主要功能包括：

（1）利用平台实现虚拟实验仪器开展实验和搭建典型的实验项目。平台建设紧密结合土木类专业实验教学需求，使学生利用平台进行虚拟仪器操作和动手搭建实验系统并配置相关技术参数。如大型水质分析仪器仿真与模拟操作系统对大型气相色谱仪、TOC/TN、原子吸收光谱仪等的构造及工作原理进行仿真模拟，同时将仿真模拟系统与仪器离线操作平台偶联，实现仪器的模拟操作与样品分析仿真；利用钢筋混凝土简支梁静载实验模拟系统可以自行设置梁的截面尺寸、配筋、长度等几何参数和混凝土、钢筋等材料参数形成自己的实验对象，在虚拟场景中布设支座形式、分配梁、加载点等加载条件和设备，扩大学生能够操作实验工况的数目。

（2）利用平台实现数字化工程设计和虚拟施工、调试及运行。工程施工虚拟仿真平台充分利用建筑信息模型（Building Information Modeling简称BIM）技术完成了土木工程关键施工过程模拟动画30套，能够基本实现对土木工程施工关键过程的模拟仿真；工程测量虚拟仿真平台所建立的仿真系统能模拟校内外实验场地条件以及各种工程测量实验仪器设备，可实现人机交互操作，形象地展现了工程测量课程中主要实验环节的工作过程；道路勘测设计一体化虚拟仿真平台利用当今国际道路勘测设计主流技术，将野外道勘实习基地和校内道勘实训中心集成为数字化、一体化、可视化的虚实结合、内外结合的教学平台，主要功能是利用真实项目完成道路勘测与设计的综合实训；楼宇自控系统虚拟仿真实验平台利用楼宇自控虚拟仿真系统制作的虚拟控制对象来代替真实对象，不仅接受控制器的控制信号，而且还能向控制器发出各种反馈信号，反映实际系统的响应，从上位机控制界面上直接显示控制过程和控制结果，给学生带来“身临其境”的感觉，为楼控系统的编程和调试带来很大方便，有利于对空调系统控制原理的认识以及对楼宇自控技术的学习和应用。

（3）利用平台的网络化协同支持教学。平台构建了作业、协同交流、答疑、留言、测试、文件存储等模块，中心网站具有友好的用户界面，用于为师生用户提供相对完整的实验学习支持系统。在功能上包括提供实验设计、背景知识、参考资料和课件等。针对学生用户，记录其实验过程，包括实验报告、数据、实验结果统计、成绩评定、教师评语等；针对教师用户，提供实验设计、分类实验结果和内容统计等。

（4）基于网络的宣传、交流和实验展示功能。平台具有信息发布、成果展示、专业介绍、实验设计、教学名师、精品课程等宣传和展示功能。虚拟仿真实验教学平台体现了全天候开放性，随时随地可以访问；体现了创新性，利用现代信息技术，实现了低成本，高安全，运行维护方便，改进教学效果，积极革新教学模式的目的。

四、注重利用“产、学、研”合作建设虚拟仿真实验教学中心

土木类专业教师的虚拟仿真技术开发能力、网络多媒体技术水平是影响虚拟仿真实验教学平台建设水平的一个主要因素，软件公司的技术人员对专业实践教学要求的理解对平台开发效果有重要的影响。为了提高中心下设的虚拟仿真实验教学平台的建设水平，中心本着“优势互补、资源共享”的原则与建研科技股份有限公司、北京长筑工程软件有限公司等近10家软件开发单位开展校企共建共管的合作模式。一方面，企业参与土木类实践教学计划制订，为中心建设提供各类技术资料、工艺规程和软件，参与中心虚拟仿真实验教学平台的研发工作、软件维护和升级管理工作，确保了平台良好的运行状态并始终处于同类平台的领先地位，服务于校内人才培养；另一方面，校企合作共建的虚拟仿真实验教学中心为企业软件产品的市场推广、人才培训提供支持，中心教师也积极为企业的研发工作提供技术支持。通过人才培养这个纽带，学校和企业整合各自优势，结成战略合作伙伴关系，从而为土木工程虚拟仿真实验教学中心的可持续发展提供了强大的技术研发支撑平台。

五、虚拟仿真实验教学中心建设的效果

中心搭建14门实验课程，其中设计型1门、创新型4门、综合型9门。中心经过第一阶段建设，土木类专业能够将虚拟实验和真实实验结合的实践环节的比例超过30%。虚拟仿真实验教学中心直接面向于全校6个专业并对全校其他专业开放，年均直接受益人时数近60000（人?小时）。

通过三年实践教学平台的“虚实结合”建设以及实践教学体系改革，中心对人才培养的教学效果主要体现在以下方面：

（1）强化了“学生是主体、教师是主导”的教学理念，提高了实验教学质量，学生自主参与实践环节的能力得到加强。

（2）实现了虚拟仿真平台和校外实习基地建设相互补充、相互支持，提高了土木类专业校外实习环节的效果，强化了工程素质的培养，有助于培养学生的专业学习兴趣。

（3）通过“虚实结合”拓宽了学生的专业视野，提高了学生的自主学习能力，加强了学生的创新意识和创新能力的培养。

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关键词:土木工程;仿真技术;实习实训;应用

实践教学是对教学理论的进一步加强，学生在此过程中也能够有效提升自身的创新精神与动手能力。过去大众化、讲学式的教育体系对实习实训的认识不够，因此很多学生面临毕业之后找工作难的窘境。通过加强实践教学、推动创新教育的方式，能够有效提升学生的综合素质，为现代社会培养更多实用型人才。

一、土木工程施工实习实训教学中仿真技术的问题

在我国有很多高校的土木工程专业在教学时依然没有创新，还是在按照已经过时的模式进行教学，虽然也涉及实习实训内容，但效果不佳，并且基本上只是流于形式，实际效果有限。通常高职院校会有近一年的实训期，在这么短的时间内是很难进行施工实训的。即使在训练过程中采用集中分散结合的方式，但施工效果仍旧不理想。由于单一教学模式的限制，并且对教学和实训的安排缺乏合理性，实训教学通常难以发挥应有的作用。进行实训教学存在以下几个问题:第一，不重视实践教学的重要性;第二，对课程体系的设置缺乏合理性;第三，缺乏实训教学资源;第四，缺乏足够的实训教学时间。

二、土木工程施工实习实训教学中仿真技术的实现

(一)虚拟场景建模

通过仿真设计软件能够设计出具有实际价值的虚拟场景，制作方法为:第一，用摄像头拍摄现实场景，然后利用仿真技术对所得影响进行全景图合成设计;第二，通过程序设计语言和编程软件生成场景［1］;第三，使用仿真设计软件制作虚拟三维场景。以上步骤需要用到的主要软件有3DSMAX软件和VRML软件，结合两款软件的使用方法为:首先，制作场景贴图、动画、造型等;其次，将场景导出至VRML;最后，修改源程序代码，添加所需文件，并进行相应操作。

(二)实现物理建模

通过Export命令，对建模得到的max文件进行导出，导出后的文件为wr1文件，然后对导出的文件进行建模。这一过程可以通过VRML的传感器节点完成，同时通过事件及路由器实现。

(三)实现行为建模

以Script节点定义及改变场景对象的外观及行为，当Script节点开始初始化，某个程序脚本就会被调用。该事件在VRML场景中会被检测出来，并传递至JAVA，通过JAVA对其作出相应的响应，也可以进行反向传递。

(四)构建网络系统

虚拟的仿真教学环境可以对网络中的信息资源进行高效利用，确保实训教学具有动态有效性。例如Flashmx等工具能够进行在线虚拟实习活动，具有十分广泛的教学覆盖面，在当前常用的辅助实训教学工具中，最具发展前景。通过信息技术能够建立远程服务系统，实现对虚拟仿真实训教学的系统资源共享，这也是虚拟仿真教学系统未来进展的主要方向之一［2］。利用虚拟仿真实训教学系统能够给学生提供大量学习资料，保证学习效率和学习效果。网络虚拟实训可以运用web三层结构建立B/S架构的虚拟仿真实训教学体系。

三、土木工程施工实习实训中应用仿真技术的方法

(一)在教学中建立规范化的仿真技术

虚拟仿真技术具有人机互动的特点，娱乐性强并且能够形象直观地表现画面，有助于学生的记忆同互联网联系，能够营造出逼真的场景，增加体验乐趣。在学生开始土木工程施工实习的后，采用标准化的虚拟仿真技术能够在很大程度上激发学生的学习兴趣，从而提升其学习主动性，而这一点，在传统的教条主义教学模式下是难以实现的。通过规范的仿真模拟技术，能够很好地重现施工场景，使学生完美地融入其中。

(二)在教学中安全控制仿真技术实施

仿真技术通过虚拟成像的方式营造一个看起来真实的环境，但由于其特有的虚拟性，因此情境知识看起来和真实环境无异，但却很好地避免了真实环境中才会出现的各种危险因素。学生可以在课堂中融入真实的施工环境中去，在实践中应用理论知识，在虚拟的环境中对施工过程进行安全控制操作，即使存在不规范问题或其它缺陷，由于不具有危险性并且并非真实，学生仅仅会感觉到紧张，但并不会造成危险和损失。虚拟仿真技术能够加强学生规范化管理建筑施工流程，提高施工的安全水平，降低事故发生率。

(三)重视仿真技术的设计及师资培养

在教学中引入并应用仿真技术，也是加强土木工程师资力量的重要因素。土木工程是一门以实践为主的专业，培养的也主要是实用型人才。因此无论是学生还是教师，都需要具备一定的施工经验，才能在将来的工作或教学活动中，占据主动。教师在进行仿真技术实训之前，应首先做好完善的准备工作。在实现实践教学的科学化和精细化规划设计过程中，教师也应具有一定的创新能力。另外，学校方面也可以积极引入或自行开发一些具有实训价值的综合仿真技术的土木工程实习软件，充分满足学生需求。

(四)在实习开展前做好充分准备工作

在开展实训之前，教师会根据实习的基本纲要给学生安排各种实习任务，此外土木工程专业教师也会专门给学生安排一些工作，学生需要根据自己实习的内容做一份答辩论文。这种方法有助于培养学生总结施工实践经验的能力并培养学生养成良好的团队意识。并且表现优秀的学生所上交的论文内容也能够为教师日后教学水平的提升打下良好基础，教师也能从中找到各种有价值的案例以供教学使用。

结束语

土木工程施工实习实训是非常有必要的，这也符合其侧重实践应用的专业特点。在实训中应用仿真技术，学校在降低成本的同时，也能够很好地培养学生的实践能力和创新能力。

参考文献

［1］周国恩，梁鑫，周雨等．基于仿真技术在土木工程施工实习实训教学中的探索与实践［J］．教育教学论坛，2013，(28):197－198，199．

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关键词：仿真教学；组织领导；资源建设；培训推广

中图分类号：G424 文献标识码：B 文章编号：1673-8454(2012)01-0061-03

虚拟仿真技术包括仿真模拟技术和虚拟现实技术两个领域。仿真模拟技术是指使用仪器设备、模型、计算机虚拟技术，以及利用场地、环境的布置，模仿出真实工作程序、工作环境、技术指标、动作要求，进行科学研究、工业设计、模拟生产、教学训练和考核鉴定等的一项综合技术。虚拟现实技术是指用计算机生成的一种特殊环境，人可以通过使用各种特殊装置将自己投入到这个环境中，并操作、控制环境，实现特殊的目的，成为这种环境的主宰。

虚拟仿真技术可以有效还原生产、建设、服务和管理岗位的“原生态”，为学习者提供技能训练所需要的“真实”环境、“真实”工艺、“真实”工具等，从而有效提高技能教学质量。同时，可以降低教学成本、规避实训危险、降低环境污染、实现绿色教育。因此，虚拟仿真教学是深化教育教学思想、内容、方法、手段、模式改革，推动职业院校内涵建设的一个重要突破口。为此，教育部在《关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》中明确提出“要充分利用现代信息技术，开发虚拟工厂、虚拟车间、虚拟工艺、虚拟实验”。各高职院校应多措并举，有力推进虚拟仿真教学改革。

一、加强组织领导，创造浓厚氛围

开展虚拟仿真教学是一项系统工程，其技术本身的高端性、复杂性等特点，决定其应用成本较高，资源建设和教学组织较难。因此，必须得到学校的大力支持，加强组织领导，落实责任任务。

1.成立分层领导组织

首先，要成立院级虚拟仿真教学工作领导小组，由主管院长牵头，各教学单位和教学管理单位的主要负责人为成员。各级负责人要高度重视虚拟仿真教学工作，做到有组织、有计划、有措施、有检查、有总结、有推广。

其次，要成立各重点专业的虚拟仿真教学工作组。由系主任牵头，专业带头人为主要负责人，骨干教师和合作企业负责人为主要成员。根据专业技能教学特点，通过购买引进、校企合作开发、自主开发等多种途径建设适用的虚拟仿真教学软件，科学布局虚拟仿真实训基地，开展虚拟仿真实训教学，总结实践经验并进行示范推广。

2.建立政策法规进行引导激励

首先，将开展虚拟仿真教学工作做为教育教学改革重要项目，结果做为考核教学单位工作的重要指标。其次，将教师开展虚拟仿真教学的成果做为评聘奖优倾斜条件，对于积极进行虚拟仿真教学软件开发及应用研究的教师，通过制定相关激励政策，从职称评聘、成果奖励、科研经费等方面进行鼓励，为他们提供必要的条件，在全院形成良好的风气和氛围。再次，给予虚拟仿真教学立项资金等条件扶持，为完成项目提供最大保障。要加大资金投入，加强资金管理，做到专款专用，接受监督检查，切实保障项目顺利完成。

通过以上举措，使“推广虚拟仿真技术，提高实践教学水平，加快实现教育现代化”的理念内化成广大教师的共识，并将其付诸于实际行动。

二、广辟渠道，建设虚拟仿真教学资源

虚拟仿真教学资源是利用现代信息技术开发的虚拟工厂、虚拟车间、虚拟工艺、虚拟实验等等，可以解决实践教学中“看不见、进不去、动不了、难再现”等客观难题，减少资源消耗与环境污染，实现人才培养的信息化、智能化、现代化。虚拟仿真教学资源是开展虚拟仿真教学的必要条件。“巧妇难为无米之炊”，所以，学校应该舍得投入，按照“引进一部分、合作开发一部分、自主研发一部分”的虚拟仿真资源建设新思路进行统筹安排。

1.购买引进

该决策依据是：所需求的软件已经被同类院校的专业广泛认可和应用，效果良好，尤其是那些教学急需的高端产品，应该采取这种“花钱拿来主义”的模式。

2.合作开发

此决策依据是，所需求的软件没有成熟的产品，专业教师能够提出明确的需求，能够提供科学准确的教学设计，借助专业IT公司的技术力量和项目组织能力，能够开发出专业级的应用软件。要探索创设高水平的合作模式，将优秀企业力量引进来，紧密合作，互惠互利，同步带动学校师资专业发展、技能人才培养、软件产品研发的水平提高。实践证明，院校的教学设计与优秀IT企业的实现技术有机结合，是研发优秀虚拟仿真资源的捷径。

虚拟仿真教学软件的研制过程一定要与相关企业紧密合作，软件设计应该是教学专家、行业专家和软件制作专家三方合作的结果。要以教学专家为主导，实施优秀的教学设计，编写制作脚本，要有行业专家实施技术指导，还要有软件专家实施创新制作，才能研发出科学的、适宜的、理实结合的虚拟仿真实训教学软件。

3.自主研发

此决策依据是，所需求软件的开发技术难度和复杂性相对较低，专业教师能够提出明确的需求，能够提供科学准确的教学设计，学校具有软件开发技术支持队伍。

威海职业学院作为首批国家示范性高职院校，非常重视虚拟仿真教学在技能人才培养中的作用，积极开展虚拟仿真教学资源建设，建设了专门的教学资源研发中心。目前购买引进、合作开发、自主研发的虚拟仿真资源已成规模，并广泛应用于数控技术、机械设计与制造、电气自动化技术等20多个专业，平均每学期有2000多名学生使用虚拟仿真软件进行知识和技能的学习，有效提高了实践教学的质量与效率。

三、加大技术支持和培训推广力度

1.建立专门的工作室和技术支持队伍

虚拟仿真教学资源开发技术较难，依赖教师个体不现实。专业教师应将主要精力用于教学设计、脚本撰写，开发制作应由专业技术人员完成。采用这种模式，既可以保证资源的质量，又有利于提高专业教师研发、使用虚拟仿真资源的积极性，否则，大多会“知难而退”。

威海职业学院成立了教学资源研发中心，组建了虚拟仿真资源开发技术团队，投资20多万元配备了高档次的开发硬软件，为开展虚拟仿真实训教学提供技术支持。目前已完成多个虚拟仿真资源建设，其中独立开发的“威海职业学院虚拟校园”，通过漫游和导游等方式，全方位立体逼真地展现了我院全貌，恢弘、美丽、壮观，成为学院参加全国大赛课件、软件的重要支撑载体。

2.开展形式多样的培训

尽管继多媒体、网络时代之后，人们已经开始进入虚拟现实时代，但是由于资源缺乏和宣传不够，很多地区和教育工作者对虚拟仿真技术了解不多。为了普及虚拟仿真技术，发展环保绿色实训，推动教学尤其是实践教学的信息化、现代化，应加大虚拟仿真技术培训力度，进行理论与政策宣传、开发与技术交流、应用与经验推广、成果展示与等，以推动教育教学改革，建立具有显著职业特征的，高质量、高效率、低消耗（低排放）全新的教育教学模式。

培训可以采取“请进来、走出去”等多种途径，包括聘请专家、专业技术人员来校讲座、实地考察、共同研讨建设方案；参加专门培训班等，多管齐下，提高教师应用和开发虚拟仿真教学软件的水平。

3.以研发项目为载体，带动虚拟仿真软件开发和应用实践与研究

“项目导向、任务驱动”不仅是有效的职业教学模式，也是开发与应用虚拟仿真教学软件的有效有段。仿真实训教学软件是以实际岗位为背景的，整个教学、实训内容紧紧围绕职业、岗位核心能力。如何实现培养目标，如何满足岗位需求，在进行虚拟仿真软件开发立项时，就直观地摆在了职业院校专业教师面前，项目研制老师会感到压力，感到教学改革的必要性与提高职业院校教师实操技能的紧迫性。所以，以研发项目为载体，可以激发广大职业院校教师自觉学技能、苦练真功夫的积极性。

四、以建设“仿真实训示范基地”为抓手，全面推进虚拟仿真教学改革

“仿真实训示范基地”是中国教育技术协会仿真技术专委会于2008年启动的项目，旨在在仿真技术专委会的指导下，在IT企业的帮助与大力支持下，通过3~5年的努力，使“基地”在使用虚拟仿真技术开展仿真实训教学方面取得明显的效果，成为使用现代教育技术促进职业教育现代化的窗口，对中国职业教育尤其在技能实训现代化教学方面起到示范与引领作用。

在“仿真实训示范基地”的建设中，职业院校需重新优化实训基地的布局，形成虚实结合的现代化技能实训模式，着力改善“实训成本高，效率低、资源消耗大、污染环境”等弊端，提高专业教师的教学设计能力和企业现场实践能力，推进高技能人才培养手段的信息化、现代化，同时形成校企合作新模式。

参考文献：

[1]宋强.数控加工实训中仿真软件的调研分析[J].科技信息，2009(32).

[2]朱达凯.水利虚拟仿真实训平台建设的研究与实践[J].中国现代教育装备，2010(19).

[3]赵士滨.高校实训教学的虚拟现实技术研究[J].长沙电力学院学报（自然科学版）,2001(1).

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关键词：虚拟施工 虚拟现实 建筑施工

中图分类号：TU7 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）05（a）-0057-01

为了解决返工成本和管理成本这两个关键问题，期望提升建筑业的生产力水平并且以制造业的生产管理经验为参考，引入了虚拟模型技术机理即“虚拟施工技术”，将此技术应用于建筑施工项目管理当中。

1 虚拟施工的概念

虚拟施工（Virtual Construction，简称VC），是通过计算机建模、分析，虚拟现实计算机仿真技术将实际施工过程在计算机上模拟出来。此技术在制造业当中应用较多，在建筑施工当中应用较少。通过虚拟施工技术，业主单位、设计单位和施工方在策划、投资、设计和施工之前都能够清楚的看到施工的过程和结果。沉浸虚拟现实（Immersive）和桌面虚拟现实（Desktop）是虚拟现实的两种形式，但在建筑业当中应用较多的是桌面虚拟现实（Desktop）。国外在建筑施工中应用的是开发漫游系统（Walkthrough）主要包括场地的外形和设计，施工过程的计划和管理施工方案的预算等等。虚拟施工技术可以进行干涉分析、可靠性检验、内力计算、工序的确定等不仅表现为一种技术手段而且提供一种全新的管理模式使得施工的质量、成本、工期都得到最优化，另外还保证施工环保安全。

2 虚拟施工的技术支撑体系

虚拟施工技术涉及到了很多领域，主要包括以下技术：

（1）计算机仿真技术

计算机仿真技术在施工技术与管理、内力计算、结构计算等土木工程领域当中。虚拟施工的核心是计算机仿真技术，它通过建模分析能够从理论上保证结构的稳定和安全。

（2）建模与优化技术以及相关的软硬件技术

从建筑工程的规划、设计、施工、管理等方面，应用优化原理，使得建筑项目质量高、工期短、造价低，实现企业的利益最大化。

（3）虚拟现实技术

虚拟现实技术能够为人机交互对话提供三维界面，使用户能够沉浸在一个创建在多维信息空间上的虚拟信息环境里，具有身临其境的感觉，这为虚拟施工开发提供可视化的交互环境。

3 虚拟施工作用

虚拟施工技术实施的指导思想以及作用的集中体现是“先试后建”。“先试后建”能够保证项目在理论上成功，而且能够保证结构物的稳定与安全，可以检测任何阶段的性能，模拟任何荷载情况下结构物的抵抗能力。虚拟施工的主要作用归根到底是优化建筑项目设计、施工过程以及施工管理活动等。

3.1 优化建筑项目设计

建筑项目能够顺利实施的前提和保证是要有一个完善的设计方案。由多个设计方参与完成的建筑项目设计即建筑设计、结构设计、建筑设备设计等，在施工过程中成为聚在一起的建筑构件，由于由多方设计所以经常发生冲突比如建筑结构和设备之间的冲突等。这直接导致返工不仅增加成本而且延误工期。另外，好多项目从设计角度可行，但实际施工当中不可实施，导致设计失败，必须变更设计，同样会增加成本和延误工期。以上问题的原因就是设计方、施工方在设计阶段缺少沟通和协作，缺少一个检测平台。针对这些问题应用虚拟施工技术可以得到解决，采用虚拟施工技术优化设计，建立相关3D模型提供了一个有效的平台，包括建筑、结构及建筑设备等用于设计冲突、可施工性的检测，及多方沟通。

3.2 优化施工过程

施工过程的顺利实施的保证是有一个正确的施工方案作为指导。当前，主要由项目经理及项目组凭借施工经验来编制施工方案。但是由于工程的复杂性和项目经理经验的不足，施工方案的编制存在很多漏洞。而且它的可行性有时候也会受到质疑。施工方案必须保证项目实施的可行性、低成本，高质量、短工期同时环保安全也很重要。在虚拟施工技术出现之前，这一问题几乎找不到有效的解决方案。虚拟施工技术可以实现多方案比选，对不同方案进行检测，选择一种最优的施工方案。基于上述建立的3D模型，采用虚拟施工技术可模拟和分析相关施工方案。建筑业在施工当中的返工率越来越高，将虚拟施工技术应用于建筑业施工过程中，通过虚拟现实和计算机仿真以实现对施工过程的事前控制和动态管理达到施工方案优化和降低成本的目的。

3.3 优化施工管理活动

管理成本占据建筑项目成本的很大一部分。为了降低管理成本，配备少量管理人员，采用虚拟施工技术，它可以清晰地展示整个施工过程就像栩栩如生的“施工操作说明书”。

4 虚拟施工技术在建筑业的应用实践

在国外对于虚拟施工技术一系列相关的研究和试验正在进行。Clasgow Strathclyde大学土木工程系和信息科学系联合研究一种能够协同施工的可视计划。它包括一个可以对全程进行监视并且可以交互的进行的非沉浸虚拟现实接口。针对几种不同的施工顺序和现场组织它允许用户以交互协同方式进行调查研究，同时优化施工过程。一个3D粗样软件包和一种Pangea系统由Bartlestt建筑学校和University College London计算机科学系的研究人员共同开发研究，是测试城市设计和建筑设计的早期原型。Dundee大学正在进行Naives项目，能够将一个构件元素在任何方向的挠度或内力可视化。建筑设计虚拟环境系统在英国IES公司推出了。在1995年日本清水建设公司采用虚拟系统使施工生产情报例如在计算机屏幕上显示施工组织计划。

从国内看应用虚拟施工技术的工程实例不是很多。有一个业内人士都知道的例子那就是上海正大商业广场。上海正大商业广场属于钢结构施工。它结构庞大，有着类型复杂的构件而且数量非常多，还有一点就是个吊装空间以及运输通道都不宽，所以施工难度比较大。为了保证优质、安全和高效地完成该工程的钢结构安装，大胆采用了虚拟施工技术，而且非常成功。虚拟施工技术分三个阶段进行：

（1）优化钢结构施工方案。应用虚拟现实和结构仿真成功实现了结构图由二维向三维跨越。在钢结构施工之前，在计算机上模拟构件装配、吊装，将施工过程可能出现的各种问题充分暴露出来，并经过优化得以解决。（2）模拟分析钢构件内力焊接变形以及桅杆起重机。为了保障吊装的安全，利用虚拟施工技术模拟吊装过程，并分析相关构件的内力。另外对焊接时的应力场和应变场以及温度场进行模拟，保证焊接的质量。（3）模拟建筑场地和周围的环境。就是在计算机模拟当建筑物建成后周围会出现怎样情景。这项技术的成功应用，能够清楚的了解到建筑物对周围环境的影响，为此我们提前做好防护措施。

参考文献