李楠

摘 要：土木工程仿真模擬平臺具有仿真、交互、低成本、資源共享等優(yōu)點，不僅可以很好地滿足人才培養(yǎng)的需求還可以在一定程度上緩解實驗教學資源配置不足的問題，對提升土木工程應用型人才培養(yǎng)質量，具有先進性、針對性和可行性。

關鍵詞：土木工程 仿真模擬 實踐教學平臺 建設

中圖分類號：G71 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）03（c）-0200-01

土木工程專業(yè)具有實踐性強、與工程實際聯(lián)系緊密等特點，而工程實踐能力的培養(yǎng)不僅是工科教育的重要內容，也是檢驗素質教育成效的關鍵性指標。開展以計算機仿真模擬技術為平臺的土木工程類專業(yè)實驗教學改革，不僅可以很好地滿足土木類人才培養(yǎng)的需求，克服傳統(tǒng)實驗教學中的教學方法單一、知識學習和實驗動手操作相互分離的缺點，還可以在一定程度上緩解教學資源的不足。國內土木類相關院校工程仿真模擬實驗教學改革的研究較少，本課題研究具有一定的先進性和前瞻性。

1 研究思路

本課題選擇土木類專業(yè)課程中最具代表性的房屋建筑學、鋼筋混凝土結構、建筑施工、工程造價等相關實驗進行仿真模擬。在深入研究土木專業(yè)培養(yǎng)目標和主干課程實驗教學大綱基礎上，深入到建筑工程現(xiàn)場收集工程質量檢測圖片、錄像素材，購買各類工程微縮模型，再通過文本、圖形、圖像、音頻、視頻等媒體手段和現(xiàn)代媒體技術構建土木工程仿真模擬實踐教學平臺，以形象、直觀、生動的形式引導學生理論聯(lián)系生產實際，提高綜合分析問題的能力，滿足建筑土木專業(yè)應用型人才培養(yǎng)的要求。

2 研究成果

2.1 房屋建筑學模擬實驗單元

通過該單元的設計使學生能獲得直觀的學習效果。設計程序可根據(jù)不同的工程類別（民用、公共、工業(yè)建筑）對結構構件進行分解，并能顯示各構件名稱，學生能非常直觀的掌握某一構件在實際結構中的確切位置，系統(tǒng)還可按照不同部位提供各構件的三維模型，學生能更好的掌握各類構件的受力特點和使用條件。程序可提供繪圖功能，學生能根據(jù)教師布置的作業(yè)要求，完成相應的作業(yè)或課程設計，并能網(wǎng)上提交，減少圖版繪圖的工作量，培養(yǎng)學生使用現(xiàn)代管理工具的能力。同時，為解決學生現(xiàn)場實習難的問題，購買各類建筑結構構造的實體微縮模型，包括從組成上分類的基礎、墻體、屋面、節(jié)點、變形縫等構造，同時也包括了按結構類型劃分的鋼結構、混凝土結構、磚混結構、高層建筑等，從而建立比較完善的建筑結構構造模型室，學生可以不到施工現(xiàn)場便能了解各類結構構件的構造原理及實物，大大提高學生實踐認知能力。

2.2 鋼筋混凝土模擬實驗單元

鋼筋混凝土結構實驗模擬教學系統(tǒng)研究結構實驗的任務是基于結構基本原理，使用各種儀器，儀表和實驗設備，對結構物受力后的性能進行觀測，如變形，應變，溫度，振幅，頻率，裂縫寬度等。了解并掌握構件的力學性能，為驗證和發(fā)展結構理論提供實驗依據(jù)。鋼筋混凝土構件力學仿真模擬試驗以實際試驗數(shù)據(jù)為依據(jù)，通過數(shù)據(jù)庫及FLASH技術再現(xiàn)整個試驗過程，隨時為學生提供試驗環(huán)境，克服了以往提前預制試驗構件的困難，學生輸入構件的幾何尺寸和混凝土標號以及鋼筋的布置，系統(tǒng)便可進行仿真試驗，并顯示裂縫的變化和撓度的變化，使得試驗更直觀，試驗結果可以和學生在試驗前的計算結果進行對比，培養(yǎng)學生現(xiàn)代科研的能力，同時也能降低學校開設傳統(tǒng)試驗課程的費用成本。

2.3 工程管理模擬實驗單元

結合工程管理實踐教學，突出工程造價管理、招投標管理、施工現(xiàn)場管理等三個方面的特色。工程造價模擬實踐單元能完成工程建模、工程量計算、工程計價等教學過程，能夠完成課程設計、畢業(yè)設計等實踐教學環(huán)節(jié)。主要開發(fā)了以下軟件：（1）圖形算量軟件。具有與CAD互導功能，即可以根據(jù)CAD繪制的施工圖紙導入到圖形算了軟件完成從2D到3D的轉化，從而進行算量。（2）鋼筋算量軟件。鋼筋工程量的計算是工程量計算中最為復雜繁瑣的部分，通過鋼筋的計算和3D模型的實現(xiàn)，加強學生對鋼筋混凝土結構施工圖的理解，特別是101圖集的應用能力。（3）清單計價軟件。利用計算機模擬實際工作中的套價計價工作。（4）招標投標模擬系統(tǒng)。能夠實現(xiàn)與造價軟件的對接，模擬招標投標全過程即從發(fā)布招標公告到中標通知書下達全過程。使學生參與到招標投標活動中，并扮演不同的角色：招標人及評標方（招標文件編制人、評標專家等）、投標人一方（項目經理、投標文件編制人等）。同時模擬系統(tǒng)還提供三維現(xiàn)場施工布置圖的設計。學生能進行施工現(xiàn)場的布置，并且能根據(jù)一定的要求完成有關施工現(xiàn)場布置說明文檔的編制。學生還可以編制進度計劃和成本計劃，模擬合同的簽訂流程、執(zhí)行及終結情況，并根根據(jù)假定情況模擬工程進度及成本的執(zhí)行情況，進行跟蹤對比，完全達到建設工程招投標的仿真教學效果。

2.4 數(shù)值仿真模擬實驗單元

對高年級專業(yè)學生開放數(shù)值模擬試驗。它是指利用商業(yè)通用程序，對土木類相關專業(yè)課程教學試驗及課程有關重點難點內容進行數(shù)值模擬和仿真分析，對數(shù)值模擬過程及結果以多媒體形式進行演示。數(shù)值模擬和仿真技術發(fā)展非常迅速、應用極廣泛。以有限元分析方法為基礎的工程數(shù)值模擬技術在結構工程、力學、橋梁及抗震工程等領域的科研工作中得到普遍應用，是土木工程相關科學專業(yè)的重要研究手段，國內外目前已開發(fā)了大量的商業(yè)通用軟件，如ANSYS、ABAQUS和SAP2000等軟件的影響應用較為普遍。

由于本科專業(yè)課程所涉及到的問題均不屬于復雜和前沿問題，所以采用數(shù)值模擬技術和數(shù)值模擬程序可以有效實現(xiàn)重點和難點的講授，對專業(yè)基礎課更有優(yōu)勢。對于力學類課程，如彈性力學和結構力學課程，所涉及到一般均線彈性問題，很少涉及非線性問題，因此，在數(shù)值模擬技術方面是較為簡單和易實現(xiàn)的。對鋼筋混凝土結構、高層建筑結構、鋼結構及工程抗震設計等專業(yè)課涉及到的主要問題也較容易實現(xiàn)。我校目前在數(shù)值模擬試驗方法教學中已能運用兩種以上商用軟件開展數(shù)值模擬試驗的應用和二次開發(fā)，并彌補由于試驗室條件限制而無法或很難開出的實驗。高層建筑結構設計等課程中采用ANSYS、ADINA和ABAQUS等商用有限元程序開發(fā)重點及難點問題的多媒體課件。由這些內容制成多媒體教學課件，在課堂講授，學生較容易掌握和理解，教學效果非常好。

3 結語

土木工程模擬仿真實踐教學平臺的不斷建設并適時引入專業(yè)課實驗教學中，改變了傳統(tǒng)的教學手段，既可開闊學生視野、擴大學生知識面，又能提高學生學習專業(yè)課的興趣和主動獲取知識的積極性，加深對專業(yè)理論知識的理解。這項研究還的進一步探索和研究的空間，同時在土木工程驗教學中將工程仿真試驗和真實試驗相輔相成、優(yōu)勢互補，能夠不斷提升實驗教學效果，實現(xiàn)土木工程應用型人才培養(yǎng)的目標。

參考文獻

[1]張利.土木工程專業(yè)仿真模擬實驗教學系統(tǒng)研究[J].華北科技學院學報，2010.

[2]王儀.結構仿真試驗在土木工程教學中的作用[J].高等建筑教育，2007.