韓俊平 易 操

湖北城市建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430205

一、路橋沙盤數(shù)字化實(shí)訓(xùn)中心建設(shè)的必要性

（一）路橋構(gòu)造及施工工藝實(shí)訓(xùn)教學(xué)的需求

道路橋梁工程技術(shù)、市政工程技術(shù)等專業(yè)團(tuán)隊(duì)教師在《道路工程》《橋梁工程》《軌道交通工程》等課程實(shí)訓(xùn)教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生去工地參觀實(shí)訓(xùn)存在以下問(wèn)題：一是由于路橋及地鐵工程規(guī)模大，橋梁高度達(dá)上百米，地鐵線路長(zhǎng)幾十公里，道路長(zhǎng)數(shù)百公里，且建設(shè)周期長(zhǎng)，一般需要2～5年建成，學(xué)生去工地參觀數(shù)天也不能看到工程總體和全部施工過(guò)程；二是每個(gè)班30～50名學(xué)生集體赴工地參觀存在安全隱患大、費(fèi)用高的弊端；三是參觀時(shí)間受制于課程進(jìn)度安排、天氣原因、施工進(jìn)度等因素。例如，《橋梁工程認(rèn)識(shí)實(shí)訓(xùn)》一般安排在大學(xué)第四學(xué)期的第17個(gè)教學(xué)周，這時(shí)《橋梁工程》課程剛剛學(xué)完，從教學(xué)安排上此時(shí)去工地參觀較為合適，便于理論聯(lián)系實(shí)際。但是這時(shí)適逢冬季，雨雪天氣比較常見，雨雪天氣工地是暫停施工的，去工地參觀要避開雨雪天氣，并且要選擇正在進(jìn)行主梁、樁基等主要部位施工的橋梁工地，工地距學(xué)校的距離不能太遠(yuǎn)，這就存在一定的難度。為改變這種現(xiàn)狀，迫切需要在校內(nèi)建立能夠解決以上問(wèn)題并滿足實(shí)訓(xùn)需求的路橋?qū)嵱?xùn)中心。

（二）教育信息化發(fā)展的需要

為響應(yīng)教育部提出的“加快教育信息化進(jìn)程”“強(qiáng)化信息技術(shù)應(yīng)用，提高教師應(yīng)用信息技術(shù)水平，更新教學(xué)觀念，改進(jìn)教學(xué)方法，提高教學(xué)效果”等利好政策，考慮運(yùn)用數(shù)字沙盤、虛擬仿真技術(shù)、三維動(dòng)畫技術(shù)等信息化手段輔助路橋構(gòu)造、施工實(shí)訓(xùn)教學(xué)，降低實(shí)訓(xùn)成本，提高實(shí)訓(xùn)的安全度，不再受天氣、時(shí)間等各種因素影響。

（三）引入數(shù)字沙盤技術(shù)的必要

數(shù)字沙盤是一種信息化技術(shù)的產(chǎn)物，它結(jié)合實(shí)體模型，利用三維動(dòng)畫及多媒體軟件演示，將動(dòng)態(tài)效果投影到實(shí)體沙盤模型或者投影屏幕，并輔以燈光音效及配音講解，生動(dòng)直觀地展示結(jié)構(gòu)物構(gòu)造、工程建造過(guò)程、城市發(fā)展歷程等，從而讓參觀者形象生動(dòng)地獲取簡(jiǎn)明、優(yōu)美、逼真的動(dòng)態(tài)信息，能使參觀者對(duì)展示對(duì)象有全面、立體、直觀的整體理解，極具震撼力和感染力。數(shù)字沙盤已經(jīng)廣泛用于軍事演練、企業(yè)經(jīng)營(yíng)演練、展覽館、房地產(chǎn)銷售展示、規(guī)劃方案展示［1］等領(lǐng)域，并不斷融合新的技術(shù)、新的創(chuàng)意，讓數(shù)字沙盤具有更多的功能，適合更多的應(yīng)用領(lǐng)域，目前已開始應(yīng)用于教學(xué)領(lǐng)域。

要想直觀、具體、系統(tǒng)的展示道路、特大型橋梁及地鐵工程實(shí)體，并能透徹地展示地鐵站點(diǎn)、地上地下多層交通樞紐等隱蔽構(gòu)造物的全貌，并達(dá)到聲、光、電一體化的展示效果，吸引信息化時(shí)代學(xué)生的視線，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有必要在路橋數(shù)字化實(shí)訓(xùn)中心建設(shè)中引入數(shù)字沙盤技術(shù)。通過(guò)觀看沙盤路橋?qū)嶓w模型，可以解決由于時(shí)間、工程規(guī)模巨大而致使學(xué)生在現(xiàn)場(chǎng)很難將特大型橋梁或地鐵構(gòu)造看完整的遺憾，且安全性高，成本低廉，因此有必要建立具備信息化技術(shù)的路橋沙盤數(shù)字化實(shí)訓(xùn)中心。

二、路橋沙盤數(shù)字化實(shí)訓(xùn)中心建設(shè)思路

（一）建設(shè)思路

根據(jù)道路橋梁工程技術(shù)專業(yè)認(rèn)知實(shí)訓(xùn)、課程實(shí)訓(xùn)需求及教育信息化的發(fā)展趨勢(shì)，構(gòu)思路橋沙盤數(shù)字化實(shí)訓(xùn)中心的建設(shè)。

專業(yè)認(rèn)知實(shí)訓(xùn)是面向剛?cè)雽W(xué)的道路橋梁工程技術(shù)專業(yè)一年級(jí)新生，通過(guò)專業(yè)認(rèn)知實(shí)訓(xùn)讓學(xué)生認(rèn)識(shí)專業(yè)的主要學(xué)習(xí)內(nèi)容、今后工作方向，對(duì)所學(xué)專業(yè)獲得總體上的認(rèn)識(shí)?；趯I(yè)認(rèn)知實(shí)訓(xùn)的需求，路橋沙盤數(shù)字化實(shí)訓(xùn)中心應(yīng)是專業(yè)總覽性實(shí)訓(xùn)室，應(yīng)配備路、橋、軌道交通的實(shí)體模型，營(yíng)造出路橋?qū)I(yè)的專業(yè)氛圍，并布置知名路橋及軌道交通工程圖片背景墻，既使學(xué)生對(duì)三年內(nèi)即將學(xué)習(xí)的工程內(nèi)容一目了然，也激發(fā)學(xué)生的專業(yè)自豪感和學(xué)習(xí)興趣。根據(jù)道路橋梁工程技術(shù)專業(yè)的核心課程道路施工技術(shù)、橋涵施工技術(shù)、軌道交通工程的實(shí)訓(xùn)需求，學(xué)生要能夠識(shí)別路、橋、軌道交通的構(gòu)造，能夠掌握路、橋、軌道交通施工技術(shù)，則路橋沙盤數(shù)字化實(shí)訓(xùn)中心的路、橋、軌道交通模型要有一定的細(xì)度、深度，學(xué)生能夠看得清路、橋、軌道交通內(nèi)部構(gòu)造，并能夠了解其施工工藝。

（二）建設(shè)框架

根據(jù)建設(shè)思路，按照“一個(gè)案例化+N個(gè)信息化”的框架來(lái)構(gòu)建路橋沙盤數(shù)字化實(shí)訓(xùn)中心。

“一個(gè)案例化”指數(shù)字沙盤中的路橋?qū)嶓w模型，通過(guò)沙盤實(shí)體來(lái)營(yíng)造出道路橋梁工程技術(shù)專業(yè)的專業(yè)氛圍，直觀、形象，讓學(xué)生有身臨其境的感覺(jué)。

“N個(gè)信息化”指在路橋沙盤數(shù)字化實(shí)訓(xùn)中心建設(shè)中融入二維碼、施工虛擬仿真技術(shù)、3D動(dòng)畫技術(shù)、視頻—沙盤燈光聯(lián)動(dòng)技術(shù)、觸控顯示技術(shù)等信息化技術(shù)。學(xué)生通過(guò)掃描二維碼即可了解經(jīng)典路橋、軌道交通工程的構(gòu)造，通過(guò)觸摸顯示屏，能夠閱讀、下載已經(jīng)預(yù)先建立的經(jīng)典道路工程、橋梁工程、軌道交通工程、管道工程的電子資源庫(kù)中最新資源。

（三）預(yù)計(jì)開展的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目

1.專業(yè)認(rèn)知實(shí)訓(xùn)

2.道橋及軌道交通工程構(gòu)造認(rèn)識(shí)實(shí)訓(xùn)

（1）道路構(gòu)造認(rèn)識(shí)實(shí)訓(xùn)

（2）特大橋構(gòu)造認(rèn)識(shí)實(shí)訓(xùn)

（3）地鐵構(gòu)造認(rèn)識(shí)實(shí)訓(xùn)

（4）城市綜合交通樞紐構(gòu)造認(rèn)識(shí)實(shí)訓(xùn)

3.道路施工虛擬仿真實(shí)訓(xùn)

三、路橋沙盤數(shù)字化實(shí)訓(xùn)中心建設(shè)實(shí)踐

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)教師科學(xué)管理項(xiàng)目，全身心投入項(xiàng)目建設(shè)，經(jīng)過(guò)10余次調(diào)研、3輪方案論證、3次完善方案、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼袠?biāo)與合同談判，并經(jīng)過(guò)承包方為期半年的精心制作，路橋沙盤數(shù)字化實(shí)訓(xùn)中心最終圓滿建成。

（一）調(diào)研情況

項(xiàng)目前期采用實(shí)地參觀、現(xiàn)場(chǎng)展示、網(wǎng)上查詢等多種方式結(jié)合，對(duì)國(guó)內(nèi)沙盤建設(shè)情況、沙盤模型公司情況、施工仿真軟件公司情況及兄弟院校沙盤實(shí)訓(xùn)室建設(shè)情況進(jìn)行了深入細(xì)致的調(diào)研。實(shí)地參觀了武漢規(guī)劃展示館，線上三維實(shí)景參觀了北京規(guī)劃展示館、黃河橋梁展示館，赴模型制作公司進(jìn)行了實(shí)地考察，邀請(qǐng)軟件公司來(lái)校展示施工仿真軟件，赴兄弟院校學(xué)習(xí)數(shù)字化實(shí)訓(xùn)室建設(shè)經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)過(guò)充分的調(diào)研，為路橋沙盤數(shù)字化實(shí)訓(xùn)中心建設(shè)方案的擬定和完善提供了翔實(shí)的基礎(chǔ)性資料。

（二）建設(shè)內(nèi)容

路橋沙盤數(shù)字化實(shí)訓(xùn)中心由數(shù)字沙盤實(shí)體、背景墻、數(shù)字化資源三個(gè)部分組成。實(shí)訓(xùn)中心面積為70m2，實(shí)訓(xùn)中心配有40套桌椅，組成六邊形課桌，能滿足40名學(xué)生的信息化教學(xué)和實(shí)訓(xùn)。

1.數(shù)字沙盤實(shí)體。包括“城市道路與軌道交通數(shù)字沙盤”“橋梁數(shù)字沙盤”兩部分組成?！皹蛄簲?shù)字沙盤”由長(zhǎng)江上的經(jīng)典橋梁武漢長(zhǎng)江大橋（剛桁梁橋）、鸚鵡洲長(zhǎng)江大橋（懸索橋）、蘇通長(zhǎng)江大橋（斜拉橋）、重慶朝天門長(zhǎng)江大橋（拱橋）、四川瀘州長(zhǎng)江二橋（剛構(gòu)橋）模型和長(zhǎng)江河道模型組成，能展示5種經(jīng)典橋型的構(gòu)造組成?！俺鞘械缆放c軌道交通數(shù)字沙盤”由武漢市的1條主干路、4條地鐵線路、1座城市交通樞紐、1座廣場(chǎng)綜合體、1條綜合管廊等經(jīng)典工程的模型組成。數(shù)字沙盤配有三維動(dòng)畫講解視頻，以及沙盤燈光控制系統(tǒng)，沙盤的每個(gè)模型上都配有七彩燈光，能夠?qū)崿F(xiàn)講解視頻講解到哪個(gè)部位，哪個(gè)部位的七彩燈光就會(huì)亮，打造出了精細(xì)、直觀、動(dòng)態(tài)、優(yōu)美的路橋模擬效果。

2.背景墻。包括“城市道路與軌道交通文化背景墻”“橋梁文化背景墻”。其中“城市道路與軌道交通文化背景墻”通過(guò)序言板介紹了城市道路、軌道交通的發(fā)展歷史及主要類型，通過(guò)燈箱展板展示了4種城市道路、3種交叉口、5種軌道交通形式；“橋梁文化背景墻”通過(guò)序言板介紹了橋梁發(fā)展歷史及主要類型，通過(guò)燈箱展板展示了6座世界名橋、6座中國(guó)名橋。背景墻與數(shù)字沙盤一起，給學(xué)生營(yíng)造濃郁的專業(yè)學(xué)習(xí)氛圍，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣［2］，培養(yǎng)學(xué)生的愛(ài)國(guó)熱情。

3.數(shù)字化資源。數(shù)字化資源有二維碼、施工虛擬仿真軟件、3D動(dòng)畫視頻、電子資源庫(kù)、觸控一體機(jī)等組成。（1）實(shí)訓(xùn)中心的每個(gè)橋梁模型、軌道交通模型、綜合交通樞紐模型、道路模型及背景墻的每個(gè)展板均配有二維碼，學(xué)生參觀沙盤模型后掃描二維碼即可深入認(rèn)識(shí)該橋梁、道路、地鐵的構(gòu)造與施工方法。（2）實(shí)訓(xùn)中心配有道路施工虛擬仿真軟件，安裝在機(jī)房，結(jié)合機(jī)房原來(lái)已經(jīng)配備的橋梁施工虛擬仿真軟件，學(xué)生可以進(jìn)行道路、橋梁施工工藝虛擬仿真實(shí)訓(xùn)，強(qiáng)化對(duì)施工步驟、施工要點(diǎn)的認(rèn)識(shí)和理解。虛擬仿真技術(shù)將學(xué)科專業(yè)實(shí)訓(xùn)與信息技術(shù)深度融合［3］，解決了學(xué)生去工地參觀成本高、安全隱患大的弊端。（3）在立式觸控一體機(jī)中配備了經(jīng)典路橋工程、市政工程、測(cè)量工程、給排水工程、燃?xì)夤こ痰碾娮淤Y源庫(kù)，學(xué)生點(diǎn)擊立式觸控一體機(jī)可以了解更多的工程資源，拓展自己的知識(shí)面。（4）路橋沙盤數(shù)字化實(shí)訓(xùn)中心還配置了一臺(tái)88寸的觸控一體機(jī)電腦，教師能夠在該實(shí)訓(xùn)中心進(jìn)行日常信息化教學(xué)。數(shù)字化資源的配置為分組教學(xué)、自主實(shí)訓(xùn)創(chuàng)造了條件，有助于培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、討論能力、表達(dá)能力、競(jìng)爭(zhēng)能力［4］。

（三）路橋沙盤數(shù)字化實(shí)訓(xùn)中心的建設(shè)成效

路橋沙盤數(shù)字化實(shí)訓(xùn)中心建成后，開展了大型橋梁工程信息化實(shí)訓(xùn)、道路工程信息化實(shí)訓(xùn)、軌道交通工程信息化實(shí)訓(xùn)三類主要實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)功能：

一是服務(wù)于以路橋?qū)I(yè)為主的市政工程系各專業(yè)信息化教學(xué)及實(shí)訓(xùn)教學(xué)。沙盤實(shí)體展示的道路、橋梁、軌道交通、市政管線、綜合管廊的構(gòu)造組成，電子資源庫(kù)中的經(jīng)典路橋工程、市政工程、測(cè)量工程、給排水工程、燃?xì)夤こ痰碾娮淤Y源，可以服務(wù)于道路橋梁工程技術(shù)專業(yè)、市政工程技術(shù)專業(yè)、燃?xì)夤こ碳夹g(shù)專業(yè)、給排水工程技術(shù)專業(yè)、測(cè)量工程技術(shù)專業(yè)等多個(gè)專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)。

二是服務(wù)于開設(shè)同類專業(yè)的院校實(shí)訓(xùn)。實(shí)訓(xùn)中心建成以來(lái)接待了湖北省本科、?？啤⒅新毜?0余所不同層次學(xué)校的學(xué)生來(lái)校開展道路、橋梁及軌道交通工程實(shí)訓(xùn)，達(dá)到了以“一個(gè)學(xué)校、一個(gè)專業(yè)、一個(gè)實(shí)訓(xùn)室”輻射周邊一片學(xué)校，使省級(jí)財(cái)政投入達(dá)到最佳績(jī)效狀態(tài)。實(shí)訓(xùn)中心的建設(shè)得到了湖北省教育廳、湖北省建設(shè)廳專家的充分肯定，吸引了中央廣電總臺(tái)國(guó)際在線、荊楚網(wǎng)報(bào)道等多家新聞媒體采訪。

四、特色與創(chuàng)新

（一）獨(dú)創(chuàng)性與系統(tǒng)性相結(jié)合

路橋?qū)I(yè)團(tuán)隊(duì)教師根據(jù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)需要，秉承自主創(chuàng)新、自主設(shè)計(jì)、自主建設(shè)的“三自”原則開發(fā)和建設(shè)路橋沙盤數(shù)字化實(shí)訓(xùn)中心，精心構(gòu)思、獨(dú)創(chuàng)性地選取1條城市主干路、4條地鐵線路、1座城市交通樞紐、1座廣場(chǎng)綜合體、1條綜合管廊，創(chuàng)造性地將這些工程有機(jī)融合在道路與軌道交通沙盤中，能系統(tǒng)展示城市道路、地鐵線路及站點(diǎn)、地上地下綜合交通樞紐、綜合管廊的構(gòu)造布局情況；同時(shí)重點(diǎn)選取了長(zhǎng)江上的幾座知名橋梁，制作了以長(zhǎng)江為背景的橋梁數(shù)字沙盤，能系統(tǒng)展示5大經(jīng)典橋型的構(gòu)造，這樣的路橋數(shù)字沙盤是國(guó)內(nèi)獨(dú)一無(wú)二的。

（二）實(shí)體性與信息技術(shù)相結(jié)合

路橋構(gòu)造與施工工藝實(shí)訓(xùn)是路橋工程專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。路橋沙盤數(shù)字化實(shí)訓(xùn)中心既有城市道路與軌道交通沙盤、橋梁數(shù)字沙盤實(shí)體模型，又有道路橋梁3D動(dòng)畫模型、二維碼、道路橋梁施工虛擬仿真軟件、路橋及市政工程電子資源庫(kù)等信息化資源，具有很強(qiáng)的科技性與交互性，打造了虛實(shí)結(jié)合的實(shí)訓(xùn)環(huán)境。

（三）展示功能與信息化教學(xué)功能相結(jié)合

路橋沙盤數(shù)字化實(shí)訓(xùn)中心既可作為路橋數(shù)字展廳展示道路、特大型橋梁、軌道交通構(gòu)造，也可利用數(shù)字沙盤、二維碼、道路橋梁施工虛擬仿真軟件等信息化資源開展路橋及軌道交通工程信息化實(shí)訓(xùn)，還可利用觸控一體機(jī)電腦和桌椅開展日常信息化教學(xué)，給學(xué)生打造出視覺(jué)、聽覺(jué)、觸覺(jué)俱佳的教學(xué)做一體化的優(yōu)質(zhì)信息化課堂盛宴，抓住學(xué)生的專注力，進(jìn)一步提升教學(xué)效果。

五、結(jié)語(yǔ)

隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字沙盤技術(shù)在道路橋梁工程技術(shù)等土木工程類專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中將會(huì)有更進(jìn)一步的推廣，沙盤數(shù)字化實(shí)訓(xùn)中心的建設(shè)將更上一層樓，在工程類專業(yè)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)和日常信息化教學(xué)中發(fā)揮其良好作用，為工程類專業(yè)的人才培養(yǎng)貢獻(xiàn)更大的力量。