殷 勇 （鹽城工學院 土木工程學院，江蘇 鹽城 224051）

實踐教學是工科專業(yè)課程教學環(huán)節(jié)的重要組成部分，對提升理論課堂教學效果有顯著的促進作用?；A工程施工是土建類專業(yè)課程中一個實踐性和應用性很強的知識點，如何有效開展相應實訓環(huán)節(jié)是促進學生掌握課程知識的關鍵，也是相應課程教學改革的重點。目前，有很多教育工作者圍繞基礎工程施工探討了相應的實踐教學問題，孫靜分析了基礎工程實踐教學及理論與實踐教學一體化的問題，提出了現(xiàn)場實踐教學與虛擬仿真實踐教學相配合的“虛實結合”教學模式[1]。何玉榮分析了基礎工程課程實訓的內容，提出了建立實踐教學基地，形成校企合作的實踐教學方式[2]。楊永生對基礎工程施工實踐教學模式與教學方法進行了研究，認為在工學交替與任務驅動模式下，采用“教學做”合一與“情景”教學法可以有效提高學生的自主學習與獨立工作能力[3]。現(xiàn)有的研究成果均表明了實踐環(huán)節(jié)與基礎工程施工理論課的相互促進作用，多數(shù)強調了如何較好地組織與實施現(xiàn)場實踐教學，但隨著虛擬仿真實訓技術的發(fā)展，圍繞基礎工程虛擬施工方面的實踐教學研究還不充分。本文探討了虛擬施工實訓技術的特點，從BIM-FILM施工動畫制作入手，分析了樁基工程虛擬施工實訓模塊的實際方法，提出了相應的實踐教學模式。

1 虛擬施工實訓技術的特點

近年來，隨著計算機技術的發(fā)展，虛擬仿真實訓技術成為國內眾多高校、企業(yè)爭相建設的熱點內容。雖然在虛擬施工實訓模塊的開發(fā)過程中，有時存在著三維施工動畫制作較難，投入較大的問題，但產(chǎn)品一旦成型后，利用三維仿真技術可以形象直觀展示各種工藝流程、施工要點，避免了傳統(tǒng)圖像、圖紙、簡單動畫等單調且枯燥的二維展示方式，具有較明顯的應用優(yōu)勢及前景[4]。

1.1 對建筑企業(yè)的影響

①為員工培訓提供便捷途徑。虛擬施工實訓技術可以根據(jù)行業(yè)相關規(guī)范程序化、有步驟地再現(xiàn)實際工藝步驟。企業(yè)新員工可以在不消耗建筑材料、確保安全的條件下積累施工經(jīng)驗，對整個工程的實施過程做到心中有數(shù)，了解自身的崗位責任，獲得較好的培訓效果。

②提升企業(yè)形象。虛擬施工技術通過3D或4D動畫提供生動逼真的施工案例介紹，利用企業(yè)網(wǎng)站可以展示自身技術水平，拓展企業(yè)文化，不僅能夠促進項目的合作，而且更有助于企業(yè)形象和品牌價值的提升。

③提高企業(yè)競爭力。將虛擬施工技術及時應用在投標現(xiàn)場，可以在短時間內，讓招標方清晰了解項目的實施過程及關鍵程序，通過立體化的信息展示項目實施效果，能夠迅速獲得合作方的認同，提高項目中標幾率[5]。

2 對高校實踐教學的影響

2.1 學生角度

一方面，實踐教學過程中，利用虛擬施工實訓技術可以讓學生以游戲化的角色參與學習過程，提高了其學習興趣，能輕松完成相關知識點學習；另一方面，可以借助一些簡單的施工動畫制作技術，讓學生參與到虛擬實訓模塊的建設中，不僅有利于提高學生的實踐動手能力，而且可以在完成虛擬施工作品的同時，深刻體會其中的工藝流程、要點，達到以做代學的目的。

2.2 教師角度

采用虛擬施工實訓教學模式有利于發(fā)揮線上教學的優(yōu)點，避免了現(xiàn)場實習受制于天氣、場地、人數(shù)、安全、費用等因素的制約，教師能把更多的時間投入到虛擬施工模塊開發(fā)與教學內容的設計中，通過教學模式的優(yōu)化取得最優(yōu)的實踐教學效果。因此，虛擬仿真實踐教學也是當前很多工科專業(yè)課程實踐教學改革的重點，在今后相當一段時間內還會引起眾多教師的關注和探討。

3 樁基虛擬施工實訓模塊開發(fā)

樁基礎屬于非常常見的一類基礎形式，在各類土建工程中應用廣泛，針對樁基開展虛擬施工實訓教學是土建類專業(yè)實訓教學的一項重要內容。樁基實訓教學模塊的開發(fā)是建立虛擬實訓教學模式的基礎，而虛擬實訓模塊的核心內容則是3D施工動畫的建立。一個流暢且形象化的樁基三維施工動畫，可以較好地展示施工流程及工藝要點，結合交互式操作便能實現(xiàn)在線實訓的效果。

3.1 樁基虛擬施工3D動畫實現(xiàn)

3D交互式施工動畫可以借助BIM-FILM虛擬施工系統(tǒng)簡便實現(xiàn)，不同于常規(guī)動畫制作系統(tǒng)難掌握、成果慢的特點，該系統(tǒng)應用BIM+仿真與互聯(lián)網(wǎng)技術，能夠配合專用素材庫與BIM模型無縫接合，通過自主設計施工動畫，滿足了快速制作個性化3D施工實訓模塊的需要。

在樁基施工動畫制作過程中，將施工規(guī)范流程進行文字編輯并轉換為實時語音播報，還可以針對施工要點進行詳細說明，增加動畫展示的信息量，達到視覺與聽覺統(tǒng)一的效果。

3.2 實訓模塊的建立

在虛擬施工動畫成品基礎上構建樁基虛擬施工仿真實訓模塊，如圖1所示。鉆孔灌注樁施工的主要工藝流程，以列表形式在左側逐條展示，并隨著施工進程的完成情況實施更新。實訓過程中，系統(tǒng)會提示每一步驟應該完成的工作任務，對施工流程中涉及的一些主要施工機械、施工材料、工種選擇等內容，模塊下方任務欄會提供交互式作業(yè)界面作為實訓互動環(huán)節(jié)。

該實訓模塊置于云端，可隨時隨地在線使用，無需特別更新計算機設備。學生在使用過程中能交互式實現(xiàn)樁基施工前相關參數(shù)與主要步驟的輸入、施工中樁基設備安放和組裝，施工過程的動態(tài)演示及施工狀態(tài)的實時輸出，施工步驟的分析處理與評價。通過樁基虛擬實訓模塊，能夠達到與線下實習相同的學習體驗，對每一施工步驟、施工要點有直觀認識，并且交互式操作也使學生的參與度更高，有利于提升實訓效果。

圖1 鉆孔灌注樁虛擬施工3D互動實訓

4 樁基虛擬施工實訓教學模式

4.1 實訓教學模式構建

結合互聯(lián)網(wǎng)技術與樁基虛擬施工實訓模塊，可以構建一種以學生為中心的多元化、全過程的樁基虛擬施工實訓教學模式，具體思路詳見圖2。從教師教學來講，整個實訓流程圍繞實訓模塊開展，包括前期實訓模塊開發(fā)、實訓模塊應用、后期實訓模塊完善三部分，其中前期實訓模塊功能開發(fā)既可以由教師設計完成，也可以由學生參與完成，學生通過自主設計實訓模塊本身即可將理論知識與實訓技能結合，實現(xiàn)以做代學的目的。對于學生而言，該實訓教學模式以樁基施工任務為主線，從提出問題出發(fā)，到施工方案的提出，施工方案的實施，直至最終的實訓效果分析、評價，全流程、多渠道的學習方式可以完全覆蓋實訓各環(huán)節(jié)，達到較好的教學效果。

圖2 樁基虛擬施工全過程實訓教學模式

4.2 實訓教學模式實施

樁基虛擬施工實訓教學模式基于云端數(shù)據(jù)庫資源運行，實訓前，教師首先需要在備課環(huán)節(jié)提前設置，并逐步完善樁基施工相關的數(shù)據(jù)庫資源，包括常見樁基礎施工相關的規(guī)范、操作流程學習視頻、施工設備介紹、互聯(lián)網(wǎng)相關學習資源等。學生在虛擬施工實訓前應通過該數(shù)據(jù)庫資源，熟悉樁基施工流程與技術要求，對實訓環(huán)節(jié)有一個準確的認識和整體把握，再根據(jù)現(xiàn)場條件選擇適合的樁基類型，確定施工方案。

實訓中的施工過程包括樁基施工場地準備、設備選擇、布置與組裝、實時交互操作等幾個環(huán)節(jié)，能讓學生切實體會到實際樁基施工操作的全流程及核心步驟，提高學習興趣；實訓后，通過后臺操作規(guī)范數(shù)據(jù)的匹配，系統(tǒng)平臺可以給出“通過”與“不通過”的評價，學生可以回看生成的實訓報告，檢查自己的實訓過程，針對性地圍繞失誤操作進行討論及學習；指導教師也可利用該環(huán)節(jié)判斷學生實訓情況，分別進行客觀評價與指導，解決樁基現(xiàn)場施工實訓時學生多、教師少而無法準確評估每個學生掌握程度的問題。同時，這一環(huán)節(jié)中生成的實訓報告也可以讓樁基實訓課程的過程留痕、成果留痕，形成真實的學習檔案。

此外，該實訓模塊的成果還可以利用互聯(lián)網(wǎng)技術將實訓的過程進行分享，得到共享授權的師生，隨時可以通過系統(tǒng)平臺訪問共享的實訓課程信息，利用互聯(lián)網(wǎng)的開放、實時、互動特點，學生可以方便地在業(yè)余時間進行傳播學習與溝通，拓展了學習的物理空間，增強了師生間、學生間的互動，提高樁基虛擬施工模塊的使用效率。

4.3 實訓教學模式反饋與完善

根據(jù)樁基實訓模塊的實施過程，分析評價樁基虛擬施工實訓模塊的運行情況，改進使用過程中出現(xiàn)的問題，不斷優(yōu)化實訓教學模式，提高虛擬仿真實訓效果。

此外，在樁基虛擬施工項目的選擇上，初期可以建設部分常見樁基礎的實訓模塊，如鉆孔灌注樁、預制樁等，后期可以根據(jù)模塊運行情況，進一步拓展完善人工挖孔樁、沉管灌注樁、夯擴灌注樁等其他樁型的虛擬施工實訓，提高實訓模塊的應用范圍。

5 結語

樁基工程是一門實踐性與理論性均較強的專業(yè)課程，常規(guī)的課堂教學偏重理論知識的講授，而當前樁基工程的現(xiàn)場實踐環(huán)節(jié)，多數(shù)面臨著工程場地安全、實踐案例不全、無法使大批量學生全過程的跟蹤學習等問題。因此，在一般土建類高校的實踐教學中幾乎無法開設或實踐效果不理想。利用樁基虛擬施工仿真實訓模塊，可以讓學生全員參與、全天候且全過程跟蹤學習，通過實訓模式的構建與優(yōu)化，能有效提升學生的專業(yè)技能和課程的教學效果，為培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的應用型專業(yè)人才，提供了便捷的途徑。