水利工程关系到国民经济的发展,同时发挥着防洪、灌溉以及发电等任务。由于水利工程施工项目规模庞大、建筑物形式多样、机电及金属设备种类繁多,具有设计周期长、投资大、主体结构复杂、协同配合要求高等特点。教学中无法将实际工作方法操作搬入课堂训练,虚拟仿真实验教学具有明显优势。
虚拟仿真实验教学主要依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等技术,构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象,让学生可以在虚拟环境中开展实验,最终实现真实实验不具备或难以完成的教学功能,是学科专业与信息技术深度融合的产物。
针对学生在传统实习中不能多视角观看水利枢纽布置和水工建筑物构造的问题,水利施工虚拟仿真实验平台沉浸式漫游功能和交互式操作功能可彻底打破时空限制,通过操控鼠标、键盘,在虚拟环境中实现对水利枢纽自主参观。
1、全场景感知
以真实水利水电施工场景为对象,通过虚拟仿真技术还原真实场景,观察学习水利施工场景整体布局。
2、项目流程学习
水利工程虚拟仿真实验教学中心立足于教材和学科特点,设定一个完整的项目建设流程,包括坝址勘测→隧洞开挖→截流方式→截流合龙→基坑开挖→基坑防渗→土石坝施工→料场规划→混凝土施工等多个环节,让学生完整了解整个项目流程。
3.考核系统
软件设置理论试题,可以考察使用者对水利施工基础知识点的了解程度。系统自动从试题库中随机抽选试题进行考核,同时具有自动评分及导出实验报告功能。
1、坝址勘测
鼠标悬停在河道及两岸相应位置,会显示相关地质信息(地形陡峻、河床狭窄、导流流量不大、地质条件良好、山岩坚实等)。根据勘测的地址条件选择合适的导流截流方式。
2、隧洞施工
选择隧洞导流,学习洞脸开挖、隧洞爆破、隧洞支护、隧洞灌浆、竖井法施工等施工工艺。
3.截流合龙
可查看截流方式相关资料动画,也可进行截流合龙模拟演示。
4.基坑排水
选择设备进行基坑排水,基坑排水分为初期排水和经常性排水,并进行排水后的一些建设工程。
5.土石坝施工
土石坝施工包括岸坡接触面处理、趾板浇筑、坝体填筑、坝体碾压、质量检测、面板浇筑等多个环节。每个环节都包含交互操作和动画演示。
6.混凝土施工
碾压混凝土重力坝施工包括料场规划、混凝土碾压、混凝土制备、混凝土温控、混凝土运输、层间处理、特殊季节混凝土施工、混凝土养护等知识点。
将虚拟仿真技术引入实践教学环节,通过建立以实际工程和科研项目为背景的虚拟仿真实验平台,开设相应的综合性、探索性虚拟仿真实验课程,培养学生的工程实践能力和创新意识,教学实践效果良好。
虚拟仿真实验教学一定程度上缓解了学校水利工程专业实践教学难度大的问题,为土木、水利类专业实践教学模式的改革提供了有益借鉴,同时对于吸引学生学习兴趣,提升教学效果也起到重要意义。