路橋智慧工地與管控虛擬仿真實訓平臺建設研究

［摘 要］ 針對職業教育在培養路橋相關專業技術人才實訓教學中的不足，以及在智慧工地與管控方面的技術技能培養存在的軟件、硬件上的缺失，提出了校企共建路橋智慧工地與管控虛擬仿真實訓平臺的思路，主要建設內容可以概括為“1+2+6+3”：一個智慧管控教學實訓館，仿真教學、仿真實訓兩個中心，道路、橋梁、隧道、航道、安全、環保六大管控場景，形成對實訓方式、實訓項目、實訓設備三大升級。為培育高素質路橋技能型人才和勞動者，拓寬其就業渠道，提升其技能水平和綜合素質提供了條件。

［關鍵詞］ 路橋專業；智慧工地與管控；校企共建；虛擬仿真；實訓

［基金項目］ 2022年度教育部虛擬仿真技術在職業教育教學中的創新應用專項課題“虛擬仿真技術在道橋工程專業群實訓體系構建及資源開發中的應用研究”（ZJXF2022168）；2020年度江蘇高校哲學社會科學研究項目“高職路橋工程類專業智慧化實訓平臺建設模式研究”（2020SJA0692）

［作者簡介］ 陳姣姣（1992—），女，江蘇淮安人，博士，南京交通職業技術學院路橋與港航工程學院講師，主要從事路橋結構研究；趙巖荊（1983—），男，江蘇宜興人，博士，南京交通職業技術學院路橋與港航工程學院教授，副院長，主要從事路面材料研究；蔣 玲（1965—），女，安徽蚌埠人，碩士，南京交通職業技術學院路橋與港航工程學院教授，院長，主要從事道路工程研究。

［中圖分類號］ G717 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2025）-07-0041-04 ［收稿日期］ 2024-01-06

一、路橋職業教育新需要

國務院先后出臺了《交通強國建設綱要》《國家綜合立體交通網規劃綱要》等重要戰略和規劃，提出要創新智慧、安全綠色，推進交通基礎設施數字化、網聯化，提升交通運輸智慧發展水平，加快推進綠色低碳發展，促進交通與自然和諧發展。為打造交通運輸現代化示范區，推動江蘇高質量發展，江蘇省印發了《交通強國江蘇方案》，提出“著力構建高水平的綠色交通體系”與“著力構建高水準的智慧交通體系”兩大建設任務，要求通過“跨界融合、共建共享、綜合應用”，加快交通運輸向數字化、網絡化、智能化發展，以智慧賦能交通，全面支撐現代綜合交通運輸體系建設和交通強省建設。

未來15到30年，交通基礎設施將進入新一輪的大規模建設和高質量發展階段，綠色智慧交通建造對道橋工程類專業群的人才培養從數量、質量上都提出了新的更高的要求［1］，職業院校道橋工程類專業必須主動對接行業發展形勢，服務行業發展需求，創新培養具備綠色交通建設和信息化技術綜合應用能力的高端復合型技術技能人才；推動社會存量工程技術人員邁入綠色智慧交通建造新時代，從人才培養的質量和數量上同步支撐綠色智慧交通建設行業的高質量發展。在路橋工程類、地下與隧道工程類、港航工程類等交通基礎設施建設中，智慧工地、大數據智能決策、數字化建設養護管理系統等應用場景逐漸普及。未來對掌握信息化技術應用能力，能夠從事路橋工程、隧道工程、港航工程等智慧建管與運維，開展工程智慧化品質控制工作的專業人才需求越來越大。因此，職業教育對道路橋梁工程等技術專業群的人才培養規格需要提檔升級，技術學習與技能訓練過程中需要掌握建管運維過程中的信息化技術應用能力，具備工程建設所需的智慧化管控能力。

目前，職業教育在培養道路橋梁相關專業技術人才方面已經具有成熟的人才培養方案，具備充足的教學與實訓條件。然而，在教學過程中，尤其是實訓條件方面，在智慧工地、智慧管控方面的技術技能培養還存在軟件、硬件上的缺失，無法滿足企業、行業、社會、國家對新時代交通土建專業人才的技能需求，具備工程智慧管控能力的專業技術技能人才存在較大的缺口，迫切需要高等職業教育培養相關專業技術技能型人才。建設路橋智慧工地與管控實訓平臺迫在眉睫。

二、建設思路

（一）虛擬仿真技術引領職業教育新方法

道路、橋梁、隧道、港口等建設具有工程體量龐大、成本高昂、安全隱患大、工序不可逆等特點［1］，路橋專業群傳統實訓教學中學生現場施工和部分檢測實訓難實現，存在職業教育實踐教學中“高投入、高難度、高風險”“難實施、難觀摩、難再現”等特征，是典型的“三高三難”問題。虛擬仿真技術在路橋專業實訓教學中的創新應用，將虛擬現實技術、人工智能技術與職業教育實訓教學深度融合，能夠解決路橋實訓教學“三高三難”的問題，解決實訓教學資源不足的問題［2-3］，適應了數字經濟發展的新需要，迎合了經濟高質量發展的新需求，服務創新發展的新機遇。

（二）校企合作帶動職業教育創新發展

“深化產教融合、校企合作”是《國務院關于加快發展現代職業教育的決定》的指導思想之一，更是職業教育的發展方向。學校和企業作為產教融合、校企合作發展模式的主要參與者和建設者，二者在發展中共同發力，培育出真正的高技能人才，不斷為產業賦能，是提升國家產業及經濟發展水平，切實提升我國現代工業的國際競爭力的重要舉措。校企共建路橋實訓基地是深化產教融合、校企合作的深度實踐，為培育高素質的路橋技能型人才和勞動者，增強路橋專業技術型人才就業競爭力，拓寬其就業渠道，提高其技能水平和綜合素質提供了條件。

綜上，校企共建智慧工地與管控虛擬仿真平臺是高等職業教育培養相關專業技術技能型人才的有效解決途徑。

三、建設內容

智慧工地與管控虛擬仿真平臺圍繞路橋專業，開展“1+2+6+3”為主要內容的建設，即一個智慧管控教學實訓館，包含仿真教學、仿真實訓兩個中心，道路、橋梁、隧道、航道、安全、環保六大管控場景，形成對實訓方式、實訓項目、實訓設備三大升級改造。智慧管控實訓教學中心建設框架見圖1。

（一）仿真教學中心建設

仿真教學中心配備多功能講臺、全息投影、互動滑軌屏，數據中心智慧大屏、多臺教學實訓一體化電腦桌和可移動桌椅等硬件設施。

教學內容包括基于數字孿生元宇宙場景教學、智慧工地應用教學、智能設備安裝實操教學、實訓考核評價四大內容。主要采用虛擬現實、三維動畫與演示、人機交互等技術，根據理論與教學的需求設計出用于輔助教學的虛擬場景、虛擬環境、虛擬設備及構件庫、演示理論和實驗過程等內容。中心以數字孿生三維技術為基礎，對施工場景進行高精度還原，同時引入元宇宙概念與人工智能、物聯網、大數據分析等新一代信息技術，實現對建造過程從構件到整體、從設計到運維的全壽命周期管理。通過仿真教學，向學生教授管控技術發展、應用場景、管控系統采集內容，通過教學軟件讓學生系統掌握智慧管控教學內容，為下一步仿真實操訓練夯實基礎。學生完成教學內容學習后，通過對場景體驗次數、智慧平臺教學情況、設備安裝教學成績權重賦值等對學生實訓成績進行綜合評價。

（二）仿真實訓中心建設

仿真實訓中心包括六大實訓區，仿真實訓中心以管控設備安裝體驗+仿真模型觀摩使用+管控設備實操互動等形式，進行全方位實訓教學場景搭建，以學員親身感受、模擬實際動手操作為宗旨，讓學員通過仿真實訓掌握智慧管控知識。

1.道路智能管控實訓。包括軟基施工智能管控技術、瀝青生產智能管控技術、混合料運輸智能管控技術、路面施工智能管控技術、路面施工智能監測技術。通過雙向攪拌樁施工模型、拌和站模型、瀝青路面仿真模型、瀝青光譜檢測樣品等仿真模型，培養學生對道路智能管控設備應用范圍、設備安裝位置、安裝工藝的認知和實操能力，實現軟基、路基、路面等不同業務場景的道路智能管控實訓教學。

2.橋梁智能管控實訓。包括裝配式構件生產管控場景、橋梁施工管控場景，涵蓋混凝土生產智能管控技術、混凝土運輸智能管控技術、成品智能檢測技術、高支模智能監測技術、混凝土智能測溫技術等。通過橋梁生產和施工中的靜態、動態仿真模型，培養學生對橋梁智能管控設備應用范圍、智能管控內容、智能管控重點、設備安裝位置、安裝工藝的認知和實操能力，實現不同業務場景的橋梁智能管控實訓教學。

3.隧道智能管控實訓。包括安全步距智能監測技術、隧道定位智能管控技術、超欠挖智能檢測技術、隧道智能量測技術、隧道施工智能監測技術。通過虛擬仿真場景或智慧仿真模型，學員可以進行隧道管控物聯網設備安裝練習，現場配備數據顯示屏幕，實現物聯網數據的實時收集、分析、預警，全方位對隧道施工智能管控場景進行可視化教學和體驗。

4.港航智能管控實訓。包括橋梁施工場景、航道施工場景、船閘施工場景，涵蓋水位在線監測技術、橋梁防撞智能預警技術、護岸施工智能管控技術等。通過港航工程中的船閘仿真動態模型、航道船舶靜態模型，培養學生對船閘監測、水位在線監測、護岸施工智能管控等技術的認知和實操能力，實現港航施工場景的智能管控實訓教學。

5.安全智能管控實訓。包括智能行為識別技術、特種設備運行監測技術、人員定位管控技術、智能用電監測技術、風險源智能管控技術。學員站在識別區域，智能攝像頭會通過AI智能分析識別技術自動識別施工現場不規范行為并對其進行抓拍，抓拍的影像資料通過平臺自動推送給相關責任人；現場通過聲光電的方式提醒不規范行為，通過AI識別技術，讓學員了解信息化技術在安全管理上的應用，實現智能行為識別抓拍實訓教學。

6.環保智能管控實訓。包括揚塵在線監測技術、水質智能監測技術、尾氣智能監測技術。實訓現場配備揚塵監測設備，實時展示PM2.5、PM10、PM100、風速、風向、溫度、氣壓、噪聲等參數，當環境指數超標時，可聯動現場噴淋裝置進行降塵。學員可以通過安裝水質監測傳感器及尾氣監測儀，實時獲取當前環境的水質及尾氣數據，培養學員的實踐應用能力，實現環保智能管控實訓教學。

（三）三大升級建設

1.實訓方式升級。一般路橋實際工程項目建造周期較長，受校內教學資源條件限制，學生在校內實驗實訓時間有限，即使在校外完成也易受實習時間的限制，學生只能了解建設活動中的一部分內容，不能深入參與實際工程項目的全部環節及全部崗位，工程實踐訓練存在局限性。所以，路橋專業傳統實踐教學主要以教師講授及演示為主，受實踐條件限制，學生實際參與的機會較少。虛擬仿真實訓平臺綜合利用云計算、物聯網、移動互聯、人工智能等信息技術，基于數字孿生引擎、元宇宙概念，充分發揮虛擬仿真的優勢以及在理論教學與實物實訓中的銜接作用，解決了實物實訓中設備臺套數不足、場地有限、教學模式單一及實訓環節安全隱患較大等問題，培養產業急需的高素質技術技能人才。

2.實訓項目升級。在已建成的路基路面實訓基地、隧道實訓基地、橋梁模型實訓基地教學基礎上，對相關實訓課程進行全面智慧化升級改造，融合仿真場景教學、智慧平臺教學、設備實操教學。采用虛擬方式教學模式，虛實結合、以虛助實，并了解當前工程建設中智慧工地最新技術應用情況，建設6大施工場景下的16個教學場景教學模塊、建設智慧工地模塊演示平臺，以提高和加強學生對智慧化技術的認知，進行沉浸式教學。升級后的實訓課程及基地可作為對外的智慧工地觀摩中心，同時可作為“公共服務平臺”，為企業員工培訓、職業資格鑒定與培訓、職業技能競賽、骨干教師業務培訓、學生創新創業訓練等提供實習實訓服務平臺。

3.實訓設備升級。對實訓基地試驗室檢測設備進行升級改造，納入智慧管控實訓系統并在仿真教學中心進行實時展示，實現試驗檢測設備使用管理的智能化、信息化。實現樣品信息登記，以樣品信息單作為試驗檢測流程啟動節點，也是后續流程的基礎信息源，所有信息自動關聯到后續流程；實現水泥、鋼筋、混凝土的力學指標的數據實時采集上傳，由系統計算判定生成檢測記錄和報告；在各試驗室安裝高清監控攝像機，自建網絡上傳至實訓管控平臺，可實時回放試驗場景等；對有條件的設備進行聯網升級改造。同時，實現對實訓基地的試驗人員管理系統的升級，能夠識別試驗人員信息，具備學生信息、學生課程管理、實驗室門禁等功能。

四、建設意義

虛擬仿真實訓平臺緊扣智能交通發展前沿，以公路工程智慧建設為抓手，構建涵蓋“道路、橋梁、隧道、航道”多個專業施工數據的智慧采集、分析、應用培訓流程，形成與行業發展匹配的人才培養機制，為智慧交通發展輸出高質量專業技術人才，做到畢業即上崗，上崗即上手，上手即熟練。實訓基地建設聚焦道路橋梁工程專業群，聚焦行業高水平發展，打造高水平智慧管控虛擬仿真實訓基地，打造交通行業實訓基地示范點，加強基地的示范、共享、推廣，最終可以實現學校內示范、校際示范、社會上示范、國際化推廣。同時，通過平臺建設，可以提高實訓教學師資素質、教師信息化教學能力，搭建教師創新教學實踐平臺，立足高校結合相關優秀企業，專兼結合，形成一支精通理論、實際操作能力強的實訓教師隊伍。

參考文獻

［1］馬登成，胡永彪，張新榮.道路施工虛擬仿真實驗教學建設［J］.實驗室研究與探索，2020，39（2）：136-140.

［2］趙忠海，崔曉夢，周佳崢，等.基于虛擬仿真平臺的人才培養方案探索：以資源勘查工程專業為例［J］.高教學刊，2022，8（32）：159-162.

［3］張竹青，倪德磊.基于虛擬仿真技術的高職實踐教學體系研究［J］.電大理工，2022（3）：51-55.

Research on Virtual Simulation Training Platform of Smart Construction Site and Control

CHEN Jiao-jiao， ZHAO Yan-jing， JIANG Ling

（School of Road， Bridge and Port Engineering， Nanjing Vocational Institute of Transport Technology， Nanjing， Jiangsu 211188， China）

Abstract： In view of the shortcomings of vocational education in training road and bridge-related professional technical personnel in practical training teaching， as well as the shortcomings in hardware and software in technical skills training in smart construction site and control， this paper puts forward the idea of virtual simulation practical training platform for building smart construction site and control of road and bridge by schools and enterprises. The main construction content can be summarized as “1+2+6+3”： a smart control teaching and training hall， including" two centers of simulation teaching and simulation training， six control scenarios of road， bridge， tunnel， waterway， security and environmental protection， forming three major upgrading of training methods， training projects， and training equipment. It provides conditions for cultivating high-quality road and bridge skilled talents and laborers， strengthening the employment competitiveness of road and bridge professional and technical talents， and improving their skill level and comprehensive quality.

Key words： road and bridge major; smart site and control; school-enterprise co-construction of universities and enterprises; virtual simulation; practical training