路桥智慧工地与管控虚拟仿真实训平台建设研究

［摘 要］ 针对职业教育在培养路桥相关专业技术人才实训教学中的不足，以及在智慧工地与管控方面的技术技能培养存在的软件、硬件上的缺失，提出了校企共建路桥智慧工地与管控虚拟仿真实训平台的思路，主要建设内容可以概括为“1+2+6+3”：一个智慧管控教学实训馆，仿真教学、仿真实训两个中心，道路、桥梁、隧道、航道、安全、环保六大管控场景，形成对实训方式、实训项目、实训设备三大升级。为培育高素质路桥技能型人才和劳动者，拓宽其就业渠道，提升其技能水平和综合素质提供了条件。

［关键词］ 路桥专业；智慧工地与管控；校企共建；虚拟仿真；实训

［基金项目］ 2022年度教育部虚拟仿真技术在职业教育教学中的创新应用专项课题“虚拟仿真技术在道桥工程专业群实训体系构建及资源开发中的应用研究”（ZJXF2022168）；2020年度江苏高校哲学社会科学研究项目“高职路桥工程类专业智慧化实训平台建设模式研究”（2020SJA0692）

［作者简介］ 陈姣姣（1992—），女，江苏淮安人，博士，南京交通职业技术学院路桥与港航工程学院讲师，主要从事路桥结构研究；赵岩荆（1983—），男，江苏宜兴人，博士，南京交通职业技术学院路桥与港航工程学院教授，副院长，主要从事路面材料研究；蒋 玲（1965—），女，安徽蚌埠人，硕士，南京交通职业技术学院路桥与港航工程学院教授，院长，主要从事道路工程研究。

［中图分类号］ G717 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2025）-07-0041-04 ［收稿日期］ 2024-01-06

一、路桥职业教育新需要

国务院先后出台了《交通强国建设纲要》《国家综合立体交通网规划纲要》等重要战略和规划，提出要创新智慧、安全绿色，推进交通基础设施数字化、网联化，提升交通运输智慧发展水平，加快推进绿色低碳发展，促进交通与自然和谐发展。为打造交通运输现代化示范区，推动江苏高质量发展，江苏省印发了《交通强国江苏方案》，提出“着力构建高水平的绿色交通体系”与“着力构建高水准的智慧交通体系”两大建设任务，要求通过“跨界融合、共建共享、综合应用”，加快交通运输向数字化、网络化、智能化发展，以智慧赋能交通，全面支撑现代综合交通运输体系建设和交通强省建设。

未来15到30年，交通基础设施将进入新一轮的大规模建设和高质量发展阶段，绿色智慧交通建造对道桥工程类专业群的人才培养从数量、质量上都提出了新的更高的要求［1］，职业院校道桥工程类专业必须主动对接行业发展形势，服务行业发展需求，创新培养具备绿色交通建设和信息化技术综合应用能力的高端复合型技术技能人才；推动社会存量工程技术人员迈入绿色智慧交通建造新时代，从人才培养的质量和数量上同步支撑绿色智慧交通建设行业的高质量发展。在路桥工程类、地下与隧道工程类、港航工程类等交通基础设施建设中，智慧工地、大数据智能决策、数字化建设养护管理系统等应用场景逐渐普及。未来对掌握信息化技术应用能力，能够从事路桥工程、隧道工程、港航工程等智慧建管与运维，开展工程智慧化品质控制工作的专业人才需求越来越大。因此，职业教育对道路桥梁工程等技术专业群的人才培养规格需要提档升级，技术学习与技能训练过程中需要掌握建管运维过程中的信息化技术应用能力，具备工程建设所需的智慧化管控能力。

目前，职业教育在培养道路桥梁相关专业技术人才方面已经具有成熟的人才培养方案，具备充足的教学与实训条件。然而，在教学过程中，尤其是实训条件方面，在智慧工地、智慧管控方面的技术技能培养还存在软件、硬件上的缺失，无法满足企业、行业、社会、国家对新时代交通土建专业人才的技能需求，具备工程智慧管控能力的专业技术技能人才存在较大的缺口，迫切需要高等职业教育培养相关专业技术技能型人才。建设路桥智慧工地与管控实训平台迫在眉睫。

二、建设思路

（一）虚拟仿真技术引领职业教育新方法

道路、桥梁、隧道、港口等建设具有工程体量庞大、成本高昂、安全隐患大、工序不可逆等特点［1］，路桥专业群传统实训教学中学生现场施工和部分检测实训难实现，存在职业教育实践教学中“高投入、高难度、高风险”“难实施、难观摩、难再现”等特征，是典型的“三高三难”问题。虚拟仿真技术在路桥专业实训教学中的创新应用，将虚拟现实技术、人工智能技术与职业教育实训教学深度融合，能够解决路桥实训教学“三高三难”的问题，解决实训教学资源不足的问题［2-3］，适应了数字经济发展的新需要，迎合了经济高质量发展的新需求，服务创新发展的新机遇。

（二）校企合作带动职业教育创新发展

“深化产教融合、校企合作”是《国务院关于加快发展现代职业教育的决定》的指导思想之一，更是职业教育的发展方向。学校和企业作为产教融合、校企合作发展模式的主要参与者和建设者，二者在发展中共同发力，培育出真正的高技能人才，不断为产业赋能，是提升国家产业及经济发展水平，切实提升我国现代工业的国际竞争力的重要举措。校企共建路桥实训基地是深化产教融合、校企合作的深度实践，为培育高素质的路桥技能型人才和劳动者，增强路桥专业技术型人才就业竞争力，拓宽其就业渠道，提高其技能水平和综合素质提供了条件。

综上，校企共建智慧工地与管控虚拟仿真平台是高等职业教育培养相关专业技术技能型人才的有效解决途径。

三、建设内容

智慧工地与管控虚拟仿真平台围绕路桥专业，开展“1+2+6+3”为主要内容的建设，即一个智慧管控教学实训馆，包含仿真教学、仿真实训两个中心，道路、桥梁、隧道、航道、安全、环保六大管控场景，形成对实训方式、实训项目、实训设备三大升级改造。智慧管控实训教学中心建设框架见图1。

（一）仿真教学中心建设

仿真教学中心配备多功能讲台、全息投影、互动滑轨屏，数据中心智慧大屏、多台教学实训一体化电脑桌和可移动桌椅等硬件设施。

教学内容包括基于数字孪生元宇宙场景教学、智慧工地应用教学、智能设备安装实操教学、实训考核评价四大内容。主要采用虚拟现实、三维动画与演示、人机交互等技术，根据理论与教学的需求设计出用于辅助教学的虚拟场景、虚拟环境、虚拟设备及构件库、演示理论和实验过程等内容。中心以数字孪生三维技术为基础，对施工场景进行高精度还原，同时引入元宇宙概念与人工智能、物联网、大数据分析等新一代信息技术，实现对建造过程从构件到整体、从设计到运维的全寿命周期管理。通过仿真教学，向学生教授管控技术发展、应用场景、管控系统采集内容，通过教学软件让学生系统掌握智慧管控教学内容，为下一步仿真实操训练夯实基础。学生完成教学内容学习后，通过对场景体验次数、智慧平台教学情况、设备安装教学成绩权重赋值等对学生实训成绩进行综合评价。

（二）仿真实训中心建设

仿真实训中心包括六大实训区，仿真实训中心以管控设备安装体验+仿真模型观摩使用+管控设备实操互动等形式，进行全方位实训教学场景搭建，以学员亲身感受、模拟实际动手操作为宗旨，让学员通过仿真实训掌握智慧管控知识。

1.道路智能管控实训。包括软基施工智能管控技术、沥青生产智能管控技术、混合料运输智能管控技术、路面施工智能管控技术、路面施工智能监测技术。通过双向搅拌桩施工模型、拌和站模型、沥青路面仿真模型、沥青光谱检测样品等仿真模型，培养学生对道路智能管控设备应用范围、设备安装位置、安装工艺的认知和实操能力，实现软基、路基、路面等不同业务场景的道路智能管控实训教学。

2.桥梁智能管控实训。包括装配式构件生产管控场景、桥梁施工管控场景，涵盖混凝土生产智能管控技术、混凝土运输智能管控技术、成品智能检测技术、高支模智能监测技术、混凝土智能测温技术等。通过桥梁生产和施工中的静态、动态仿真模型，培养学生对桥梁智能管控设备应用范围、智能管控内容、智能管控重点、设备安装位置、安装工艺的认知和实操能力，实现不同业务场景的桥梁智能管控实训教学。

3.隧道智能管控实训。包括安全步距智能监测技术、隧道定位智能管控技术、超欠挖智能检测技术、隧道智能量测技术、隧道施工智能监测技术。通过虚拟仿真场景或智慧仿真模型，学员可以进行隧道管控物联网设备安装练习，现场配备数据显示屏幕，实现物联网数据的实时收集、分析、预警，全方位对隧道施工智能管控场景进行可视化教学和体验。

4.港航智能管控实训。包括桥梁施工场景、航道施工场景、船闸施工场景，涵盖水位在线监测技术、桥梁防撞智能预警技术、护岸施工智能管控技术等。通过港航工程中的船闸仿真动态模型、航道船舶静态模型，培养学生对船闸监测、水位在线监测、护岸施工智能管控等技术的认知和实操能力，实现港航施工场景的智能管控实训教学。

5.安全智能管控实训。包括智能行为识别技术、特种设备运行监测技术、人员定位管控技术、智能用电监测技术、风险源智能管控技术。学员站在识别区域，智能摄像头会通过AI智能分析识别技术自动识别施工现场不规范行为并对其进行抓拍，抓拍的影像资料通过平台自动推送给相关责任人；现场通过声光电的方式提醒不规范行为，通过AI识别技术，让学员了解信息化技术在安全管理上的应用，实现智能行为识别抓拍实训教学。

6.环保智能管控实训。包括扬尘在线监测技术、水质智能监测技术、尾气智能监测技术。实训现场配备扬尘监测设备，实时展示PM2.5、PM10、PM100、风速、风向、温度、气压、噪声等参数，当环境指数超标时，可联动现场喷淋装置进行降尘。学员可以通过安装水质监测传感器及尾气监测仪，实时获取当前环境的水质及尾气数据，培养学员的实践应用能力，实现环保智能管控实训教学。

（三）三大升级建设

1.实训方式升级。一般路桥实际工程项目建造周期较长，受校内教学资源条件限制，学生在校内实验实训时间有限，即使在校外完成也易受实习时间的限制，学生只能了解建设活动中的一部分内容，不能深入参与实际工程项目的全部环节及全部岗位，工程实践训练存在局限性。所以，路桥专业传统实践教学主要以教师讲授及演示为主，受实践条件限制，学生实际参与的机会较少。虚拟仿真实训平台综合利用云计算、物联网、移动互联、人工智能等信息技术，基于数字孪生引擎、元宇宙概念，充分发挥虚拟仿真的优势以及在理论教学与实物实训中的衔接作用，解决了实物实训中设备台套数不足、场地有限、教学模式单一及实训环节安全隐患较大等问题，培养产业急需的高素质技术技能人才。

2.实训项目升级。在已建成的路基路面实训基地、隧道实训基地、桥梁模型实训基地教学基础上，对相关实训课程进行全面智慧化升级改造，融合仿真场景教学、智慧平台教学、设备实操教学。采用虚拟方式教学模式，虚实结合、以虚助实，并了解当前工程建设中智慧工地最新技术应用情况，建设6大施工场景下的16个教学场景教学模块、建设智慧工地模块演示平台，以提高和加强学生对智慧化技术的认知，进行沉浸式教学。升级后的实训课程及基地可作为对外的智慧工地观摩中心，同时可作为“公共服务平台”，为企业员工培训、职业资格鉴定与培训、职业技能竞赛、骨干教师业务培训、学生创新创业训练等提供实习实训服务平台。

3.实训设备升级。对实训基地试验室检测设备进行升级改造，纳入智慧管控实训系统并在仿真教学中心进行实时展示，实现试验检测设备使用管理的智能化、信息化。实现样品信息登记，以样品信息单作为试验检测流程启动节点，也是后续流程的基础信息源，所有信息自动关联到后续流程；实现水泥、钢筋、混凝土的力学指标的数据实时采集上传，由系统计算判定生成检测记录和报告；在各试验室安装高清监控摄像机，自建网络上传至实训管控平台，可实时回放试验场景等；对有条件的设备进行联网升级改造。同时，实现对实训基地的试验人员管理系统的升级，能够识别试验人员信息，具备学生信息、学生课程管理、实验室门禁等功能。