虚拟仿真实验教学中心的发展历程、建设概况

西安工业大学创建于1955年，是国家“一五”计划156个重点建设项目的军工配套项目之一，具有鲜明的军工特色。学校长期以来坚持“育人为本”的办学理念，“注重工程实践、突出制造技术”的办学特色和“面向企业、立足一线、为区域经济和国防工业服务”的办学定位，不断加大教学投入，深化教育教学改革，努力推进素质教育，着力培养学生的创新精神和实践能力。学校在坚持 “重基础、重实践、重素质” 本科教育教学传统的同时，进一步提出“卓越化、国际化、研究型”本科教育教学的新境界。

西安工业大学省级土木工程实验教学示范中心，最初由工程力学实验室、土木工程材料实验室、土力学实验室、结构实验室、工程测量实验室、水力学实验室、水处理实验室等组成，于2013年被批准为省级土木工程实验教学示范中心建设单位，依托建筑工程学院，实行校院两级管理。

2009年“工程力学”省级精品课程建设期间，学校就开始开展土木工程计算机辅助结构设计相关实验，并结合“基础工程”省级精品课程的建设以及“结构力学”“钢结构设计原理”“土木工程施工”和“工程项目管理”等校级核心课程建设，成立数字土木实验室。

2013年实验室与上海鲁班软件有限公司合作，共建共管“BIM虚拟仿真实训室”；2014年与北京迈达斯技术有限公司合作，制定仿真实验室建设方案，共建“土木工程数值模拟仿真实验室”；此后逐步引进了国际著名大型结构分析设计软件SAP2000、ETABS、SAFE等，并开设了“结构工程软件及应用”课程，为虚拟仿真技术在实验教学的应用奠定了良好的基础。2015年通过资源整合，依托省级土木工程实验教学示范中心，成立了土木工程虚拟仿真实验教学中心。

“土木工程虚拟仿真实验教学中心”以培养“应用型、复合型、创新型”人才为目标，本着“能实不虚、相互补充、虚实结合”的指导原则，建立了基本实验教学、科研成果转化和企业合作共享等三方面的资源。

中心主任由建筑工程学院主管实验室建设的副院长担任，全面负责中心的规划、建设、运行管理等工作。中心现有校内专兼职实验教学和技术管理人员40人，其中正高职称8人、副高职称13人，具有博士学位31人；此外，中心还聘请企业兼职人员5人，均为中青年专业骨干。

实验中心拥有4000余平米的教学实验室和开放式实验教学环境，主要仿真硬件设备有：服务器（thinkserver TD340）、图形处理工作站、计算机终端60台、大型软件包括ANSYS、ABAQUS、MIDAS、FLAC3D、GEO5、管立得、SAP2000、EON6.0、OPENSEES以及BIM软件等。自2016年以来，各项经费累计投入300多万元。

土木工程虚拟仿真实验教学中心主要服务于土木工程、城市地下空间工程、给排水科学与工程、城乡规划等土建类专业，涵盖建筑规划、结构设计、施工技术、工程管理、数值模拟、工程检测等领域，形成建筑工程、岩土地下工程、交通土建工程、智慧建造与管理、国防土木工程五大模块。目前，开设钢筋混凝土梁柱系统力学性能虚拟仿真实验、地下工程典型施工技术虚拟仿真实验、城市污水处理仿真实验、爆破冲击动力学虚拟仿真实验、工程地质与勘察施工技术虚拟仿真实验、建筑结构动力特性测试虚拟仿真实验、BIM市政桥梁工程仿真实训、BIM5D应用仿真模拟、装配式结构正向设计仿真模拟等25项虚拟仿真实验项目。

图1 土木工程虚拟仿真实验教学体系

实验教学体系包含学科基础课程虚拟仿真教学、专业领域课程虚拟仿真教学、工程训练与创新研究虚拟仿真三个层次。在学科基础课程授课中，利用虚拟仿真手段实现原理和技术的直观呈现，提高专业授课直观性和新颖性；在专业领域课程及实践中，虚拟仿真教学充分利用各类先进的仿真和开发平台，体现虚拟仿真的高精度、高效率的特点；在工程训练与创新研究方面，利用虚拟仿真平台，开发综合性强、创新性强、复杂度高的实验项目和举办各项创新科研活动，为学生动手能力和研究能力培养提供了良好平台。

图2 土木工程虚拟仿真实验层次及能力培养目标

近年来，土木工程虚拟仿真实验教学中心在人才培养方面发挥了重要作用。依托该中心，实现了两门精品课程的资源共享；开展“大学生结构设计竞赛”“大学生基础力学实验竞赛”“全国BIM毕业设计大赛”等；辅助理论及实践教学，极大地提升了教学效果。

中心面向土建专业的实验教学和工程化训练，依照“统筹规划、突出重点、共享资源、提高效益”的指导思想，针对实际课堂教学与实验过程中存在真实实验平台无法开展、复杂程度大、成本高、存在潜在危险的实验内容，利用专业的仿真软件以及数字土木实验室，基于信息化平台构建具有高度真实感和精确性的虚拟仿真实验教学平台，构建面向土建类专业和全校工科专业的立体化、多层次的虚拟仿真实验平台。