Virtual Construction（VC），可称为虚拟建设，或虚拟建造，本文对此不加区分，统称为虚拟建设。虚拟建设来源于两大方面：
1、1 来源于以虚拟现实（VR）等为核心的现代计算机技术在建筑业的应用
虚拟现实技术起源于美国，是包括图形/图像处理、人体器官位置跟踪、音响处理、交互传感、网络通讯及建模技术在内的综合性极强的高新信息技术，“它为人机交互对话提供了更直接的真实的三维界面，并能在多维信息空间上创建一个虚拟信息环境，使用户具有身临其境的沉浸感”[1]、
虚拟现实技术在军事、工程建设等领域得到了广泛的应用，我国 863 高新技术计划将 VR 技术列为关键技术进行研究，此后 VR 技术在我国得以发展。以下是建筑业应用 VR 技术取得的一些成果：
Graphisoft 公司开发了以“虚拟建筑”为核心的 Archi CAD 软件，对设计项目的三维计算机模型可视、可编辑、可定义。Ahmed F、 Waly 等人利用虚拟现实建模技术（VR modeling techniques）和面向对象的 CAD 技术开发了集成虚拟计划工具——虚拟建设环境（VCE），该工具可以经济而逼真地模拟主要施工过程，并可检验各种行动方案[2]、
二滩电站的展示部分采用了虚拟现实技术，用户可以轻松浏览二滩环境及大坝的任意一个部位[2]、国内在对施工过程中结构的仿真和可视化计算方面取得了一些成果，可以模拟各种施工过程[3]、上海正大广场工程是我国首次将虚拟现实技术应用于建筑工程的项目。
技术层面的虚拟建设可以在下列方面得到应用：（1）规划设计阶段：采用计算机信息通讯、计算机图形学、图像处理、人机界面、计算机模拟仿真、虚拟现实等多种技术，可以逼真地展现建成后的项目是否与周围环境匹配，以优化规划方案；建立三维虚拟场景，使建筑、结构、设备设计协同进行；通过改变视点和光源设计、修改材质等，方便设计师和顾客沟通和评价处于设计阶段的各种方案；借助于 VR 浏览器虚拟巡游建筑物各组成部分，从而提高设计效果和设计质量；检验建筑设计的可施工性等。（2）施工阶段：通过虚拟仿真在施工前对施工全过程或关键过程进行模拟施工，以验证施工方案的可行性或优化施工方案；对重要结构进行计算机模拟试验以分析影响项目的安全因素，达到控制质量和施工安全的目的；可视化施工计划进度和实际形象进度等。这些应用都将大大提高建设项目的实施效果和管理效率。
1、2 由虚拟企业引申而来
虚拟企业又称为虚拟组织、虚拟公司等，本文对此不加区分。
“虚拟企业”一词由肯尼斯。普瑞斯等人于 1991 年在向美国国会提交的一份报告中首先提出。“虚拟企业可以视为一些相互独立的业务过程或企业等多个伙伴组成的暂时性联盟，每一个伙伴各自在诸如设计、制造、销售等领域为联盟贡献出自己的核心能力，并相互联合起来实现技能共享和成本分担，以把握快速变化的市场机遇。”[4]自此以后，关于虚拟企业的理论研究成为管理科学中一个研究前沿和热点，并已经在实际中得到广泛应用[5]、
虚拟建设的概念由虚拟企业引申而来，是虚拟企业理论在工程项目管理中的具体应用。美国发明者协会于 1996 年首先提出了虚拟建设的概念。
国内外在这一方面的研究成果如下：（1）欧美发达国家近年来的研究主要集中在如何增强建设项目全寿命周期中各组织间的沟通和合作问题上[7]，即研究如何利用 3-D CAD、4-D CAD、VR 等计算机技术将建设项目管理的各项职能进行集成。主要研究项目有：OSCON 项目、ATLAS 项目、SPACE 项目、CAVALCADE 项目、WISPER 项目、OSMOS 项目、DIVERCITY 项目，不少项目已有成果报道等。
（2）目前国内的研究成果有：徐友全做了题为《虚拟建设模式（Virtual Construction）的研究》的博士论文，论文从虚拟企业理论出发研究了虚拟建设模式的思想、组织、方法和手段。论文研究的主要创新点是：虚拟建设模式的思想；虚拟建设模式的组织设计原则；虚拟建设模式的组织模型、组建步骤及协调中心的组织和任务；虚拟建设模式信息系统（PIS/NT）的概念和功能[5]、何清华在《虚拟组织在建筑业中的应用——虚拟建设》一文中总结出虚拟组织必须具备的特点，然后提出将虚拟组织应用于建筑业的可行性及挑战性；最后提出虚拟建设的组织模式、特点及对建筑业所带来的意义。彭勇在《虚拟建设——新型的工程项目管理组织模式》中分析了虚拟建设产生的背景，提出了虚拟建设的概念和内涵，并概述了虚拟建设实施过程中信息分类的方法等。
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2 、虚拟建设内涵
集成的虚拟建设要点如下：（1）工程项目是虚拟建设的对象和载体，项目建设通过一系列相互关联的过程来实现，这些过程组合在一起形成一条产品供应链；同时，项目建设过程也是一个价值增值过程，因此也形成一条价值链，链上的每一环对应着实现价值增值的一项或数项能力。图中价值链上的圆圈即表示工程项目建设过程中环环相扣的过程，同时也表示实施项目所需的设计、施工等能力。（2）由于科技进步、社会分工细化、市场竞争加剧等原因，绝大多数企业不具备项目建设所需的全部专业能力，即只是上述供应链中的一环或几环（如我国鲜有具备设计＋施工能力的企业），如果没有供应链中上、下游企业的协作（分包商可以看作是总包商的协作单位），根本无法完成工程项目建设的全部任务。而从市场需求看，顾客对企业能力提出了越来越高的要求，越来越多的顾客要求企业能提供形成建筑产品的全过程服务。因此，为满足顾客需求，这些企业唯有跨越组织界限，在具有不同核心能力的企业间开展合作，以“虚拟组织”形式来整合和利用外部资源，从而扩展自己满足顾客需求的能力，进行组织管理层面的虚拟建设。图中核心企业可称为头脑企业，是智力、知识密集型企业，其技术先进，管理科学，在供应链中占据核心位置；伙伴企业可称为躯干企业，处于供应链中的其他位置，但能以自己的专业特长为项目实施全过程贡献力量，是供应链中不可缺少的环节。（3）虚拟建设成员可以组成项目联营体，也可以形成总分包关系，基于合同契约进行合作。为了取得组织管理的成功，应综合运用各种现代管理技术：如战略联盟、并行工程、企业流程再造、优化方法、供应链管理、电子商务等，并利用可视化、VR 等 IT 技术对建设项目管理的各项职能进行集成，增强建设项目全寿命周期中各组织间的沟通和合作，达到高效进行项目管理的目的。（4）对于具体工程项目实施，应借助于计算机技术进行计算机辅助设计、建模，设计方案优化，可视化设计、施工效果，施工过程模拟，施工方案可实施性检验等，即要进行技术层面的虚拟建设。这一层面的虚拟建设建立在现代各项科学技术基础之上，如：计算机模拟仿真技术，CAD 技术，VR 技术，网络技术，数据库技术，多媒体技术，各种现代设计、施工技术，以及各种集成技术等。
3 、发展建议
目前我国建筑业企业实施虚拟建设的状况是：初步涉及技术层面的虚拟建设，已有应用成果报道；组织管理层面的虚拟建设处于理论研究的初始阶段，未见应用成果报道。形成这一局面的原因是：（1）理论研究重视不够；（2）与其他行业相比较，建筑业利用现代科技成果的步伐缓慢，技术层面的虚拟建设急需大力推广；（3）组织管理层面的虚拟建设涉及管理、经营理念，需要增强建设项目全寿命周期中各组织间的沟通和合作，相对较难实施。
针对上述情况，虚拟建设的实现可以从技术层面入手，进而过渡到组织管理层面，最终实现技术和管理的集成。短时期内，我国建筑业企业应从技术层面入手，加大现代科技特别是计算机技术在工程项目建设中的应用，推进工业化和信息化；同时在企业发展方面，着力发展培养核心能力，特别是要学习、借鉴先进生产和管理的思想方法，不断提高管理水平。这是企业发展的必由之路，也是实现虚拟建设的关键所在。
参考文献
[1] 梁民、刘珍平、张培仁等。虚拟现实在水坝系统中的实现。计算机应用，1999，19（8）。
[2] Ahmed F、 Waly， Wslid Y、 Thabet、 A Virtual Construction Environment for preconstruction planning、 Automation in Construction， 2002 （12）： 139-154、
[3] 袁向荣、高勇利、卜建清。结构工程及虚拟现实技术。石家庄铁道学院学报，2000，13（3）。
[4] 陈剑、冯蔚东著。虚拟企业构建与管理。北京：清华大学出版社，2002（13）。
[5] 陈剑、冯蔚东著。虚拟企业构建与管理。北京：清华大学出版社，2002（9）。
[6] 彭勇、邢文。虚拟建设——新型工程项目管理组织模式。建筑管理现代化，2001（2）。
关键词：工程力学实验；力学教学；虚拟实验系统；虚拟现实技术
道路与桥梁专业的高等职业教育中，实验力学教学是培养学生动手能力和对理论知识理解与应用能力的一个重要环节。在实验力学的教学中，应以学生动手实验为主，以便学生消化吸收课堂所学的理论知识，并且便于在未来的工作实践中得以灵活运用，这是各类人才培养方案的目标，也是绝大多数工程力学教师们达成的共识。但是，目前高等职业院校普遍存在着实验仪器台套数上短缺、实验教学师资力量的不足、实验场地不足等局限，严重地影响着工程力学实验的有效开展。可是，多方面存在的不足很难在短时间内得到解决或缓解，只能通过其他途径解决问题。目前，基于计算机仿真和虚拟现实技术建立力学虚拟实验系统，则有助于解决上述问题【1-2】，有效地营造出随着时代技术发展的新型教学方式，最终有效地提高教学质量。
一、力学虚拟实验系统的设计
首先，我们对力学虚拟实验系统进行整体设计，力学虚拟实验系统按照功能的不同划分为三个部分：（1）网络服务。用户可通过校园网络注册学生个人信息并经过验证后登录虚拟实验系统。（2）虚拟实验。采用计算机仿真技术来构建实验室场景、实验仪器的模型、实验试件或构件库、实验结果的评价标准等。（3）教学资源数据库。为虚拟实验系统提供相关的数据服务，为实验资源的扩展提供平台，维护虚拟实验系统。总之，设计力学虚拟实验系统时，要将虚拟现实技术和人机互动的理念融入到虚拟力学实验室中。
二、力学虚拟实验系统的建设
虚拟实验系统中各实验模块的结构及其实现方法可分为五个部分：系统界面、虚拟实验模型、虚拟实验操作、虚拟实验结果和实验数据处理。用Visual Basic实现由系统界面总体控制实验过程，实现各部分功能的串联。用3D Studio Max实现虚拟实验仪器及模型部分，对实验仪器及试件进行三维建模并显示。利用虚拟现实软件Unity 3D，在虚拟实验操作部分实现用鼠标在三维场景中进行实验操作的功能。用Virtools语言实现虚拟实验结果生成部分和实验数据处理部分，按操作中的实验参数实时生成实验结果（如P-l曲线等），并对所得实验结果进行处理，从而获得最终结果（应力-应变曲线）。
力学虚拟实验系统包括低碳钢（铸铁）拉伸实验、低碳钢（铸铁）压缩实验、低碳钢（铸铁）扭转实验、梁的纯弯曲实验、压杆稳定实验、弯曲组合变形主应力测定实验等实验模块。
以低碳钢（铸铁）压缩实验为例介绍虚拟实验系统中实验模块的功能和操作【3】。进入实验界面后，可通过“实验介绍”学习实验目的、实验原理和实验操作等。可在三维实验场景中放大、缩小及旋转三维图形，从各角度近距离地观察微机控制电子拉力试验机的组成（当鼠标移过某元部件时，会显示相应元部件名称及操作提示），从而达到深入认识实验仪器的目的。实验仪器的操作与真实微机控制电子拉力试验机完全类似：打开机器开关，手动控制盒的红色指示灯亮起，操作者通过手动控制盒操作试验机，可调节移动横梁及夹具到最佳位置。先安装试件，在实验操作台上用鼠标点击选择试件及相应的夹具，通过鼠标拖动试件和夹具将其置于微机控制电子拉力试验机的加载装置中。然后进行加载，点击上升按钮对试件进行加载，通过力传感器可读取荷载数值，以此控制荷载的大小。在操作过程中，系统会时时计算并显示试件在加载过程中的变化。记录了随着荷载的增大，试件变形的过程和破坏的结果。加载结束后 ，通过实验数据的处理程序显示出试件的应力―应变曲线。虚拟实验系统其他实验也按同一原理设计，与低碳钢（铸铁）压缩实验有同样的效果。
通过低碳钢（铸铁）压缩实验体现的实验方法和材料的力学性能在生产实践中的应用，学生可以点击“力学博览”，浏览包括混凝土试块的抗压实验在内的其他相关的三维动画、视频、图片和文字资料。从而使理论知识、实验教学和生产实践有机地联系起来，激发学生的学习兴趣，鼓励学生学以致用。
三、力学虚拟实验系统的特点
基于虚拟现实技术的力学虚拟实验系统可在计算机上完全仿真力学实验的结果、仪器以及操作过程，且其建设成本较低，并可在网络上运行。因此，力学虚拟实验系统的优点表现在如下几个方面：（1）力学虚拟实验系统可以大大地缓解高校在实验室场地有限、实验仪器套数和师资严重不足等困境，高质量地开设力学实验。（2）引入力学虚拟实验系统，也可大大地促进现有的力学实验教学。特别是有利于结合道路与桥梁专业方面的应用（施工或实验的现场录像），使力学的理论知识、力学实验中体现的材料及结构性能在专业实践中充分地展现出来。（3）学生可以直接在虚拟实验系统上进行实验预习、仪器熟悉及基本实验步骤的练习。（4）在真实实验仪器上进行少量实验后，大量的对比性实验可让学生在虚拟实验系统上进行。（5）此外，虚拟实验教学系统也可用于工程力学、应用力学等课程的课堂教学。
四、结论
综上所述，虚拟力学实验具有以上一些优点，但也存在着一些不足。需要指出的是，力学虚拟实验还不能完全代替真实实验。虚拟实验与真实实验之间存在以下关系【4】：（1）虚拟实验不能替代真实实验。真实实验是人们利用实验仪器设备能实际进行操作的实验活动，而虚拟实验是对真实实验的模拟。因为在虚拟实验系统中学生遭遇不到真实实验仪器操作中遇到的实际问题。（2）虚拟实验与真实实验互为补充。学生通过正确使用力学虚拟实验系统，可以掌握常规仪器设备的使用方法。（3）虚拟实验与真实实验可交替进行。对于低年级的学生，可以先看真实实验的演示，再做虚拟实验，之后再做真实实验。对于学习专业课的高年级学生，可以先做虚拟实验完成预习，再进行真实实验的操作。这样可以减少学生因实验失误而造成人员受伤和实验仪器设备的损坏等问题。对于即将走上工作岗位的学生，可以通过虚拟实验这个平台，进行目前没有条件开设的真实实验或比较危险的真实实验。（4）虚拟实验与真实实验在内容选择上是有区别的，对于侧重理解、观察、数据采集和分析、综合性的实验一般采用虚拟实验，可以避免真实实验或操作所带来的各种危险并降低真实实验产生的实验用品的损耗。
实践证明，力学虚拟实验可以作为一种辅助的实验手段来弥补真实实验课程的不足，正确得使用和开发力学虚拟实验系统，可以提高教学效果，缓解实验教学经费紧张、设备不足和设备陈旧、场地有限、教学学时不够等困境，提高学生的学习兴趣和积极性，促进学生理解和掌握实验内容和理论知识及其在生产实践上的应用。
参考文献：
【1】计欣华；张丽娜；陈金龙等、光力学虚拟实验室、庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会2007论文摘要集（下）、2007、828
【2】杜华；谢惠民；刘战伟、虚拟云纹实验方法及应用、力学与实践、2005，27（1）：80-82
安徽理工大学采矿工程学科充分认识到实验教学在培养学生实践能力和创新能力方面具有的重要作用，为此，严格按照专业培养计划，建立了利于培养学生实践能力与创新能力的实验教学体制，组建成立了多个省部重点实验室、研究中心、大学生创新实践基地等，为学生开展课外科技创新实践活动提供了一个良好的软硬件环境，逐渐形成了围绕培养学生实践动手能力和创造思维构建采矿工程专业实验课程体系，建立完整的实验教学质量保障体系。然而，由于目前普遍以厚基础、宽口径;为办学指导思想，加之教学内容更新慢、教学方法模式化、教学环境单一等因素的制约，致使采矿工程学科实验教学过程尚存在一些问题与不足，如：
（1）投资大，运行成本高。采矿工程学科，建设一个系统完备的专业实验室，至少需要花费数百万。此外，实验过程中的能源、物料及不可避免的仪器设备的损坏消耗巨大。
（2）运行效率低、总体利用率不高。实验设备通常是按照预先设计的实验目的购置的，能够支持的实验内容比较单一，同时受益学生有限，而且在2次实验之间，处于闲置状态，总体利用率相对较低。
（3）教学形式相对单一，缺乏完善的统筹与安排，计划性不强，针对性较弱，不能充分调动学生的积极主动性。
（4）实验资源不足，不能满足广大学生的实际需求，在很大程度上抑制了学生参与实验教学活动的积极性和主观能动性。
（5）现有模型陈旧、展示手段单一、更新效率低，阻碍了采矿工程专业学生实践创新能力的培养。
2基于虚拟矿井建设的采矿工程学科实验教学方法的提出
采矿工程专业教学的首要任务是培养学生对矿山实体与工程视图之间的一种形象思维和逻辑思维能力。然而，由于缺乏现场认识，学生们难以想出书本上呆板图形所要表达的矿山巷道形状、结构特征及其相互之间的空间关系。如果能够利用近年来迅速发展起来的虚拟样机技术构建一个五脏俱全;的矿井生产环境，分别利用声音、图形、图像、动画和实物照片等多角度多方位地冲击学生的感官神经，可以极大地吸引学生的注意力、提高实验教学效率。同时，通过三维游览和兴趣驱动的游戏模式表达出传统教学手段无法描述的现象和规律，使学生从不同角度观察各种井巷、硐室等的结构形状和空间位置关系，而且还可以针对不同的教学内容和教学目的，带领学生在虚拟生产矿井中游览每个井筒、巷道和硐室，使学生身临其境、切身感悟，不仅可以大大增强学生对抽象事物的感受能力，而且还能有效激发学生的学习兴趣，促使学生充分发挥主观能动性，达到一个良好的教学效果。基于此，本文综合利用虚拟现实技术、仿真技术、计算机图形图像技术等生成逼真的虚拟矿井建设;实验场景，按照采矿工程专业毕业生在从事工作后的实际晋升途径，分别设计出工作岗位角色和工作任务，并配备必要的设备、仪器和工具，让同学们在虚拟情境中完成自己未来岗位的工作任务，并获得晋升及奖励，促使学生进行更深层次的实践动手操作。不仅可以提高学生的实验积极性，而且可以得到许多在常规实验中难以实现的效果和实验现象。
3基于虚拟矿井建设的采矿工程学科实验教学方法的构建
通过构建基于兴趣和任务驱动的囊括矿井工业广场、完整地面生产系统、井筒及提升运输设备、井底车场（包括中央变电所、水泵房、水仓、煤仓、转载硐室、炸药库、充电硐室等）、测风站、掘进工作面（综掘、炮掘）、采煤面（炮采、普采、综采等）功能完善、配套齐全的大型综合虚拟矿井建设的实验场景，不仅可以形成独特的实验教学体系，而且能够让学生对煤矿生产各系统、各环节进行掌握和实践操作，便于激发他们奋发向上的精神和珍惜热爱生活的态度。具体构建方法为。
（1）分析当代大学生的求新、求异、个性化的需求，探讨一种新型的基于兴趣驱动的采矿工程学科虚拟实验方法，让学生在虚拟的矿井建设;环境下完成自己的专业实践训练，通过构建兴趣驱动的游戏般的实验环境，使互动媒体实验教学与课堂理论教学相统一。
（2）总结分析我国现有虚拟实验在硬件装备、软件配置等方面的现状，收集整理学生、实验教师等对虚拟实验教学的评价，明确采矿工程专业学科虚拟矿井建设;实验可行性；
（3）综合利用虚拟现实技术、仿真技术、计算机图形、图像技术等虚拟现实技术构建采矿工程学科实验教学场景实现方法。
（4）基于虚拟矿井建设的实验教学体系建设，主要内容包括。
①人物角色设计及其晋升体系：以大学生毕业后从事矿业生产工作的实际职称系列或管理系列为依据设定相应的角色。
②角色任务分配及奖惩办法；根据采矿工程行业各职称系列人员所从事的具体工作内容设计出虚拟矿井建设过程中各角色的任务。通过本部分内容的学习，可使学生们明确自己以后的实际工作内容和所需要的专业知识，进而明确大学期间需要掌握的专业知识。
③实验道具设计，即虚拟矿井建设所需的设备、仪器、系统及工具等，使学生们掌握采矿生产过程中的设备配套、功能原理及其操作方法，并加深相关作业的工艺过程和关键环节控制等专业知识。
④角色身份及相关装备的获取途径及条件设计：基于现有职称晋升标准，制定出虚拟矿井建设中各角色任务的晋升条件，使学生们对于自己未来的成长方式有个大致的了解，从而准确把握大学期间的任务和目标。
⑤基于计算机虚拟现实技术，生成逼真的实验情境，使学生在该情境中借助必要的道具对实验对象进行操作，实现虚拟身份;的真实体验。
4结语
关键词：实验教学；虚拟仿真；网络工程；多元协同；虚实互动
实验教学作为学生实践能力和创新能力培养的重要载体，需要有相应的实验教学平台作为支撑。传统的实验教学平台采用实体形式，以物理空间中的实体设备、器件和材料为实验对象或载体，具有真实、直观、直接的优点，但存在更新运维成本高、规模与复杂度受限、可扩展性差、开放共享难等不足。虚拟仿真实验教学综合运用信息与通信技术，在信息空间中构建高度仿真的实验操作环境和实验对象，提供类似于实体实验教学的体验与效果，具有近似、抽象和间接的特点，并在可视性、交互性、安全性、可扩展性与可共享性等方面具备优势，是对实体实验教学的有益补充与完善。
一、虚拟仿真实验教学中心建设需要解决的关键问题
作为专业人才培养的重要教学保障和优质实验教学资源共享的主要载体，虚拟仿真实验教学中心建设不能简单停留在对实体实验教学项目的信息化再现或资源堆砌，必须思考并解决以下六方面的关键问题。
第一，建设理念。涉及虚拟仿真实验教学中心的基本指导思想、建设目标、服务面向，以及在专业人才培养中所应承担的角色或发挥的作用。
第二，建设内涵。与指导思想、建设目标与服务面向相适应，涉及虚拟仿真实验教学中心建设的教育教学品质与特色，例如是以基础研究与教学为特色，还是以工程研发或工程应用教学为特色。
第三，建设主线。涉及虚拟仿真实验教学中心建设的核心线索或体系，需要系统而有效地组织有关的实验教学资源，以满足中心的服务功能与特色。
第四，建设方法与途径。通过什么样的方法与途径实施虚拟仿真实验教学中心建设，是院校单独建设，还是校内外协同；是自主开发，还是购买服务，抑或是多方面结合。
第五，使用模式。如何将虚拟仿真实验教学中心资源运用于课内外教学，其与实体实验之间是什么关系，如何发挥各自的优势与长处，以提高实验教学的实效。
第六，开放共享机制。虚拟仿真实验教学中心如何实现优质实验教学服务的开放共享，包括服务的对象与范围、策略与机制以及服务能力等。
二、面向工程应用型人才培养的虚拟仿真实验教学中心建设思路
作为地方本科院校，温州大学网络工程专业以培养工程应用型人才为目标。为此，针对前述六大关键问题，我们提出了“学生发展为中心、工程应用为特色、能力培养为导向、多元协同为抓手、虚实互动增成效、开放共享促辐射”的基本建设思路。
（1）学生发展为中心，解决建设理念问题。服务于网络工程专业工程应用型人才培养目标，作为该专业实践教学平台的重要组成部分，虚拟仿真实验教学中心立足学生创新精神、综合素质与实践能力的协调发展，支撑问题分析、问题研究、解决方案设计以及现代工具使用等相关毕业要求与培养标准的达成，并促进学生的自主性学习与个性化学习。
（2）工程用为特色，解决建设内涵问题。虚拟仿真实验教学中心建设内涵与品质必须和网络工程专业工程应用型人才的培养目标与特色相契合，并着重在三个层面上予以把握：一是教学内容有效覆盖网络工程生命周期的主要应用环节，包括规划与设计、部署与开发、运行与维护等；二是实验平全支持当前主流的网络设备厂商及其产品，与业界主流网络技术及其应用无缝对接；三是综合性、设计性和创新性虚拟仿真实验教学项目都来源于网络工程实际问题或相关项目案例。
（3）能力培养为导向，解决建设主线问题。改变传统的以课程为核心的教学组织框架，体现以能力为导向，围绕工程实践能力、工程设计能力与工程创新能力培养，针对递进性的分级能力培养目标，对虚拟仿真实验教学资源在实现技术、方式和手段等方面进行系统而精细地设计与开发。
（4）多元协同为抓手，解决建设方法与途径问题。为了落实能力培养核心与工程应用特色，依托高校与企业、教学与科研、教学研究与教学实践的多元协同，建立由教师、研究人员与工程师组成的专业化团队，融合虚拟仿真实验教学相关的教育、科技与工程优质资源，深度协作致力于虚拟仿真中心的开发与建设。
（5）虚实互动增成效，解决使用模式问题。充分发挥虚拟仿真实验教学与实体实验教学各自的优势，改革单纯基于实体实验教学资源的传统模式，结合分级能力培养目标，构建与实施虚拟实体高度互补、线上线下有机互动的新型实验教学模式，贯穿课内课外的各项教学活动，全面提高实验教学效果。
（6）开放共享促辐射，解决推广机制问题。建立管理服务与技术服务的“双轮驱动”机制，促进虚拟仿真中心的开放共享。在管理服务方面，面向兄弟院校、业界企业的团体与个人用户提供“Lab as a Service”形态的虚拟仿真实验教学云计算服务，为兄弟院校提供以全面降低使用门槛在技术服务方面，利用先进的虚拟数据中心网络技术提供安全、稳健、灵活的虚拟仿真实验教学服务，充分保障虚拟仿真实验教学服务的品质。
三、网络工程部级虚拟仿真实验教学中心建设实践
依据上述基本建设思路，温州大学网络工程部级虚拟仿真实验教学中心主要进行了以下建设实践。
1、能力培养为导向的虚拟仿真实验教学体系
以“专业基本技能一综合实践能力一工程实践能力一工程设计/创新能力”的递进式模型为主线，围绕综合分析和解决复杂网络工程问题的能力进行了虚拟仿真实验教学体系建设，如下表所示。
其中，专业基本技能培养阶段的虚拟仿真实验以演示认知型、分析验证型以及基础操作型等形式为主，以对少量技能点的认知或理解为教学目标，以可视性、交互性表现突出的软件仿真技术为主要实现途径，网络工程问题复杂度低；综合实践能力培养阶段的虚拟仿真实验以综合训练型为主，以对数个领域的大量技能点的整体掌握为教学目标，以仿真程度高的硬件虚拟技术为主要实现途径，网络工程问题复杂度较高；工程实践能力培养阶段的虚拟仿真实验以工程演练型为主，以掌握真实网络工程项目的部署与实施、测试与验证为主要教学目标，以仿真程度高的硬件虚拟技术为主要实现途径，网络工程问题复杂度高；工程设计/创新能力培养阶段的虚拟仿真实验以创新设计型为主，以掌握真实网络工程项目的规划、设计与开发为主要教学目标，结合软件仿真技术与硬件虚拟技术实现，网络工程问题复杂度最高。
2、工程应用为特色的虚拟仿真实验教学项目库
在虚拟仿真实验教学项目库的建设中，主要通过以下三种途径实现工程应用内涵与特色。
（1）虚拟仿真实验教学项目的技术与产品覆盖面接轨当前网络工程行业的热点应用领域与主流产品。包括网络互连、网络安全、无线局域网、协作网络、数据中心网络、运营商网络等，支持对这些领域各主流厂商设备的软件仿真或硬件虚拟。
（2）虚拟仿真实验教学项目的能力点定位与设计源于网络工程应用的实际需要，根据当前网络工程生命周期各阶段对工程能力要求的分布，对实验教学内容进行细致的梳理与筛选。每门课程精选出若干能力点，并依据规划与设计、部署与开发、测试与验证、运行与维护等不同阶段内能力点之间的关联性，有针对性地设计虚拟仿真实验教学项目的能力点组合方案。
（3）在虚拟仿真实验教学内容的组织与设计上，以能力点目标组合方案为出发点，以网络工程案例为背景素材，以实际需求和工程问题为导向，进行虚拟仿真实验教学项目的设计，保障其真实性、时效性以及针对性。网络工程案例主要来源于合作企业工程师参与或主持的工程项目，经过有丰富经验的工程师根据分级能力目标对复杂网络工程问题的分解、梳理与萃取。
当前，虚拟仿真中心建成的306个实验教学项目对应于分级能力培养目标的项目数量比例大致为4：4：1：1，其中直接来源于实际网络工程案例合计占总数的一半以上。
3、多元协同的虚拟仿真实验教学中心开发与建设方式
多元协同的开发与建设方式体现在三个方面，即高校与企业协同、教学与科研协同、教学研究与教学实践协同。
首先，通过与两家业界领军企业（思科系统与思博伦通信）的校企协同，在技术层面获得了网络功能虚拟化的授权，解决了对网络系统进行高度虚拟和仿真的核心技术难题，同时获得了工程师的加盟，增强了开发与建设队伍的整体技术实力；在资源层面得到了企业一线工程师队伍的宝贵经验，解决了虚拟仿真实验教学项目案例主要来源的关键问题；在管理层面借鉴了企业在线实验室开放与管理模式，解决了虚拟仿真实验教学服务的安全性和稳健性问题。
其次，充分利用高校教师队伍教学与科研并举的优势，依托教学与科研协同实现了科研反哺虚拟仿真实验教学。一是通过学生课外科技与创新活动等形式，将科研成果直接或间接转化成虚拟仿真实验教学项目，此类项目占总数近14%；二是在虚拟仿真中心的开发与建设中，转化了许多虚拟化与云计算领域的科研成果，到目前为止直接实施应用的发明专利共有6项，主题涉及网络服务质量、虚拟机资源配置以及云计算调度等。
最后，依托教学研究与教学实践的协同解决了虚拟仿真中心建设各个层面的多个关键理论问题。例如，针对虚拟仿真中心硬件平台的建设，先后依托两项浙江省提升地方高校办学水平专项资金项目开展了主题为“多租户虚拟数据中心网络建设”的研究；针对虚拟仿真中心软件平台的建设，依托浙江省高校实验室工作研究重点项目开展了主题为“‘实验教学即服务’的云计算模式构建”的研究；针对虚拟仿真实验教学的应用，依托浙江省高等教育课堂教学改革项目开展了主题为“依托虚拟仿真实验教学平台的混合式实践教学模式探索”的课题研究；针对校企合作开发与建设虚拟仿真中心的机制，依托浙江省高等教育教学改革项目开展了主题为“基于企业生态系统的分布式工程实践教育中心建设模式探索与实践”的课题研究。
4、虚实互动的实验教学资源使用模式
相对于传统的网络工程实体实验教学，网络工程虚拟仿真实验教学在以下方面具有明显的优势，对实体实验教学起到补足与增强作用。
首先，弥补了实体实验教学在开放时间、地点和方式上的不足，实现在任意安装有浏览器的终端设备上随时随地访问虚拟仿真实验教学资源以及实体实验教学资源进行练习，为自主性学习和个性化提供充分的保障。
其次，克服实体实验教学可见性与交互性差的弱点，实现对网络协议和网络系统工作原理的交互式可视化呈现，促进对基本技能点的J知、理解与掌握。
再次，克服实体实验教学在拓扑规模、网络特性以及管理便捷性等方面的局限，以低成本构建特性更丰富、结构更复杂的虚拟仿真实验教学环境，进而实现简捷高效的连接与配置管理，提高综合性实践教学的品质。
最后，克服实体实验教学由于成本因素而明显滞后于工程应用发展水平的局限，支持跨厂商、多系列高端网络设备，支持对复杂网络系统连接与配置的多视角可视化交互管理，用于在专业实习或毕业设计环节中对实际复杂网络工程项目进行快速概念验证。
为充分发挥虚拟仿真实验教学在支撑实践能力培养目标的不同维度上的优势，结合能力分级目标的特点，依据两者之间的内在逻辑关系，可以将实验教学资源的组合使用模式分为四种：虚辅实主、虚实并举、虚主实辅以及纯虚拟仿真。
（1）虚辅实主模式。利用上述第一与第二项优势，适用于专业基本技能培养阶段。虚拟仿真实验教学项目是对实体实验教学项目的近似仿真，虚拟仿真实验平台用于课前预习以及课后练习，而在课堂中使用实体实验平台与虚拟仿真实验相互印证。
（2）虚实并举模式。利用上述第一与第三项优势，适用于综合实践能力培养阶段。虚拟仿真实验教学主要面向开放实验项目、学生科技创新项目、专业技能竞赛等课外教育活动，而实体实验教学面向日常课堂。
（3）虚主实辅模式。利用上述第一与第三项优势，适用于工程实践能力培养阶段。虚拟仿真实验平台用于前期耗时较长、不依赖于实体设备的建模与部署环节，实体实验平台用于后期耗时较短、依赖于实体设备的验证与测试环节。
（4）纯虚拟仿真模式。利用上述第一与第四项优势，适用于工程设计/创新能力培养阶段。学生在进入企业学习阶段后，用于大规模复杂网络工程解决方案的概念验证，包括规划与设计、建模与开发，用于新建网络解决方案的展示、客户网络割接方案的预演以及客户网络故障排错方案的验证等。
当前，虚拟仿真中心所有实验教学项目覆盖10门专业课程、5门综合实践课程、4大类课外教育活动以及专业实习与毕业设计，时间跨度从大二下到大四。从整体人才培养过程来看，随着专业教育阶段的逐步深入，实践能力培养目标逐步提升，所涉及的工程问题复杂度随之提升，对实验教学平台支持能力的要求越来越高。相应地，所依托的实验教学环境也由以实体中心为主逐渐演变为虚实结合，最终过渡到以虚拟仿真中心为主。
5、虚拟仿真实验教学开放共享的实现与推广
虚拟仿真中心对外开放共享提供虚拟仿真实验教学服务的内涵包括管理服务与技术服务两个方面。在管理服务方面，使用高级服务调度引擎将所有虚拟仿真实验教学资源整合起来，以“实验教学即服务”（Lab as a Service，LaaS）的形态统一对外提供开放共享。此外，对于兄弟院校与行业企业等团体用户，为其提供专有的管理门户，便于自我管理。在技术服务方面，构建了安全、健壮、高效、可扩展的技术平台架构。其中，软件仿真前端提供可视化的实验教学体验；而硬件虚拟后台创建虚拟仿真网络的运行实例并提供远程配置与管理手段，而云监控与管理、云备份与安全提供充分的服务质量保障。
市人民政府领导同志同意市建委拟订的《天津市工程建设施工招标投标管理办法》，现转发给你们，望遵照执行。
天津市工程建设施工招标投标管理办法
第一章总则
第一条为加强本市工程建设施工的招标投标管理，规范建筑市场的交易行为，开展平等竞争，控制建设工期，保障工程质量，提高投资效益，根据国家建设部《工程建设施工招标投标管理办法》（中华人民共和国建设部令第23号），结合本市实际情况，制定本办法。
第二条在本市行政区域内进行各类房屋建筑（包括新建、改建、扩建、翻建、大修等）、土木工程、设备安装、管道线路敷设、装饰装修等建设工程，凡建筑面积在1000平方米以上（含1000平方米）或工程造价在50万元以上（含50万元）的建设项目，不论资金来源渠道及方式，均须按本办法通过招标投标择优选定施工单位。
第三条工程建设施工的招标投标，必须坚持公平、等价、有偿、讲求信用的原则，以资质能力、技术水平、管理水平、社会信誉和合理报价等条件公平竞争。
第四条具有法人资格和履行合同能力的建设单位以及持有营业执照、资质证书并经市城乡建设委员会年检注册的施工企业，均可按本办法参加工程建设施工的招标和投标。施工招标投标为双方当事人依法进行的经济活动，受国家法律的保护和约束。
第二章机构与职责
第五条天津市城乡建设委员会（简称市建委）是工程建设施工招标投标活动的行政主管部门，负责全市工程建设施工招标投标的管理工作，其主要职责是：
（一）贯彻执行国家及本市有关工程建设施工招标投标的法规和方针政策，制定本市工程建设施工招标投标的具体实施办法；
（二）指导和监督检查本市各区、县及有关部门的招标投标工作；
（三）监督本市辖区内大、中型工程项目施工的招标投标活动，维护国家利益和建设单位、施工企业的合法权益；
（四）审批本市工程建设施工招标各级管理机构的资格；
（五）审批工程建设施工招标投标业务单位的资格；
（六）调解工程建设施工招标投标纠纷，裁决定标结果；
（七）会同有关部门做好国家直接投资或相关投资公司投资的重大建设项目施工的招标投标管理工作。
第六条对工程建设施工招标投标实行市和区、县两级管理。
（一）市建委负责管理本市塘沽区、汉沽区、大港区、武清县、宝坻县、蓟县、静海县、宁河县界内建筑面积在10000平方米以上（含10000平方米）或工程造价在500万元以上（含500万元）工程项目施工的招标投标工作。限额以下工程项目施工的招标投标工作由项目所在地的区、县城乡建设委员会（以下简称区、县建委）负责管理；
（二）市建委负责管理本市东丽区、津南区、西青区、北辰区界内建筑面积在5000平方米以上（含5000平方米）或工程造价在300万元以上（含300万元）工程项目施工的招标投标工作。限额以下工程项目施工的招标投标工作由项目所在地的区建委负责管理；
（三）市建委负责管理本市和平区、河西区、河东区、河北区、南开区、红桥区界内建筑面积在3000平方米以上（含3000平方米）或工程造价在150万元以上（含150万元）工程项目施工的招标投标工作。限额以下工程项目施工的招标投标工作由项目所在地的区建委负责管理；
（四）天津市经济技术开发区、天津港保税区的工程项目施工的招标投标工作，由该区管理委员会负责管理。
第七条经市建委授权，天津市建设工程招标管理办公室和区、县建设工程招标管理办公室（简称招标办），是具体负责招标投标管理的行政部门。其主要职责是：
（一）按各自权限对招标投标活动进行管理、监督和检查；
（二）审查建设单位的招标资格和施工企业投标的资质；
（三）审批招标申请书和招标文件；
（四）审核确定标底；
（五）监督开标、评标、定标和议标；
（六）调解招标投标活动中的纠纷，裁决有异议的定标结果；
（七）检查和依法处罚违反招标投标规定的行为；
（八）监督承、发包合同的签订和履行。
第八条区、县招标办在业务上受市招标办的领导。
第九条天津市建设工程招标投标服务中心是本市组织工程建设施工招标投标交易活动的服务性机构，工程建设施工招标投标活动均应进入市场进行交易。
第三章招标
第十条按照国家关于建设项目实行业主负责制的原则，建设单位作为投资的责任者具有下列权利：
（一）按照有关规定程序，组织招标活动；
（二）根据规定的资质标准选择和确定投标施工企业；
（三）根据有关评标原则和价格管理规定，选定中标施工企业及中标价格。
第十一条建设单位招标应具备下列条件：
（一）具有法人资格或依法成立的其他组织；
（二）有与招标工程相适应的经济、技术管理力量；
（三）有组织编制招标文件和标底的能力；
（四）有审核辩认投标施工企业资质的能力；
（五）有组织开标、评标、定标的能力。
第十二条不具备招标条件的建设单位应委托具有合法资格的中介服务机构招标。
第十三条建设项目施工招标应具备的资料：
（一）经本市建设行政主管部门审核批准的报建手续；
（二）能够满足施工需要的技术资料；
（三）建设单位项目负责人的委托证件。
第十四条招标形式分为工程施工包工包料招标和包工不包料招标。
第十五条招标审批程度：
（一）建设单位须持本章第十三条规定的有关资料，到招标办办理招标手续，领取招标审批书；
（二）建设单位编制招标文件，经招标办审查同意后方可开始招标；
（三）参加投标的非本市注册的施工企业，应按我市有关资质管理规定办理并经招标办核准。
第十六条招标方式：
（一）公开招标：由建设单位通过新闻媒介招标公告；
（二）邀请招标：由建设单位向具有投标资格的三个以上（含三个）施工企业发出招标邀请书；
（三）邀请议标：对不宜招标的建设工程项目，可由建设单位选择有承包能力的施工企业进行公开议标或分别议标。
第十七条招标程序：
（一）由建设单位组成符合要求的招标工作班子；
（二）向招标办提出招标申请。申请书的主要内容包括：建设单位的资格，招标工程具备的条件，拟采用的招标方式和对投标施工企业的要求等；
（三）编制招标文件和标底报经招标办审定；
（四）招标公告或发出招标邀请书；
（五）投标施工企业申请投标；
（六）对投标施工企业进行资质审查，并将审查结果通知各申请投标的施工企业；
（七）向合格的投标施工企业分发招标文件及设计图纸、技术资料等；
（八）组织投标施工企业踏勘现场，并由建设单位对招标文件答疑；
（九）建立评标组织，制定评标、定标办法；
（十）召开开标会议，审查投标标书；
（十一）组织评标，决定中标施工企业；
（十二）发出中标通知书；
（十三）建设单位与中标施工企业签定承、发包合同。
第十八条招标文件应包括的主要内容：
（一）投标须知；
（二）工程的综合说明：招标工程名称、招标项目、工程地址、占地范围、建筑面积、结构层数、发包范围、发包方式、技术要求、质量标准、总工期天数、计划开工和竣工日期、现场条件以及对投标施工企业资质等级的要求等；
（三）投标保证金数额及中标后履约保证金数额；
（四）施工图纸、设计资料、设计说明书、地质勘探资料；
（五）工程量清单，实际工程量与工程量清单不符时的调整方法；
（六）工程价款支付方式及预付款的百分比；
（七）主要合同条款（即建设工程施工合同条件）及调整要求；
（八）材料、设备供应方式，加工订货情况，材料、设备价差的处理方法；
（九）工程保修要求；
（十）特殊工程的施工要求以及采用的技术规范；
（十一）投标书的编制要求及评标、定标的原则；
（十二）招标工作安排；领勘现场日期，交底，答疑时间，投标起止日期和开标日期、地点及联系方法等；
（十三）其他需要说明的事项。
第十九条招标文件经招标办同意发出后，建设单位或个人不得擅自变更其内容或增加附加条件；确需变更或补充的，须报招标办批准后作为招标文件的补充文件，在投标截止日期5日前通知各投标施工企业。
第二十条招标文件批准后，应召开发标会议，通知投标施工企业领取招标文件及图纸资料。图纸押金一般不得超过1000元人民币。招标文件发出后10日内，由建设单位组织答疑会，答疑纪要作为招标文件的补充材料，经招标办审核后由建设单位以书面形式通知各投标施工企业。
第四章标底
第二十一条标底由建设单位或委托经批准具备资质的中介服务机构编制。
第二十二条编制标底应遵循下列原则：
（一）根据招标文件和施工图纸及有关设计资料，按照或参照国家规定的技术、经济标准定额及规范，确定工程量；
（二）标底中的工期计算，应执行国家工期定额。如给定工期比国家工期定额缩短20％以上（含20％）的，在标底中应计算赶工措施费；
（三）标底中的市场价格应参照天津市建设工程造价信息服务中心的指导价格；
（四）标底中应包括因场地和其他情况而增加的不可预见费用，及其他有关政策规定的应计算在工程造价内的各项费用。
第二十三条允许调整的范围：
（一）重大设计变更（指结构、规模、标准的变更）按实际发生进行结算；
（二）地基处理（指基础垫层以下需要处理的部分）按实际发生进行结算。
第二十四条建设单位自行编制的标底，或委托相关部门编制的标底，须由招标办审定。
第二十五条一项工程只编制一个标底。对群体建设工程、工业基建工程、大型装饰工程，可分别按招标项目编制标底。
第二十六条审定后的标底必须密封，保存至开标时，所有接触过标底的人员均负有保密责任，不得泄露。
第五章投标
第二十七条施工企业作为建筑产品的生产者，在施工招标投标的市场活动中，具有下列权利：
（一）凡持有营业执照和相应资质证书的施工企业，均可按招标文件的要求决定是否参加投标；
（二）根据自身的经济状况和掌握的市场信息，有权确定投标报价；
（三）有权对要求优良的工程实行优质优价。
第二十八条参加投标的施工企业，应按建设单位的要求提交以下资料：
（一）营业执照、资质证书；
（二）企业概况；
（三）自有资金情况；
（四）参加投标的法人委托证件及项目经理简历；
（五）分包工程项目及分包施工企业名称；
（六）非本市注册的施工企业须提交市建委核发的进市施工证件。
第二十九条投标施工企业应按招标文件要求认真编制投标书。投标书的内容包括：
（一）综合说明；
（二）按照建设单位提供的工程量清单和工程项目报价表、依据统一的工程量计算规则计算标价及钢材、木材、水泥等主要材料用量；
（三）施工方案和选用的主要施工机械；
（四）保证工程质量、进度、施工安全的主要技术措施；
（五）计划开、竣工日期，工程总进度；
（六）对合同主要条件的确认说明。
第三十条投标书须有单位和法定代表人的印鉴。投标的施工企业应按招标文件规定的日期和地点将投标书密封送达建设单位。如过后发现投标书有误，需在投标截止日期前用正式函件更正，否则以原投标书为准。
第三十一条允许投标的施工企业可提出修改设计、合同条件等建议方案，并做出相应标价，与投标书一并密封送达建设单位，供建设单位参考。
第六章开标、评标、定标
第三十二条开标、评标、定标活动在招标办监督下，由建设单位主持进行。同时须邀请建设单位和投标施工企业的主管部门及有关技术专家参加，并邀请公证部门对开标活动全过程进行公证。
第三十三条开标时应当众宣布评标、定标办法和启封投标书及补充函件，公布投标书的主要内容。
第三十四条投标书有下列情况之一的视为无效；
（一）未密封；
（二）字迹模糊，辨认不清；
（三）未加盖法人单位公章和法定代表人印鉴；
（四）不符合招标文件的有关规定要求；
（五）逾期送达。
第三十五条投标的施工企业法人代表（或委托人）未参加开标会议和未按本章第二十八条规定向评标小组提交资料的，视为弃权。
第三十六条评标应组成评标小组，由招标办、建设单位、建设单位主管部门及有关技术专家组成。评选中标施工企业必须经评标小组研究提出建议，由建设单位确定，其他个人和单位不得干预。
第三十七条评标小组在评选中标施工企业时，须按投标施工企业的标价、质量、工期、信誉、施工方案和施工组织设计等内容进行公正评选。
第三十八条标价可合理浮动，市政工程、铁路工程、水利工程、园林工程、装饰装修工程、管道线路工程及设备安装工程等，应控制在标底的＋5％和－5％之间；一般工业与民用建筑安装工程，应控制在标底的＋3％和－3％之间。凡在合理浮度内的报价应优先考虑。对于确实违反规定评选出的中标施工企业，招标办有权否决。并要求重新评标。
第三十九条一般工程应在正式评标当日内确定中标施工企业；大中型工程可在10日内定标。特殊情况经招标办同意可适当延长定标期限。
第四十条中标施工企业一经确定，应在开标会议上由建设单位公布标底和中标施工企业、中标标价、工期、质量及优惠条件等，并由建设单位写出评标报告，报招标办存档备查。
第四十一条定标后由建设单位在5日内持中标通知书到招标办复核并按有关规定缴纳招标管理费。
第四十二条中标通知书发出15日内，建设单位和中标施工企业应依据招标文件、投标书和施工合同管理有关规定签订工程承、发包合同。合同价应与中标价一致。如需分包时，由中标施工企业负责分包事宜。承、发包合同签订后，由建设单位向招标办报送一份副本备查，以利实施监督。
第四十三条招标结束后，建设单位要向未中标的投标施工企业退还押金，并付给未中标的有效标函施工企业标书编制补偿金（按中标总价的万分之一计算，不足50元按50元计算，最多不超过1000元）。
第七章违章处理
第四十四条对违反本办法的，由建设行政主管部门授权招标办依据有关规定进行处罚。
第四十五条定标后中标施工企业不得借故不予承包，建设单位不得变更中标施工企业，违者按中标总价的2％以下的款额补偿对方的经济损失。
第四十六条对向投标施工企业泄露标底的责任单位，处以2000元至5000元罚款。对招标、投标中营私舞弊、行贿受贿者，依法处理。
第四十七条对处罚不服的违章单位或个人，可于收到处理决定之日起15日内向市或区、县建委申请复议。
第四十八条对违反本办法责任者的罚款一律上缴市财政。
第八章附则
第四十九条本办法由天津市城乡建设委员会负责解释。
关键词：土木工程 仿真模拟 实践教学平台 建设
中图分类号：G71 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）03（c）-0200-01
土木工程专业具有实践性强、与工程实际联系紧密等特点，而工程实践能力的培养不仅是工科教育的重要内容，也是检验素质教育成效的关键性指标。开展以计算机仿真模拟技术为平台的土木工程类专业实验教学改革，不仅可以很好地满足土木类人才培养的需求，克服传统实验教学中的教学方法单一、知识学习和实验动手操作相互分离的缺点，还可以在一定程度上缓解教学资源的不足。国内土木类相关院校工程仿真模拟实验教学改革的研究较少，本课题研究具有一定的先进性和前瞻性。
1 研究思路
本课题选择土木类专业课程中最具代表性的房屋建筑学、钢筋混凝土结构、建筑施工、工程造价等相关实验进行仿真模拟。在深入研究土木专业培养目标和主干课程实验教学大纲基础上，深入到建筑工程现场收集工程质量检测图片、录像素材，购买各类工程微缩模型，再通过文本、图形、图像、音频、视频等媒体手段和现代媒体技术构建土木工程仿真模拟实践教学平台，以形象、直观、生动的形式引导学生理论联系生产实际，提高综合分析问题的能力，满足建筑土木专业应用型人才培养的要求。
2 研究成果
2、1 房屋建筑学模拟实验单元
通过该单元的设计使学生能获得直观的学习效果。设计程序可根据不同的工程类别（民用、公共、工业建筑）对结构构件进行分解，并能显示各构件名称，学生能非常直观的掌握某一构件在实际结构中的确切位置，系统还可按照不同部位提供各构件的三维模型，学生能更好的掌握各类构件的受力特点和使用条件。程序可提供绘图功能，学生能根据教师布置的作业要求，完成相应的作业或课程设计，并能网上提交，减少图版绘图的工作量，培养学生使用现代管理工具的能力。同时，为解决学生现场实习难的问题，购买各类建筑结构构造的实体微缩模型，包括从组成上分类的基础、墙体、屋面、节点、变形缝等构造，同时也包括了按结构类型划分的钢结构、混凝土结构、砖混结构、高层建筑等，从而建立比较完善的建筑结构构造模型室，学生可以不到施工现场便能了解各类结构构件的构造原理及实物，大大提高学生实践认知能力。
2、2 钢筋混凝土模拟实验单元
钢筋混凝土结构实验模拟教学系统研究结构实验的任务是基于结构基本原理，使用各种仪器，仪表和实验设备，对结构物受力后的性能进行观测，如变形，应变，温度，振幅，频率，裂缝宽度等。了解并掌握构件的力学性能，为验证和发展结构理论提供实验依据。钢筋混凝土构件力学仿真模拟试验以实际试验数据为依据，通过数据库及FLASH技术再现整个试验过程，随时为学生提供试验环境，克服了以往提前预制试验构件的困难，学生输入构件的几何尺寸和混凝土标号以及钢筋的布置，系统便可进行仿真试验，并显示裂缝的变化和挠度的变化，使得试验更直观，试验结果可以和学生在试验前的计算结果进行对比，培养学生现代科研的能力，同时也能降低学校开设传统试验课程的费用成本。
2、3 工程管理模拟实验单元
结合工程管理实践教学，突出工程造价管理、招投标管理、施工现场管理等三个方面的特色。工程造价模拟实践单元能完成工程建模、工程量计算、工程计价等教学过程，能够完成课程设计、毕业设计等实践教学环节。主要开发了以下软件：（1）图形算量软件。具有与CAD互导功能，即可以根据CAD绘制的施工图纸导入到图形算了软件完成从2D到3D的转化，从而进行算量。（2）钢筋算量软件。钢筋工程量的计算是工程量计算中最为复杂繁琐的部分，通过钢筋的计算和3D模型的实现，加强学生对钢筋混凝土结构施工图的理解，特别是101图集的应用能力。（3）清单计价软件。利用计算机模拟实际工作中的套价计价工作。（4）招标投标模拟系统。能够实现与造价软件的对接，模拟招标投标全过程即从招标公告到中标通知书下达全过程。使学生参与到招标投标活动中，并扮演不同的角色：招标人及评标方（招标文件编制人、评标专家等）、投标人一方（项目经理、投标文件编制人等）。同时模拟系统还提供三维现场施工布置图的设计。学生能进行施工现场的布置，并且能根据一定的要求完成有关施工现场布置说明文档的编制。学生还可以编制进度计划和成本计划，模拟合同的签订流程、执行及终结情况，并根根据假定情况模拟工程进度及成本的执行情况，进行跟踪对比，完全达到建设工程招投标的仿真教学效果。
2、4 数值仿真模拟实验单元
对高年级专业学生开放数值模拟试验。它是指利用商业通用程序，对土木类相关专业课程教学试验及课程有关重点难点内容进行数值模拟和仿真分析，对数值模拟过程及结果以多媒体形式进行演示。数值模拟和仿真技术发展非常迅速、应用极广泛。以有限元分析方法为基础的工程数值模拟技术在结构工程、力学、桥梁及抗震工程等领域的科研工作中得到普遍应用，是土木工程相关科学专业的重要研究手段，国内外目前已开发了大量的商业通用软件，如ANSYS、ABAQUS和SAP2000等软件的影响应用较为普遍。
由于本科专业课程所涉及到的问题均不属于复杂和前沿问题，所以采用数值模拟技术和数值模拟程序可以有效实现重点和难点的讲授，对专业基础课更有优势。对于力学类课程，如弹性力学和结构力学课程，所涉及到一般均线弹性问题，很少涉及非线性问题，因此，在数值模拟技术方面是较为简单和易实现的。对钢筋混凝土结构、高层建筑结构、钢结构及工程抗震设计等专业课涉及到的主要问题也较容易实现。我校目前在数值模拟试验方法教学中已能运用两种以上商用软件开展数值模拟试验的应用和二次开发，并弥补由于试验室条件限制而无法或很难开出的实验。高层建筑结构设计等课程中采用ANSYS、ADINA和ABAQUS等商用有限元程序开发重点及难点问题的多媒体课件。由这些内容制成多媒体教学课件，在课堂讲授，学生较容易掌握和理解，教学效果非常好。
3 结语
土木工程模拟仿真实践教学平台的不断建设并适时引入专业课实验教学中，改变了传统的教学手段，既可开阔学生视野、扩大学生知识面，又能提高学生学习专业课的兴趣和主动获取知识的积极性，加深对专业理论知识的理解。这项研究还的进一步探索和研究的空间，同时在土木工程验教学中将工程仿真试验和真实试验相辅相成、优势互补，能够不断提升实验教学效果，实现土木工程应用型人才培养的目标。
参考文献
从建筑专业毕业生就业状况和毕业生跟踪调查来看，毕业生不能很好地适应单位生产的需要，主要表现在毕业生不能马上顶岗作业，适应期较长，解决生产中实际问题的能力差。例如，在建筑企业，因为有的建筑工作要在施工现场环境条件下进行，这就要求建筑专业培养人才应是面对施工现场的技能型人才，应具有解决实际问题的能力和一定的实际操作能力，而这样的培养模式离不开实习实训的教学模式。
一、重视动手能力和实际操作能力的培养
为了提高建筑专业教学质量，满足用人单位的需要，应特别重视动手能力和实际操作能力的培养，加强实习实训，搞好实习实训教学，使学生理解、掌握并加深最基础理论知识，正确操作各种仪器，合理使用各种工具，掌握各种施工与造价的工作程序和方法，培养具有建筑技术工人应有的品质和素养，严格遵守规程，以及吃苦耐劳的良好作风。要达到以上各项要求，笔者体会是：加强教材建设，编写先进而实用的教材是提高实习实训教学的前提。目前，职业院校使用的建筑教材大多具有高专教材的特点，理论性较强，也比较陈旧，特别是对于中职学校建筑专业并不适应，因此根据中职学校建筑实习实训课的教学特点，编写适合建筑企业生产需求、突出技能训练、易学易懂的实习实训教材是十分必要的。
二、中职建筑专业实训课程的教学方法
(一)“导生制”教学模式
“导生制”是一种新型的教学模式，能够有效提升中职院校建筑专业实训课程的教学效率和教学质量。“导生制”教学模式具有灵活性，在具体的建筑实训中，教师优先选择能力强的学生进行技能培训，根据学生的个性差异培养出具备不同专业技能的导生。然后教师对班级学生进行合理的分组，每个小组的实训活动在一位导生的带领和指导下进行。
(二)“工学结合”教学模式
“工学结合”是建筑实训课程教学目标实现的最有效的教学模式，为建筑专业的理论联系实践提供了现实可能性，是实现建筑人才职业化的有效途径。将建筑专业学生实训与就业紧密相连，学校主动与建筑企业加强业务上的联系，让学生直接到工地上接受实训，从锻炼学生阅读施工图的能力开始，由专业的技工带领学生在施工现场进行建筑作业的实训训练，建筑工程项目完工后引导学生对工程进行质量验收，在建筑实践中培养学生的职业能力。此外，学校加快实训场地的建设，为建筑专业学生的实训打造良好的软硬件环境。
(三)“开放式”教学模式
“开放式”教学模式是中职院校建筑专业实训教学改革的重点，旨在实现学生实训的规范性、科学性和专业性。开放式教学根据学生掌握建筑知识的实际情况和学生的兴趣爱好，选择具有创新型和综合性的建筑内容进行实训或开展建筑实训技能竞赛等，调动学生参与实训的积极性和主动性。开放性不仅体现在实训内容上的开放，还应做到实训场地与实训器械的开放，实训课程的时间是有限的，开放实训场地，为学生在课余时间进行建筑实践活动提供便利。开放式教学模式在提高学生工程实践能力和创新能力方面都发挥着积极的作用。
三、实习指导是提高实习实训教学质量的关键
实习指导是教学计划的具体实施过程，是完成教育教学的基本手段，指导教师通过讲课、示范操作、指导、考核、总结等形式，使学生在实习中获得实际操作技能、技巧和提高思想政治素质。为此对每个分课题进行实习教学，必须严格按照“三段指导”教学法进行，在入门指导过程中对每个分课题教学应按指导中的内容详细讲解，并按标准动作进行示范操作。指导教师的讲解内容要具体，方法正确，语言简练，条理清楚，示范过程中要对学生提出明确的要求，包括目的、重点、方法，一定要边示范边讲解，示范中有讲，讲中有示范，充分调动学生的视觉和听觉功能。在实习之前，要检查学生实习准备工作是否充分，操作姿势是否正确，设备工具使用是否恰当，劳动组合和工作位置是否合理，是否遵守安全操作规程等。发现问题，及时解决，对学生不规范的动作要及时给予纠正，使学生正确和熟练掌握操作技能。
综上所述，在新时期对建筑专业实训课程进行改革和完善，有利于提高学生的理论联系实际的能力、动手实践能力以及创新能力，有利于中职院校为国家培养出更多的实用型和职业性人才。我国中职建筑专业的实训课程的教学体系仍需进一步完善，在发展中我们要结合建筑专业的特色，坚持“以人为本”和“科学发展观”，不断探索新型的教学模式，促进实训课取得更好的教学成效。
周志伟赵吉斌吴逸飞王朝华
（北京印刷学院机电工程学院，中国 北京 102600）
【摘要】机械工程实验室器材种类多，体积庞大，占地较大，且使用频率少、周期长，学员做实验受到一定的限制。为了解决机械工程专业学员与实验器材接触时间短，无法满足课程需求等问题，对实验室现有部分器材进行实体建模，绘制出各个构件的三维模型，并通过软件的渲染得到与实验室现有的物理器材一致的虚拟器材；再通过网络技术实现网络展示，为虚拟器材的使用与实验的开展提供一个平台。
关键词 虚拟实验室；建模；平台；架构；网络
Model Reconstruction of Mechanical Engineering Virtual Laboratory Construction
ZHOU Zhi-weiZHAO Ji-binWU Yi-feiWANG Zhao-hua
(School of Mechanical And Electrical Engineering, Beijing Institute of Graphic Communication, Beijing 102600, China)
【Abstract】Mechanical engineering laboratory equipment have many types and huge in size, covers a large area and are used less frequently, with long cycle, students had limited in doing experiment、 In order to solve the problem that mechanical engineering students have less opportunities to the laboratory equipment and the laboratory condition is unable to satisfy the course requirements of the course and so on, we make models for the part of the equipment and mapped out each member of the three-dimensional models in order that the virtual equipment are consistent to real equipment by the rendering software、 Means while showing through network technology provides a platform for virtual use of equipment and experiments、
【Key words】Virtual laboratory; Modeling; Platform; Network
0引言
高等院校一直主推实验教学用来巩固教学效果和提高学员的动手能力。实验室建设在高校发展中占很重要的作用。近年来各大高校的扩招让许多高校的实验室资源变得短缺。在就业竞争压力那么大的今天，许多企业要求学员的动手实践能力。要想提高毕业生的竞争力和高校的综合实力，实验室的建设是高等教育中相当重要的一个环节。
但是高校的实验室建设面临许多难题，不仅高昂的建设经费难以落实，实验场地不足也是一个问题。一套好的机械工程实验器材往往造价不菲，后期的保养维修还要花费更多的经费，许多高校只能望而却步。机械工程实验器材往往总类繁多，占地面积大，不具备好的扩展性和移动性。并且不合理的课程安排使得这些机器使用频率少，学员与实验器材接触时间短，使用有许多限制，根本无法满足课程许多也不能够得到真正的锻炼。
随着网络科技和建模软件的发展，虚拟实验室的建设可以有效地解决上述问题。1989年美国弗吉尼亚大学威廉、沃尔夫（WiliamWolf）教授提出虚拟实验室的概念。它至力于构建技术信息化、网络化的集成环境，在这个环境里用户可以使用虚拟环境中的信息、数据和仪器设备[1]。
1机械工程虚拟实验室建设中的模型重建可能存在的难题
1、1技术问题
基于网页的虚拟实验室本质上是一种先进的计算机用户接口，涉及的关键技术主要有动态环境建模技术、实时三维模型生成技术和应用系统开发技术等。采用执行代码技术可以较好地解决三维场景信息量大与网络宽带低之间的矛盾。
1、2人员问题
除了保证虚拟实验室的日常系统维护与管理，还需要一些专家学者的参与。专业人士的在线交流辅导无疑是虚拟实验室的一大亮点。
2机械工程虚拟实验室建设中的模型重建的建设
机械工程虚拟实验室建设中的模型重建的网页平台主要由会员登陆与注册管理系统、首页、实验室概括、模型展示模块和后台管理系统组成。
2、1会员登陆与注册系统
收集学员的基本信息，姓名、学号、年级、班级等。记录学员的学习情况和进度。规定学员对于网站的权限，只能访问网页的内容，不可以修改学习记录及网页管理员的信息。
2、2首页
体现网页的主题和具有的功能。让学员很直观的了解虚拟实验室的框架和主要内容。作为新闻、实验通知和实验室所获得荣誉的信息页让学员第一时间了解实验室的情况。
2、3实验室概括
包括实验室简介、管理制度、实验指导书、实验室的位置和实验仪器三维展示等内容。学员可以在实验开始前通过虚拟实验平台了解实验室的情况、实验步骤和实验器材的细节，有助于学员更快速地掌握实验。
2、4模型展示模块
学员可以全视角地看到实验仪器的外观和结构，学员还可以看到模型的渲染图片和运动仿真视频。
2、5后台管理系统
后台管理系统的权限只对管理员开放。管理员可以信息、查看学员的学习情况。
3机械工程虚拟实验室建设中的模型重建的特征
和其他信息类网站不同，基于网页的虚拟实验室可以有效地解决高校实验室建设中的资金不足、实验器材匮乏、学员与实验器材接触少等问题。
机械工程虚拟实验室建设中的模型重建的特征主要包括[2]：
（1）机械工程虚拟实验室建设中的模型重建具有资源共享性。通过网页平台建立的虚拟实验室不仅可以为本校的学员提供教学资源还可以为其他的院校提供同样的教育资源。院校之间可以通过虚拟实验室这个平台实现交流、分享、学习和技术之间的互通有无。任何一所高校的资源都是有限的，只有通过教学资源的共享才能实现最大的共赢。
（2）机械工程虚拟实验室建设中的模型重建具有交互性。通过访问虚拟实验室的网络平台，学员可以知道实验课程的通知、实验课程的内容、实验过程的操作步骤和实验仪器的模型展示等有助于高效完成实验的信息。甚至学员可以在虚拟实验室网络平台上完成实验的所有内容。虚拟实验室的功能使学员可以和网络平台实现很好的交互。
（3）虚拟实验室建设中的模型重建具有仿真性。虚拟实验室网络平台通过实验器材展示，学员可以很直观地全视角地看到实验器材的的外观、结构和内部细节。学员还可以将模型下载，用相关的专业建模打开，进行模型的研究以达到熟悉建模软件的目的。
4机械工程虚拟实验室建设中的模型重建的管理与维护
机械工程虚拟实验室是基于网页平台搭建的，网络安全、信息添加、后台管理等需要有专门的人员来管理与维护。管理与维护的内容主要包括[3]：
（1）网络安全方面要抵御黑客的恶意攻击，保证学员的信息安全，防止出现网站无法访问的情况。
（2）信息添加方面要及时更新虚拟实验室的信息，保证学员在第一时间获得关于实验室的最新消息。对于新到的仪器设备要尽快做好录入工作。
（3）后台管理方面需要了解学员的登入登出情况，掌握学员的学习进度以便制定更加合理的教学计划。同时保证后台的上传文件、编辑文章、信息的功能能够正常运行。
5机械工程虚拟实验室建设中的模型重建的意义
机械工程虚拟实验室给学员提供了良好的交互性的虚拟实验室环境。学员可以不受时间地点的限制访问虚拟实验室进行实验。机械工程虚拟实验室的意义主要包括[4]：
（1）突破了时间和地点的限制。虚拟实验室平台是基于网页的虚拟环境，学员可以随时随地访问，进行相关的实验学习，实验将不局限于有型的实验室教学。学员可以就自己感兴趣的项目多加了解，适用于个性化教育的理念。
（2）节约建设经费。机械工程虚拟实验室的设备都是“虚拟”的，学员可以自定义设备的功能。设备可以多次循环使用，无需投入高昂的维修费用。虚拟设备不占用空间无需担心存放空间不足的问题。
（3）改变了实验教育观念和教学手段。虚拟实验的创造的交互环境，鼓励学员自主设计、自主探索。学员通过自身与网页的交互获得实验的技能，具体形象地了解实验的相关知识，大大提高了学员掌握实验操作的能力。
参考文献
［1］舒炎泰,薛飞、Internet上的虚拟实验室[J]、电子科技导报,1998,2:15、
［2］张义刚、基于Web技术的网络虚拟实验室系统关键技术研究[D]、2006,5、
［3］袁永昌,周振军、基于网络的虚拟实验室的设计和构建[J]、实验室科学,2005,6、