摘要：为了提升土木工程专业实验教学质量，文章从虚拟现实技术与工程仿真交互、BIM技术支撑的数字孪生构建以及基于云计算的分布式仿真计算三个理论层面出发，提出了构建产教融合的实验资源共享机制、优化虚实结合的工程实训体系架构、建立校企联动的实验平台运维机制等建设策略，旨在深化校企协作，创新实验教学模式，培养具有扎实理论基础和实践创新能力的土木工程专业人才。

关键词：校企协作；虚拟仿真实验室；土木专业

随着建筑工程技术的快速发展和数字化转型的深入推进，传统土木工程实验教学模式已难以满足新时期人才培养需求。虚拟仿真技术的成熟为突破实验教学资源瓶颈、创新教学方法提供了新思路。通过校企深度协作建设虚拟仿真实验室，可有效整合教育资源与工程实践经验，构建符合工程教育特点的实验教学新体系，对提升人才培养质量具有重要意义。

一、高校土木专业虚拟仿真实验室建设的理论基础

1.虚拟现实技术与工程仿真交互理论

虚拟现实技术在土木工程仿真实验中的应用基于多维度感知与实时交互原理，通过建立虚拟环境中的工程对象与用户行为的映射关系，实现物理空间到数字空间的深度融合。在视觉仿真层面，基于Open GL等图形引擎构建的三维场景能够动态呈现结构变形、应力分布等工程现象，渲染精度直接影响仿真效果的真实性与可靠性。在交互层面，借助六自由度传感器与力反馈设备捕捉操作者的空间位置与施力数据，结合有限元分析方法计算结构响应，建立起双向的人机交互机制。在系统架构上采用分层设计，将虚拟场景管理、物理引擎计算与交互设备驱动等模块解耦，提升了系统的可扩展性与维护性。

2.BIM技术支撑的数字孪生构建理论

BIM技术作为数字孪生构建的核心支撑，通过参数化建模与信息集成方式建立虚拟空间中工程对象的几何、物理与功能特性。在模型构建层面，基于IFC标准规范的数据结构确保了构件信息的完整性与一致性，实现了从材料属性到节点连接的全要素描述。数字孪生技术则在BIM基础上进一步扩展了动态映射与实时同步功能，通过传感器网络采集实体工程的运行数据，借助深度学习算法建立虚实映射关系，实现了虚拟模型对真实工程行为的精确追踪与预测。在教学应用中，数字孪生模型能够展现工程全生命周期过程，学生可通过调整设计参数观察结构性能变化，或模拟施工工序优化建造方案，极大提升了实验教学的互动性与实效性[1]。

3.基于云计算的分布式仿真计算理论

云计算环境下的分布式仿真系统采用资源虚拟化与服务化架构，通过对计算任务的动态调度与负载均衡，突破了传统单机环境的性能瓶颈。在系统架构上，基于微服务理念将仿真过程解耦为模型解析、网格划分、数值计算等独立服务单元，实现了计算资源的弹性伸缩与故障隔离。分布式计算框架采用主从式结构，主节点负责任务分配与结果汇总，从节点执行具体的计算任务，通过消息中间件实现节点间的数据交换与状态同步。在协同仿真方面，采用Web Socket等实时通信协议支持多用户并发访问，结合基于角色的访问控制机制确保数据安全，为远程实验教学提供了可靠的技术保障。

二、校企协作的高校土木专业虚拟仿真实验室建设策略

1.构建产教融合的实验资源共享机制

产教融合的实验资源共享机制是实现校企深度合作的关键支撑，需要在资源整合、数字化转换与平台建设等方面进行系统化布局。校企双方围绕土木工程专业核心课程设置联合开发实验项目库，通过梳理企业技术标准与工程规范，提炼关键知识点与技术要素，形成涵盖结构设计、施工工艺、检测维护等环节的专业化实验项目体系。在工程案例数字化转换过程中，采用三维激光扫描、多源影像处理等技术获取工程实体的几何与属性信息，结合BIM建模与虚拟仿真技术重构工程场景，建立包含设计文档、施工过程、检测数据等完整信息链的数字资产库。在实验教学平台建设方面，基于微服务架构开发支持多终端访问的虚拟仿真实验系统，实现实验资源的在线发布、实验过程的实时记录与实验数据的智能分析，为校企协同培养提供了统一的技术平台支撑。

2.优化虚实结合的工程实训体系架构

虚实结合的工程实训体系是提升学生实践能力的重要载体，需要在实验方案设计、能力培养模式与评价机制等方面进行整体规划。在实验方案设计环节，根据不同实验项目的特点制定虚拟仿真与实体实验的衔接策略，采用虚拟预习、实体操作、数字复现的递进式实验流程，通过虚拟环境中的预实验熟悉操作要点与安全规范，在实体实验中验证理论知识与实践技能，在虚拟环境中复现关键工序与典型工况。在技能培养模式构建方面，按照基础认知、专项训练、综合应用三个层次设置实验项目，融入企业技术标准与工程规范，强化工程思维与创新意识的培养。在实验考核评价体系建设中，建立涵盖知识掌握、操作规范、创新应用等维度的多元化评价指标，引入企业评价标准，采用过程性考核与终结性考核相结合的方式，实现对学生实践能力的科学评估[2]。

3.建立校企联动的实验平台运维机制

校企联动的实验平台运维机制是确保虚拟仿真实验室持续发展的制度保障，需要在质量标准、资源维护与技术支持等方面建立长效机制。在质量标准制定方面，参照国家虚拟仿真实验教学项目认定标准，结合企业技术规范，建立涵盖硬件配置、软件功能、数据安全等方面的实验室建设规范，明确各类实验项目的技术指标与验收要求。在资源维护制度方面，建立实验项目定期评估与更新机制，根据工程技术发展趋势和教学需求变化及时调整实验内容，通过企业技术人员定期巡检与远程诊断确保系统稳定运行。在技术支持体系建设中，组建校企联合的技术服务团队，开展实验教学人员的专业培训，编制标准化实验指导文档，建立线上答疑与远程协助机制，保障实验教学活动的顺利开展。完善的运维机制为虚拟仿真实验室的可持续发展提供了坚实基础。

结束语

综上所述，基于校企协作的高校土木专业虚拟仿真实验室建设是一项系统工程，需要在理论研究与实践探索中不断完善。通过构建资源共享机制、优化实训体系、完善运维机制等多维度建设，实现了虚拟仿真技术与工程教育的深度融合。未来还需加强新技术应用研究，持续优化实验教学内容，进一步提升虚拟仿真实验室的建设水平与应用效果。

参考文献：

[1]熊宏齐.基于虚拟仿真的线上线下融合专业实验教学体系构建[J].实验技术与管理，2022，39（3）：5-10，25.

[2]张辉.土木工程虚拟仿真实验教学中心建设与思考[J].建材发展导向（上），2020，18（11）：23-24.

作者简介：龚真文（1982.05-），男，汉族，人，副教授，主要研究方向为钢结构设计。

课题：项目名称：基于校企协作的高校土木专业虚拟仿真实验室建设研究项目来源：2023年教育部产学合作协同育人项目项目编号：230825132107240。