仿真實(shí)驗(yàn)的發(fā)展現(xiàn)狀

到了90年代仿真技術(shù)已發(fā)展到成熟階段。近10年來，分布交互仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)等更先進(jìn)的仿真技術(shù)的應(yīng)用研究，使位于不同地理位置的多個(gè)用戶或多個(gè)虛擬環(huán)境通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相互連接，共享信息，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)仿真，令使用者可參與和沉浸在計(jì)算機(jī)創(chuàng)造的虛擬世界中。隨著仿真技術(shù)的不斷進(jìn)步以及教育產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，教育領(lǐng)域引入了仿真技術(shù)并且依托IT產(chǎn)業(yè)開發(fā)了適宜各種需求的仿真產(chǎn)品及實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中利用計(jì)算機(jī)技術(shù)開發(fā)出的仿真系統(tǒng)不僅具有可視化和直觀的實(shí)驗(yàn)結(jié)果且具有操作的反復(fù)性特點(diǎn)。改變了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的模式，提高了教學(xué)質(zhì)量，在各級各類的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中得到了越來越多的應(yīng)用(4)。

工程管理專業(yè)仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)重要性

仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)背景分析。根據(jù)工程管理專業(yè)人才培養(yǎng)方向以及人才培養(yǎng)的需求，在專業(yè)課程設(shè)置中必須同樣重視技術(shù)與管理的課程，而且對應(yīng)于不同的管理模式和施工組織特點(diǎn)下的施工方案產(chǎn)生的施工效果也是工程管理專業(yè)技術(shù)角度關(guān)注以及教學(xué)的重點(diǎn)。工程管理專業(yè)不同于土木工程等純技術(shù)專業(yè)，不需要對材料性能、指標(biāo)控制等細(xì)節(jié)性技術(shù)專一控制。工程管理更需要的是對項(xiàng)目在整個(gè)生命周期內(nèi)各個(gè)階段的分目標(biāo)宏觀管理，關(guān)注點(diǎn)集中在不同方案下的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。但是工程項(xiàng)目的建設(shè)與管理具有不可逆轉(zhuǎn)與不可重復(fù)的特點(diǎn)，而且工程項(xiàng)目生命周期的各個(gè)階段與其他行業(yè)的進(jìn)程也存在很大的不同。工程管理面對的對象需要較長的建設(shè)發(fā)展時(shí)間，不可能短時(shí)間內(nèi)看到某個(gè)方案的實(shí)施結(jié)果以及投資效果。這些特點(diǎn)要求工程管理實(shí)驗(yàn)室建設(shè)必須適應(yīng)專業(yè)的人才培養(yǎng)需求，能真正為工程管理的教育教學(xué)提供實(shí)驗(yàn)教學(xué)的真實(shí)作用［5－6］。

適合復(fù)合型人才培養(yǎng)要求。仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，彌補(bǔ)了因?qū)嶒?yàn)設(shè)備及經(jīng)費(fèi)不足等客觀條件造成的缺憾，保證了實(shí)驗(yàn)的項(xiàng)目和數(shù)量。它不僅通用性強(qiáng)，可靠性高，便于維護(hù)和升級換代，還取消了實(shí)驗(yàn)條件的特殊限制及實(shí)驗(yàn)對環(huán)境的影響，實(shí)驗(yàn)過程中幾乎沒有損耗［7］。“開放的實(shí)驗(yàn)室”打破了時(shí)間和空間的局限，學(xué)生可在課外繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，亦可以通過校園網(wǎng)或因特網(wǎng)，在任何地點(diǎn)自學(xué)。充分利用信息技術(shù)手段，提高了學(xué)校硬件設(shè)施的利用率，提高了實(shí)驗(yàn)效率。“空”與“實(shí)”的過程有機(jī)結(jié)合。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用不僅通過三維動(dòng)畫把工程管理的過程通過電腦屏幕顯示出來，更重要的是將管理效果通過數(shù)據(jù)分析直接展現(xiàn)出來，讓實(shí)驗(yàn)者真切體驗(yàn)到管理帶來的效益而不是只在書本上講的管理效益。有助于工程管理人才培養(yǎng)實(shí)效性檢驗(yàn)。有利于工程管理專業(yè)創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)［8-11］。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)強(qiáng)調(diào)使用儀器的訓(xùn)練，以傳授知識，驗(yàn)證已有的科學(xué)結(jié)論為目的，把學(xué)生置于被動(dòng)地位，他們很少有選擇、創(chuàng)造測量和實(shí)驗(yàn)探索方法的機(jī)會［11－12］。忽視通過實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方法、探索精神和創(chuàng)新意識等重要方面。“仿真實(shí)驗(yàn)”平臺采用模塊化的結(jié)構(gòu)［13］，把實(shí)驗(yàn)按功能劃分為許多獨(dú)立的模塊，便于學(xué)生進(jìn)行選擇和組合，并為研究性實(shí)驗(yàn)、探索性實(shí)驗(yàn)建立了自由平臺，從而打破以教師為中心的教學(xué)模式，鼓勵(lì)學(xué)生改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)裝置，進(jìn)而自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，利于啟發(fā)學(xué)生的求知欲望、想象力，探索精神，利于創(chuàng)造力的發(fā)展［11］。有利于推動(dòng)理論教學(xué)。仿真實(shí)驗(yàn)可以通過設(shè)置和再開發(fā)，作為理論教學(xué)的輔助工具。一些抽象的理論與分析都可以利用仿真實(shí)驗(yàn)展現(xiàn)于課堂教學(xué)中，通過實(shí)驗(yàn)的方法引入新的概念和規(guī)律，把理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)有機(jī)地融為一體。

工程管理專業(yè)仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)內(nèi)容

結(jié)合工程管理專業(yè)的研究對象與學(xué)生的就業(yè)環(huán)境，工程管理仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)可以完成兩個(gè)仿真系統(tǒng)的建設(shè)。工程項(xiàng)目壽命周期各階段的仿真系統(tǒng)。工程管理仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)應(yīng)該根據(jù)工程管理的過程按照階段建立相應(yīng)的仿真系統(tǒng)。其中包括:項(xiàng)目可行性決策仿真系統(tǒng)、項(xiàng)目投標(biāo)決策仿真系統(tǒng)、項(xiàng)目施工過程仿真系統(tǒng)、項(xiàng)目施工組織方案仿真系統(tǒng)以及各階段集成仿真系統(tǒng)。經(jīng)過這些仿真系統(tǒng)的建設(shè)將整個(gè)項(xiàng)目管理過程連接起來，而且每個(gè)階段可以決策參考也可以全過程前后對比決策反饋。工程管理專業(yè)工作環(huán)境的仿真系統(tǒng)。虛擬公路交通是用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)把包括道路、橋梁、收費(fèi)站、服務(wù)區(qū)以及沿途的部分景觀，大到整個(gè)收費(fèi)站等完全真實(shí)再現(xiàn)。按照要求，可以設(shè)置多條相對固定的瀏覽路線，無需操作，自動(dòng)播放。還可在后臺置入穩(wěn)定的數(shù)據(jù)庫信息，便于大眾對各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)的查詢，周邊再輔以多種媒體信息:①道路橋梁工程施工虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng);②道路橋梁規(guī)劃方案評估虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng);③施工管理虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)等。

仿真實(shí)驗(yàn)建立的關(guān)鍵是采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)來構(gòu)建實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停袆e實(shí)驗(yàn)效果的判別標(biāo)準(zhǔn)等，仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)應(yīng)包括硬件設(shè)施建設(shè)(8)、軟件設(shè)施建設(shè)、技術(shù)人員配備以及管理機(jī)制等建設(shè)。硬件設(shè)施。仿真實(shí)驗(yàn)室是以網(wǎng)絡(luò)為載體的虛擬實(shí)驗(yàn)室，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已相當(dāng)成熟，所以仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的根本是仿真實(shí)驗(yàn)的建立。仿真實(shí)驗(yàn)建立的關(guān)鍵是采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)來構(gòu)建實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀Ｓ?jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)部分是仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的主體。軟件設(shè)施。選擇合適的仿真開發(fā)工具。仿真工具應(yīng)具有這樣一個(gè)特點(diǎn)，即:它應(yīng)該具有與多媒體或虛擬環(huán)境相結(jié)合的功能，也就是做實(shí)驗(yàn)的人員，做實(shí)驗(yàn)時(shí)是在多媒體或虛擬環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，然后將操作所產(chǎn)生的信息輸送到后臺的仿真系統(tǒng)，然后進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真，仿真的結(jié)果再實(shí)時(shí)地回放到前臺，也即回放到多媒體或虛擬環(huán)境中來，通過多媒體或虛擬環(huán)境的形式輸出。目前用于仿真的軟件主要有Muhisim(EWB)、Matlab、PSPICE、SystemVIEW、Ulti．board、Protel、TinaPro等(9)。技術(shù)人員配備。實(shí)驗(yàn)室人員要求是工程管理技術(shù)、計(jì)算機(jī)維護(hù)、仿真實(shí)驗(yàn)開發(fā)等復(fù)合型人才。

仿真實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)比較

與傳統(tǒng)沙盤。傳統(tǒng)沙盤最大的缺點(diǎn)在于其空間的限制性太大，不足以體現(xiàn)出整個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，同時(shí)將其他的媒體信息加蓋其中亦存在著許多困難，導(dǎo)致信息量嚴(yán)重匱乏［15］，而虛擬現(xiàn)實(shí)為我們提供了一個(gè)無限的虛擬空間，近乎完美地解決了這個(gè)問題。同時(shí)，也可以與其它媒體無縫結(jié)合，輔以強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫功能，所傳遞的信息量巨大。與傳統(tǒng)效果圖畫。靜止的效果圖只能向觀者展示項(xiàng)目的某一個(gè)或某幾個(gè)方面，對觀者提出的其他問題與要求必須以相近的圖像或文字加以說明，不直觀、不全面，具有相當(dāng)大的局限性。而以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為核心的多媒體介紹程序，不需要觀看者發(fā)揮任何想象力，以空前直觀的方式將項(xiàng)目展現(xiàn)給觀眾。在虛擬的世界中，可以任意角度，任意比例地觀看所感興趣的內(nèi)容，絲毫沒有束縛之感［16］。與傳統(tǒng)三維動(dòng)畫。動(dòng)畫演示在一定程度上彌補(bǔ)了靜止畫面的不足之處，聲音與動(dòng)畫同步播放，生動(dòng)細(xì)致。但是嚴(yán)格地講，這種瀏覽演示方式只是用于地產(chǎn)演示項(xiàng)目，或其他類似的只是為了表現(xiàn)視頻效果的項(xiàng)目，而對于典型的工程項(xiàng)目則缺少應(yīng)有的嚴(yán)謹(jǐn)性、靈活性與客觀性。動(dòng)畫在播放的過程中，觀者只是一直在被動(dòng)地觀看，接受一些有關(guān)于項(xiàng)目的信息，并不能按照自己的意愿去觀看、查閱、檢索相關(guān)信息，而虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品則完全解決了以上兩種表現(xiàn)形式中所存在的問題。可以在虛擬空間的任意地點(diǎn)、任意時(shí)間進(jìn)行觀察，地點(diǎn)與時(shí)間都是無限的。