实验目的
实验原理
实验内容及步骤

依托河海大学“江苏省交通基础技术工程研究中心”、“岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室”等相关优势平台资源,以河海大学参与建设南京市江北新区金穗路建设工程项目为背景,开发了包括地基处理、路面工程、道路交通设施设计在内的道路建设全过程的虚拟教学内容,形成了具有河海大学自主知识产权的“新工科导向的道路建设全过程虚拟仿真实验”项目,为交通工程、土木工程等专业学生开展道路建设全过程知识体系的实践学习和创新活动提供虚拟实验教学环境。

本项目将工程施工实践过程与室内虚拟仿真操作相结合,实现“道路建设+互联网+虚拟仿真”,使学生能够借助虚拟仿真手段去体验道路建设施工全过程。一方面能够巩固课堂所学专业知识,另一方面在道路建设全过程中培养自己设计、分析和解决问题的能力。从道路工程建设涉及的行业产业链来看,上游主要包括工程机械、材料等,下游主要包括交通运输、市政、公用设施等众多领域。学生在参与虚拟仿真实验各个环节时,既要关注实体工程对象,了解如何选择合适的施工机械和材料,并且在道路主体施工完成后,还要掌握如何从交通运输、市政等角度出发,进行道路交通设施的设计及安装,有助于培养学生在新工科背景下的跨界整合意识

本虚拟实验涵盖地基处理、路面施工、交通设施设计与施工等道路建设施工全过程,在前期准备和建设开发过程中逐步获得涉及地基处理、路面结构与材料、道路交通交叉口信号配时等方面的多项国家技术发明奖、发明专利及软件著作权,相关创新成果也及时融入到虚拟实验中。

本实验实现了交通工程、道路工程及岩土工程的学科交叉融合,培养学生“土木+”、“交通+等综合素质。主要目的是让学生尽快适应新一轮的科技革命和产业变革以及新经济的蓬勃发展对交通土建类工程师提出的新要求和挑战。以本虚拟实验为基础,培养的本科生在全国交通科技大赛中共获得5次一等奖,其中在2015年至2017年,连续三年蝉联全国交通科技大赛一等奖(江苏省唯一)。在由美国土木工程师学会(ASCE)举办的2018年美国大学生土木工程竞赛中太平洋分区赛(2018 ASCE Mid-Pacific Student Conference)交通赛中,本校交通工程专业本科生与加州大学伯克利分校(交通学科专业排名世界前三)及国内交通学科专业排名顶尖的高校同场竞技,获得冠军。该项比赛内容涵盖了交通规划设计、路基路面工程等道路建设的全过程,体现了新工科背景下对人才综合素质的要求

本虚拟仿真实验各个环节的具体目标如下:

1)地基处理施工

可使学生了解和掌握地基处理过程中岩土工程勘察、土层性质分析、地基处理方式选择、地基处理方式实施方案、地基处理效果评价等主要内容,让学生体验道路地基处理的实施过程,提高学生运用岩土工程专业知识设计和解决实际地基处理问题的能力。

2)路面施工

可使学生了解和掌握路面面层施工中所采用的施工设备、工艺流程、技术措施等,提高学生运用合理的施工技术解决路面工程实施过程中可能遇到的难点的能力。

3)道路交通设施设计与施工

可使学生了解道路交叉口交通设计的步骤与注意事项,并通过虚拟仿真实验的方式让学生重点掌握交叉口车道划分、标志标线设置、信号配时等核心内容,从而提高学生解决道路交通设施设计与施工中的技术难点的能力。


1)岩土工程勘察:了解岩土工程勘察的目的和意义,熟悉勘察设备和要求。

2)土层性质分析:分析地层资料,掌握土体物理力学性质。

3)地基处理方式选择:根据地层条件,选择适合于本工程的地基处理方式,如堆载预压、PCC桩地基处理法、水泥土搅拌桩、预制管桩等。

4)地基处理方式实施方案:根据所选取的地基处理方式,选择地基设计参数,以堆载预压为例,选择适宜的堆载高度、堆载时间、堆载次数等设计参数来决定相应的实施方案。

5)地基处理效果评价:根据地基沉降控制要求、承载力控制要求、经济成本控制要求等三个指标评价地基处理方案的优劣。

6)路面工程施工后场:选择和设计拌和、运输过程中的关键技术参数。

7)路面工程施工前场:选择和设计摊铺、碾压过程中的关键技术参数。

8)道路及交叉口交通设施设计步骤:道路及交叉口车道划分与转向设置、标志标线设计,交叉口信号配时方案设计。

9)道路及交叉口交通设施设置原则和依据:道路及交叉口车道划分、交叉口进口车道转向设置、道路交通标志与标线设置、交叉口信号配时设计等。

10)道路交通运行特征参数计算:道路及交叉口交通运行饱和度、车辆运行延误、通行能力、服务水平等。


本项目以河海大学参与建设的南京市江北新区金穗路建设工程项目的地基、路面、道路交通设施等道路建设施工全过程为基础参数进行开发,创新性开展了道路建设全过程虚拟仿真教学工作。学生通过对虚拟仿真项目各个模块的操作,直观地参与道路建设施工全过程,掌握路基路面工程、交通设施设计等主干课程的关键知识点。项目设计了贯穿道路建设施工全过程的三部分功能仿真模块,共14个实验操作步骤。学生通过实验可培养其创新设计和解决复杂工程问题的综合能力。学生交互性操作步骤说明如下。

1)地基处理施工

道路地基处理施工包括“岩土工程现场勘察”、“地基处理方式选择”“地基处理方式实施方案步骤”、“地基处理现场施工”、“地基处理效果评价”共五个实验步骤。虚拟实验过程可让学生掌握道路地基处理施工中的关键技术和方法,并根据学生实验操作生成相应的评价报告。

步骤1:岩土工程现场勘察。根据场地情况,进行岩土工程现场勘察。

步骤2:地基处理方式选择。根据场地土体性质,选择合适的地基处理方式,如堆载预压、PCC桩处理法、水泥搅拌桩法、预制管桩法等。

步骤3:地基处理方式实施方案。根据所选择地基处理方式的问题,选择与该地基处理方式相关的影响参数进行设置。

步骤4:地基处理现场施工。根据地基处理方式实施方案,进行场地的现场施工后结果展示。

步骤5:地基处理效果评价。根据地基沉降控制要求、承载力控制要求、经济成本控制要求等三个指标评价地基处理方案的优劣。

2)路面施工

路面施工部分包括“沥青混凝土拌和”、“路面材料运输”、“路面摊铺”、“路面碾压”共4个实验步骤。虚拟实验过程可让学生掌握路面施工中的关键技术与方法,并可按照学生实验操作自动生成评价报告。

步骤6:沥青混凝土拌和。根据拌和施工工序提出的问题,选择和设计合适的施工技术。

步骤7:路面材料运输。根据运输施工工序提出的问题,选择和设计合适的施工技术。

步骤8:路面摊铺。根据摊铺施工工序提出的问题,选择和设计合适的施工技术。

步骤9:路面碾压。根据碾压施工工序提出的问题,选择和设计合适的施工技术。

3)道路交通设施设计与施工

道路交通设施安装部分包括“交叉口车流量设置”、“车道及转向设置”、“人行横道与安全岛设置”、“交通标志设置”、“交通信号配时”共5个实验步骤,整个实验过程交互性强、学生体验度高,并可按照学生实验操作自动生成实验报告,从而在保障实验教学质量的前提下提升教学效果。

步骤10:交叉口车流量设置。分别输入交叉口各进口道、各转向车流量,作为道路交叉口交通设施设计与安装的参数输入条件。

步骤11:车道及转向设置。结合输入的交通流量,对各进口道车道数进行划分,并对各进口车道的转向车道数量进行设置。

步骤12:人行横道与安全岛设置。根据车道划分情况设置人行横道与行人过街安全岛。

步骤13:交通标志设置。在道路上分别设置机动车与非机动车分隔标志,限速、禁鸣标志,注意行人等相关交通标志。

步骤14:交通信号配时。结合之前输入的交通流量和车道划分情况,借助交通信号配时理论方法,分别计算交叉口信号周期、各相位绿灯时间,并利用基于VISSIM的仿真视频判别交叉口信号配时效果。如果效果不理想,可重新调整并优化配时方案。


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1 操作 新工科导向的道路建设全过程虚拟仿真实验 1 外部链接 0.00 0

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