三維立體搭建技術畢業設計研究

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本文旨在探索出使學生靈活掌握綜合運用煤礦開采學、井巷工程、礦井通風等核心專業課程的基本知識進行新型礦井設計的基本方法、程序和技能，重點是圍繞實際巷道空間布置進行運輸、通風計算，工作面布置，井田開拓平面圖繪制等進行創新練習。借助畢業設計考察學生對專業基礎知識的認識水平，提升學生創造性地分析問題和解決問題的能力水平。依據《采礦工程教學大綱》的要求，我校采礦工程專業新型礦井畢業設計安排在大四下學期的前兩周進行，周期共計16周，學分10分。新型礦井畢業設計涵蓋多學科復雜多樣的專業基礎知識，需要有扎實的理論功底，重點圍繞新型礦井在建設過程設計到的井田地質概況、井田開拓綜合設計、采區開拓綜合設計、回采工作面布置等設計方案的提出和比較，此外還包括礦井通風阻力計算，礦井開拓可行性方案論證及其成本比較等內容，需要學生能夠結合相關理論知識系統化訓練融會貫通。

1畢業設計現狀和存在的不足

以采礦工程專業新型礦井設計的現狀和存在的問題為研究對象，進行較為深入的分析。1.1學生個人情況復雜，對設計的重要性認識不足。根據采礦工程《教學大綱》的具體要求，通常將畢業設計排放在大四學年的第二個學期，即本科學習階段的末期，在這一學期里學生都在忙碌著各種各樣的事情，承受著好壞不同的結果，學生往往自顧不暇心態失衡，最終不能全身心地投入到畢業設計中，影響到畢業設計質量甚至不能按時完成。導致學生無法正常進行畢業設計主要有以下三種原因：1）找工作，學生除了需要完成畢業設計外，還需要頻繁地參加各種各樣的招聘會及其面試。2）考研，學生需要拿出大量的時間進行復習參加考試，即使通過初試線還需要抽出時間參加相應的復試，導致學生根本沒有足夠的時間完成畢業設計。3）補考，還有一部分學生在大學的四年里掛了很多科，需要參加學校組織的最后一次大補考試，為了通過考試學生往往忙里抽時間去復習，影響到了其畢業設計質量。綜合以上原因導致學生無法在規定的時間內保質保量地完成畢業設計任務，絕大多數都是疲于應付，掩耳盜鈴。究其根本原因就在于學生在心里根本沒有認識到畢業設計的重要性，甚至照搬照抄其他學生的畢業設計。1.2畢業設計形式過于簡單。在下達的畢業設計任務書中,某些設計固定參數（例如煤層的數量和生產能力等），雖然能夠在一定程度上避免畢業設計結果出現雷同現象，即便如此，還是有很多學生拖拖拉拉，不能全身心地投入到設計中去，學生即使在設計也只是生搬硬套拿來主義，東張西望地抄襲別人的設計成果。更有甚者還有學生從上一屆師哥師姐手里要來畢業設計進行草草修改或照葫蘆畫瓢人云亦云。這些由于畢業設計形式過于簡單而導致的學生互相抄襲現象已嚴重地影響著對學生應用型創新能力的培養。1.3專業基礎和畢業設計要求差距較大。新型礦井畢業設計要求學生在熟練掌握專業核心課程的基礎上還能夠靈活地實踐應用創新，例如《井巷工程》、《礦井提升與運輸》、《采煤學》、《礦井通風》等核心課程都與畢業設計相關內容緊密聯系，里面牽涉到非常多的隨時間演變的三維模型。對于大多數學生而言無論是空間認識上，還是數據分析處理上都不能迅速地適應畢業設計的各項要求。1.4畢業設計教師指導力度不足。自2001年開始我國高校本科招生開始逐年擴招到現在，我國的教育體制也由精英教育走向大眾教育，入學人數逐年翻番，與此同時，教師的科研項目也逐年增多，面對日常教學、科學研究的壓力使得專業骨干教師不堪重負。最終導致畢業設計指導教師無法保證有足夠的精力和時間去指導學生，平均分配到每個學生身上的指導時間更是少之又少，很大程度上影響到了學生畢業設計的質量。

2探索畢業設計創新模式及其可行性技術路線

2.1保障條件。我校結合原有軟硬件資源情況引進了國內外先進虛擬現實軟件設備，籌建了我系迄今為止最為先進的采礦工程虛擬教學實訓中心，主要儀器設備包括:煤礦安全生產基礎實踐教學培訓系統、煤礦五大自然災害培訓系統、礦山三維仿真實踐教學設計等；該實驗中心主要實驗項目包括：煤礦安全生產基礎知識實訓、礦井開拓方式實訓、采煤工藝實訓、礦井開采設計三維快速搭建實訓等任務。為探索畢業設計創新模式提供了強有力的硬件保障。2.2創新模式。充分借助現有的實驗室硬件條件和師資隊伍，在充分分析我國新工科應用型本科院校畢業設計存在的問題和不足之后，借助國內外先進成熟的三維立體搭建技術，進行虛擬現實礦井設計搭建，將其完全引入到新型礦井畢業設計環節中，彌補大多數學生在井田開拓中巷道布置的三維空間認識的不足。2.3技術路線。對學生進行分組比較研究，一組學生實行以往傳統的畢業設計模式，只是借助傳統的圖紙、手冊、模型進行設計；而另一組在設計過程中引入虛擬現實技術，老師指導學生熟練使用并對自己設計的礦井巷道進行三維仿真建模。通過對兩組學生畢業設計每個環節的考核比較，分析兩組所表現出來的差異進行統計分析。

3結論

第一，通過三維立體搭建新型礦井畢業設計，學生在搭建過程中能夠鞏固和加強所學專業基礎知識，認識到自身還存在很多不足，培養學生綜合運用所學理論知識、實踐技能創造性地獨立分析與解決實際問題的能力，進而培養學生提出問題的能力。第二，通過三維立體搭建新型礦井畢業設計，強化學生的動手能力和研究能力，包括地質資料研究、礦井文獻資料收集能力，理論分析和實驗研究的能力，圖紙設計和繪制的能力，技術分析能力，撰寫研究報告的能力，進而培養學生從事科研工作的能力。第三，通過三維立體搭建新型礦井畢業設計，培養學生精益求精、嚴以律己、不驕不躁的工作作風。使學生初步掌握解決問題過程中遇到的分析、規劃、設計、計劃、分工、協作、交流等基本方法，樹立學生的組織規劃、分工合作以及溝通交流的意識。通過將三維立體搭建技術引入到采礦工程畢業設計，解決了傳統畢業設計過程中存在的諸多問題，學生們可以憑借三維立體系統的先天性優勢進行更為快捷的實際礦井三維立體搭建操作，通過親自動手搭建虛擬礦井，增強了學生的動手能力和空間想象能力，在設計進度及設計質量上也明顯優于傳統畢業設計。三維立體“礦井可視化搭建信息系統”早已是數字化校園建設的不可或缺的一部分，更是我校新工科畢業設計發展的必然趨勢。

參考文獻

[1]杜振.本科生研究型畢業設計模式探討[M].北京：煤炭科技出版社，2015.

[2]李帥，王明.應用型土木工程專業畢業設計模式研究[M].北京：現代礦業出版社，2016.

[3]苑明軍，王明銳，姜興國.團隊合作式本科生畢業設計模式研究與實踐[M].北京：煤炭技術出版社，2016.

作者:李濤 孫景丹 趙宇 曾凡靜 單位:黑龍江工業學院資源工程系