城市排水管道健康评估及修复虚拟仿真实验

城市排水管道健康评估及修复虚拟仿真实验

实验要求

1、了解排水管道的设计原则与内部工况;

2、熟悉排水管道的功能类型与材质;

3、熟悉排水管道的缺陷类型与等级划分(功能性缺陷、结构性缺陷);

4、熟悉雨水口、检查井、排水管道等检查项目的检测标准与基本流程;

5、掌握常用的排水管道检测(操作)方法(CCTV地下管道摄像检测系统、QV视频潜望镜);

6、掌握检测数据整理与评估报告的撰写方法;

7、熟悉常见的管道非开挖修复技术并能够针对管道健康评估结果拟定修复方案。


教学成果

实验背景

目前,我国城市排水管网总长度已接近百万公里,每年产值规模超3500亿元人民币。 城市发生道路塌陷、道路渍水、地下水污染等灾害,多因地下排水管道出现堵塞、渗漏、开裂引起,排水管道的检测评估现已成为城市管道管理运营的一项重要工作。目前常用的排水管道检测技术有管道闭路检测系统、声纳、潜望镜、红外线温度记录分析技术及透地雷达等,各种检测技术适用于不同的环境。本项目主要训练运用管道机器人与潜望镜的检测方法对城市排水管道的健康状况进行检测与评估。结合排水管道的不同健康状况,选择合适的(非开挖)修复方案进行修复,以保持城市排水管网的健康运行。

教学团队成员近年来通过纵横向课题研究、开放性实验教学改革实践,对城市排水管网的健康评估与(非开挖)修复技术积累了丰富的经验。团队考虑到在开展城市排水管网实际健康评估与修复项目教学时,一般需要在实际市政道路或者园区道路上进行。但存在交通协调工作量大,设备台套数量需求多,井下作业专业性强、风险性高等特点。另外,良好的教学效果需要不同的案例状况来支撑,利用实际的项目来进行实验,实验结果具有随机性和单一性,一般不具有多元性,难以从多个不同的方面来分析实验结果,难以满足教学效果全面性的要求。

可以通过城市排水管道健康评估及修复虚拟仿真实验平台,让学生在具有沉浸感的仿真环境中还原现实场景进行城市排水管道检测与修复作业。仿真平台丰富的案例工况,随机组合的数据等优势可以有效的补充现实场景实验中存在的不足,满足多工况、多元缺陷测试场景的训练需求。另外,利用仿真与实操相结合的方式开展教学,可降低设备台套数的需求,提高实验效率,提升实验教学效果。


设计原则

在对城市管道健康评估与问题修复工作的主要内容和核心流程进行系统性梳理的基础上,依据《城市排水管道检测与评估技术规程》CJJ 181-2012和《城市排水管道非开挖修复更新工程技术规程》CJJ/T210-2014两个主要技术规程,结合大量丰富的工程应用案例(实测资料),依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等信息化技术,构建了高度仿真的虚拟实验环境和实验对象,展示了城市排水管网中可能出现的多元化的各类缺陷问题,实现了真实情况下城市排水管网中缺陷类型不易多元化呈现及不易组织协调完成的教学功能。项目采用城市排水管网常用的检测方法,结合虚拟仿真系统的人机交互功能,促使学生在虚拟环境中开展实验,达到所要求的认知与实践教学效果。


实验目标

《土木工程开放性实验》是土木工程专业的一门专业实践课程,课程项目内容具有涉及面宽,工程实践性强等主要特点,学生可以根据自身的专业方向与兴趣选择实验项目。城市排水管道是城市健康运行重要的基础设施,是工业与民用建筑及市政道路等工程建设的重要组成部分,与其紧密相关的专业课程有土木工程施工、地下工程、城市地下管线设计等。土木大类专业的学生通过系统学习训练城市排水管道的健康检测、定量评估、非开挖修复等主要知识内容后,可以具备城市排水管道健康评估与修复工作的基本能力。

城市排水管道健康评估及修复虚拟仿真实验是《土木工程开放性实验》课程项目的主要内容之一。本实验对城市排水管道现状可能出现的各类状况进行了系统性设计,结合以CCTV机器人与潜望镜为主的常用检测工具的使用方法与工作原理的学习。让学生在“游戏模式”中自主学习,了解城市排水管网可能出现的状况及其对人们生活的影响,熟悉CCTV机器人及潜望镜等主要检测设备的工作原理和操作流程,掌握定量分析检测数据的基本方法,具备撰写管道健康评估报告与非开挖修复方案建议书的能力。培养能够独立负责为城市排水管道的健康“把脉与诊疗”的应用型专业人才。


成绩评定

一、教(研)改项目:6项,

1、江苏省现代教育技术研究项目《基于实际场景的虚拟仿真教学资源开发及应用研究》,2021.3,周瑞荣,主持,在研。

2、校级课程思政教改项目《土木工程基础实验课程思政元素挖掘与应用研究》,2021.3,周瑞荣,主持,结题。

3、校级教改项目土木工程专业《结构创新实验》项目化教学,2021.11,周瑞荣,主持,在研。

4、南京市住建委项目《地铁动载下长江漫滩相软粘土变形特性及沉降机理研究》,2021.4。周瑞荣,主持,在研。

5、教育部就业育人项目《三江学院—一砖一瓦人力资源融合平台建设》,2022.4.于清泉,主持,在研。

6、教育部就业育人项目《三江学院—一砖一瓦土木类应用型本科产、学、教、研、创融合平台建设》,2022.4.周瑞荣,主持,在研。

二、论文与专著:

1、《土木工程系列实验综合教程》,北京大学出版社,2007.8,周瑞荣,主编。

2、卵石粗粒土变形模量和剪胀角预测方法研究,现代交通技术,2018.6,周瑞荣,第一作者。

3、制样方法对粉土室内压缩试验结果的影响研究,现代交通技术,2018.10,周瑞荣,第一作者。

4、复杂应力路径下饱和粉土孔压与变形试验研究,自然灾害学报,2018.10,周瑞荣,第一作者。

5、“课程思政”视域下的土木类专业实践课程教学改革探讨——评《课程思政探索与实践》,科技管理研究,2022.2,周瑞荣,第一作者。

6、“土木工程基础实验”课程思政元素挖掘与教学实践,《三江高教》,2022.第2期,周瑞荣,第一作者。

7、Influence of wet or dry conditions on the fatigue life of grout2cementitious materials under cyclic loading,Hindawi Geofluids,2022.5,周瑞荣,第一作者。

8、Integrity Detection of Pile Foundation in High-rise Buildings Based on Reflected Wave Method,INTERNATIONAL JOURNAL OF THERMOPHYSICS,2021.6,宗明明,第一作者。

三、教学获奖:

1、第九届江苏省高校土木工程专业青年教师授课竞赛三等奖,2019,吴嵌嵌。

2、江苏省大学生力学竞赛优秀指导教师,2021,周瑞荣。

3、江苏省大学生力学竞赛优秀指导教师,2021,李涛。

四、其他:

项目团队成员指导(国家级、省级)大创、互联网+、学科竞赛等各类型实践教学项目多项。