淺談BIM與VR技術集成在建筑施工專業教學中的應用

文/歐陽愍、王作偉 長沙市中等城鄉建設職業技術學校 湖南長沙 410000

譚本樂 湖南中醫藥大學第二附屬醫院 湖南長沙 410000

2016年，住房城鄉建設部《關于印發2016-2020年建筑業信息化發展綱要的通知》提出“十三五”時期，全面提高建筑業信息化水平，著力增強BIM、云計算等信息技術集成應用能力。[1]因此近幾年來，一大批“融合新科技”涌現，其中BIM+VR的集成技術，將BIM技術融入到沉浸式VR體驗中，為教學改革提供了可能，讓教學變的“智慧”,形成全新實用的建筑施工專業教學解決方案。

1、目前建筑施工專業教學中的問題

建筑施工專業課程的理論性和實踐性都很強，且課程涉及到的知識內容眾多。傳統的建筑工程施工專業教學模式存在的問題，是眾多教師共同面對的難題。

1.1 傳統教學模式不能將學生的“做和學”緊密結合

一般在建筑施工專業的課程安排中分為理論基礎知識和實踐應用知識兩個環節。在傳統教學模式中，往往學生的做和學不能緊密的結合，導致出現理論與實際脫節想象。

理論基礎知識部分，如建筑材料、房屋構造等課程，在教學過程中，老師大多采用在黑板上板書講解或用圖片和視頻進行演示講解，學生被動聽課、看圖片、記筆記等形式進行學習。這種教學模式，學生缺乏對理論內容的感性認識,同時學生學習過程比較枯燥、被動，導致學生學習興趣不濃，積極性不高，甚至產生厭學情緒。所以，學生不能深入地掌握專業知識，不利于培養學生的職業能力。

實踐應用知識部分，如施工組織、施工技術等課程。目前，職業院校普遍存在學生去施工現場參觀實踐較為困難的問題。其中一部分原因是一些職業院校經費有限，無法支持大批量長時間學生的實踐參觀費用，最主要的原因是學生進入施工現場可能影響施工單位正常的工作，甚至產生安全隱患。即使部分有條件的職業院校安排了現場實踐參觀，在參觀過程中,學生也只能看到當時施工中的某一階段,無法看到施工生產的全過程。還有一些學校，在校內建造施工實訓基地，學生可以做一些典型的實訓項目,如梁的鋼筋綁扎，但典型實訓也不能涵蓋建筑施工生產的各個過程。

理論基礎知識和實踐應用知識的分環節學習，本身也不利于學生的做學結合。所以在這種教學模式下，導致學生的做與學脫節，最終無法較好的實現培養學生職業能力的教學目標。

1.2 傳統教學考核評價不夠科學合理

建筑施工專業目前的考核評價標準、考核內容、考核方式和評價主體不夠合理和科學。

首先，考核評價標準一般由老師們根據自己對課程的理解以及學校的相關要求設定，隨意性大，考核標準與崗位標準脫節。

其次，考核內容多源自于書本，盡管同實際有一定聯系，但大多是單純的知識或技能考核，與建筑工程將來的工作實際還存在一定差異。

接著，一般建筑施工專業的考核方式為終結性考核，在一門課程結束以后用理論閉卷的書面考試或者實操完成某個任務進行考核。終結性考核將教學評估作為教學過程的最后一個環節， 割裂了 “教、 學、評”三者之間的聯系。[2]閉卷的書面考試傳統的題型如填空題、論述題等需要學生大量的背誦記憶,這樣往往造成了學生“考前背得滾瓜爛熟,考后忘得一干二凈”,達不到檢驗學生知識掌握情況的目的，實操考核能反映出學生的操作技能的熟練程度，但一部分學生平時沒有約束和激勵，終極考核成績往往不理想。因此這種終結性考核不利于培養學生的職業素養。

最后，評價主體主要是教師，缺乏企業的參與和監督。僅由學校一方對學生進行評價，忽視了社會對素質應用型人才的基本要求，致使整個評價過程缺乏科學性、合理性，評價結果也得不到用人單位的認可。

2、BIM與VR技術集成分析

2.1 BIM技術

BIM（Building Information Modeling）是指建筑信息模型，是以建筑工程項目的各項相關信息數據作為模型的基礎，進行建筑模型的建立，通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息。它具有可視化，協調性，模擬性，優化性和可出圖性五大特點。[3]

2.2 VR技術

VR技術即虛擬現實技術，它一種能夠創建和體驗虛擬世界的計算機仿真技術，利用計算機生成一種交互式的三維動態視景，其實體行為的仿真系統能夠使用戶沉浸到該環境中。虛擬現實技術創建的虛擬信息環境具有沉浸式、交互式和構想式三個基本特性。[4]

2.3 BIM與VR技術集成

BIM技術可以將難以理解的CAD二維圖紙轉化為虛擬三維模型，而 VR 技術可以將虛擬與現實進行連通，兩技術交融，通過構建三維虛擬展示，將建好的施工BIM模型轉入VR系統，即可進行VR交互式操作，完成施工現場的沉浸體驗、施工工藝虛擬模擬等，從而為學生創設交互交融的過程，同時沉浸式的體驗加強了可視化和具象性，提升了BIM應用效果。因此，把BIM與 VR 技術引入土木工程施工課程教學中，可以大大提高學生的學習興趣，解決傳統教學中學生做和學分離，理論和實踐脫節的難題，同時，BIM與VR技術集成的即學即用的特點，能提供教學考核評價痛點問題的解決路徑。

3、BIM與VR技術集成的教學體系的具體應用

結合土木工程施工課程教學中存在的問題及BIM與 VR 技術集成的優勢，將BIM與 VR集成技術融入到施工專業教學中的具體應用如下：

3.1 BIM與VR技術集成有助于形成新的教學模式，實現“以學生為本”,“做學合一”

建筑施工專業在教學實踐中應“以學生為本”，BIM與VR技術集成形成了新的教學模式,能有效實現學生做和學有機融合。

以“建筑施工技術課程”項目化教學中樓面鋼筋綁扎的知識內容為例,教師可運用三好建筑工程虛實結合教學實訓平臺。首先，鼓勵學生組成小組團隊，學生團隊看識圖紙和施工方案，主動探究并嘗試歸納工藝流程，老師重點講解知識要點。接著老師下達任務書，學生利用三好建筑工程虛實結合教學實訓平臺中的BIM和VR集成技術沉入式的完成虛擬施工任務,從而實現對知識的深刻理解與把握。施工虛擬場景結合實際工程情況，與實際工作過程一致，學生通過BIM與VR集成技術, 既在主動探究理論知識點的過程當中實現了動手操作,同時又在沉浸互動式環境操作實踐過程當中,進一步內化老師所講解到的具體知識點,真正實現“做學合一”。因此，學生通過BIM與 VR 技術的應用，不再簡單地被動學習，而是結合了理論學習和操作實踐，學生將所學的知識即刻應用，做到即學即用，實踐能力和創新能力得到了提高。BIM與VR技術集成仿真實訓有效的提升了學生的職業能力。

3.2 BIM與VR技術集成有助于形成過程性考核評價模式，豐富教學考核評價體系

傳統的終結性考核評價無法關注能力形成的過程，無法記錄學習者能力培養的各個動態成果。BIM與VR技術集成的應用，把終結性考核評價延伸為“過程性考核評價+終結性考核評價”，如三好建筑工程虛實結合教學實訓平臺，學生完成每一個施工工藝模擬實訓后都要根據崗位標準進行考核，學生的考核由各個動態的過程性考核組成。同時BIM與VR技術集成，切合1+X證書制度,豐富了評價主體。根據《國家職業教育改革實施方案的通知》國發〔2019〕4號，從2019年開始，在職業院校、應用型本科高校啟動“學歷證書+若干職業技能等級證書”制度試點工作。1+X證書制度變革，將評價主體延伸至企業專家。[5]

BIM與VR技術集成以賽促學、以賽促練，用競賽的評價形式來補充傳統的試卷考試評價形式。如我校學生參加的由住房城鄉建設部人事司指導，中國建設協會主辦的全國職業院校建設教育杯職業技能競賽BIM建模技能賽項和裝配式混凝土建筑虛擬施工操作賽項，還有中國建設教育協會組織的全國建設類院校施工技術應用技能大賽建筑虛擬施工操作賽項。學生通過競賽，增強了學習效果,提高了技能水平，同時競賽的評價既有量的精確性，又有質的規定性，在很大程度上提高評價的公正公平性。

小結：

在建筑施工專業課程教學中應用BIM與 VR技術是新的嘗試，通過BIM與 VR 技術的引進，解決現場施工實踐的資源短缺的問題。通過BIM與 VR 技術集成的虛擬仿真教學平臺實踐證明，虛實現實的人機交互，拉近了學生和施工專業課程的距離，激發了學生的學習興趣，增加了學生學習的途徑，同時切實提高了學生的實踐能力。BIM與 VR 技術有助于形成過程性考核評價模式，豐富教學考核評價體系，有效的融合競賽的評價形式，推動教育教學質量，促進建筑工程施工專業學生專業素質的發展。