基于BIM技術(shù)的裝配式結(jié)構(gòu)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究

張 偉 賈彩虹

（南京工程學(xué)院建筑工程學(xué)院 江蘇·南京 211167）

0 引言

南京工程學(xué)院建筑工程學(xué)院在本科生人才培養(yǎng)方面，提前規(guī)劃制定人才培養(yǎng)目標(biāo)，基于BIM在國(guó)外和國(guó)內(nèi)的發(fā)展趨勢(shì)，通過改革教學(xué)計(jì)劃中的部分將被淘汰課程、增加社會(huì)急需知識(shí)、能力培養(yǎng)課程，以提高輸出人才的整體素質(zhì)，增強(qiáng)畢業(yè)生的競(jìng)爭(zhēng)力，真正為社會(huì)提供出高水平的創(chuàng)新型人才。

隨著新技術(shù)的發(fā)展，將BIM技術(shù)融入土木工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)，進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)改革，成為高校土木工程人才培養(yǎng)中一項(xiàng)重要舉措。郭閃閃[1]分析了BIM在高校實(shí)踐教學(xué)中的現(xiàn)狀，并指出了存在的問題，探討了BIM技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐的優(yōu)越性。李明[2]等人認(rèn)真分析了當(dāng)前實(shí)踐教學(xué)模式存在的不足和基于 BIM 技術(shù)的實(shí)踐教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，提出了基于BIM技術(shù)的工程管理實(shí)踐教學(xué)改革的思路。針對(duì)目前土木工程專業(yè)課程教學(xué)中存在的問題，融合校企合作，程怡[3]構(gòu)建BIM+新課程體系。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展與BIM技術(shù)的更新與完善，裝配式結(jié)構(gòu)是目前建筑構(gòu)造的大趨勢(shì)，施工單位基于裝配式結(jié)構(gòu)投入大量精力，理論與生產(chǎn)實(shí)踐迫切需要BIM技術(shù)與裝配式結(jié)構(gòu)相結(jié)合。[4]目前裝配式建筑是建筑行業(yè)發(fā)展中的熱點(diǎn)問題，但從工程設(shè)計(jì)施工至工程管理等各方面的裝配式建筑專業(yè)技術(shù)人才，還遠(yuǎn)不能滿足市場(chǎng)需求。劉莉萍[5]等人依據(jù)裝配式建筑的工程施工技術(shù)特點(diǎn)、內(nèi)容，通過探索基于裝配式建筑土木工程施工課程實(shí)踐教學(xué)建設(shè)的現(xiàn)狀、教學(xué)方式等相關(guān)問題，指出了實(shí)踐師資、教材、實(shí)踐基地、VR教輔資源等實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)的建設(shè)途徑。為探索構(gòu)建適應(yīng)裝配式建筑發(fā)展的實(shí)踐教學(xué)體系，黃軍福[6]分析了裝配式建筑背景下構(gòu)建實(shí)踐教學(xué)體系的重要意義，提出了一系列的改革思路與措施。2017年初國(guó)家發(fā)出了推廣智能和裝配式建筑的要求，張西平[7]提出堅(jiān)持標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化生產(chǎn)、裝配化施工、一體化裝修、信息化管理、智能化應(yīng)用的建造創(chuàng)新方式。探索高校裝配式建筑實(shí)踐教學(xué)建設(shè)的相關(guān)問題。張莉莉[8]等人主要基于BIM技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，分析BIM技術(shù)引入到高校實(shí)踐教學(xué)中的意義。

但目前如何將 BIM 技術(shù)與裝配式結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)有機(jī)結(jié)合仍在探索階段，基于此，以南京工程學(xué)院建筑工程學(xué)院土木工程專業(yè)為例，嘗試將BIM技術(shù)引入到裝配式結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，對(duì)于專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的改革具有一定的借鑒意義。

1 基于BIM的裝配式結(jié)構(gòu)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

1.1 基于 BIM 的裝配式結(jié)構(gòu)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源不夠全面

高等學(xué)校各學(xué)科有著較強(qiáng)的專業(yè)優(yōu)勢(shì)，建筑施工生產(chǎn)企業(yè)有著較強(qiáng)的開發(fā)實(shí)力和支持服務(wù)能力，但是以培養(yǎng)學(xué)生綜合設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力為出發(fā)點(diǎn)的信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源呈現(xiàn)點(diǎn)狀分布，高等學(xué)校與建筑施工生產(chǎn)企業(yè)兩者各自的優(yōu)勢(shì)資源相互較為獨(dú)立，高水平軟件共享虛擬實(shí)驗(yàn)、儀器共享虛擬實(shí)驗(yàn)和遠(yuǎn)程控制虛擬實(shí)驗(yàn)等教學(xué)資源不夠豐富，實(shí)踐領(lǐng)域較為狹窄。兩者之間的有機(jī)結(jié)合不夠全面。

1.2 基于 BIM 的裝配式結(jié)構(gòu)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的管理和共享平臺(tái)不夠成熟

目前很多高等學(xué)校積極探索與建設(shè)自身實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源共享平臺(tái)，但是缺乏實(shí)現(xiàn)校內(nèi)外、本地區(qū)及更廣范圍內(nèi)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源共享，現(xiàn)有的資源平臺(tái)不太具有擴(kuò)展性、兼容性、前瞻性，無法滿足多地區(qū)、多學(xué)校和多學(xué)科專業(yè)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需求。校企共建共管創(chuàng)新型管理與共享平臺(tái)目前尚無成熟及可持續(xù)發(fā)展的體系。

1.3 基于 BIM 的裝配式結(jié)構(gòu)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)和管理隊(duì)伍不夠完善

現(xiàn)階段高等學(xué)校教學(xué)、科研及技術(shù)人員相結(jié)合不夠緊密，核心骨干人員不夠穩(wěn)定，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)結(jié)構(gòu)沒有達(dá)到有效合理的配置，從而未能形成一支完善的具有教育理念先進(jìn)，學(xué)術(shù)水平高，教學(xué)科研能力強(qiáng)，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)和管理隊(duì)伍。

1.4 基于 BIM 的裝配式結(jié)構(gòu)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的管理體系不夠健全

當(dāng)下以虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的開放共享的目標(biāo)尚不明確，從而保障虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教師工作績(jī)效考核、經(jīng)費(fèi)使用管理、實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心維護(hù)與可持續(xù)發(fā)展等政策措施未能一一落實(shí)，基于BIM的裝配式結(jié)構(gòu)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的管理體系不夠健全。

2 基于BIM技術(shù)的土木工程實(shí)踐教學(xué)改革

基于現(xiàn)階段BIM的裝配式結(jié)構(gòu)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，針對(duì)按照“加強(qiáng)基礎(chǔ)、提高能力、綜合培養(yǎng)”的原則，本次實(shí)踐教學(xué)改革面向建筑科學(xué)領(lǐng)域的土木工程專業(yè)，設(shè)計(jì)了“4+4”模式，即從培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)出發(fā)，開設(shè)個(gè)性化、創(chuàng)新性的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，加強(qiáng)學(xué)生的專業(yè)技能訓(xùn)練，培養(yǎng)綜合設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力，構(gòu)建循序漸進(jìn)的“四層次四結(jié)合”虛擬仿真教學(xué)體系。四層次是指通過專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)技能實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)與仿真訓(xùn)練和創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)，四個(gè)層次實(shí)現(xiàn)“分層培養(yǎng)、層層遞進(jìn)、逐步提高”。

通過“四結(jié)合”解決虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，從而最終達(dá)到實(shí)踐教學(xué)改革目標(biāo)的要求。這四個(gè)結(jié)合是：

（1）理論課程與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程相結(jié)合：虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與各專業(yè)的學(xué)科平臺(tái)課程、專業(yè)核心課程配套，并且教學(xué)計(jì)劃中對(duì)理論課程和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程的授課時(shí)間做了系統(tǒng)的安排，使學(xué)生在掌握了一定的理論知識(shí)后通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)直觀的了解其應(yīng)用的領(lǐng)域和方法，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和掌握、運(yùn)用知識(shí)的能力。

（2）實(shí)體實(shí)驗(yàn)與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)相結(jié)合：虛擬仿真實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)針對(duì)建筑工程設(shè)計(jì)，土木力學(xué)計(jì)算，裝配式建筑深化設(shè)計(jì)拆分，施工組織設(shè)計(jì)生產(chǎn)等實(shí)體實(shí)驗(yàn)無法實(shí)現(xiàn)的情景展開，與實(shí)體實(shí)驗(yàn)互為補(bǔ)充。

（3）校內(nèi)實(shí)驗(yàn)與校外交流/實(shí)踐相結(jié)合：虛擬仿真實(shí)驗(yàn)展現(xiàn)的建筑實(shí)訓(xùn)問題往往具有深刻的現(xiàn)實(shí)背景，通過安排學(xué)生進(jìn)行校外實(shí)習(xí)/實(shí)訓(xùn)基地參觀、實(shí)踐，進(jìn)一步強(qiáng)化虛實(shí)結(jié)合，促進(jìn)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際。

（4）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科學(xué)研究相結(jié)合：中心為學(xué)生提供課外綜合設(shè)計(jì)與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生可以自由選題，并在老師指導(dǎo)下通過中心的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開展創(chuàng)新性的研究工作。

3 結(jié)語

實(shí)踐教學(xué)是激發(fā)學(xué)生探索欲望，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神的必要途徑。土木工程、工程管理專業(yè)均是實(shí)踐性很強(qiáng)的應(yīng)用學(xué)科，由于學(xué)科的自身特點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作中往往存在一些困難，如：部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開設(shè)成本過高，而實(shí)驗(yàn)運(yùn)行經(jīng)費(fèi)有限；部分儀器設(shè)備價(jià)值較高，臺(tái)套數(shù)有限，難以保證每人都有機(jī)會(huì)實(shí)際操作，這些問題都給我們開設(shè)相關(guān)實(shí)驗(yàn)帶來了一定的困難。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用為上述問題的解決提供了一條新的思路。通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的建設(shè)，能夠虛實(shí)結(jié)合、相互輔助的實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有效提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。