裝配式建筑施工仿真實訓系統研發應用

劉彬 華國斌

[摘? ? ? ? ? ?要]? 在建筑業現代化建設背景下，對裝配式建筑施工仿真實訓系統進行了研發應用和教學改革實踐。根據裝配式建筑施工現場完整操作流程和工藝，與企業共同研發了基于VR技術的裝配式建筑施工仿真實訓軟件。通過搭建實訓課程能力評價標準和考核體系、建設實訓系統配套資源、建立BIM+VR建造模式、創新“翻轉課堂”實訓形式等，構建了完整的裝配式建筑施工仿真實訓系統。本次研發應用實現了教學的創新突破，解決了教學與實際脫節的重大問題，實現了從裝配式概念理論認知到實際施工建造的突破，從而讓學習者具備裝配式施工實際操作能力。實踐結果表明，裝配式建筑施工仿真實訓系統可作為裝配式建筑實訓基地的有效培訓手段，從而推動裝配式建筑技術的快速發展，提高建筑業的工業化水平和建造效率。

[關? ? 鍵? ?詞]? 裝配式建筑;VR技術;研發應用;教學改革

[中圖分類號]? G712? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2021）52-0116-02

國務院辦公廳印發的《關于大力發展裝配式建筑的指導意見》要求，加快推進建筑產業現代化試點工作，大力培養裝配式建筑設計、生產、施工、管理等專業人才，進一步加強企業裝配式建筑技術交流，推廣裝配式建筑技術的應用，提高裝配式建筑從業人員的素質，滿足裝配式建筑持續發展的人才需求，盡快形成成熟完善的培養方案、課程體系、系列教材、課程師資和實訓平臺等。而裝配式建筑行業各個環節包括深化設計、構件生產加工、裝配式施工等，技術人員嚴重不足，各高校對于建筑工業化和信息化人才的培養還處于摸索階段，在建筑業急劇發展和轉型升級的趨勢下，如何培養高質量的裝配式人才是各高職院校亟待解決的重要問題。

現有的課堂教學方式無法提供真實的學習環境，使學生的學習很大部分停留在“想象”階段，無法“眼見為實”。裝配式建筑施工工藝還沒有完全普及，這樣的工地很少，面對龐大數量的實習學生群體，無法將每個學生都安排到工地上，并且在工地實習過程中，安全隱患不容忽視，學生的安全無法得到很好的保證。虛擬現實（Virtual Reality，簡稱VR）是近年來出現的高新技術，是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機仿真技術，它利用計算機生成一種模擬環境，使用戶沉浸其中，是一種多源信息融合的交互式三維動態視景和實體行為的系統仿真。將VR虛擬現實技術運用到實訓教學中，可以成為突破實訓教學困境、提高課堂教學效果、革新教學方式的新思路。教育部辦公廳印發的《2017年教育信息化工作要點》提出，啟動基于VR的實驗實訓平臺建設，完成“互聯網+”智慧教育示范基地建設。推進以VR技術的融合應用為支點的教育改革進程，探索未來教育新模式，是時代賦予的歷史使命。

裝配式建筑施工仿真實訓系統的建設，是將理論與實際相結合，以“互聯網+”的理念，應用BIM技術、3D建模技術、VR（虛擬現實技術）、智慧課堂等多元化的技術創新手段，實現教學的創新突破，解決教學與實際脫節的重大問題。

一、研發裝配式建筑施工仿真VR實訓軟件

結合實際工程，根據裝配式建筑施工現場完整操作流程和工藝，與企業共同研發基于VR技術的裝配式建筑施工仿真實訓軟件。

裝配式建筑施工仿真實訓軟件根據真實的裝配式建筑施工現場進行開發，真實再現各類施工現場的完整操作流程和工藝，展示建筑構造。裝配式建筑包括裝配式混凝土結構和裝配式鋼結構兩種結構形式，系統操作包括預制構件生產車間的操作、預制外墻吊裝施工操作、套筒灌漿施工操作、疊合梁板吊裝施工操作、預制樓梯吊裝施工操作、現澆節點鋼筋綁扎支模、混凝土現澆施工、外墻接縫處理施工等內容，學生通過穿戴VR設備，猶如親身在施工現場進行操作訓練（見圖1）。

二、構建裝配式建筑施工仿真實訓系統

在VR技術的裝配式建筑施工仿真實訓軟件的研發基礎之上，根據實訓需求，完善學習資料和互動操作，構建裝配式建筑施工仿真實訓系統。

（一）搭建實訓課程能力評價標準和考核體系

傳統的實訓課程主要以教師為考核執行者，進行現場操作打分，無疑給教師帶來了較重的工作量，在打分過程中不可避免地會出現偏差，影響了考核的公正性。構建裝配式建筑施工仿真實訓系統，可將考核分為裝配式建筑施工仿真實訓考核和智慧互動教學課堂考核兩部分。裝配式建筑施工仿真實訓考核，是將VR虛擬現實技術運用到實訓教學中，讓學習者進行各個環節的實際操作，系統根據操作的實際情況進行考核，自動生成考核評價。智慧互動教學課堂考核，是通過建立實訓課程能力評價標準和考核體系，組建裝配式建筑相關標準、規范和圖集的題庫，結合實訓考核評價，進行智慧互動課堂建設，從而達到最佳的實訓教學效果。

（二）建設實訓系統配套資源

實訓系統配套資源可嵌入VR實訓操作系統，在進行VR裝配式施工模擬過程中，可定制開發針對高等職業教育的VR課程數據資源，讓學習者在模擬過程中隨時調用，教師可根據需要隨時修改和增加VR資源。實訓系統配套資源包括學習視頻、使用手冊、任務書、授課計劃、配套的施工圖紙、技術交底文件、裝配式建筑考核題庫等。

（三）建立BIM+VR建造模式

根據裝配式建筑項目實例，開發裝配式建筑VR化建造實訓教學。利用BIM技術對裝配式建筑進行正向設計，形成三維可視化BIM模型，校企合作，打通BIM技術到VR數據的通道，利用虛擬現實技術，創建1 ∶ 1的虛擬空間，將裝配式建筑設計和施工通過交互式的三維動態視景和實體行為有效結合，并對虛擬現實中不合理的設計部分進行交互式修改，形成裝配式建筑施工圖紙，用于指導真實的施工建造。

（四）創新翻轉課堂實訓形式

傳統的實訓課堂是以教師為主導，學習者被動學習，本次實訓系統的講授是以學習者為主體，運用翻轉課堂的形式，以任務為向導，由學習者設計裝配式節點和施工流程，包括拆分部分、連接方式、鋼筋分布、預埋構件、吊裝工藝等，學習者設計成果轉化為VR場景，并由學習者交互式調整虛擬施工和安裝過程，最終完成實訓任務。

三、結語

裝配式建筑施工仿真實訓系統的建設實現了從裝配式概念理論認知到實際施工建造的突破，從而讓學習者具備裝配式施工實際操作能力，使學習者的職業技能水平與企業要求同步;同時遵循學生的認知規律，通過“虛、實”結合、理論實訓一體化的手段，逐步形成從專項能力、綜合能力向頂崗能力逐步提升的漸進過程。裝配式建筑施工仿真實訓系統可作為裝配式建筑實訓基地的有效培訓手段，可培養大量裝配式技術從業人員，從而推動裝配式建筑技術的快速發展，提高建筑業的工業化水平和建造效率。

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◎編輯 栗國花