“新工科”背景下高校智能建造實驗室建設(shè)探索

孔曉璇， 盧海峰， 劉重羊， 吳志軍

（武漢大學土木建筑工程學院，武漢 430072）

0 引 言

當前正處于以智能制造為主導的第四次工業(yè)革命時期，各行業(yè)利用信息通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)空間虛擬系統(tǒng)相結(jié)合的手段逐步向智能化轉(zhuǎn)型。2015 年5 月，國務(wù)院正式印發(fā)《中國制造2025》，與德國“工業(yè)4.0”合作對接，全面推進制造強國戰(zhàn)略。社會經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境資源持續(xù)利用之間的矛盾、知識形成過程與信息傳播途徑的改變以及信息化與智能化時代對人才需求的變化與挑戰(zhàn)等都深刻影響著工程教育的發(fā)展與改革。教育部2017 年啟動了以“新理念、新模式、新質(zhì)量、新方法、新內(nèi)容”為核心的新工科建設(shè)，推動以科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展為主導的教育改革，意在探索引領(lǐng)全球工程教育的中國模式和經(jīng)驗［1-2］。

傳統(tǒng)工科專業(yè)需要改變長期以來形成的相對穩(wěn)定的專業(yè)內(nèi)涵和結(jié)構(gòu)［3-4］，面向新技術(shù)、新經(jīng)濟、新產(chǎn)業(yè)和新業(yè)態(tài)，以大數(shù)據(jù)、智能化和數(shù)字化為關(guān)鍵詞重構(gòu)和增設(shè)工科專業(yè)。土木類的智能建造是順應(yīng)傳統(tǒng)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級而增設(shè)的新工科專業(yè)，培養(yǎng)能夠完成智能設(shè)計、智能施工和全過程運行維護管理的卓越土木工程師。智能建造專業(yè)的課程體系中理論知識與實踐能力并重，以基礎(chǔ)課程實驗為主的傳統(tǒng)工科實驗室無法滿足新工科人才培養(yǎng)需求［5-7］，因此，探索“新工科”背景下智能建造實驗室的建設(shè)方案，對高校工科專業(yè)實踐教學改革與創(chuàng)新型人才培養(yǎng)具有重要意義。

1 智能建造實驗室建設(shè)的必要性

1.1 智能建造行業(yè)發(fā)展趨勢

土木工程學科的發(fā)展始終與時代發(fā)展、科技進步和產(chǎn)業(yè)革命緊密相關(guān)，在不同的時代背景下具有不同的發(fā)展機遇與挑戰(zhàn)：以蒸汽驅(qū)動設(shè)備為代表的第一次工業(yè)革命，促發(fā)了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)為代表的工程結(jié)構(gòu)革新和施工機具的升級；以電力驅(qū)動設(shè)備的大規(guī)模生產(chǎn)帶來了第二次工業(yè)革命，土木工程的施工逐步邁進機械化和電氣化進程，汽車和航運業(yè)的發(fā)展也為大規(guī)模基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)提供了契機；以信息技術(shù)為主導的第三次工業(yè)革命，促發(fā)了建筑設(shè)計和建造的數(shù)字化發(fā)展，工程中的生產(chǎn)方法、工藝流程、生產(chǎn)組織和管理逐步規(guī)范化和標準化；以人工智能、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)與云計算等技術(shù)為代表的第四次工業(yè)革命，不再局限于某一特定領(lǐng)域，而是整個系統(tǒng)的創(chuàng)新，建造行業(yè)也隨之開始了建筑信息化和智能化轉(zhuǎn)型升級。

新一代信息技術(shù)與人工智能技術(shù)的應(yīng)用與革新為全生命周期建筑產(chǎn)業(yè)鏈實現(xiàn)建筑設(shè)計、建造和管理的智慧化提供技術(shù)上的解決方案［8］。建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)集成形成實時施工模型，用于施工過程中可視化監(jiān)控與仿真模擬；工程設(shè)計數(shù)據(jù)、施工監(jiān)測數(shù)據(jù)以及施工企業(yè)信息系統(tǒng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)等工程建造過程中的大量數(shù)據(jù)，構(gòu)成施工企業(yè)級的大數(shù)據(jù)資源，人工智能進行大數(shù)據(jù)挖掘和分析后支持建造過程趨勢預(yù)測和決策；面向建筑施工領(lǐng)域的人工智能算法將通過對大數(shù)據(jù)挖掘分析，為項目管理知識發(fā)現(xiàn)及建造過程趨勢預(yù)測提供決策支持［9］。云平臺為BIM、物聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)應(yīng)用提供了一個虛擬化的計算環(huán)境，虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）技術(shù)進一步增強了他們之間的協(xié)作能力，所有工程項目參與者可以利用集成工程建設(shè)各項活動統(tǒng)一平臺全局化分析處理問題。此外，基于數(shù)據(jù)庫的分布式智能決策技術(shù)優(yōu)化項目調(diào)度、協(xié)同控制建造資源，在增強現(xiàn)實（Augmented Reality，AR）技術(shù)的輔助下對現(xiàn)場施工人員的作業(yè)進行實時反饋與遠程協(xié)助。

第四次工業(yè)革命中建造業(yè)變革是以多學科、多領(lǐng)域、多集群技術(shù)創(chuàng)新為特征，將產(chǎn)生極其廣泛而深遠的影響。作為對變革進程影響最大的高等教育也面臨新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)和新模式形成和發(fā)展的重大挑戰(zhàn)。在土木類專業(yè)中增設(shè)“智能建造”新工科專業(yè)相應(yīng)土木工程行業(yè)向智能建造行業(yè)轉(zhuǎn)型過程中對專業(yè)人才的迫切需求［10-11］。

1.2 智能建造專業(yè)人才培養(yǎng)模式

為了適應(yīng)國家戰(zhàn)略需求和建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級，將建筑施工與電子信息、機械自動化、工程管理等技術(shù)相互融通發(fā)展而開設(shè)了新工科專業(yè)——智能建造（專業(yè)代碼081008T）。同濟大學于2017 年獲批增設(shè)智能建造專業(yè)，是我國第一個智能建造專業(yè)，位于土木工程學院，招生大類為工科試驗班（土木與環(huán)境類）。此后，獲批教育部普通高校本科專業(yè)備案智能建造專業(yè)的高校逐年增多，至2021 年累計獲批的高校數(shù)量已達72所（見圖1）。

圖1 新增智能建造本科專業(yè)備案的高校數(shù)量

武漢大學智能建造專業(yè)獲批2021 年度普通高校學校本科專業(yè)備案，作為新專業(yè)智能建造的專業(yè)定位、人才培養(yǎng)方案和課程體系設(shè)置都處于探索階段，為此，土木建筑工程學院組織學院領(lǐng)導和教師前往同類院校調(diào)研智能建造專業(yè)發(fā)展情況，前往大型建筑企業(yè)調(diào)研企業(yè)人才需求。提出了智能建造專業(yè)內(nèi)涵和本質(zhì)，“智能建造專業(yè)立足于未來國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和社會發(fā)展的需求，堅持學?！畡?chuàng)造、創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)’教育理念，培養(yǎng)德智能體美勞全面發(fā)展，基礎(chǔ)理論扎實、專業(yè)知識寬廣、實踐能力突出，具有崇高的科學精神、深厚的人文社科素養(yǎng)、開闊的國際視野、強烈的社會責任感和職業(yè)道德使命，既能在智能建造領(lǐng)域從事智能設(shè)計、智能施工、智能運維，又能在人工智能和現(xiàn)代信息技術(shù)領(lǐng)域從事科技開發(fā)與組織管理，人格健全、引領(lǐng)未來社會進步和人類文明發(fā)展的領(lǐng)軍人才”，其人才培養(yǎng)模式的定位如下：

（1）培養(yǎng)“厚基礎(chǔ)、寬口徑、強能力、高素質(zhì)”的卓越工程師。為打破學科界限、順應(yīng)交叉學科融合發(fā)展趨勢，智能建造專業(yè)以大類工科試驗班的形式進行招生，實行分段式培養(yǎng)的模式，第1 學年大類培養(yǎng)，夯實數(shù)理基礎(chǔ)提升工程基礎(chǔ)素養(yǎng)，促進學科知識交叉融合，后3 學年專業(yè)培養(yǎng)，以土木工程專業(yè)課程為基礎(chǔ)，融合計算機應(yīng)用技術(shù)、機械自動化、工程管理等專業(yè)課程，完善課程體系，推進實踐教學改革，加強課程國際化建設(shè)，著力提升學生的工程素質(zhì)，增強工程意識并和積累工程實踐經(jīng)驗。

（2）培養(yǎng)具備項目全局意識的行業(yè)領(lǐng)軍人才。為滿足智能時代工程建設(shè)需要，工程師需要具備跨學科知識體系和解決工程建設(shè)過程中復(fù)雜問題的能力，以管理為導向，技術(shù)為支撐，以系統(tǒng)思維為核心，掌握工程項目全局的關(guān)鍵點，在工程項目的策劃、設(shè)計、生產(chǎn)、施工、運維等全壽命周期中進行智能化、信息化的整體架構(gòu)。高校肩負著培養(yǎng)引領(lǐng)建造行業(yè)工程建造技術(shù)和工程管理的系統(tǒng)性變革領(lǐng)軍人才的重任，從建造方式、組織模式、行業(yè)管理等方面重塑建筑業(yè)。

（3）培養(yǎng)具有實踐和創(chuàng)新能力的復(fù)合型人才。建造行業(yè)面臨著轉(zhuǎn)型升級的嚴重挑戰(zhàn)，從“互聯(lián)網(wǎng)＋”發(fā)展到“智能＋”，以大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新一代信息技術(shù)正融入傳統(tǒng)工程領(lǐng)域，新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新模式的應(yīng)用推動著建造產(chǎn)業(yè)改造提升。傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級需要大量具有實踐和創(chuàng)新能力的復(fù)合型人才，高校應(yīng)強化工業(yè)基礎(chǔ)和技術(shù)創(chuàng)新能力，提升學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、工程實踐能力和信息化技術(shù)能力，助力建設(shè)建造強國。

1.3 智能建造課程體系的構(gòu)建

根據(jù)智能建造的學科特征和行業(yè)需求分析［12］，依照本科創(chuàng)新人才培養(yǎng)新模式、新體系，在傳統(tǒng)土木建筑類課程體系基礎(chǔ)上，增設(shè)人工智能、計算機技術(shù)、機械工程和自動化控制技術(shù)等專業(yè)知識與技能，制定智能建造專業(yè)課程教學大綱，形成系統(tǒng)的知識體系（見圖2）。實踐教學是培養(yǎng)和鍛煉學生動手能力和科技創(chuàng)新能力的主要途徑［13-15］，在課程體系中占有重要地位，實踐性課程體系主要包括基礎(chǔ)課程、專業(yè)課程實驗教學、學科綜合實訓實踐和創(chuàng)新探索研究實踐。

圖2 智能建造實踐課程體系構(gòu)成圖

基礎(chǔ)課程實驗教學主要包括與理論課程配套的基礎(chǔ)性實驗和驗證性實驗，幫助學生鞏固和加深理論知識，構(gòu)建專業(yè)理論知識框架，掌握基本實驗技能和方法，例如材料力學、土力學、土木工程材料、混凝土基本構(gòu)件實驗和鋼結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件等實驗；專業(yè)課程實驗教學包含專業(yè)課的課程設(shè)計和實習實踐，將專業(yè)課程中的知識點直接運用于設(shè)計和實踐中，通過工程模塊構(gòu)建智能建造知識體系，對學生的基本技術(shù)應(yīng)用能力和解決實際問題的綜合能力進行訓練，提高學生專業(yè)理論的實踐能力，例如房屋建筑學課程設(shè)計、智能建造綜合課程設(shè)計、智能測繪實習和工程地質(zhì)實習；學科綜合實訓實踐包括認識實習、生產(chǎn)實習、畢業(yè)實習、生產(chǎn)勞動與工程訓練和畢業(yè)設(shè)計，是對4 年所學知識和技能進行系統(tǒng)化和綜合化運用、總結(jié)和深化的過程，培養(yǎng)學生綜合運用基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識、基本技能應(yīng)對和處理問題的能力；創(chuàng)新探索研究實踐將最新科研成果與學生競賽引入教學環(huán)節(jié)，提高解決實際工程問題的動手能力和創(chuàng)新精神，包括大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目和全國大學生先進成圖技術(shù)、全國大學生BIM-CIM大賽、互聯(lián)網(wǎng)＋和挑戰(zhàn)杯大賽等一系列競賽。

2 智能建造實驗室建設(shè)方案與實施

2.1 實驗室建設(shè)目標

實踐教學是提高學生實踐能力、創(chuàng)新精神的主要途徑［16-17］，為了滿足智能建造教學和實踐需求，學校探索建立新的專業(yè)實驗室——智能建造實驗室。智能建造實驗室以服務(wù)于國家智慧城市建設(shè)和“一帶一路”倡議實施對智能建造人才培養(yǎng)要求為目標，堅持“緊跟學科發(fā)展，立足社會需求，夯實實踐能力，強化工程技能，培育團隊精神，提高創(chuàng)新能力”的實驗教學理念，虛擬仿真實驗教學和智能建造實訓教學作為實踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)并融入實踐教學體系，整合先進的BIM技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、3D 打印技術(shù)、人工智能技術(shù)等先進技術(shù)，將實驗室建設(shè)成為資源豐富、開放共享、水平一流、效益突出、特色鮮明的智能建造技術(shù)實驗教學中心。

學院確定了“整合資源、集聚優(yōu)勢、注重研發(fā)、突顯特色”的建設(shè)思路，結(jié)合雙一流建設(shè)學科土木工程已有的實驗實訓資源，建立包含虛擬仿真實驗平臺和智能建造實踐平臺的實踐教學實驗室。虛擬仿真實驗平臺利用多媒體、互聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實和人機交互等技術(shù)建立虛擬實驗環(huán)境，對具有高風險或高成本的實驗項目和大型綜合訓練與實習項目進行仿真模擬，建設(shè)可提供虛擬仿真實驗的教學資源和教學平臺。智能建造實踐平臺包含智能建造工程概論、BIM 協(xié)同設(shè)計、3D打印混凝土、TBM 智能掘進等實踐教學模塊，既可以單獨支持核心課程的專業(yè)級綜合實驗，又可以相互組合支持交叉創(chuàng)新實驗的學科級創(chuàng)新實踐平臺。

智能建造實驗室以實驗教學內(nèi)容、教學方法改革和建設(shè)共享優(yōu)質(zhì)實驗教學資源為核心，探索和建設(shè)培養(yǎng)學生綜合實踐能力和創(chuàng)新能力的實驗教學模式，創(chuàng)建了“多層次、系統(tǒng)化、研究型、共享式”實驗教學培養(yǎng)體系；產(chǎn)、學、研協(xié)同發(fā)展，建設(shè)智能建造實驗教學隊伍。全面促進學生自主學習、自主實驗、自主創(chuàng)新，擴大受益面，共享優(yōu)質(zhì)實驗教學資源，全面提高學生創(chuàng)新精神和實踐能力。

2.2 實驗室建設(shè)方案特色

（1）創(chuàng)建“多層次、系統(tǒng)化、共享式”智能建造實驗體系。智能建造實驗室構(gòu)建了基礎(chǔ)課程、專業(yè)課程、學科綜合實訓實踐和創(chuàng)新探索研究實踐多層次虛擬仿真實驗教學內(nèi)容，梯次提升學生的工程素養(yǎng)。按照“虛實一體、虛實交叉融合”的思想，組織實驗教學資源，系統(tǒng)化貫穿到課堂教學實驗、實習實訓、學生自主科研、野外科學考察全過程中，全面培養(yǎng)學生在“大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)＋”條件下的綜合能力。實驗室的實驗教學資源采用模塊化設(shè)計，可對接校內(nèi)資源，例如我校人工智能實驗室、工程訓練與創(chuàng)新實踐中心、工科其他院系實驗室，充分發(fā)揮雙一流學科集群優(yōu)勢，此外實驗室也可以作為平臺，直接接入課程模塊，擴展實驗室教學資源的深度和廣度，學生能夠通過資源共享，采用主動、自主學習的方式，實現(xiàn)“厚基礎(chǔ)、寬口徑”復(fù)合型人才培養(yǎng)，社會各界能夠共享虛擬仿真實驗教學資源，服務(wù)于機構(gòu)和企業(yè)的繼續(xù)教育，實現(xiàn)資源共享、協(xié)同創(chuàng)新。

（2）構(gòu)建虛實結(jié)合、校企聯(lián)動、協(xié)同創(chuàng)新的人才培養(yǎng)模式。實驗室以國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的人才需求為導向，以重點培養(yǎng)學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力為目標，加強學生學科群基礎(chǔ)，促進跨學科復(fù)合型人才的培養(yǎng)，強調(diào)通過教學與科研相結(jié)合、學校教育與工程訓練一體化、虛擬實驗與真實實驗相結(jié)合等多樣化的教學模式。充分利用學校品牌優(yōu)勢與國內(nèi)外著名企業(yè)合作，探索校企聯(lián)合實驗室建立機制，將企業(yè)的先進技術(shù)、市場需求和行業(yè)經(jīng)驗引入實踐教學中，利用企業(yè)已有的虛擬仿真資源和工程實際案例，實現(xiàn)校企全方位、多層次深度合作，打造以教學、科研、培訓為一體的工程師培養(yǎng)基地，并通過云計算平臺實現(xiàn)開放共享，從而構(gòu)建虛實結(jié)合、校企聯(lián)動、協(xié)同創(chuàng)新的人才培養(yǎng)模式，引領(lǐng)智能建造實驗教學的發(fā)展。

（3）配置信息化、多元化實驗教學資源。注重將教師科研項目、學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和合作企業(yè)大型工程案例等項目轉(zhuǎn)化成學生探索型實驗，拓展實驗教學范圍和教學內(nèi)容。利用虛擬現(xiàn)實、多媒體交互、3D 可視化等信息化技術(shù)，自主和聯(lián)合攻關(guān)研發(fā)，形成BIM 建模與應(yīng)用實驗平臺、3D 打印實訓平臺、智能掘進實訓平臺、地下工程智能施工虛擬仿真實驗等平臺，形成覆蓋智能設(shè)計、智能施工、智能運維的工程全過程的實驗教學資源。實驗項目具有先進性和前瞻性，開創(chuàng)了虛擬仿真和真實實驗協(xié)同育人的新局面，提升了學生的方案設(shè)計、數(shù)據(jù)處理分析、工程實踐、自主學習及創(chuàng)新研究能力。

（4）提供開放式自主學習環(huán)境。智能建造實驗室以培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力與專業(yè)知識工程綜合運用能力為目標，為學生提供開放式自主學習環(huán)境。①虛擬仿真實驗教學資源的開放，利用現(xiàn)代化信息技術(shù)實現(xiàn)虛擬仿真實驗課程平臺的開放共享，引導學生在數(shù)字環(huán)境下自主學習，學生可以利用手機和電腦等移動設(shè)備隨時隨地進行實驗；②對實驗課程安排、儀器設(shè)備管理、實驗開放預(yù)約等實行網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化管理，促進了實驗教學在時間、內(nèi)容、空間上開放，推動了實驗室各類資源的共享共用，形成了良好的網(wǎng)絡(luò)支撐體系和現(xiàn)代化的高效運行機制；以科研項目、大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目、學科競賽等為驅(qū)動，全面促進學生自主學習、自主實驗、自主創(chuàng)新，為學生的自主學習和個性發(fā)展創(chuàng)造良好條件，全面提高學生創(chuàng)新精神和實踐能力。

（5）重視實驗課程思政建設(shè)。學校堅持課程思政育人導向，高度重視課程思政建設(shè)工作，于2020 年12月發(fā)布的“武漢大學課程思政建設(shè)實施方案”，對學校課程思政建設(shè)進行頂層設(shè)計，明確建設(shè)目標，制定總體方案和實施計劃，全面推進思想德育工作。實驗教學是工科專業(yè)課程教學的重要環(huán)節(jié)，將思政主題內(nèi)蘊于智能建造專業(yè)實驗教學中，以實驗課程思政作為課程教學改革創(chuàng)新的突破口，是推進高校思政教育隱性化和融合性模式的重要嘗試。在習近平總書記系列育人講話的引導下，將思想政治教育在實驗實踐中融入學生的學習動機，構(gòu)建智能建造專業(yè)課程思政的全員育人、全程育人、全方位育人的三全育人大格局，在培養(yǎng)學生基礎(chǔ)理論扎實、專業(yè)知識寬廣、實踐能力突出的同時，具有崇高的科學精神、深厚的人文社科素養(yǎng)、開闊的國際視野、強烈的社會責任感和職業(yè)道德使命。

2.3 實驗室建設(shè)實施

智能建造實驗室確定了“整合資源、集聚優(yōu)勢、注重研發(fā)、突顯特色”的建設(shè)思路，結(jié)合智能建造專業(yè)培養(yǎng)方案，以實驗教學內(nèi)容、教學方法改革和建設(shè)共享優(yōu)質(zhì)實驗教學資源為核心，利用虛擬現(xiàn)實、多媒體、人機交互、數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)，結(jié)合真實工程案例數(shù)據(jù)，創(chuàng)建“多層次、系統(tǒng)化、共享式”智能建造實驗體系。實驗室構(gòu)建了6 個實驗實訓模塊（見圖3），串聯(lián)起智能規(guī)劃與設(shè)計、智能施工、智能監(jiān)測和智能運維等工程全生命周期過程。

圖3 智能建造實驗室實訓模塊

具體如下：

（1）智能建造工程概論模塊。智能建造作為一個新增設(shè)的專業(yè)，是多學科交叉的新興前沿專業(yè)學科，學生尤其是大一新生對智能建造產(chǎn)業(yè)的基本概念、發(fā)展歷程、前沿技術(shù)與設(shè)備和未來發(fā)展方向的了解并不深入，智能建造工程概論模塊設(shè)立4 個高清顯示屏幕，播放有關(guān)智能建造產(chǎn)業(yè)發(fā)展、數(shù)字建造、智慧工地和綠色建筑等方向的介紹視頻、熱點新聞和宣傳片，視頻定期更新補充，讓學生了解以智能交通、人工智能、機器人為代表的智能科技在建造產(chǎn)業(yè)的快速推廣與應(yīng)用，初步建立智能建造概念，認識并熱愛這個專業(yè)，激發(fā)社會責任感和職業(yè)道德使命。

（2）虛擬仿真實驗教學模塊。虛擬仿真實驗教學硬件設(shè)施方面配備LED小間距顯示屏幕、培訓椅和配備電腦設(shè)備的六角桌，學生可以利用實驗室電腦或者自帶電腦完成虛擬仿真教學實驗，實驗室有包含省級項目的虛擬仿真實驗教學項目和正在建設(shè)的多個地下工程智能施工虛擬仿真項目軟件。虛擬仿真實驗教學模塊可以彌補真實實驗在實驗環(huán)境、實驗手段不足及時間、安全、經(jīng)費等條件的制約，與真實實驗教學結(jié)合，相互補充，拓展學生的專業(yè)基礎(chǔ)知識，將學科前沿研究成果或重大工程技術(shù)突破轉(zhuǎn)化虛擬仿真實驗教學資源，能及時讓學生接觸最新的工程技術(shù)，與室內(nèi)與現(xiàn)場實驗實踐教學相結(jié)合形成相輔相成、優(yōu)勢互補的新型實驗教學模式。

（3）沉浸式VR實訓模塊。由于工地的安全風險管控加強和疫情的影響，學生進入施工現(xiàn)場實習的機會減少，沉浸式VR實訓能夠模擬真實的工程場景，學生戴上頭盔，手持操控手柄進入虛擬環(huán)境，在該模擬環(huán)境中進行交互，模擬真實施工場景，學生沉浸到該環(huán)境中能夠感知和操作模擬建筑工程的各項施工技術(shù)與施工工藝以及各項管理措施。此外學院計劃與施工企業(yè)合作將更多大型工程案例轉(zhuǎn)化成VR 實訓項目，并鼓勵老師和學生參與VR 實驗場景的制作與開發(fā)，拓展虛擬仿真實驗教學范圍和教學內(nèi)容。

（4）BIM協(xié)同設(shè)計實訓模塊。BIM建筑信息模型是在建筑領(lǐng)域應(yīng)用信息技術(shù)，實現(xiàn)對設(shè)計、施工和管理過程仿真和模擬的一種技術(shù)和管理方法，通過對相關(guān)數(shù)據(jù)進行結(jié)構(gòu)化管理使建筑過程數(shù)字化，是智能建造的核心技術(shù)。該實訓模塊：①幫助學生熟練掌握相關(guān)軟件建立建筑三維模型進行房屋建筑設(shè)計的基本步驟，提升就業(yè)核心競爭力，②運用BIM 信息處理及動態(tài)仿真功能，營造生動立體的可交互式施工現(xiàn)場模擬場景，模擬建筑施工現(xiàn)場的各部分工作。此外，鼓勵師生利用課外時間走進實驗室，積極利用BIM協(xié)同設(shè)計實訓平臺參加相關(guān)BIM職業(yè)技能大賽。

（5）3D打印混凝土實訓模塊。3D打印混凝土建造技術(shù)在土建領(lǐng)域取得了快速的發(fā)展和應(yīng)用，能夠提高建造效率、優(yōu)化結(jié)構(gòu)受力、減少材料消耗和浪費，加快設(shè)計建造過程，這是未來智能結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的重要技術(shù)之一。學生在這一實訓模塊中運用計算機制圖設(shè)計作品的三維設(shè)計圖，操作混凝土3D 打印機，通過分層加工、疊加成型的方式逐層增加材料來將成品打印建造出來的，充分發(fā)揮創(chuàng)新能力和實踐能力，嘗試設(shè)計制作探索結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（6）TBM智能掘進實訓模塊。全斷面巖石掘進機（TBM）以機械化自動化程度高、掘進速度快、成洞質(zhì)量高、施工擾動小、綜合經(jīng)濟社會效益高、安全文明環(huán)保等顯著優(yōu)勢，逐漸成為國際上隧道修建的首選施工方法。TBM智能掘進實訓模塊提供TBM 掘進機模型，直觀的展示TBM 的構(gòu)件組成、施工的作業(yè)方案和流程，與虛擬仿真實驗教學項目結(jié)合，模擬各系統(tǒng)設(shè)備運行控制界面、隧道掘進作業(yè)過程和施工工藝流程，實現(xiàn)了TBM智慧掘進和安全控制的展示和教學，提升了學生對地下智慧施工的人事和現(xiàn)代工程技術(shù)水平。

此外，實驗室計劃籌建智建造工業(yè)機器人和智能監(jiān)測與檢測實訓模塊，擴充實驗室實踐教學資源。

3 智能建造實驗室建設(shè)成效

智能建造實驗室以提高學生的實踐能力和工程素養(yǎng)為目標，目前實驗室在培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新實踐能力上發(fā)揮了積極的作用。

在智能建造實驗室平臺的支撐下，我院學生在全國、本省各類學科競賽和創(chuàng)新大賽中屢獲佳績，僅2021 年獲得第十二屆全國高等院校學生“斯維爾杯”BIM-CIM創(chuàng)新大賽中獲得規(guī)劃設(shè)計專項、綠色建筑分析專項的全國一等獎，工程造價專項、工程管理專項和綜合三項的全國二等獎，在第二屆全國大學生智能建造與管理創(chuàng)新競賽中獲得特等獎，湖北省“挑戰(zhàn)杯”競賽獲得特等獎，第七屆全國大學生工程訓練綜合能力競賽獲得湖北省省賽一等獎。

4 結(jié) 語

智能建造專業(yè)是順應(yīng)“工業(yè)4.0”和“中國制造2025”戰(zhàn)略的必然趨勢，智能建造專業(yè)的課程體系設(shè)置理論知識與實踐能力并重，以基礎(chǔ)課程實驗為主的傳統(tǒng)工科實驗室無法滿足新工科人才培養(yǎng)的需求，因此，土木建筑工程學院建設(shè)智能建造實驗室，結(jié)合智能建造專業(yè)培養(yǎng)方案，以實驗教學內(nèi)容、教學方法改革和建設(shè)共享優(yōu)質(zhì)實驗教學資源為核心，利用虛擬現(xiàn)實、多媒體、人機交互、數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)，結(jié)合真實工程案例數(shù)據(jù)，創(chuàng)建“多層次、系統(tǒng)化、共享式”智能建造實驗體系，探索和建設(shè)培養(yǎng)學生綜合實踐能力和創(chuàng)新能力的新工科人才培養(yǎng)模式，對其他新工科專業(yè)的實驗室建設(shè)具有一定的借鑒和參考。