基于“數字化”背景下高職智能建造技術專業課程改革與實踐研究

祝軍權

摘 要：數據說明建筑業在國民經濟的作用更加凸顯，同時智能建造取得顯著進展。本文闡釋了數字孿生發展優勢及智能建造發展應用新需求、“數字化”智能建造技術內涵，制定智能建造技術專業人才培養規格，改革專業課程體系和課程教學內容，并對課程實踐教學進行了研究。

關鍵詞：數字孿生;智能建造技術;課程改革;實踐教學

中圖分類號：G4 文獻標識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2022.18.107

0 前言

隨著國家在城鎮化建設過程以及居民不斷對居住環境更高水平要求的發展過程中，我國建筑行業的規模、建造質量得到了飛速的發展。根據相關官網數據顯示，在“十二五、十三五”期間，建筑業總產值以 2638% 的速度飛速增長，從2010年至2020年的 9603113 億元至26394739億元，十年期間實現了274倍的增速，建筑行業生產總值占國民總值高達 2598% ，建筑行業將在整個國家經濟中繼續發揮總值優勢，建造從傳統的施工技術及施工方法過段到智能建造有了質的飛躍。

建筑行業智能化水平落后于制造行業，導致建筑行業在節能環保、勞動用 工等方面遇到了瓶頸，制約了行業發展，只有向智能建造邁進才能不斷解 決行業難點，保證行業健康發展。立足新發展階段，智能建造和建筑工業化協同發量不僅是深入貫徹落實習總書記關于數字化發展重要指示精神，也是推動鄉建設綠色發展和建筑字化轉型的重要抓手，更是推進新城建，促進物聯網，大數握、人工智能等新一代信息技術與建筑業深度融合，有效拉動內需。推動形成新發展格局的重要舉措。

1 施工項目數字化轉型場景分析

建筑工程項目涉及專業工種多、工作環境復雜，工期長，且整體工業化標準化程度較低，因此施工項目管理難度極大。

核心痛點：（1）工期時間緊，一般工程項目建設周期時間較景，業務流程中存在大量重復勞動及不可避免的人為失誤;（2）難點項目精度控制要求高造型復雜、空間結構多的重難點項目對于圖紙的精度要求高，當前交付的二維施工圖紙在建造精度上而無法滿足高難度項目的需求。憑經驗憑感覺的人為控制顯然難以適用;（3）組織協調難，工程項目中不僅涉及人、財、物的調配與使用還涉及眾多參與方協作（業主，資方，總包，監理，設計，施工，材料供應商，設備供應商，專項分包商，勞務分包商等），個中關系交叉復雜，容易造成往來結算、責任劃分不清的問題。

BM+智慧工地云平臺以BIM和物聯網為技術基礎，將施工現場的碎片化應用集成至一個統一的云平臺，并累和施工業務中產生的業務數據，形的成的據中心。通過建立統一主數據、統一入口、統一技術標準和數據接口，實現組件模塊之間的協同與數據共享。同的基子平臺內的數據中心，服務于多參與方的科學決策，為工地的精細化、智能化管理提供數據支撐。作為一種融合多種學科的技術，數字 孿生充分利用虛擬模型中的信息，為物理世界提供更加高效、實時、智能的服務。它的實現需要涉及信息、機械、材料、建筑等學科技術的交叉融合。

2 “數字化”智能建造技術內涵

利用信息化充分應用的工業化體系支撐傳統建造方式， 學習制造業的技術和管理經驗對于建筑主體、過程、要素按照智能化要求 進行解構、分析，利用先進的智能化技術創新新材料、新設備、新工藝，使得建造方式的自動化、數字化、智能化水平不斷提升的過程。智能建造是基于互聯網的工程項目信息化管控平臺，在一定范圍內通過數字化、信息化、智能化完成各種操作，實現數字技術、人工智能與建造要求深度融合的一種建造方式。隨著計算機技術的不斷發展以及計算機使用的不斷普及，工程建造領域逐漸形成了以建筑信息模型（BIM）為核心、面向全產業鏈一體化的工程軟件體系。新型深刻變革建造方式。其核心內涵：（1）實施手段有了變化—裝備制造業有了突破、智能建造和智慧工地支撐了智慧建筑、施工機器人成為新一代技術人、現場施工的“簡單化、程序化和標準化”促使工程質量更高、進度更快、造價更低、更安全、更環保。（2）崗位能力發生變化—智能控制、物聯網、信息化平臺。

智能控制內容：（1）掌握智能化軟硬件設備知識，可編程控制;開關器件;執行機構;傳感器（一次回路、二次回路）;（2）為智能控制應用需求提供工藝解決方案;（3）掌握智能設備軟硬件運行操作使用方法;（4）掌握常用測試工具使用方法，完成主要設備參數測量;（5）掌握共流程和設備控制過程，能夠進行工況判別和處置;（6）了解企業設備管理知識，能進行設備點檢和維護。

物聯網內容：（1）了解傳感器的組成和工作原理;了解通訊網絡分類與應用選擇;監控軟件配置與應用;數據統計與分析方法;（2）根據應用場景和成本要求進行需求分析和軟硬件設備選型;（3）根據說明書完成主要軟硬件設備安裝與調試;（4）能夠使用測量工具進行設備測試，并能夠分析測試結果;（5）了解設備管理方法，掌握日常檢查維護要點;（6）能根據信息監控、報警、統計結果進行問題分析與判斷。

信息化平臺內容：（1）知識學習：建筑信息化管理應用需求分析方法;信息應用方法;信息分析方法;（2）具備根據說明進行軟件、數據庫等安裝調試能力;（3）具備根據需求進行軟件配置能力;（4）快速掌握進行軟件應用操作能力;（5）掌握系統維護的基本方法;（6）結合管理規范要求流程進行智能建造信息化技術應用能力。

3 實訓實踐條件發生變化

智能技術應用體驗實訓中心—智能澆筑體驗實訓：（1）澆筑工藝是混凝土構件生產和建筑施工的主要表現形式;（2）智能控制采用智能化控制手段進行構件混凝土澆筑過程控制;（3）數字孿生指3D同步現場并在場景中增強表現實際設備運行狀態（4）學生通過智能澆筑學習按照工藝要求在智能澆筑系統中完成澆筑任務的流程，過程中異常工況的解決方案及認知數字孿生的過程;（5）虛擬工地，真實看板，構建不同施工階段智慧工地場景;（6）學習智慧工地各個功能模塊的組成、安裝調試、功能應用，掌握利用智能化技術手段提升建筑工地管理水平方法;（7）模擬各種異常工況條件下，工地場景狀態變化、看板信息變化，學習異常工況判斷及處置預案;（8）利用手機登錄互動體驗實訓系統，在教師引|導下根據場景變化進行智慧工地應用交互體驗實訓，并輸出統計結果。

作為智能化應用技術展現，交互視頻是重要表現形式，結合3D技術和行業應用實況視頻可以充分展示智能建造現狀與未來。

4 “數字化”智能建造技術課程改革

4.1 智能建造技術專業人才培養規格

掌握建筑施工的基礎知識和理論，熟悉建筑施工領域全流程應用軟件，了解數據分析、人工智能、物聯網等技術應用，具備初步的智慧工地布置能力以及應用BIM模型對施工進度、質量、安全、成本等進行管理，能操作智能檢測和檢測儀器設備對施工質量和安全進行檢測和監測，并能對數據進行分析、處理，能負責現場機器人操作作業指導和制定流程圖，能對建筑機器人進行操作、施工組織、協調管理，能運用相關軟件、平臺等對建造過程中涉及的多方、動態的信息進行管理。

4.2 智能建造技術專業課程體系改革

根據人才培養規格要求，對接職業標準，以能力培養為核心，以項目為載體課程體系架構如下圖2。

4.2 課程教學內容改革

整個課程體系通過智能建造數據平臺、載體、智能手段及智能機器人等相關內容整合等。即：

（1）用簡單的表述方式讓建筑專業學生了解智能技術相關的基本原理和專業術語。

（2）教學深度適合于建筑專業教師能夠進行教學實施，范圍覆蓋：智能控制技術、物聯網技術和信息化技術。

（3）學會基本測量工具應用方法，為智能技術應用案例資源包學習打下基礎。

增加內容包括：基本智能化技術應用定律，結合應用了解模擬電路是什么和基本交流術語了解數字信號和CPU數字處理的基本內容和方法、傳感器分類和構成、結合應用案例學習傳感器選型了解智能控制的典型方法、智能控制核心控制部件應用（PLC）、智能控制系統構建過程中主要電氣元件分類、智能控制過程中的電機智能變速控制部件、智能控制過程中步長控制方法、電機、液壓、啟動等典型控制負載分類、組態控制軟件與工業網絡組成與使用、數據傳輸的基本分類和方法、利用公共服務網絡構建信息化服務的方法結合管理需要、學習分解信息化應用構建需求、典型信息化平臺不同組成方法，結合管理需要，應用信息化平臺提升管理效率方法，針對構件生產流水線、智能控制、物聯網、信息化應用的典型案例掌握萬用表使用方法、示波器在智能化技術應用過程中的信號分析作用掌握智能技術應用過程中的用電安全知識。

以建筑施工組織管理為例，編制施工計劃按周期繪制前鋒線預警查看、風險預判智能化網圖檢查進度計劃調整和優化。在整個課程編排過程中，融入了智慧施工平臺操作系統，通過操作平臺查看預警及風險預判，然后進行計劃優化調整，加入BIM5D技術及其運用知識點，掌握進度計劃及施工周期過程中原材料使用量，達到可以時時監控的目標。

4.3 課程實踐教學研究

建設一個新技術支撐下的仿真虛擬智慧工地、智慧管理實訓基地實踐教學實訓基地的建設遵循還原工作場景、豐富實踐教學、了解技術應用、掌握工作原理，實現教學以（1）智慧工地項目為教學場景，圍繞施工和管理，開展認知理論學習，補充現場教學不足知識目標目標;（2）將智慧工地使用的傳感器、AIOT設備、工地大腦數據平臺應用結合到任務場景中去，讓學生按照任務流程、步驟進行智能硬件布點，儀器檢測預警線的設置，使實訓學生深入理解智慧工地應用，提升學生對相關技術先進技能點的掌握的技能實訓教學目標;（3）引入案例模擬情景，設計事故報警點，由學生提供應急處置方案，通過虛擬仿真技術軟件模擬真實工作，后續平臺將接入項目監管云平臺（施工現場數據）引入現場課堂互動實訓，使學生能夠在真實的現場、真實的案例中鍛煉施工技能和實現學生智慧工地綜合管理能力。

參考文獻

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