面向智能建造專業發展需求的實驗室建設與探索

關鍵詞：智能建造；實驗室建設；信息化；實驗教學；建設成效

中圖分類號：G640" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2096-000X（2025）18-0007-05

Abstract： Intelligent construction， facing to the development needs of new engineering disciplines， has developed rapidly in Chinese civil engineering colleges. And it has achieved preliminary effect in both the discipline construction and its overall plan. However， the laboratory， the core support of professional development， is still lack of construction experience， causing dissatisfaction with the professional teaching practice. Thus， this paper combs the overall construction plan of the laboratory， based on the development of the intelligent construction. The key problems are analyzed during the construction process with the intelligent construction laboratory of Qingdao University of Technology as a case. And its key construction achievements are summarized， which can provide reference for the intelligent construction laboratories construction and further promote its development.

Keywords： intelligent construction; lab construction; informatization; experimental teaching; construction result

建筑業作為國民經濟的支柱行業，是國民生產總值的主要貢獻力量。然而，在信息化、工業化的迅猛發展大背景之下，建筑業仍存在生產方式粗放、資源消耗高、生產效率低等問題[1]。信息化促建筑業轉型是實現建筑業高質量發展的必然選擇，也得到了政府倡導和行業支持。2020年7月，《住房和城鄉建設部等部門關于推動智能建造與建筑工業化協同發展的指導意見》[2]，表明智能建造將成為未來行業發展的核心方向，加快專業建設和人才培養成為高校土建類專業的重中之重。

鑒于學科發展需要，大量專家學者對智能建造專業進行了宏觀層面研究。丁烈云院士[3]給出了智能建造定義，并指出“三算＋三化”可有效推動建筑業變革。劉占省等[4]綜述了智能建造在土木工程施工中的應用，為智能建造人才培養提供需求借鑒。尤志嘉等[5]結合智能建造研究進展，梳理了智能建造研究理論體系，推進其工程應用。順應行業發展需求，各大高校相繼成功獲批智能建造專業。2017年，同濟大學成為國內外第一所開設智能建造專業的高校。據不完全統計，截至2023年，全國開設智能建造專業本科院校達109所。牛恒茂等[6]對智能建造專業人才需求及市場現狀進行了詳細調研，并從人才培養的頂層設計、課程體系設置及教學與實踐條件等方面給出專業人才培養的建設路徑。劉世平等[7]根據智能建造專業特點，提出了實踐類教學方案。

智能建造專業建設和發展規劃基本形成，作為專業培養的核心支撐，實驗室建設仍缺乏參考經驗。占玉林等[8]結合學校優勢學科基礎，開展了基于虛擬仿真手段的智能建造實驗教學探索，提供了良好的發展方向。在工程應用領域AR智慧識圖[9]、BIM+IOT[10]、智慧化工地等先進技術快速發展，為智能建造實驗室建設提供有利支撐。姜喜迪等[11]介紹了支撐一流學科的實驗中心建設，并指出實驗中心對學科發展的關鍵作用。來志慶等[12]從多角度介紹了海洋地球科學實驗教學示范中心建設實踐，并論述了其對專業發展和學生培養的支撐。上述研究表明，實驗室建設是學科發展的必經之路，應根據專業特點加快智能建造實驗室建設。

一" 智能建造實驗室建設背景

（一）" 智能建造專業介紹

青島理工大學土木工程源于青島禮賢中學1931年設置的高級工程科，歷史悠久、底蘊雄厚。經過多年建設和發展，土木工程是“泰山學者優勢特色學科”、山東省“一流學科”和“高峰學科”建設學科，教育部第四輪學科評估B級、位列山東省屬高校第一，2020年軟科“中國最好學科排名”前20%[13]。土木工程學科除保持傳統特色外，緊扣時代潮流，與工業化、信息化交叉融合。2014年，青島理工大學在中央支持地方高校專向資金的支持下，成立BIM協同創新中心。中心開展了大量的學術研究、教學培訓及社會服務，同時也帶動了土木工程邁向信息化發展，為智能建造專業設立奠定了重要基礎。

順應新工科發展趨勢，2018年，學校黨委決定由土木工程學院牽頭，其他相關學院配合，申請增設智能建造專業。土木工程學院組建專業團隊赴同濟大學進行調研，經過周密準備，獲批教育部第二批智能建造專業。2019年，智能建造專業開始招收本科生，招生規模60人/年。與此同時，開始廣泛引進具有土木背景的師資，并整合校內師資，組建智能建造教研室。

（二）" 智能建造實驗教學

相比理論課教學，實驗教學需要實驗平臺支撐。土木工程學院在結構、巖土、軌道交通和材料科學等方向具備較為完善的實驗教學條件。然而，現有實驗室不能滿足智建類實驗要求，造成智能建造專業的實驗課仍以土工綜合實驗為主，穿插部分虛擬仿真實驗。鑒于上述問題，利用原有基礎建立滿足實驗及實踐教學的智能建造實驗室迫在眉睫。經過多輪協調、走訪調研，確定智能建造實驗教學定位為傳統土木實驗基本原理+先進建造、測試技術，同時還要涉及大數據、云計算、物聯網等相關知識的延伸體驗，最終確定實驗室初期建設應滿足如下要求：

第一，以BIM為主導的結構設計施工信息化教學。

第二，以GIS為主導的智慧城市延伸升級化教學。

第三，以3D打印為主導的先進建造實操化教學。

第四，以混合現實為主導的情景體驗化教學。

2021年，依托山東省財政基金，學院配套部分資金，啟動智能建造實驗室一期建設。學院院長、書記主抓，抽調土木工程智慧建造科研創新團隊骨干教師全職負責整個建設過程，歷時6個月左右，完成了實驗室建設，實驗室建成后如圖1所示。

二" 智能建造實驗室建設實施

建設初期，建設團隊通過線上線下相結合的方式進行調研，線上學習了北京建筑大學等國內知名高校智能建造實驗室建設方案，北京建筑大學建筑VR、AR實現了工地安全的情景式體驗，借助BIMVR一體機、曲面屏實現工程建造5D管理。對山東水利職業學院的智慧工地實訓基地進行實地考察調研，該校更加注重硬件實訓建設，將現行智慧化工地進行分模塊設計并置入室內，如圖2所示。建設團隊梳理了已有專業建設校外資源，與中建八局第一數字科技有限公司、山東青建智慧建筑科技有限公司等信息化施工類企業進行了工地、信息化管理等方面的探討，與廣聯達科技股份有限公司、品茗科技股份有限公司等數字化軟件公司進行信息化設計方面的交流。最終，結合智能建造專業培養方案要求，制定了明確的建設思路和詳細的建設方案。

（一）" 建設思路

通過對國家、省、市三級政策分析，結合智能建造發展現狀，制定了“政策驅動、校內創新、合作共贏”的建設理念。實驗室建設完成后，滿足智能建造專業教學，帶動學科學校發展，逐步建設成為青島市乃至山東省重點實驗室。

1" 學科交叉，整合校內資源打造實驗室特色

結合青島理工大學學科特點和智能建造交叉要求，制定了“一軸兩線”式校內分階段分步驟的交叉發展思路，如圖3所示。以土木工程為主軸，向下延伸出技術和管理兩條線，從而實現智能建造升級變革。青島理工大學建筑學院建設有數字構建實驗室，該實驗室擁有先進的建造機器人，實驗室團隊教師具有扎實的數字構建算法基礎，工程管理學院建設有數字化管理實驗室，擁有多套數字化管理軟件，且擁有先進的工程管理沙盤。初級階段，通過與建筑、工程管理學院的交叉融合，理清數字化建造基本需求、構建數字化建造基本范式。第二階段，通過與機械學院和控制學院深度融合，逐步實現智能化生產建造。最終，當數據量積累到一定量級，通過與商學院和人文學院深度融合，借助大數據分析實現行業賦能和產業升級。上述思路，集合了全校基礎力量實現智能建造專業建設，奠定了實驗室建設基本方向，同時，也以土木工程為主反向帶動全校相關專業發展。

2" 校企合作，凝聚社會力量沖擊重點實驗室

青島理工大學常年致力于土木工程信息化研究，秉承“產學研用”相結合的思想，與青島市乃至山東省行業龍頭企業建立了良好的合作基礎。遴選企業技術專家搭建校外師資庫，通過擔任就業指導教師（圖4（a））、兼職碩導、產業教授的方式參與智能建造專業建設，并為專業發展提供寶貴意見。實驗室建設規劃階段，考慮中建八局第一數字科技有限公司、山東青建智慧建筑科技有限公司在BIM技術、智能建造等方面積累的寶貴經驗和良好的硬件基礎；考慮廣聯達科技股份有限公司、品茗科技股份有限公司等在管理平臺、數字化軟件方面的優勢，以“初步協議—中期基地—長期共建”的合作模式，廣泛開展合作（圖4（b））。通過上述方式，豐富和拓寬了實驗室基礎條件。凝心聚力，力求在五年之內獲批青島市重點實驗室，沖擊山東省重點實驗室。

（二）" 實施過程

1" 實驗室整體設計

擬建設實驗室位于青島理工大學嘉陵江路校區敦華樓2樓，建筑面積約140 m2。結合前期走訪調研及實驗教學要求，實驗室功能要同時滿足教學、研討及展示三部分功能。因此，實驗室劃分為教學區和展示區，其中以教學區為主，展示區為輔，如圖5所示。教學區兼顧考慮大學生各類信息化比賽及本校BIM社團活動，將其設置為六角圓桌，便于學生研討。本實驗室是按照小班化教學設置，單次容納學生為24人，緊急情況下可在展示區加設板凳，增大單次學生容量。

2" 實驗室文化墻設計

智能建造實驗室建設受到學校學院的高度重視，建設完成后必定是學校的重點展示窗口，其文化設計意義重大。考慮充分利用實驗室空間，將房間內墻面做成文化墻，如圖1（a）所示。其中，南側墻作為智能建造實驗室的主展示墻，主要介紹智能建造實驗室發展沿革。東側墻為智能建造文化展示墻，重點宣傳實驗室定位及學院智能建造創新成果（成果區域后期更新），如圖6所示。學院發動本科生創新思維，在智能建造專業收集標語，最終智建2020級同學設計的“智能創新 建造未來”成功入選。展示墻重點展示區域均設置燈帶，內容均可更換，展示墻下側邊緣設置為微型展臺，用于小型設備的展出。西側墻定制整體櫥柜，用于小型設備的存放、實驗室零星物品存放。

3" 軟硬件安裝

軟硬件安裝是本次實驗室建設的核心工作，需要詳細規劃。加之新冠病毒感染疫情的影響，部分軟硬件安裝需要借助線上線下相結合的方式實現。實驗室建設團隊重新梳理了整個實驗室的軟硬件設備，分門別類制訂安裝計劃。

1）高性能工作站與計算機。交給供貨商青島代理商上門安裝，安裝過程中為高性能工作站制作定制機柜，同時要注意六角圓桌的電腦走線設計。

2）3D打印機、飛行平臺、AR和VR等成品化設備。考慮新冠疫情影響，該類設備（圖7）通過遠程視頻連線完成組裝。組裝完成后，順次完成技術培訓，所有培訓過程均保留影像資料，待后期教學使用。

3）多套多節點信息類軟件。軟件安裝分兩類進行，軟件公司安裝技術人員常駐青島，采用線下入校安裝；無長駐青島人員，則采用線上遠程安裝。第一批選取了青島福萊軟件，進行線下安裝，并對實驗室網絡進行了調試，為后續遠程安裝積累了經驗。通過線上線下相結合的方式完成了所有軟件安裝。

（三）" 建設關鍵問題總結

歷時9個月，智能建造實驗室一期竣工，并于秋季學期順利開設智能建造專業實驗課。建設團隊梳理并反思建設過程中的關鍵難題，針對智能建造實驗室建設給出如下建議：

一是依托專業化設計團隊，打造一流實驗室。智能建造專業屬于多學科交叉融合專業，智能建造實驗室建設涉及軟件、硬件、網絡等多專業背景內容。然而，當前大多數高校智能建造師資仍依賴于土木工程專業，知識背景難以適應智能建造實驗室建設要求。通過實驗室建設實踐發現，應聘請專業化團隊負責實驗室的前期規劃設計，避免建設過程中的返工。設計團隊不同于當前的采購代理，應具有豐富的信息化、智能化、網絡化背景，目前行業內大型軟件公司可以勝任此項工作。

二是以課程建設為依托，體系化購買軟硬件。近年來，土木工程領域信息化發展迅猛，大量的智能建造類產品涌現。在實驗室建設中多數以單個產品進行采購，極易出現重復采購或是功能不全等現象，難以支撐課程、專業建設。例如，智慧城市模塊需要同時采購無人機＋RTK硬件設備，并且要購買GIS軟件。因此，建議以課程建設為依托，體系化購買軟硬件，并注重同一款產品的配套產品，不至于后期無法使用。

三是統籌規劃，完善輔助軟硬件的基礎環境搭設。相比于軟硬件，與之對應的基礎環境搭設同等重要。例如，本校智能建造實驗室建設時，為滿足網絡布線要求，進行了防靜電地板施工。大屏施工時，內嵌式龍骨架也需要進行專門的設計。同時，整個實驗室內的網絡環境的穩定也是重要因素，便于后續線上授課開展。

三" 建設成效

智能建造實驗室凝聚了學院、學校大量心血，建設完成后有利地支撐了專業發展。

智建實驗課逐步形成。本年度已為智能建造專業開設了實驗課，該實驗課分為構件3D打印和智能建造裝備認知及實訓。實驗過程中學生參與度高，如圖8所示。經過1～2年建設，逐步替代原有土工綜合實驗，形成屬于智能建造本專業的實驗課。

校企合作取得新發展。實驗室建設完成后，學院以實驗室為依托與青建集團股份公司合作申請到青島市建筑業數字化轉型賦能中心、實驗室主任擔任中心智慧城市板塊業務經理。智能建造實驗室為數字化時代校企合作提供有利支撐。

信息化比賽連獲佳績。實驗室建設完成后，向BIM愛好者協會及各類信息化比賽隊伍開放。2022年，獲得全國BIM畢業設計大賽特等獎1項，結構信息設計大賽國家二等獎3項，其他各類比賽國家二等獎以上多項。實驗室教師獲得BIM比賽職工組二等獎。

促進教師科研發展。智能建造實驗室建設完成后，為學院部分教師科研提供基礎軟硬件，同時支撐學院教師進行各類項目申報。例如，2022年下半年，土木工程學院教師在智建實驗室進行科技慧民項目答辯，取得了良好的效果。

四" 結束語

信息化背景下，智能建造成為土木工程未來發展的新方向。實驗室建設是專業發展必不可少的一部分，智能建造實驗室將繼續發揮自身特色，注重信息化、智能化建設，為學校智能建造人才培養提供基礎條件。做好校企合作，開展智能化服務，成長為青島市重點實驗室。

參考文獻：

[1] 加快建筑業轉型 推動高質量發展——住房和城鄉建設部建筑市場監管司副司長廖玉平解讀《指導意見》[J]．工程建設標準化，2020（8）：12-14．

[2] 住房和城鄉建設部等部門關于推動智能建造與建筑工業化協同發展的指導意見[EB/OL].http：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2020-07/28/content_5530762.htm.

[3] 丁烈云.智能建造創新型工程科技人才培養的思考[J].高等工程教育研究，2019（5）：1-4，29.

[4] 劉占省，孫嘯濤，史國梁.智能建造在土木工程施工中的應用綜述[J].施工技術（中英文），2021，50（13）：40-53.

[5] 尤志嘉，吳琛，劉紫薇.智能建造研究綜述[J].土木工程與管理學報，2022，39（3）：82-87，139.

[6] 牛恒茂，牛建剛，李仙蘭，等.智能建造（技術）專業人才需求調研分析及人才培養路徑探索[J].高教學刊，2022，8（15）：168-172.

[7] 劉世平，駱漢賓，孫峻，等.關于智能建造本科專業實踐教學方案設計的思考[J].高等工程教育研究，2020（1）：20-24.

[8] 占玉林，許江輝，何畏，等.智能建造虛擬仿真實驗教學平臺建設與探索[J].實驗技術與管理，2022，39（6）：227-232.

[9] 常紅賓，季華衛，劉益安，等．基于BIM與AＲ的智慧圖紙技術研究與應用[J]．施工技術，2019，48（S1）：372-374．

[10] 宮長義.基于BIM+IOT工業互聯網技術賦能智能建造[J].施工企業管理，2022（7）：53-55.

[11] 姜喜迪，仲淑姮，杜莉莉.面向新工科支撐一流學科建設的實驗中心建設與開放[J].實驗室研究與探索，2022，41（6）：173-177.

[12] 來志慶，韓宗珠，林霖，劉明，劉博.海洋地球科學實驗教學示范中心建設與實踐[J].實驗室研究與探索，2022，41（6）：165-168.

[13] 青島理工大學土木工程學院簡介[EB/OL].https：//civil.qut.edu.cn/zwsy/gyxy/xyjj.htm.