淺談BIM與VR技術(shù)集成在建筑施工專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用

文/歐陽愍、王作偉 長沙市中等城鄉(xiāng)建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)校 湖南長沙 410000

譚本樂 湖南中醫(yī)藥大學(xué)第二附屬醫(yī)院 湖南長沙 410000

2016年，住房城鄉(xiāng)建設(shè)部《關(guān)于印發(fā)2016-2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要的通知》提出“十三五”時(shí)期，全面提高建筑業(yè)信息化水平，著力增強(qiáng)BIM、云計(jì)算等信息技術(shù)集成應(yīng)用能力。[1]因此近幾年來，一大批“融合新科技”涌現(xiàn)，其中BIM+VR的集成技術(shù)，將BIM技術(shù)融入到沉浸式VR體驗(yàn)中，為教學(xué)改革提供了可能，讓教學(xué)變的“智慧”,形成全新實(shí)用的建筑施工專業(yè)教學(xué)解決方案。

1、目前建筑施工專業(yè)教學(xué)中的問題

建筑施工專業(yè)課程的理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)，且課程涉及到的知識(shí)內(nèi)容眾多。傳統(tǒng)的建筑工程施工專業(yè)教學(xué)模式存在的問題，是眾多教師共同面對(duì)的難題。

1.1 傳統(tǒng)教學(xué)模式不能將學(xué)生的“做和學(xué)”緊密結(jié)合

一般在建筑施工專業(yè)的課程安排中分為理論基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)踐應(yīng)用知識(shí)兩個(gè)環(huán)節(jié)。在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，往往學(xué)生的做和學(xué)不能緊密的結(jié)合，導(dǎo)致出現(xiàn)理論與實(shí)際脫節(jié)想象。

理論基礎(chǔ)知識(shí)部分，如建筑材料、房屋構(gòu)造等課程，在教學(xué)過程中，老師大多采用在黑板上板書講解或用圖片和視頻進(jìn)行演示講解，學(xué)生被動(dòng)聽課、看圖片、記筆記等形式進(jìn)行學(xué)習(xí)。這種教學(xué)模式，學(xué)生缺乏對(duì)理論內(nèi)容的感性認(rèn)識(shí),同時(shí)學(xué)生學(xué)習(xí)過程比較枯燥、被動(dòng)，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不濃，積極性不高，甚至產(chǎn)生厭學(xué)情緒。所以，學(xué)生不能深入地掌握專業(yè)知識(shí)，不利于培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)能力。

實(shí)踐應(yīng)用知識(shí)部分，如施工組織、施工技術(shù)等課程。目前，職業(yè)院校普遍存在學(xué)生去施工現(xiàn)場參觀實(shí)踐較為困難的問題。其中一部分原因是一些職業(yè)院校經(jīng)費(fèi)有限，無法支持大批量長時(shí)間學(xué)生的實(shí)踐參觀費(fèi)用，最主要的原因是學(xué)生進(jìn)入施工現(xiàn)場可能影響施工單位正常的工作，甚至產(chǎn)生安全隱患。即使部分有條件的職業(yè)院校安排了現(xiàn)場實(shí)踐參觀，在參觀過程中,學(xué)生也只能看到當(dāng)時(shí)施工中的某一階段,無法看到施工生產(chǎn)的全過程。還有一些學(xué)校，在校內(nèi)建造施工實(shí)訓(xùn)基地，學(xué)生可以做一些典型的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目,如梁的鋼筋綁扎，但典型實(shí)訓(xùn)也不能涵蓋建筑施工生產(chǎn)的各個(gè)過程。

理論基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)踐應(yīng)用知識(shí)的分環(huán)節(jié)學(xué)習(xí)，本身也不利于學(xué)生的做學(xué)結(jié)合。所以在這種教學(xué)模式下，導(dǎo)致學(xué)生的做與學(xué)脫節(jié)，最終無法較好的實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)能力的教學(xué)目標(biāo)。

1.2 傳統(tǒng)教學(xué)考核評(píng)價(jià)不夠科學(xué)合理

建筑施工專業(yè)目前的考核評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、考核內(nèi)容、考核方式和評(píng)價(jià)主體不夠合理和科學(xué)。

首先，考核評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)一般由老師們根據(jù)自己對(duì)課程的理解以及學(xué)校的相關(guān)要求設(shè)定，隨意性大，考核標(biāo)準(zhǔn)與崗位標(biāo)準(zhǔn)脫節(jié)。

其次，考核內(nèi)容多源自于書本，盡管同實(shí)際有一定聯(lián)系，但大多是單純的知識(shí)或技能考核，與建筑工程將來的工作實(shí)際還存在一定差異。

接著，一般建筑施工專業(yè)的考核方式為終結(jié)性考核，在一門課程結(jié)束以后用理論閉卷的書面考試或者實(shí)操完成某個(gè)任務(wù)進(jìn)行考核。終結(jié)性考核將教學(xué)評(píng)估作為教學(xué)過程的最后一個(gè)環(huán)節(jié)， 割裂了 “教、 學(xué)、評(píng)”三者之間的聯(lián)系。[2]閉卷的書面考試傳統(tǒng)的題型如填空題、論述題等需要學(xué)生大量的背誦記憶,這樣往往造成了學(xué)生“考前背得滾瓜爛熟,考后忘得一干二凈”,達(dá)不到檢驗(yàn)學(xué)生知識(shí)掌握情況的目的，實(shí)操考核能反映出學(xué)生的操作技能的熟練程度，但一部分學(xué)生平時(shí)沒有約束和激勵(lì)，終極考核成績往往不理想。因此這種終結(jié)性考核不利于培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)。

最后，評(píng)價(jià)主體主要是教師，缺乏企業(yè)的參與和監(jiān)督。僅由學(xué)校一方對(duì)學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)，忽視了社會(huì)對(duì)素質(zhì)應(yīng)用型人才的基本要求，致使整個(gè)評(píng)價(jià)過程缺乏科學(xué)性、合理性，評(píng)價(jià)結(jié)果也得不到用人單位的認(rèn)可。

2、BIM與VR技術(shù)集成分析

2.1 BIM技術(shù)

BIM（Building Information Modeling）是指建筑信息模型，是以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，進(jìn)行建筑模型的建立，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息。它具有可視化，協(xié)調(diào)性，模擬性，優(yōu)化性和可出圖性五大特點(diǎn)。[3]

2.2 VR技術(shù)

VR技術(shù)即虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，它一種能夠創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)生成一種交互式的三維動(dòng)態(tài)視景，其實(shí)體行為的仿真系統(tǒng)能夠使用戶沉浸到該環(huán)境中。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)建的虛擬信息環(huán)境具有沉浸式、交互式和構(gòu)想式三個(gè)基本特性。[4]

2.3 BIM與VR技術(shù)集成

BIM技術(shù)可以將難以理解的CAD二維圖紙轉(zhuǎn)化為虛擬三維模型，而 VR 技術(shù)可以將虛擬與現(xiàn)實(shí)進(jìn)行連通，兩技術(shù)交融，通過構(gòu)建三維虛擬展示，將建好的施工BIM模型轉(zhuǎn)入VR系統(tǒng)，即可進(jìn)行VR交互式操作，完成施工現(xiàn)場的沉浸體驗(yàn)、施工工藝虛擬模擬等，從而為學(xué)生創(chuàng)設(shè)交互交融的過程，同時(shí)沉浸式的體驗(yàn)加強(qiáng)了可視化和具象性，提升了BIM應(yīng)用效果。因此，把BIM與 VR 技術(shù)引入土木工程施工課程教學(xué)中，可以大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，解決傳統(tǒng)教學(xué)中學(xué)生做和學(xué)分離，理論和實(shí)踐脫節(jié)的難題，同時(shí)，BIM與VR技術(shù)集成的即學(xué)即用的特點(diǎn)，能提供教學(xué)考核評(píng)價(jià)痛點(diǎn)問題的解決路徑。

3、BIM與VR技術(shù)集成的教學(xué)體系的具體應(yīng)用

結(jié)合土木工程施工課程教學(xué)中存在的問題及BIM與 VR 技術(shù)集成的優(yōu)勢(shì)，將BIM與 VR集成技術(shù)融入到施工專業(yè)教學(xué)中的具體應(yīng)用如下：

3.1 BIM與VR技術(shù)集成有助于形成新的教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)“以學(xué)生為本”,“做學(xué)合一”

建筑施工專業(yè)在教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)“以學(xué)生為本”，BIM與VR技術(shù)集成形成了新的教學(xué)模式,能有效實(shí)現(xiàn)學(xué)生做和學(xué)有機(jī)融合。

以“建筑施工技術(shù)課程”項(xiàng)目化教學(xué)中樓面鋼筋綁扎的知識(shí)內(nèi)容為例,教師可運(yùn)用三好建筑工程虛實(shí)結(jié)合教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。首先，鼓勵(lì)學(xué)生組成小組團(tuán)隊(duì)，學(xué)生團(tuán)隊(duì)看識(shí)圖紙和施工方案，主動(dòng)探究并嘗試歸納工藝流程，老師重點(diǎn)講解知識(shí)要點(diǎn)。接著老師下達(dá)任務(wù)書，學(xué)生利用三好建筑工程虛實(shí)結(jié)合教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)中的BIM和VR集成技術(shù)沉入式的完成虛擬施工任務(wù),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的深刻理解與把握。施工虛擬場景結(jié)合實(shí)際工程情況，與實(shí)際工作過程一致，學(xué)生通過BIM與VR集成技術(shù), 既在主動(dòng)探究理論知識(shí)點(diǎn)的過程當(dāng)中實(shí)現(xiàn)了動(dòng)手操作,同時(shí)又在沉浸互動(dòng)式環(huán)境操作實(shí)踐過程當(dāng)中,進(jìn)一步內(nèi)化老師所講解到的具體知識(shí)點(diǎn),真正實(shí)現(xiàn)“做學(xué)合一”。因此，學(xué)生通過BIM與 VR 技術(shù)的應(yīng)用，不再簡單地被動(dòng)學(xué)習(xí)，而是結(jié)合了理論學(xué)習(xí)和操作實(shí)踐，學(xué)生將所學(xué)的知識(shí)即刻應(yīng)用，做到即學(xué)即用，實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力得到了提高。BIM與VR技術(shù)集成仿真實(shí)訓(xùn)有效的提升了學(xué)生的職業(yè)能力。

3.2 BIM與VR技術(shù)集成有助于形成過程性考核評(píng)價(jià)模式，豐富教學(xué)考核評(píng)價(jià)體系

傳統(tǒng)的終結(jié)性考核評(píng)價(jià)無法關(guān)注能力形成的過程，無法記錄學(xué)習(xí)者能力培養(yǎng)的各個(gè)動(dòng)態(tài)成果。BIM與VR技術(shù)集成的應(yīng)用，把終結(jié)性考核評(píng)價(jià)延伸為“過程性考核評(píng)價(jià)+終結(jié)性考核評(píng)價(jià)”，如三好建筑工程虛實(shí)結(jié)合教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，學(xué)生完成每一個(gè)施工工藝模擬實(shí)訓(xùn)后都要根據(jù)崗位標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行考核，學(xué)生的考核由各個(gè)動(dòng)態(tài)的過程性考核組成。同時(shí)BIM與VR技術(shù)集成，切合1+X證書制度,豐富了評(píng)價(jià)主體。根據(jù)《國家職業(yè)教育改革實(shí)施方案的通知》國發(fā)〔2019〕4號(hào)，從2019年開始，在職業(yè)院校、應(yīng)用型本科高校啟動(dòng)“學(xué)歷證書+若干職業(yè)技能等級(jí)證書”制度試點(diǎn)工作。1+X證書制度變革，將評(píng)價(jià)主體延伸至企業(yè)專家。[5]

BIM與VR技術(shù)集成以賽促學(xué)、以賽促練，用競賽的評(píng)價(jià)形式來補(bǔ)充傳統(tǒng)的試卷考試評(píng)價(jià)形式。如我校學(xué)生參加的由住房城鄉(xiāng)建設(shè)部人事司指導(dǎo)，中國建設(shè)協(xié)會(huì)主辦的全國職業(yè)院校建設(shè)教育杯職業(yè)技能競賽BIM建模技能賽項(xiàng)和裝配式混凝土建筑虛擬施工操作賽項(xiàng)，還有中國建設(shè)教育協(xié)會(huì)組織的全國建設(shè)類院校施工技術(shù)應(yīng)用技能大賽建筑虛擬施工操作賽項(xiàng)。學(xué)生通過競賽，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)效果,提高了技能水平，同時(shí)競賽的評(píng)價(jià)既有量的精確性，又有質(zhì)的規(guī)定性，在很大程度上提高評(píng)價(jià)的公正公平性。

小結(jié)：

在建筑施工專業(yè)課程教學(xué)中應(yīng)用BIM與 VR技術(shù)是新的嘗試，通過BIM與 VR 技術(shù)的引進(jìn)，解決現(xiàn)場施工實(shí)踐的資源短缺的問題。通過BIM與 VR 技術(shù)集成的虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)實(shí)踐證明，虛實(shí)現(xiàn)實(shí)的人機(jī)交互，拉近了學(xué)生和施工專業(yè)課程的距離，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的途徑，同時(shí)切實(shí)提高了學(xué)生的實(shí)踐能力。BIM與 VR 技術(shù)有助于形成過程性考核評(píng)價(jià)模式，豐富教學(xué)考核評(píng)價(jià)體系，有效的融合競賽的評(píng)價(jià)形式，推動(dòng)教育教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)建筑工程施工專業(yè)學(xué)生專業(yè)素質(zhì)的發(fā)展。