裝配式建筑施工仿真實訓(xùn)系統(tǒng)研發(fā)應(yīng)用

劉彬 華國斌

[摘? ? ? ? ? ?要]? 在建筑業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)背景下，對裝配式建筑施工仿真實訓(xùn)系統(tǒng)進行了研發(fā)應(yīng)用和教學(xué)改革實踐。根據(jù)裝配式建筑施工現(xiàn)場完整操作流程和工藝，與企業(yè)共同研發(fā)了基于VR技術(shù)的裝配式建筑施工仿真實訓(xùn)軟件。通過搭建實訓(xùn)課程能力評價標準和考核體系、建設(shè)實訓(xùn)系統(tǒng)配套資源、建立BIM+VR建造模式、創(chuàng)新“翻轉(zhuǎn)課堂”實訓(xùn)形式等，構(gòu)建了完整的裝配式建筑施工仿真實訓(xùn)系統(tǒng)。本次研發(fā)應(yīng)用實現(xiàn)了教學(xué)的創(chuàng)新突破，解決了教學(xué)與實際脫節(jié)的重大問題，實現(xiàn)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(xué)習者具備裝配式施工實際操作能力。實踐結(jié)果表明，裝配式建筑施工仿真實訓(xùn)系統(tǒng)可作為裝配式建筑實訓(xùn)基地的有效培訓(xùn)手段，從而推動裝配式建筑技術(shù)的快速發(fā)展，提高建筑業(yè)的工業(yè)化水平和建造效率。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 裝配式建筑;VR技術(shù);研發(fā)應(yīng)用;教學(xué)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(wù)院辦公廳印發(fā)的《關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見》要求，加快推進建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化試點工作，大力培養(yǎng)裝配式建筑設(shè)計、生產(chǎn)、施工、管理等專業(yè)人才，進一步加強企業(yè)裝配式建筑技術(shù)交流，推廣裝配式建筑技術(shù)的應(yīng)用，提高裝配式建筑從業(yè)人員的素質(zhì)，滿足裝配式建筑持續(xù)發(fā)展的人才需求，盡快形成成熟完善的培養(yǎng)方案、課程體系、系列教材、課程師資和實訓(xùn)平臺等。而裝配式建筑行業(yè)各個環(huán)節(jié)包括深化設(shè)計、構(gòu)件生產(chǎn)加工、裝配式施工等，技術(shù)人員嚴重不足，各高校對于建筑工業(yè)化和信息化人才的培養(yǎng)還處于摸索階段，在建筑業(yè)急劇發(fā)展和轉(zhuǎn)型升級的趨勢下，如何培養(yǎng)高質(zhì)量的裝配式人才是各高職院校亟待解決的重要問題。

現(xiàn)有的課堂教學(xué)方式無法提供真實的學(xué)習環(huán)境，使學(xué)生的學(xué)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(shù)量的實習學(xué)生群體，無法將每個學(xué)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(xué)生的安全無法得到很好的保證。虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，簡稱VR）是近年來出現(xiàn)的高新技術(shù)，是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機仿真技術(shù)，它利用計算機生成一種模擬環(huán)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(tài)視景和實體行為的系統(tǒng)仿真。將VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)運用到實訓(xùn)教學(xué)中，可以成為突破實訓(xùn)教學(xué)困境、提高課堂教學(xué)效果、革新教學(xué)方式的新思路。教育部辦公廳印發(fā)的《2017年教育信息化工作要點》提出，啟動基于VR的實驗實訓(xùn)平臺建設(shè)，完成“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧教育示范基地建設(shè)。推進以VR技術(shù)的融合應(yīng)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(xùn)系統(tǒng)的建設(shè)，是將理論與實際相結(jié)合，以“互聯(lián)網(wǎng)+”的理念，應(yīng)用BIM技術(shù)、3D建模技術(shù)、VR（虛擬現(xiàn)實技術(shù)）、智慧課堂等多元化的技術(shù)創(chuàng)新手段，實現(xiàn)教學(xué)的創(chuàng)新突破，解決教學(xué)與實際脫節(jié)的重大問題。

一、研發(fā)裝配式建筑施工仿真VR實訓(xùn)軟件

結(jié)合實際工程，根據(jù)裝配式建筑施工現(xiàn)場完整操作流程和工藝，與企業(yè)共同研發(fā)基于VR技術(shù)的裝配式建筑施工仿真實訓(xùn)軟件。

裝配式建筑施工仿真實訓(xùn)軟件根據(jù)真實的裝配式建筑施工現(xiàn)場進行開發(fā)，真實再現(xiàn)各類施工現(xiàn)場的完整操作流程和工藝，展示建筑構(gòu)造。裝配式建筑包括裝配式混凝土結(jié)構(gòu)和裝配式鋼結(jié)構(gòu)兩種結(jié)構(gòu)形式，系統(tǒng)操作包括預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)車間的操作、預(yù)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(yù)制樓梯吊裝施工操作、現(xiàn)澆節(jié)點鋼筋綁扎支模、混凝土現(xiàn)澆施工、外墻接縫處理施工等內(nèi)容，學(xué)生通過穿戴VR設(shè)備，猶如親身在施工現(xiàn)場進行操作訓(xùn)練（見圖1）。

二、構(gòu)建裝配式建筑施工仿真實訓(xùn)系統(tǒng)

在VR技術(shù)的裝配式建筑施工仿真實訓(xùn)軟件的研發(fā)基礎(chǔ)之上，根據(jù)實訓(xùn)需求，完善學(xué)習資料和互動操作，構(gòu)建裝配式建筑施工仿真實訓(xùn)系統(tǒng)。

（一）搭建實訓(xùn)課程能力評價標準和考核體系

傳統(tǒng)的實訓(xùn)課程主要以教師為考核執(zhí)行者，進行現(xiàn)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(xiàn)偏差，影響了考核的公正性。構(gòu)建裝配式建筑施工仿真實訓(xùn)系統(tǒng)，可將考核分為裝配式建筑施工仿真實訓(xùn)考核和智慧互動教學(xué)課堂考核兩部分。裝配式建筑施工仿真實訓(xùn)考核，是將VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)運用到實訓(xùn)教學(xué)中，讓學(xué)習者進行各個環(huán)節(jié)的實際操作，系統(tǒng)根據(jù)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(xué)課堂考核，是通過建立實訓(xùn)課程能力評價標準和考核體系，組建裝配式建筑相關(guān)標準、規(guī)范和圖集的題庫，結(jié)合實訓(xùn)考核評價，進行智慧互動課堂建設(shè)，從而達到最佳的實訓(xùn)教學(xué)效果。

（二）建設(shè)實訓(xùn)系統(tǒng)配套資源

實訓(xùn)系統(tǒng)配套資源可嵌入VR實訓(xùn)操作系統(tǒng)，在進行VR裝配式施工模擬過程中，可定制開發(fā)針對高等職業(yè)教育的VR課程數(shù)據(jù)資源，讓學(xué)習者在模擬過程中隨時調(diào)用，教師可根據(jù)需要隨時修改和增加VR資源。實訓(xùn)系統(tǒng)配套資源包括學(xué)習視頻、使用手冊、任務(wù)書、授課計劃、配套的施工圖紙、技術(shù)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(jù)裝配式建筑項目實例，開發(fā)裝配式建筑VR化建造實訓(xùn)教學(xué)。利用BIM技術(shù)對裝配式建筑進行正向設(shè)計，形成三維可視化BIM模型，校企合作，打通BIM技術(shù)到VR數(shù)據(jù)的通道，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，創(chuàng)建1 ∶ 1的虛擬空間，將裝配式建筑設(shè)計和施工通過交互式的三維動態(tài)視景和實體行為有效結(jié)合，并對虛擬現(xiàn)實中不合理的設(shè)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(dǎo)真實的施工建造。

（四）創(chuàng)新翻轉(zhuǎn)課堂實訓(xùn)形式

傳統(tǒng)的實訓(xùn)課堂是以教師為主導(dǎo)，學(xué)習者被動學(xué)習，本次實訓(xùn)系統(tǒng)的講授是以學(xué)習者為主體，運用翻轉(zhuǎn)課堂的形式，以任務(wù)為向?qū)?，由學(xué)習者設(shè)計裝配式節(jié)點和施工流程，包括拆分部分、連接方式、鋼筋分布、預(yù)埋構(gòu)件、吊裝工藝等，學(xué)習者設(shè)計成果轉(zhuǎn)化為VR場景，并由學(xué)習者交互式調(diào)整虛擬施工和安裝過程，最終完成實訓(xùn)任務(wù)。

三、結(jié)語

裝配式建筑施工仿真實訓(xùn)系統(tǒng)的建設(shè)實現(xiàn)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(xué)習者具備裝配式施工實際操作能力，使學(xué)習者的職業(yè)技能水平與企業(yè)要求同步;同時遵循學(xué)生的認知規(guī)律，通過“虛、實”結(jié)合、理論實訓(xùn)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(xùn)系統(tǒng)可作為裝配式建筑實訓(xùn)基地的有效培訓(xùn)手段，可培養(yǎng)大量裝配式技術(shù)從業(yè)人員，從而推動裝配式建筑技術(shù)的快速發(fā)展，提高建筑業(yè)的工業(yè)化水平和建造效率。

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◎編輯 栗國花