基于信息技術(shù)的“1+X”裝配式建筑構(gòu)件制作與安裝職業(yè)技能等級(jí)證書教學(xué)實(shí)踐研究

鐘燾，熊啟東，張銀會(huì)，武新杰

（1重慶建筑工程職業(yè)學(xué)院，重慶 400072；2重慶市高等職業(yè)技術(shù)院校裝配式建筑應(yīng)用技術(shù)推廣中心，重慶 400072）

0 引言

近年來，黨中央陸續(xù)頒布了一系列促進(jìn)裝配式建筑發(fā)展的相關(guān)規(guī)范性文件，如《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》《關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見》等，將裝配式建筑配套技術(shù)發(fā)展及專業(yè)化人才建設(shè)作為重要指標(biāo)。裝配式建筑是建造方式的重大變革，將成為建設(shè)領(lǐng)域減少用工、節(jié)能減排、降低成本，提升住房質(zhì)量、品質(zhì)和綜合效益的有效途徑[1]。依據(jù)《國家職業(yè)教育改革實(shí)施方案》《“1+X”證書制度試點(diǎn)方案》等，要求把學(xué)歷證書與職業(yè)技能等級(jí)證書結(jié)合起來，探索實(shí)施1+X證書制度。

重慶建筑工程職業(yè)學(xué)院結(jié)合行業(yè)、企業(yè)形勢及自身發(fā)展情況，校企聯(lián)合啟動(dòng)建設(shè)“裝配式建筑構(gòu)件制作與安裝”的“1+X”證書。統(tǒng)籌設(shè)計(jì)建設(shè)裝配式關(guān)鍵技術(shù)實(shí)訓(xùn)區(qū)，輔以先進(jìn)信息技術(shù)，滿足“1+X”證書制度下的實(shí)訓(xùn)教學(xué)、技能競賽、教研科研、社會(huì)服務(wù)等需求，著力解決當(dāng)前“1+X”裝配式建筑構(gòu)件制作與安裝職業(yè)技能等級(jí)證書考評(píng)普遍存在的功能不完備、硬件不完善、實(shí)操不能追溯、實(shí)訓(xùn)不安全等系列突出問題，彌補(bǔ)實(shí)踐教學(xué)信息化程度低、自主學(xué)習(xí)性差等缺陷。秉承“以實(shí)帶虛、以虛助實(shí)、虛實(shí)結(jié)合”的原則，運(yùn)用信息化手段，結(jié)合靈活有效的學(xué)習(xí)方式，打造“虛實(shí)”一體化教學(xué)模式。

1 裝配式關(guān)鍵技術(shù)實(shí)訓(xùn)區(qū)平面及安全設(shè)計(jì)

裝配式關(guān)鍵技術(shù)實(shí)訓(xùn)區(qū)的設(shè)計(jì)充分借鑒了國內(nèi)外先進(jìn)的新技術(shù)、新工藝，與行業(yè)、專業(yè)、市場緊密結(jié)合，并統(tǒng)籌實(shí)訓(xùn)教學(xué)、技能競賽、《“1+X”裝配式建筑構(gòu)件制作與安裝職業(yè)技能等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》《“1+X”裝配式建筑構(gòu)件制作與安裝考點(diǎn)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》各方面內(nèi)容，經(jīng)過前期充分調(diào)研和數(shù)次會(huì)議探討，形成設(shè)計(jì)方案。

1.1 平面設(shè)計(jì)

關(guān)鍵技術(shù)實(shí)訓(xùn)區(qū)通過合理的教學(xué)動(dòng)線，以裝配式建筑生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)為依據(jù)，結(jié)合住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部近期發(fā)布的《裝配式建筑職業(yè)技能標(biāo)準(zhǔn)（征求意見稿）》與重慶市工程建設(shè)地方標(biāo)準(zhǔn)《裝配式混凝土建筑技術(shù)工人職業(yè)技能標(biāo)準(zhǔn)》（DBJ50/T-298-2018），設(shè)計(jì)科學(xué)合理的教學(xué)實(shí)操內(nèi)容，分別為：件制作工、預(yù)埋工、構(gòu)件裝配工、灌漿工、打膠工（接縫防水）、內(nèi)裝部品組裝工（圖1）。

圖1 平面布置

實(shí)訓(xùn)區(qū)域?yàn)殇摽蚣芙Y(jié)構(gòu)形式，采用大空間大跨度設(shè)計(jì)，矩形布置，跨度約23.4m，長約53.5m，寬約23.4m，凈面積約1236m2，凈高約10m。實(shí)訓(xùn)區(qū)域采用真實(shí)構(gòu)件建設(shè)，直觀真實(shí)呈現(xiàn)生產(chǎn)及施工現(xiàn)場場景。各實(shí)訓(xùn)工種設(shè)置了龍門吊及配套設(shè)施、機(jī)具、材料等，可開展裝配式建筑關(guān)鍵技術(shù)分組實(shí)訓(xùn)教學(xué)（圖2—圖4）。在傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)基礎(chǔ)上，配套人臉識(shí)別、無人值守、智能監(jiān)控、教學(xué)資源共享等智能化硬件設(shè)施，實(shí)現(xiàn)教學(xué)與實(shí)操的融合。

圖2 構(gòu)件裝配、內(nèi)裝部品組裝工位

圖4 關(guān)鍵工種工位展示

1.2 安全設(shè)計(jì)

鑒于安全在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的重要性，系統(tǒng)進(jìn)行了安全設(shè)計(jì)（圖5）。一方面，在關(guān)鍵技術(shù)實(shí)訓(xùn)區(qū)入口處配備安全提醒顯示屏，在實(shí)訓(xùn)人員進(jìn)入場地的第一時(shí)間對其進(jìn)行佩戴安全防護(hù)器具的提醒；另一方面，在每一個(gè)實(shí)訓(xùn)工位上，配備高清攝像頭，通過色彩識(shí)別及節(jié)點(diǎn)動(dòng)作捕捉的技術(shù)，對實(shí)訓(xùn)人員是否完成勞保用品的穿戴進(jìn)行判斷，并且將判斷結(jié)果通過后臺(tái)算法與實(shí)訓(xùn)工位的電力供應(yīng)相關(guān)聯(lián)；同時(shí)，還設(shè)計(jì)了安全帽智能識(shí)別系統(tǒng)，通過設(shè)置帶語音指令的高清監(jiān)控設(shè)備，在管理區(qū)域及教學(xué)場所可隨時(shí)調(diào)用該監(jiān)控，實(shí)時(shí)系統(tǒng)查看區(qū)域全景（或工位近景）及實(shí)訓(xùn)教學(xué)情況，做到全景教學(xué)（或?qū)嵕敖虒W(xué)），也可以作安全巡視，一旦發(fā)現(xiàn)有工作人員或?qū)W生未佩戴安全帽，則發(fā)出安全指令提醒，還能兼顧該區(qū)域的安全監(jiān)控，保障實(shí)訓(xùn)教學(xué)全過程安全，使其具有可追溯性。真正意義上在沒有現(xiàn)場安全員的情況下，也可以確保實(shí)訓(xùn)人員進(jìn)行安全防范。

圖3 構(gòu)件制作、預(yù)埋、灌漿、打膠工位

圖5 安全設(shè)計(jì)

2 信息技術(shù)應(yīng)用

在信息化的大背景下，高校土建類專業(yè)的人才培養(yǎng)迎來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，現(xiàn)代信息技術(shù)融入教學(xué)實(shí)訓(xùn)勢在必行[2]。

實(shí)訓(xùn)區(qū)域運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)，以各應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)為載體，將建筑與教育的相關(guān)設(shè)施設(shè)備接入云平臺(tái)，建立基于BIM的可視化三維運(yùn)維管理平臺(tái)；并將人工智能技術(shù)與教學(xué)環(huán)境、學(xué)習(xí)過程、教育評(píng)價(jià)、管理服務(wù)充分融合，以虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)理念，實(shí)現(xiàn)無處不在的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、智能綠色的智慧實(shí)訓(xùn)，以及具備環(huán)境全感知、網(wǎng)絡(luò)互通、大數(shù)據(jù)支撐、開放學(xué)習(xí)環(huán)境、師生個(gè)性服務(wù)等特征的教育智能化與教育全過程的無縫連接；開展基于BIM技術(shù)的貫穿裝配式建筑工程全產(chǎn)業(yè)鏈的實(shí)訓(xùn)教學(xué)，實(shí)現(xiàn)裝配式建筑構(gòu)件制作與安裝實(shí)訓(xùn)教學(xué)及職業(yè)技能培訓(xùn)的無人化教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)；配合虛擬仿真技術(shù)，構(gòu)建完善的、可視化的教學(xué)和學(xué)習(xí)場景。

2.1 智能物聯(lián)管理

智能物聯(lián)管理是基于云計(jì)算的物聯(lián)網(wǎng)云+端一體化管理平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)CMP（連接管理）、DMP（設(shè)備管理平臺(tái)）、AEP（應(yīng)用使能平臺(tái)）、BAP（業(yè)務(wù)分析平臺(tái)）等平臺(tái)管理功能，支持各種智能硬件、電子班牌、智能門禁、納米智慧黑板、AI監(jiān)控、智能家居與設(shè)備的接入管理，提供故障感知、設(shè)備定位、人機(jī)交互和智能控制服務(wù)功能（圖6）。

圖6 智能物聯(lián)管理系統(tǒng)架構(gòu)

2.2 教學(xué)云平臺(tái)搭建

搭建教學(xué)云平臺(tái)是針對教學(xué)活動(dòng)組織的管理，如課程設(shè)計(jì)、在線學(xué)習(xí)、在線考試、課程直播、進(jìn)度管理等。教學(xué)資源庫對教學(xué)活動(dòng)相關(guān)的教學(xué)資源，如課程課件、構(gòu)件/節(jié)點(diǎn)模型、試題、圖紙、工藝數(shù)據(jù)、課程視頻、知識(shí)點(diǎn)等，進(jìn)行存儲(chǔ)和管理。

教學(xué)云平臺(tái)包括在線課程服務(wù)系統(tǒng)、考試題庫平臺(tái)、資源庫數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)，以MinIO儲(chǔ)存服務(wù)器為基礎(chǔ)支撐層，同時(shí)包含對用戶數(shù)據(jù)、資源數(shù)據(jù)、學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和監(jiān)控的系統(tǒng)。將實(shí)訓(xùn)區(qū)域的建筑設(shè)備、教學(xué)設(shè)備、教學(xué)軟件及資源等與云平臺(tái)融合，可實(shí)現(xiàn)基于建筑三維模型的教學(xué)運(yùn)維管理[3]。

教學(xué)云平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)如圖7所示。

圖7 教學(xué)云平臺(tái)系統(tǒng)

3 智慧教學(xué)

通過搭建合理可靠的智慧實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)，融入智能考勤、智能中控系統(tǒng)、教學(xué)資源云系統(tǒng)、教學(xué)資源數(shù)據(jù)共享服務(wù)、無人值守教學(xué)與考評(píng)等平臺(tái)功能，展現(xiàn)裝配式建筑全過程的工藝及關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源的智慧化應(yīng)用，構(gòu)建無人值守的信息化智慧教學(xué)模式。

3.1 信息化教學(xué)

以關(guān)鍵工種實(shí)操崗位作為媒介，輔助工位教學(xué)一體機(jī)及手機(jī)端APP，構(gòu)建集教學(xué)、實(shí)訓(xùn)、培訓(xùn)、科研、產(chǎn)教融合于一體的建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化教育平臺(tái)系統(tǒng)[4]，實(shí)現(xiàn)無人值守教學(xué)、實(shí)訓(xùn)和考核（圖8）。實(shí)操過程涉及的生產(chǎn)過程、施工工藝已配置完善的教學(xué)資源（包含教學(xué)視頻、試題庫等），教師在后臺(tái)設(shè)置實(shí)訓(xùn)任務(wù)書、考核分組與考核時(shí)間等基本信息，學(xué)生通過教學(xué)一體機(jī)配置的人臉識(shí)別智能簽到系統(tǒng)進(jìn)行身份認(rèn)證（學(xué)生考核成績與身份ID進(jìn)行有效連接綁定），簽到后即可在工位一體機(jī)（或手機(jī)端）進(jìn)行教學(xué)資源的深度學(xué)習(xí)，然后進(jìn)行實(shí)操演練與考核。

圖8 信息化教學(xué)

3.2 無人值守教學(xué)

無人值守與考核依托于裝配式建筑教學(xué)資源數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺(tái)、教學(xué)資源云系統(tǒng)、智慧課堂質(zhì)量監(jiān)測評(píng)分系統(tǒng)、智能考勤管理系統(tǒng)等平臺(tái)或系統(tǒng)，將配套的裝配式建筑教學(xué)中的建筑構(gòu)件、構(gòu)件安裝、防水施工、裝飾施工等工法節(jié)點(diǎn)的相關(guān)學(xué)習(xí)知識(shí)模型化、數(shù)據(jù)化，為建筑類專業(yè)學(xué)生提供完善的教學(xué)、學(xué)習(xí)場景，幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)到所需的專業(yè)知識(shí)，達(dá)到最佳的學(xué)習(xí)效果。

實(shí)現(xiàn)過程：提前錄入學(xué)生個(gè)人檔案，配置人臉識(shí)別攝像頭對學(xué)生進(jìn)行身份采集、識(shí)別，各工位均設(shè)有教學(xué)一體機(jī)及攝像頭（可全程無死角進(jìn)行錄制及回放）。教師提前進(jìn)行教學(xué)任務(wù)的發(fā)布及資源的配置，學(xué)生簽到后即可進(jìn)行分組學(xué)習(xí)與實(shí)操，教師無需到現(xiàn)場，即可通過智能化系統(tǒng)平臺(tái)后端，清晰查看學(xué)生對知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)掌握情況及實(shí)操過程，還可進(jìn)行在線解答與發(fā)布通知，實(shí)現(xiàn)無人值守模式下的自主學(xué)習(xí)/實(shí)訓(xùn)/考核等（圖9）。

圖9 無人值守教學(xué)方式

通過無人值守教學(xué)模式，還可有效進(jìn)行學(xué)情分析，對學(xué)生職業(yè)能力進(jìn)行精準(zhǔn)畫像，查找相對薄弱環(huán)節(jié)，便于教師及時(shí)調(diào)整教學(xué)重點(diǎn)，優(yōu)化教學(xué)環(huán)節(jié)，不斷提升教學(xué)質(zhì)量，通過針對性短板補(bǔ)足及個(gè)性化培養(yǎng)，不斷提高學(xué)生職業(yè)能力，實(shí)現(xiàn)學(xué)生精準(zhǔn)高質(zhì)量就業(yè)，達(dá)成培養(yǎng)目標(biāo)。

3.3 課程實(shí)施

構(gòu)建基于裝配式建筑生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)維管理的全流程職業(yè)工作過程的“平臺(tái)+模塊”課程體系，校企共同研制人才培養(yǎng)方案，完善課程標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化課程內(nèi)容，使實(shí)訓(xùn)教學(xué)與實(shí)操考核融合，及時(shí)將新技術(shù)、新工藝、新規(guī)范納入課程標(biāo)準(zhǔn)和教學(xué)內(nèi)容；同時(shí)，將“1+X”證書與學(xué)分銀行相結(jié)合，全面推進(jìn)“1+X”證書制度，促進(jìn)“課證融通”[5]；另外，把“1+X”證書考核項(xiàng)目進(jìn)一步拆解，根據(jù)教學(xué)規(guī)律以及知識(shí)技能系統(tǒng)性原則進(jìn)行重新組合，形成由一些考核內(nèi)容群集而成的課程內(nèi)容，由課程內(nèi)容的群集形成課程，這樣就實(shí)現(xiàn)了真實(shí)意義上的“課證融通”[6]（圖10）。

同時(shí)學(xué)校還通過積極承辦市級(jí)裝配式建筑施工員行業(yè)技能競賽等活動(dòng)，以賽促教、以賽促學(xué)、賽教融合，推進(jìn)“課賽融通”；堅(jiān)持“產(chǎn)教融合、育訓(xùn)一體”的發(fā)展理念，通過堅(jiān)持不懈的努力推進(jìn)，持續(xù)培養(yǎng)產(chǎn)業(yè)急需、德技并修的高素質(zhì)技術(shù)技能人才。

圖10 考核項(xiàng)目與課程融通圖

4 結(jié)語

裝配式關(guān)鍵技術(shù)實(shí)訓(xùn)區(qū)以“1+X”證書制度為依據(jù)、真實(shí)構(gòu)件為藍(lán)本、關(guān)鍵工種為媒介進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，輔以工位教學(xué)一體機(jī)及手機(jī)端APP和系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)無人值守教學(xué)、實(shí)訓(xùn)和考核。同時(shí)，形成了完整的基于工作過程的系統(tǒng)化“平臺(tái)+模塊”課程體系，在產(chǎn)教融合基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了“課證融通”與“課賽融通”。下一步，如何行之有效地開展裝配式建筑關(guān)鍵技術(shù)、質(zhì)量檢測、節(jié)點(diǎn)連接和工法標(biāo)準(zhǔn)等研究與應(yīng)用，是課題重點(diǎn)擴(kuò)展與深化的方向。