基于裝配式建筑深化設計能力的土木工程專業人才培養路徑探索

許勝才，邱秀麗，蘇 瑩，王痛快

（賀州學院 建筑工程學院，廣西 賀州 542899）

傳統土木工程專業人才培養在新時代的經濟社會中已開始出現供給與需求脫節的現象，謀求土木工程人才培養的改革以適應社會發展已成為眾多高校特別是地方院校正在思考和開展的工作。目前國內地方院校適時地確立了“應用型大學”的辦學定位，對接地方產業特點，以特色專業建設為抓手，努力提升辦學品位。但如何將這一辦學定位有效落實到人才培養的具體環節中，成為地方院校當前需要認真解決的一個緊迫問題［1-2］。

1 裝配式建筑人才培養與教學改革現狀

近年來，“發展裝配式建筑，推動建筑產業現代化”受到黨中央、國務院及各級政府的高度重視，建筑產業現代化與裝配式建筑正迎來全新的快速發展期。2016年9月，國務院辦公廳印發了《關于大力發展裝配式建筑的指導意見》，明確提出“要強化隊伍建設，大力培養裝配式建筑設計、生產、施工、管理等專業人才”。同年，廣西住建廳等12 個部門聯合印發的《關于大力推廣裝配式建筑促進我區建筑產業現代化發展的指導意見》，要求下一步廣西各區市要結合實際，制定本地區建筑產業現代化發展規劃。賀州地區已經將裝配式建筑列為三大千億元產業之一進行重點打造?？梢灶A見，裝配式建筑由于具有適應工業化、節能、環保等優勢，必將是未來建筑領域的發展方向。但是隨著裝配式建筑的不斷發展，裝配式建筑技術人才儲備不足的問題也日趨嚴重，特別是在裝配式建筑深化設計人員方面［3］。當前許多設計機構為適應行業發展，均大力推進標準化設計，紛紛增設深化設計崗位，甚至構件生產企業直接從事結構構件拆分，完成結構深化設計。然而，高校對這方面的人才培養正處于起步階段，并沒有形成完整的裝配式建筑深化設計的教育培養體系。

在裝配式建筑的建設過程中，需要設計、生產和施工等單位精心配合、協同工作。與現澆結構建筑的建設過程相比，裝配式建筑的設計工作共呈現5 個方面的特征：流程精細化、設計模數化、配合一體化、成本精準化、技術信息化［4］。深化設計不是簡單地一次設計后的拆分設計，而是起始于設計策劃，貫穿于整個設計階段，服務于工廠生產和現場施工，為工程的建設和使用增值［5-6］。同時，裝配式建筑設計應該與BIM 技術緊密聯系，如何將BIM 技術有效應用到深化設計成為裝配式建筑設計的研究熱點［7］，實踐表明，考慮BIM 協同開展裝配式建筑的深化設計，能實現設計、生產、施工、裝修和運營管理“五位一體”的信息化管理，這將成為未來裝配式建筑發展的趨勢［8］。

現在眾多高校已開始進行裝配式建筑人才培養的改革，高職類院校多側重產業工人施工技能培訓［9］，對裝配式建筑產業的綜合能力訓練特別是深化設計能力的訓練是缺失的［10］。對此，部分本科院校將傳統土木工程專業進行延伸，積極探索裝配式建筑人才培養模式［1］。安徽建筑大學運用4 種創新舉措開展面向裝配式建筑技術的土木工程專業改革與實踐［11］。也有地方高校從產教相融、校企合作及師資隊伍建設方面構建裝配式建筑人才培養機制［12］。賀州學院深入研究產業化的建造方式，以裝配式建筑深化設計為主線，實施土木工程專業人才培養教學改革，在裝配式建筑設計教學與人才培養上進行了積極探索。

2 裝配式建筑深化設計特點分析

2.1 裝配式建筑設計流程

傳統的建筑設計過程一般分為三個階段，即前期階段、設計階段和服務配合階段。設計階段一般情況下又分為方案設計、初步設計、施工圖設計三個階段。在設計階段中，建筑項目因專業分工會被劃分為多個不同的段落，不同的設計單位負責不同的任務，最終以不同的專業圖紙呈現出來，幾乎不涉及各專業的設計內容需集成在同一圖紙上。這樣的設計管理模式可以充分發揮各專業優勢，使設計內容更科學合理，但同時也導致不同專業間易產生沖突，重復工作量大。而對于裝配式建筑，在設計流程上，由于多專業的融合與集成化施工的要求，從一開始就運用了協同設計思想，并天然適合采用BIM（Building Information Modeling）技術進行設計，其設計流程如圖1 所示。圖中說明了裝配式建筑設計流程比較傳統設計流程增加了建筑技術策劃和深化設計兩個階段。技術策劃是為了全面系統地統籌規劃設計、生產、施工和運營維護全過程而對裝配式建筑技術和經濟進行的評估，用于指導建造過程。裝配式建筑深化設計有別于傳統設計，起到了整合設計和生產施工信息、承上啟下的作用，主要設計內容是將建筑各系統的結構構件、內裝部品、設備和管線部件以及外圍護系統部件進行深化設計，形成能夠指導工廠生產和施工安裝的構件深化設計圖紙［7］。深化設計是在傳統施工圖基礎上進一步細化的多專業集成的設計工作，具有高度工業化的特征。要想做好深化設計，必須了解預制構件的加工工藝、生產流程、運輸安裝等各環節的要求。因此大力加強土木工程專業人才在深化設計上的能力是裝配式建筑發展的緊要任務。

圖1 裝配式建筑設計流程

2.2 裝配式建筑深化設計要點及關鍵技術

2.2.1 裝配式建筑深化設計要點

裝配式建筑深化設計是在建筑和結構方案確定之后為指導施工和生產所進行的詳細設計，設計目標主要是精準設計、方便制作、利于施工。裝配式建筑結構體系建立起來后，按照“少規格，多組合”的原則對整體結構進行拆分，采用標準化、系列化和通用化的預制構件來代替現場大量的現澆作業，實現高質量、高精度、高效率的施工過程。以裝配式混凝土結構為例，深化設計主要從三個方面去體現。

2.2.1.1 預制構件的布置及拆分

裝配式混凝土結構是指預制混凝土構件通過可靠的連接方式裝配而成的混凝土結構，包括裝配整體式混凝土結構、全裝配式混凝土結構等，他們的區別主要體現在節點的連接形式上。要實現混凝土結構的裝配化施工，就要將混凝土結構拆解成單個可在工廠進行預制的構件。裝配式混凝土結構構件主要包含：全預制柱、全預制梁、疊合梁、全預制剪力墻、單面疊合剪力墻、雙面疊合剪力墻、外掛墻板、預制混凝土夾心保溫外墻板、預制疊合保溫外墻板、全預制樓板、疊合樓板、全預制陽臺板、疊合陽臺板、預制飄窗、全預制空調板、全預制女兒墻、裝飾柱等。根據項目預制率要求和結構受力特點，確定出預制構件分布的樓層和平面所在位置，運用標準化的設計思想，減少構件種類和現澆節點的結構形式，優化裝配施工工藝。

2.2.1.2 預制構件深化設計出圖標準的確定

預制構件深化設計出圖的內容及形式要根據設計的深度要求決定，需要綜合考慮建筑、結構、機電、生產、運輸、施工等信息［13］，所以設計深度高于目前常見的施工圖設計。預制構件深化設計出圖標準應結合國家建筑標準設計圖集和項目相關方具體需求，建筑尺寸信息、配筋信息、各專業協同配置的設備和預埋信息以及運輸吊裝驗算等應反映在深化設計成果當中。一般情況下，約定出圖標準應包括：項目信息、設計說明、反映構件生產加工安裝的全部圖紙（如模板圖、配筋圖、節點詳圖等）、與預制構件運輸安裝相關的施工驗算，最后對所有設計文件應做好歸類、匯總和存檔。

2.2.1.3 滿足生產加工安裝的深化設計圖紙繪制

裝配式建筑的設計圖紙種類比傳統建筑施工圖要多，主要包括：預制構件平面布置圖和裝配立面圖，反映預制構件的位置和尺寸，構件類型等信息；預制構件加工數量表，用于統計各種預制構件的數量；預制構件加工模板詳圖，用于表達預制構件的外形尺寸和預埋件、預留孔洞等信息；預制構件加工配筋詳圖，說明預制構件的結構配筋；預制構件連接節點詳圖，用于表達各種構造節點連接做法； 預制構件加工其他圖紙包括裝飾材料排布圖、保溫材料排布圖、拉結件排布圖、填充塊排布圖等。同時，還要提供預制構件設計計算說明書，用于對預制構件在運輸、吊裝和其他施工過程中的受力驗算。

2.2.2 BIM 技術在裝配式建筑深化設計中的應用

裝配式建筑深化設計需協調建筑、結構、機電等多專業的預留預埋，并涉及生產、運輸、存放和施工等多個階段的需求。深化設計圖紙內容繁雜，如果基于的建筑模型平臺不統一，在信息互通過程中容易產生錯漏碰缺的問題［13］。而BIM 技術是對建筑實體和其各類功能特性的數字化表達，具有可視化、協調性、完備性、一致性和關聯性等特征［8］。裝配式建筑可借助BIM 技術，在實際開始建設前，統籌考慮設計、生產和安裝的各種要求，設計方利用BIM 軟件將參數化的構件建成3D 可視化模型，在同一數字化模型信息平臺上使建筑、結構、設備協同工作，并對設計進行構件制造和現場施工安裝模擬，有效進行碰撞檢查以及構件參數再協調設計以滿足生產制造和現場施工需求，使施工方案得到優化與調整。采用BIM 技術可使裝配式建筑構件深化設計更直觀，利用BIM 技術可很好地保持平、立、剖及詳圖間數據的一致性，從而更好地解決施工圖設計過程中各專業間的信息沖突問題，保證深化設計能準確表達方案意圖并進行效果還原。BIM 技術還能增加構件深化設計的三維可視化模型，對于構件拆分與施工安裝具有直觀的指導作用，以此提高設計和施工質量。

3 基于裝配式建筑深化設計的土木工程專業能力需求調研與教學改革探索

我校基于國家政策引導，結合地方產業需求，積極謀劃土木工程專業學生的能力培養方向，將裝配式建筑知識體系融入土木工程專業人才培養過程中，并以裝配式建筑深化設計為改革方向，培養裝配式建筑領域的高素質應用型人才，也為地方本科院校學生進入設計領域發展開辟出一條可行之路。

3.1 裝配式建筑深化設計內容和企業對人才能力需求調研

裝配式建筑目前還處于起步發展階段，深化設計內容涉及建筑、結構和設備、以及構件生產企業，設計內容多且復雜。需要通過深入企業調研，厘清裝配式建筑深化設計的設計內容和深度，認識深化設計所使用工具，調研企業對人才在裝配式建筑深化設計方面的能力要求，從而研究培養裝配式建筑深化設計人才所應設置的課程體系和培養方案。具體做法是： 深入山東萬斯達建筑科技股份有限公司、華東建筑設計研究院有限公司等企業，圍繞一個實際的裝配式建筑工程項目，從項目流程的源頭走訪，將裝配式建筑工程項目從規劃到設計、圖紙拆分、構件生產、現場安裝、節點處理、后期維護的過程資料收集消化，重點在圖紙拆分的深化設計部分，了解所使用軟件，掌握構件拆分原則，認識構件深化設計內容和深度，學習施工詳圖的繪制方法。同時，跟企業洽談校企合作，建立協同育人平臺，共同推進地方建筑產業化發展。

3.2 裝配式建筑深化設計能力培養教學改革措施

3.2.1 建立裝配式建筑深化設計課程體系及標準

傳統的土木工程專業已有較完備的課程體系，學校要在傳統的土木工程專業上做出特色與亮點，必須針對課程體系做出調整，以適應地方產業發展。通過企業調研，明確裝配式建筑深化設計所需具備的知識體系，增加裝配式建筑實用性新知識、新技術教學。傳統土木工程課程的課程體系包括建筑設計類課程，結構設計類課程，建筑施工技術類課程以及工程管理類課程。裝配式建筑深化設計能力是大土木專業培養的一個方向，基礎性的專業課程理論知識和實踐知識與傳統土木工程并無差異。對課程體系改革的重點，一是在原有土木工程基礎課程上的內容增設，二是新開發更加有針對性的課程，并根據各門課程性質設置合理學分，采取相應的授課方式和考核方式。重點還要研究裝配式建筑深化設計所需掌握的軟件，加強對相關軟件的理解和運用，熟悉軟件之間的協作關系，培養學生對施工圖紙進行深化設計、構件詳圖設計、生產工藝設計、節點大樣及預埋件設計與選型的能力。具體做法包括：

（1）設置《裝配式建筑概論》課，通過圖文并茂的形式讓學生對裝配式建筑有個感性的認識。

（2）深化設計崗位要求專業技術人才必須具有一定的識圖能力。對《工程識圖》進行教學改革，借助在線開放課程形式，結合傳統教學方法多舉措開展裝配式建筑識圖課的教學與實訓。

（3）增設《裝配式混凝土結構構件生產與施工》《裝配式建筑施工組織設計與項目管理》 等理論實踐一體化課程，加強對深化設計知識理解，同時培養施工和管理的職業技能。

（4）增設《裝配式混凝土結構設計》，加強學生對構件拆分原理的理解和運用能力。建立基于BIM技術的裝配式建筑深化設計軟件教學課程，增加《裝配式建筑BIM 技術應用》《裝配式建筑結構設計軟件應用》等課程，用于裝配式結構深化設計課程實訓教學。

3.2.2 構建全方位的裝配式建筑深化設計實踐教學模式

加強理論課程知識的實踐應用，借助校外實習、校內基地實訓、虛擬仿真教學、軟件實操訓練等手段開展全方位的裝配式建筑深化設計實踐教學。

在校外實習方面，與賀州通號裝配式建筑有限公司、廣西五建、賀州住建局等單位聯系，建立協同育人平臺，學生可以在通號和廣西五建在賀州所建立的構件廠開展認識實習和生產實習，掌握裝配化施工的原理，熟悉構件的類型、構件在工廠的生產流程、構件出廠在現場的安裝工藝、節點的加固方式等。同時，通過住建局參觀當地實際工程案例，增強學生對裝配式建筑的感性認識。

在校內實訓方面，借助土木工程特色專業建設，在校內建成裝配式建筑構件生產及裝配施工教學演示基地，可開展的課程實訓項目包括裝配式混凝土結構識圖、裝配式混凝土結構構件模具安裝與鋼筋布置、套筒灌漿實訓、施工模擬體驗、裝配式建筑模型展示等。校內實訓基地的建成，讓師生在基地內部就能接觸到預制構件的設計、生產、吊裝和運輸等內容，并能夠在基地內部對裝配式建筑的施工進行現場組裝模擬。

在虛擬仿真教學方面，建立裝配式建筑設計、施工的VR 虛擬仿真實驗室，實現裝配式建筑生產、運輸、現場安裝全過程的虛擬仿真體驗，與校內實訓和校外實習相結合，不斷深化學生對裝配式建筑的設計理念，提高裝配式建筑深化設計能力。

在軟件實操訓練方面，利用校內BIM 工程中心，考慮BIM 協同，開展裝配式建筑深化設計軟件實操培訓，培養學生對整體結構進行構件拆分的能力、節點處理能力、施工詳圖繪制能力和模型檢查優化能力。建立合理的考評制度，真正讓學生具備工程項目實操能力，學則即會，會之能用。

3.2.3 開展裝配式建筑深化設計畢業設計綜合訓練教學

經過理論教學和實踐項目的訓練后，在畢業設計階段安排實際工程項目進行綜合訓練。讓學生達到熟悉裝配施工工藝流程，掌握整體結構BIM 技術建模，然后進行構件拆分的方法和技巧，掌握裝配式結構的整體受力計算并進行配筋，懂得構件在各個施工流程中的受力分析和安全驗算，能結合其他專業繪制出應用于工廠生產的施工詳圖。具體操作： 選取實際的裝配式建筑工程項目作為設計案例，訓練學生獨立完成整體模型建立和計算的能力，要求學生完成構件拆分和分析計算，繪制整體結構施工圖，然后結合建筑專業和設備專業繪制構件生產和施工詳圖，使之能直接應用于工廠生產和現場安裝。要求學生學會運用BIM 技術進行一體化建模、計算、設計和碰撞檢查，能夠建立自己的樣本文件和族庫，能夠進行施工過程的模擬。最后制定學生畢業設計成果評價標準以及成果提交形式等。

綜上分析，圍繞裝配式建筑深化設計能力的培養，本校土木工程專業教學改革采取的技術路線如圖2 所示。

4 裝配式建筑深化設計能力培養條件保障分析

建筑工業化已上升為國家建筑產業發展的戰略規劃，無論是社會環境需求還是學校專業發展布局，裝配式建筑人才培養已是全社會關注的熱點。將裝配式建筑深化設計能力培養作為土木工程人才培養的一個亮點方向，將獲得社會的關注和學校重點支持。

4.1 社會環境和學校規劃

“發展裝配式建筑，推動建筑產業現代化”受到黨中央、國務院及各級政府的高度重視，也得到業界的積極響應和廣泛參與，各級政府的推動力度不斷加大、企業的內生動力不斷增強、產業的集聚效益不斷顯現，建筑產業現代化與裝配式建筑正迎來全新的快速發展期。我校所在賀州市作為裝配式建筑試點城市之一，已經將裝配式建筑作為三大千億元產業之一進行重點打造。產業的發展需要人才的支撐，特別是愿意服務地方，下得去留得住的應用型人才。我校土木工程專業抓住先機，率先開展裝配式建筑深化設計人才培養，將企業需求和政府支持緊密聯系起來，形成校政企合作動力，使我校在裝配式建筑深化設計人才培養上獲得實習基地和項目觀摩的保障。

圖2 裝配式建筑深化設計能力培養教學改革技術路線

以裝配式新型建筑為主線，聯合賀州通號裝配式建筑有限公司、廣西超超新材有限公司、廣西建工集團等區內企業，找準定位，按照“立足賀州、服務區域、面向基層、強化應用、開放合作、突出特色”的辦學指導思想，學校在十三五規劃中已把土木工程專業作為重點布局專業來抓，要將其建設成為服務區域經濟發展、具有地方和行業特色的高水平應用型專業。建設土木工程特色專業的發力點，在于裝配式建筑深化設計能力的培養，以適應地方經濟社會發展需要，符合學校人才培養目標定位。

4.2 教學資源及平臺建設

學校積極打造成以裝配式建筑方向為特色的土木工程專業教學平臺，開拓教學資源，獲批了“賀州市裝配式建筑技術工程研究中心”和“廣西壯族自治區裝配式建筑示范基地”，利用平臺驅動教學資源和師資建設。學校建成了占地面積約510 平方米的“裝配式建筑產業示范園”，能滿足開展裝配式建筑識圖、設計、構件展示、裝配施工操作、虛擬仿真等實訓教學，服務于裝配式建筑深化設計的實訓教學。學校還建成約140 平方米的“BIM 工程中心”，購買了Revit 軟件和YJK 軟件教學平臺及電腦，用于開展裝配式建筑深化設計培訓。學校與廣西第五建筑工程有限責任公司、賀州通號裝配式建筑有限公司等多家裝配式建筑PC 構建生產廠和建筑施工企業建立了人才培養合作關系，為學生提供校外實習實訓基地。

在課程建設上，建立從概念認知到掌握構件拆分及詳圖繪制的進階型課程教學體系，制定完整教學大綱，利用現代信息技術創新教學手段，建立、健全課程教材、實訓指導書、數字化教學課件、動畫視頻、圖庫素材、行業信息等共享型專業教學資源庫。積極開展線上線下混合教學的一流課程建設，提高課程教學質量，增強學生學習知識的獲得感。目前《工程實圖》已獲批自治區一流課程建設，為裝配式建筑深化設計識圖內容的學習打下了良好的基礎。

4.3 師資隊伍建設

原有土木工程專業教師，從人員數量、職稱結構和學歷結構上較好地滿足了教學的師資要求，但面對新專業新方向，同樣會面臨師資力量欠缺，教師教學經驗不足的問題。因此，學校在裝配式建筑人才儲備上采取柔性引進人才，外聘企業導師，安排教師參加培訓等手段，不斷加強裝配式建筑教學師資力量。學校柔性引進區外裝配式建筑專家和大學資深教授，指導本校青年教師在裝配式建筑深化設計能力上的訓練和提升。聘請賀州通號和廣西五建等企業具有中高級職稱的工程師開展實踐教學。學校整合原有“BIM 工程中心”師資，融入裝配式建筑深化設計教師團隊，安排校內教師深入裝配式建筑企業生產一線學習，同時遠赴山東、浙江和上海等裝配式建筑產業發達地區接受裝配式建筑深化設計的系統培訓，努力打造具有較強理論知識，同時具備較強實踐能力的“雙師型”教師隊伍。

5 結 語

目前國家還未獨立設置裝配式建筑的本科專業，因此為適應建筑現代產業化的發展，解決裝配式建筑人才的需求問題，在傳統土木工程專業中設立裝配式建筑方向進行人才培養是有效并且可行的教學改革模式。實現建筑產業現代化，設計需先行，裝配式建筑的深化設計是裝配式建筑整個產業鏈中非常重要的一環。深化設計階段考慮得越全面，產品質量越有保障，產業化項目的實施越順利。裝配式建筑的蓬勃發展對裝配式建筑深化設計人才需求很大，賀州學院在土木工程應用型人才培養上順勢而為，結合地方產業發展特色，抓住新技術創新和新產業發展的機遇，以基于深化設計能力的土木工程人才培養為突破口，構建了基于裝配式建筑深化設計能力的土木工程專業教學改革新模式，適應當前裝配式建筑設計行業發展的人才需求，在地方高校的轉型發展上體現了自己的特色。