基于BIM技術的裝配式結構虛擬仿真實驗教學改革研究

張 偉 賈彩虹

（南京工程學院建筑工程學院 江蘇·南京 211167）

0 引言

南京工程學院建筑工程學院在本科生人才培養方面，提前規劃制定人才培養目標，基于BIM在國外和國內的發展趨勢，通過改革教學計劃中的部分將被淘汰課程、增加社會急需知識、能力培養課程，以提高輸出人才的整體素質，增強畢業生的競爭力，真正為社會提供出高水平的創新型人才。

隨著新技術的發展，將BIM技術融入土木工程專業實踐教學，進行實踐教學改革，成為高校土木工程人才培養中一項重要舉措。郭閃閃[1]分析了BIM在高校實踐教學中的現狀，并指出了存在的問題，探討了BIM技術應用于教學實踐的優越性。李明[2]等人認真分析了當前實踐教學模式存在的不足和基于 BIM 技術的實踐教學的優勢，提出了基于BIM技術的工程管理實踐教學改革的思路。針對目前土木工程專業課程教學中存在的問題，融合校企合作，程怡[3]構建BIM+新課程體系。隨著中國經濟的高速發展與BIM技術的更新與完善，裝配式結構是目前建筑構造的大趨勢，施工單位基于裝配式結構投入大量精力，理論與生產實踐迫切需要BIM技術與裝配式結構相結合。[4]目前裝配式建筑是建筑行業發展中的熱點問題，但從工程設計施工至工程管理等各方面的裝配式建筑專業技術人才，還遠不能滿足市場需求。劉莉萍[5]等人依據裝配式建筑的工程施工技術特點、內容，通過探索基于裝配式建筑土木工程施工課程實踐教學建設的現狀、教學方式等相關問題，指出了實踐師資、教材、實踐基地、VR教輔資源等實踐教學活動的建設途徑。為探索構建適應裝配式建筑發展的實踐教學體系，黃軍福[6]分析了裝配式建筑背景下構建實踐教學體系的重要意義，提出了一系列的改革思路與措施。2017年初國家發出了推廣智能和裝配式建筑的要求，張西平[7]提出堅持標準化設計、工廠化生產、裝配化施工、一體化裝修、信息化管理、智能化應用的建造創新方式。探索高校裝配式建筑實踐教學建設的相關問題。張莉莉[8]等人主要基于BIM技術的發展現狀，分析BIM技術引入到高校實踐教學中的意義。

但目前如何將 BIM 技術與裝配式結構實驗教學有機結合仍在探索階段，基于此，以南京工程學院建筑工程學院土木工程專業為例，嘗試將BIM技術引入到裝配式結構實驗教學，對于專業實踐教學的改革具有一定的借鑒意義。

1 基于BIM的裝配式結構虛擬仿真實驗教學存在的問題

1.1 基于 BIM 的裝配式結構虛擬仿真實驗教學資源不夠全面

高等學校各學科有著較強的專業優勢，建筑施工生產企業有著較強的開發實力和支持服務能力，但是以培養學生綜合設計和創新能力為出發點的信息化實驗教學資源呈現點狀分布，高等學校與建筑施工生產企業兩者各自的優勢資源相互較為獨立，高水平軟件共享虛擬實驗、儀器共享虛擬實驗和遠程控制虛擬實驗等教學資源不夠豐富，實踐領域較為狹窄。兩者之間的有機結合不夠全面。

1.2 基于 BIM 的裝配式結構虛擬仿真實驗教學的管理和共享平臺不夠成熟

目前很多高等學校積極探索與建設自身實驗教學資源共享平臺，但是缺乏實現校內外、本地區及更廣范圍內的實驗教學資源共享，現有的資源平臺不太具有擴展性、兼容性、前瞻性，無法滿足多地區、多學校和多學科專業的虛擬仿真實驗教學的需求。校企共建共管創新型管理與共享平臺目前尚無成熟及可持續發展的體系。

1.3 基于 BIM 的裝配式結構虛擬仿真實驗教學和管理隊伍不夠完善

現階段高等學校教學、科研及技術人員相結合不夠緊密，核心骨干人員不夠穩定，虛擬仿真實驗教學團隊結構沒有達到有效合理的配置，從而未能形成一支完善的具有教育理念先進，學術水平高，教學科研能力強，實踐經驗豐富虛擬仿真實驗教學和管理隊伍。

1.4 基于 BIM 的裝配式結構虛擬仿真實驗教學中心的管理體系不夠健全

當下以虛擬仿真實驗教學資源的開放共享的目標尚不明確，從而保障虛擬仿真實驗教學的教師工作績效考核、經費使用管理、實驗教學中心維護與可持續發展等政策措施未能一一落實，基于BIM的裝配式結構虛擬仿真實驗教學中心的管理體系不夠健全。

2 基于BIM技術的土木工程實踐教學改革

基于現階段BIM的裝配式結構虛擬仿真實驗教學中存在的問題，針對按照“加強基礎、提高能力、綜合培養”的原則，本次實踐教學改革面向建筑科學領域的土木工程專業，設計了“4+4”模式，即從培養學生實踐能力和創新意識出發，開設個性化、創新性的虛擬仿真實驗項目，加強學生的專業技能訓練，培養綜合設計能力和創新能力，構建循序漸進的“四層次四結合”虛擬仿真教學體系。四層次是指通過專業基礎實驗、專業技能實驗、綜合設計與仿真訓練和創新實踐活動，四個層次實現“分層培養、層層遞進、逐步提高”。

通過“四結合”解決虛擬仿真實驗教學中存在的問題，從而最終達到實踐教學改革目標的要求。這四個結合是：

（1）理論課程與虛擬仿真實驗課程相結合：虛擬仿真實驗與各專業的學科平臺課程、專業核心課程配套，并且教學計劃中對理論課程和虛擬仿真實驗課程的授課時間做了系統的安排，使學生在掌握了一定的理論知識后通過虛擬仿真實驗直觀的了解其應用的領域和方法，增強學生的學習興趣和掌握、運用知識的能力。

（2）實體實驗與虛擬仿真實驗相結合：虛擬仿真實驗重點針對建筑工程設計，土木力學計算，裝配式建筑深化設計拆分，施工組織設計生產等實體實驗無法實現的情景展開，與實體實驗互為補充。

（3）校內實驗與校外交流/實踐相結合：虛擬仿真實驗展現的建筑實訓問題往往具有深刻的現實背景，通過安排學生進行校外實習/實訓基地參觀、實踐，進一步強化虛實結合，促進學生理論聯系實際。

（4）虛擬仿真實驗教學與科學研究相結合：中心為學生提供課外綜合設計與虛擬仿真實驗項目，學生可以自由選題，并在老師指導下通過中心的虛擬仿真實驗平臺開展創新性的研究工作。

3 結語

實踐教學是激發學生探索欲望，培養學生實踐能力和創新精神的必要途徑。土木工程、工程管理專業均是實踐性很強的應用學科，由于學科的自身特點，在實驗教學工作中往往存在一些困難，如：部分實驗項目開設成本過高，而實驗運行經費有限；部分儀器設備價值較高，臺套數有限，難以保證每人都有機會實際操作，這些問題都給我們開設相關實驗帶來了一定的困難。虛擬現實技術的出現和應用為上述問題的解決提供了一條新的思路。通過虛擬仿真實驗教學資源的建設，能夠虛實結合、相互輔助的實驗教學形式能夠激發學生的學習興趣，有效提升實驗教學質量。