刘彬 华国斌
[摘 要] 在建筑业现代化建设背景下，对装配式建筑施工仿真实训系统进行了研发应用和教学改革实践。根据装配式建筑施工现场完整操作流程和工艺，与企业共同研发了基于VR技术的装配式建筑施工仿真实训软件。通过搭建实训课程能力评价标准和考核体系、建设实训系统配套资源、建立BIM+VR建造模式、创新“翻转课堂”实训形式等，构建了完整的装配式建筑施工仿真实训系统。本次研发应用实现了教学的创新突破，解决了教学与实际脱节的重大问题，实现了从装配式概念理论认知到实际施工建造的突破，从而让学习者具备装配式施工实际操作能力。实践结果表明，装配式建筑施工仿真实训系统可作为装配式建筑实训基地的有效培训手段，从而推动装配式建筑技术的快速发展，提高建筑业的工业化水平和建造效率。
[关 键 词] 装配式建筑;VR技术;研发应用;教学改革
[中图分类号] G712 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2021）52-0116-02
国务院办公厅印发的《关于大力发展装配式建筑的指导意见》要求，加快推进建筑产业现代化试点工作，大力培养装配式建筑设计、生产、施工、管理等专业人才，进一步加强企业装配式建筑技术交流，推广装配式建筑技术的应用，提高装配式建筑从业人员的素质，满足装配式建筑持续发展的人才需求，尽快形成成熟完善的培养方案、课程体系、系列教材、课程师资和实训平台等。而装配式建筑行业各个环节包括深化设计、构件生产加工、装配式施工等，技术人员严重不足，各高校对于建筑工业化和信息化人才的培养还处于摸索阶段，在建筑业急剧发展和转型升级的趋势下，如何培养高质量的装配式人才是各高职院校亟待解决的重要问题。
现有的课堂教学方式无法提供真实的学习环境，使学生的学习很大部分停留在“想象”阶段，无法“眼见为实”。装配式建筑施工工艺还没有完全普及，这样的工地很少，面对庞大数量的实习学生群体，无法将每个学生都安排到工地上，并且在工地实习过程中，安全隐患不容忽视，学生的安全无法得到很好的保证。虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）是近年来出现的高新技术，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真技术，它利用计算机生成一种模拟环境，使用户沉浸其中，是一种多源信息融合的交互式三维动态视景和实体行为的系统仿真。将VR虚拟现实技术运用到实训教学中，可以成为突破实训教学困境、提高课堂教学效果、革新教学方式的新思路。教育部办公厅印发的《2017年教育信息化工作要点》提出，启动基于VR的实验实训平台建设，完成“互联网+”智慧教育示范基地建设。推进以VR技术的融合应用为支点的教育改革进程，探索未来教育新模式，是时代赋予的历史使命。
装配式建筑施工仿真实训系统的建设，是将理论与实际相结合，以“互联网+”的理念，应用BIM技术、3D建模技术、VR（虚拟现实技术）、智慧课堂等多元化的技术创新手段，实现教学的创新突破，解决教学与实际脱节的重大问题。
一、研发装配式建筑施工仿真VR实训软件
结合实际工程，根据装配式建筑施工现场完整操作流程和工艺，与企业共同研发基于VR技术的装配式建筑施工仿真实训软件。
装配式建筑施工仿真实训软件根据真实的装配式建筑施工现场进行开发，真实再现各类施工现场的完整操作流程和工艺，展示建筑构造。装配式建筑包括装配式混凝土结构和装配式钢结构两种结构形式，系统操作包括预制构件生产车间的操作、预制外墙吊装施工操作、套筒灌浆施工操作、叠合梁板吊装施工操作、预制楼梯吊装施工操作、现浇节点钢筋绑扎支模、混凝土现浇施工、外墙接缝处理施工等内容，学生通过穿戴VR设备，犹如亲身在施工现场进行操作训练（见图1）。
二、构建装配式建筑施工仿真实训系统
在VR技术的装配式建筑施工仿真实训软件的研发基础之上，根据实训需求，完善学习资料和互动操作，构建装配式建筑施工仿真实训系统。
（一）搭建实训课程能力评价标准和考核体系
传统的实训课程主要以教师为考核执行者，进行现场操作打分，无疑给教师带来了较重的工作量，在打分过程中不可避免地会出现偏差，影响了考核的公正性。构建装配式建筑施工仿真实训系统，可将考核分为装配式建筑施工仿真实训考核和智慧互动教学课堂考核两部分。装配式建筑施工仿真实训考核，是将VR虚拟现实技术运用到实训教学中，让学习者进行各个环节的实际操作，系统根据操作的实际情况进行考核，自动生成考核评价。智慧互动教学课堂考核，是通过建立实训课程能力评价标准和考核体系，组建装配式建筑相关标准、规范和图集的题库，结合实训考核评价，进行智慧互动课堂建设，从而达到最佳的实训教学效果。
（二）建设实训系统配套资源
实训系统配套资源可嵌入VR实训操作系统，在进行VR装配式施工模拟过程中，可定制开发针对高等职业教育的VR课程数据资源，让学习者在模拟过程中随时调用，教师可根据需要随时修改和增加VR资源。实训系统配套资源包括学习视频、使用手册、任务书、授课计划、配套的施工图纸、技术交底文件、装配式建筑考核题库等。
（三）建立BIM+VR建造模式
根据装配式建筑项目实例，开发装配式建筑VR化建造实训教学。利用BIM技术对装配式建筑进行正向设计，形成三维可视化BIM模型，校企合作，打通BIM技术到VR数据的通道，利用虚拟现实技术，创建1 ∶ 1的虚拟空间，将装配式建筑设计和施工通过交互式的三维动态视景和实体行为有效结合，并对虚拟现实中不合理的设计部分进行交互式修改，形成装配式建筑施工图纸，用于指导真实的施工建造。
（四）创新翻转课堂实训形式
传统的实训课堂是以教师为主导，学习者被动学习，本次实训系统的讲授是以学习者为主体，运用翻转课堂的形式，以任务为向导，由学习者设计装配式节点和施工流程，包括拆分部分、连接方式、钢筋分布、预埋构件、吊装工艺等，学习者设计成果转化为VR场景，并由学习者交互式调整虚拟施工和安装过程，最终完成实训任务。
三、结语
装配式建筑施工仿真实训系统的建设实现了从装配式概念理论认知到实际施工建造的突破，从而让学习者具备装配式施工实际操作能力，使学习者的职业技能水平与企业要求同步;同时遵循学生的认知规律，通过“虚、实”结合、理论实训一体化的手段，逐步形成从专项能力、综合能力向顶岗能力逐步提升的渐进过程。装配式建筑施工仿真实训系统可作为装配式建筑实训基地的有效培训手段，可培养大量装配式技术从业人员，从而推动装配式建筑技术的快速发展，提高建筑业的工业化水平和建造效率。
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◎编辑 栗国花
