基于建筑工程技术专业核心技能的智能化虚拟实训架构

杨 宁，赵美霞

（1.江苏建筑职业技术学院，江苏 徐州 221116；2.建筑工业化与信息化应用技术研究所，江苏 徐州 221116）

一、引言

高职院校实训室和实训场地对于培养学生的实操能力至关重要，是步入工作岗位之前的岗位演练，为培养高素质技能型人才起到了积极的作用。正因如此许多高职院校建设了大量的实训场地，积极有效的保证了人才培养质量。笔者所在的建筑工程技术专业为江苏建筑职业技术学院的龙头专业，先后经过了国家示范建设、江苏省品牌专业建设及江苏省高水平专业群建设，实训室条件得到了有效提升和改善，目前正在进行的双高建设将进一步推动和提升实训室种类、功能和场地的建设工作。尽管如此，随着建筑工程技术专业学生数量的增多以及经济社会科技的进步对建筑工程技术专业发展中诸如新岗位、智能化、学习碎片化等的新变化和新要求，实训室的发展现状与广大师生的需求出现了矛盾，已不能满足广大师生的现实要求，特别是以虚拟现实技术、BIM 技术等为代表的智能化教学的快速发展为实训室的发展带来了新挑战和新机遇。众所周知，虚拟现实技术具有交互性、可感知性、高逼真性、构想性等优势，可给人身临其境的体验和感受。鉴于此，很多研究者研究了虚拟现实技术在课程教学中的应用。李里[1]将土建类专业课程作为引例，基于虚拟现实技术从课程模式、教学体系、教学方法等方面提出了建议。李成[2]将虚拟现实技术应用到了土木工程专业成人教育课程教学中，有效克服了学生课堂体验不佳等问题。邱莹莹[3]梳理知网论文分析了虚拟、增强及混合现实技术在教育教学中的应用现状及遇到的挑战，并对未来提出了展望。王宏[4]探究了虚拟现实技术在种植设计课程教学中的应用。王爽[5]将虚拟现实技术在电气自动化技术专业教学中进行了应用效果良好。冯文[6]将虚拟现实技术在数控技术课程中进行了应用，教学改革效果良好。刘溪辰[7]提出了将VR技术在高职旅游专业教学中进行应用的具体方法。刘向晖[8]提出利用虚拟现实技术突破建筑动画光效表现等教学难点的方法。杨宁[9]提出了将桌面虚拟现实技术融入《建筑识图与绘图》的思路和方法。杨宁[10]从应用成本、传统教学平台和模式等方面分析了虚拟现实技术在教学应用中的制约并提出了应对措施。同时，很多研究者研究了虚拟现实技术在专业实训中的应用。陈淑清[11]构建了滨州学院多层的建筑工程虚拟仿真实训平台。唐昊[12]从实训教学资源、软件系统资源、微课慕课资源、题库资源等方面提出了建筑工程虚拟仿真实训室的建设思路。胡力勤[13]提出一种基于校园网络平台的虚拟实训系统并在建筑智能化工程专业实训中进行应用。鄢维峰[14]从虚拟企业、场景、设备以及虚拟工程项目等方面出发构建仿真实验室。张学钢[15]从总体设计、业务设计及技术设计方面研究了利用虚拟仿真技术实现建筑工程虚拟实训的思路。姚金伟[16]介绍了浙江工商职业技术学院建筑工程仿真实训系统的开发与应用。

综上所述，对于虚拟实训的研究虽然已经取得了一定的成果，但主要聚焦在虚拟技术在教学课程中的应用。对于虚拟现实技术在专业实训中的研究虽有所涉及，但针对智能化虚拟实训内容的架构研究特别是基于建筑工程技术专业核心技能视角的智能化虚拟实训架构研究涉及较少。论文针对当下建筑工程技术专业实训的特点，基于建工专业的五项核心技能，从建筑构造模块、施工专项模块、工程施工管理模块、工程造价模块、核心技能模块等方面架构智能化虚拟实训具有重要意义。

二、当下建筑工程技术专业实训的特点

笔者所在的建筑工程技术专业经过前期的建设取得了一定的规模和成绩，但是仍然不能满足当下师生对于实训的个性化需要，同时科技的快速发展以及学生学情的变化对建筑工程技术专业实训提出了新要求。在此背景下，当下的建筑工程技术专业实训呈现以下特点：第一，学生多而场地有限，需分批实训，实训仪器设备调试拆装花费时间多，实训效率较低；第二，实训人流量大，仪器器材设备损耗大故障多，维护经费大；第三，实训场地时间安排拥挤，实训时间有限，学生无法利用零散时间自由实训；第四，实训内容单一，综合性实训不好实现；第五，危险性的实训无法开设；第六，实训场地建设好后实训内容不能做到与时俱进，不能随着建筑工程技术专业发展中出现的新技术、新岗位而适时的改变；第七，师生比不足，教师不能兼顾到每位同学，每位同学不能保证全程高效参与实训活动，实训效果不佳；第八，实训服务周边企事业单位的作用和能力有限。

三、智能化虚拟实训架构

笔者梳理建筑工程技术专业人才培养方案，在人才培养方案的制定和执行中紧紧围绕识图与绘图、工程测量、钢筋算量、BIM 建模、施工进度计划编制这五项核心技能展开。鉴于现阶段虚拟实训的研究现状、建筑工程技术专业实训的特点以及建筑工程技术专业的五项核心技能，智能化虚拟实训拟从以下几个方面进行架构。

（一）建筑构造模块

刚入学的新生对于建筑的概念比较模糊，对于建筑构造仅仅停留在课本教学的层面上，或仅见过部分的图片，管中窥豹，不具有现实感知性，缺乏对建筑构造的整体概念和把握，学习印象不够深刻。建筑构造的深刻把握可为《建筑识图与绘图》及后续课程的学习奠定坚实的基础，因此设置建筑构造模块非常重要。建筑构造模块的架构包括砖混结构、框架结构、剪力墙结构以及古建筑构造子模块，渗透有建筑工程技术专业中BIM 建模的核心技能。学生可以利用虚拟现实系统进入到对应的子模块开展实训任务，以游览者的身份或者游戏角色进入建筑内部和外部进行漫游和参观，对建筑构造的特定部位进行准确识别和确认。系统可给出正确的答案，会根据参与者的识别情况进行分数的计算和汇总，并给出评价、分析和建议。教师后台可以查看获取学生学习情况，了解学习过程中的易错点和混淆点进而做出教学的适度调整和安排。

（二）施工专项模块

施工专项模块的架构基于建筑工程技术专业人才培养方案中的施工类课程，贯穿建筑工程施工的全过程。涉及的主要课程包括《建筑识图与绘图》、《建筑工程施工测量》、《建筑结构》、《建筑力学》、《建筑材料与检测》、《水电图纸识读》、《建筑工程施工准备》、《基础工程施工》、《混凝土结构工程施工》、《砌体结构工程施工》、《装配式混凝土结构施工》、《钢结构工程施工》、《建筑装饰与防水工程施工》、《BIM 建模》等。该模块将明确的工作任务作为虚拟实训的项目，该工作任务来源于工程现场，并基于现场工程和专业发展而适时调整。

施工专项模块在上述课程基础上划分为建筑结构和工程结构施工子模块两大部分。建筑结构子模块主要包括结构构件的模拟计算和结构内力分析两部分虚拟实训，虚拟实训在实施过程中融入识图与绘图、BIM 建模两项建筑工程程技术专业核心技能。工程结构施工子模块包括识图与绘图虚拟实训、施工工程准备虚拟实训、基础工程施工虚拟实训、混凝土结构工程施工虚拟实训、钢结构工程施工虚拟实训等。该子模块虚拟实训实施过程中囊括了识图与绘图、BIM 建模、工程测量、钢筋算量、施工进度计划编制五项核心技能。每个子模块下的虚拟实训任务均需要参与者以虚拟角色的身份模拟完成，完成前和完成过程中有规范和正确的引导和说明，参与者开始任务之前可以提前进行学习和了解任务完成的规则。在开始虚拟实训的过程中，参与者按照引导进行，若操作错误可点击显示正确的方法。操作全程的记录、数据及结果可以量化表示，老师可以参看学生的个人表现和综合数据，并对课程及实训的重难点、知识点及易错点进行调整。

（三）工程施工管理模块

该模块基于人才培养方案中工程施工管理类课程，贯穿于工程施工管理的全过程。涉及的主要课程包括《建筑工程竣工验收与资料管理》、《建筑工程安全技术与管理》、《BIM 施工管理》、《国际工程项目管理》、《建筑施工模板与脚手架安全技术》、《建筑施工现场临时用电安全技术》、《建筑施工机械与吊装安全技术》、《建筑工程安全文明施工与评分标准》、《建筑工程质量检查与管理》、《见证取样与材料检测》等。

结合涉及上述课程的课内实训、实训课程及课程教学，将工程施工管理模块划分为材料质检管理、资料填写与管理、工程安全管理子模块。材料质检管理子模块主要包括材料管理和质量管理。资料填写与管理子模块主要包括了资料填写和资料管理。工程安全管理子模块包括模板与脚手架安全技术、施工现场临时用电安全技术、施工机械与吊装安全技术、文明施工和绿色施工等。该模块虚拟实训实施过程中同时强化BIM 建模核心技能。工程施工管理模块下所有虚拟实训任务的完成过程同施工专项模块。

（四）工程造价模块

该模块基于人才培养方案中造价预算类课程，贯穿于工程预算的全过程，特别适用于预算造价岗位。涉及的主要课程包括《施工项目承揽与合同管理》、《BIM 算量》、《装饰工程计价》、《水电工程计价实务》、《土建工程计价实务》、《钢筋三维计量》等。

在上述课程的基础上，结合岗位实训及岗位能力的需要，将工程造价模块划分为工程招投标、土建工程计价、水电暖工程计价、装饰工程计价子模块。该模块虚拟实训强化识图与绘图、BIM 建模、钢筋算量核心技能。该模块下所有虚拟实训任务的完成过程同施工专项模块。

（五）核心技能强化模块

该模块是针对建筑工程技术专业人才培养方案中强化建筑工程技术专业核心技能的目标而设置的，同时也响应了培养方案设置的《核心技能训测》课程。该模块主要包括识图与绘图、BIM建模、工程测量、钢筋算量、施工进度计划编制五部分。该虚拟实训模块是针对前面几个模块中渗透的建筑工程技术专业的五项核心技能的进一步强化和夯实，是落实核心技能人人过关的重要部分。该模块下所有虚拟实训任务的完成过程同施工专项模块。

以上各模块以虚拟实训任务为出发点，以工作过程为导向，实训内容紧贴现场实践且可随着技术和岗位的发展进行更新，实训过程生动形象兼具游戏体验特征，实训任务可进行中途暂停和继续，可利用碎片化时间完成。各虚拟实训模块构建了从单项、专项到综合、强化的实训体系，贯穿整个人才培养方案，渗透全部课程及实训课程，形成以建筑工程专业核心技能为中心的虚拟实训体系。

四、结语

建筑工程技术专业智能化虚拟实训和现场实训是相辅相成的，是现场实训的有效补充，对于促进专业人才培养质量、提升学生的专业核心技能至关重要。同时智能化虚拟实训的架构不是一筹而就的，而需要保持一个开放的端口，实现随专业发展、学生个性化发展、技术发展及岗位发展需求的及时更新，并且在实践反馈中持续改进。