基于“数字化”背景下高职智能建造技术专业课程改革与实践研究

祝军权

摘 要：数据说明建筑业在国民经济的作用更加凸显，同时智能建造取得显著进展。本文阐释了数字孪生发展优势及智能建造发展应用新需求、“数字化”智能建造技术内涵，制定智能建造技术专业人才培养规格，改革专业课程体系和课程教学内容，并对课程实践教学进行了研究。

关键词：数字孪生;智能建造技术;课程改革;实践教学

中图分类号：G4 文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2022.18.107

0 前言

随着国家在城镇化建设过程以及居民不断对居住环境更高水平要求的发展过程中，我国建筑行业的规模、建造质量得到了飞速的发展。根据相关官网数据显示，在“十二五、十三五”期间，建筑业总产值以 2638% 的速度飞速增长，从2010年至2020年的 9603113 亿元至26394739亿元，十年期间实现了274倍的增速，建筑行业生产总值占国民总值高达 2598% ，建筑行业将在整个国家经济中继续发挥总值优势，建造从传统的施工技术及施工方法过段到智能建造有了质的飞跃。

建筑行业智能化水平落后于制造行业，导致建筑行业在节能环保、劳动用 工等方面遇到了瓶颈，制约了行业发展，只有向智能建造迈进才能不断解 决行业难点，保证行业健康发展。立足新发展阶段，智能建造和建筑工业化协同发量不仅是深入贯彻落实习总书记关于数字化发展重要指示精神，也是推动乡建设绿色发展和建筑字化转型的重要抓手，更是推进新城建，促进物联网，大数握、人工智能等新一代信息技术与建筑业深度融合，有效拉动内需。推动形成新发展格局的重要举措。

1 施工项目數字化转型场景分析

建筑工程项目涉及专业工种多、工作环境复杂，工期长，且整体工业化标准化程度较低，因此施工项目管理难度极大。

核心痛点：（1）工期时间紧，一般工程项目建设周期时间较景，业务流程中存在大量重复劳动及不可避免的人为失误;（2）难点项目精度控制要求高造型复杂、空间结构多的重难点项目对于图纸的精度要求高，当前交付的二维施工图纸在建造精度上而无法满足高难度项目的需求。凭经验凭感觉的人为控制显然难以适用;（3）组织协调难，工程项目中不仅涉及人、财、物的调配与使用还涉及众多参与方协作（业主，资方，总包，监理，设计，施工，材料供应商，设备供应商，专项分包商，劳务分包商等），个中关系交叉复杂，容易造成往来结算、责任划分不清的问题。

BM+智慧工地云平台以BIM和物联网为技术基础，将施工现场的碎片化应用集成至一个统一的云平台，并累和施工业务中产生的业务数据，形的成的据中心。通过建立统一主数据、统一入口、统一技术标准和数据接口，实现组件模块之间的协同与数据共享。同的基子平台内的数据中心，服务于多参与方的科学决策，为工地的精细化、智能化管理提供数据支撑。作为一种融合多种学科的技术，数字 孪生充分利用虚拟模型中的信息，为物理世界提供更加高效、实时、智能的服务。它的实现需要涉及信息、机械、材料、建筑等学科技术的交叉融合。

2 “数字化”智能建造技术内涵

利用信息化充分应用的工业化体系支撑传统建造方式， 学习制造业的技术和管理经验对于建筑主体、过程、要素按照智能化要求 进行解构、分析，利用先进的智能化技术创新新材料、新设备、新工艺，使得建造方式的自动化、数字化、智能化水平不断提升的过程。智能建造是基于互联网的工程项目信息化管控平台，在一定范围内通过数字化、信息化、智能化完成各种操作，实现数字技术、人工智能与建造要求深度融合的一种建造方式。随着计算机技术的不断发展以及计算机使用的不断普及，工程建造领域逐渐形成了以建筑信息模型（BIM）为核心、面向全产业链一体化的工程软件体系。新型深刻变革建造方式。其核心内涵：（1）实施手段有了变化—装备制造业有了突破、智能建造和智慧工地支撑了智慧建筑、施工机器人成为新一代技术人、现场施工的“简单化、程序化和标准化”促使工程质量更高、进度更快、造价更低、更安全、更环保。（2）岗位能力发生变化—智能控制、物联网、信息化平台。

智能控制内容：（1）掌握智能化软硬件设备知识，可编程控制;开关器件;执行机构;传感器（一次回路、二次回路）;（2）为智能控制应用需求提供工艺解决方案;（3）掌握智能设备软硬件运行操作使用方法;（4）掌握常用测试工具使用方法，完成主要设备参数测量;（5）掌握共流程和设备控制过程，能够进行工况判别和处置;（6）了解企业设备管理知识，能进行设备点检和维护。

物联网内容：（1）了解传感器的组成和工作原理;了解通讯网络分类与应用选择;监控软件配置与应用;数据统计与分析方法;（2）根据应用场景和成本要求进行需求分析和软硬件设备选型;（3）根据说明书完成主要软硬件设备安装与调试;（4）能够使用测量工具进行设备测试，并能够分析测试结果;（5）了解设备管理方法，掌握日常检查维护要点;（6）能根据信息监控、报警、统计结果进行问题分析与判断。

信息化平台内容：（1）知识学习：建筑信息化管理应用需求分析方法;信息应用方法;信息分析方法;（2）具备根据说明进行软件、数据库等安装调试能力;（3）具备根据需求进行软件配置能力;（4）快速掌握进行软件应用操作能力;（5）掌握系统维护的基本方法;（6）结合管理规范要求流程进行智能建造信息化技术应用能力。

3 实训实践条件发生变化

智能技术应用体验实训中心—智能浇筑体验实训：（1）浇筑工艺是混凝土构件生产和建筑施工的主要表现形式;（2）智能控制采用智能化控制手段进行构件混凝土浇筑过程控制;（3）数字孪生指3D同步现场并在场景中增强表现实际设备运行状态（4）学生通过智能浇筑学习按照工艺要求在智能浇筑系统中完成浇筑任务的流程，过程中异常工况的解决方案及认知数字孪生的过程;（5）虚拟工地，真实看板，构建不同施工阶段智慧工地场景;（6）学习智慧工地各个功能模块的组成、安装调试、功能应用，掌握利用智能化技术手段提升建筑工地管理水平方法;（7）模拟各种异常工况条件下，工地场景状态变化、看板信息变化，学习异常工况判断及处置预案;（8）利用手机登录互动体验实训系统，在教师引|导下根据场景变化进行智慧工地应用交互体验实训，并输出统计结果。

作为智能化应用技术展现，交互视频是重要表现形式，结合3D技术和行业应用实况视频可以充分展示智能建造现状与未来。

4 “数字化”智能建造技术课程改革

4.1 智能建造技术专业人才培养规格

掌握建筑施工的基础知识和理论，熟悉建筑施工领域全流程应用软件，了解数据分析、人工智能、物联网等技术应用，具备初步的智慧工地布置能力以及应用BIM模型对施工进度、质量、安全、成本等进行管理，能操作智能检测和检测仪器设备对施工质量和安全进行检测和监测，并能对数据进行分析、处理，能负责现场机器人操作作业指导和制定流程图，能对建筑机器人进行操作、施工组织、协调管理，能运用相关软件、平台等对建造过程中涉及的多方、动态的信息进行管理。

4.2 智能建造技术专业课程体系改革

根据人才培养规格要求，对接职业标准，以能力培养为核心，以项目为载体课程体系架构如下图2。

4.2 课程教学内容改革

整个课程体系通过智能建造数据平台、载体、智能手段及智能机器人等相关内容整合等。即：

（1）用简单的表述方式让建筑专业学生了解智能技术相关的基本原理和专业术语。

（2）教学深度适合于建筑专业教师能够进行教学实施，范围覆盖：智能控制技术、物联网技术和信息化技术。

（3）学会基本测量工具应用方法，为智能技术应用案例资源包学习打下基础。

增加内容包括：基本智能化技术应用定律，结合应用了解模拟电路是什么和基本交流术语了解数字信号和CPU数字处理的基本内容和方法、传感器分类和构成、结合应用案例学习传感器选型了解智能控制的典型方法、智能控制核心控制部件应用（PLC）、智能控制系统构建过程中主要电气元件分类、智能控制过程中的电机智能变速控制部件、智能控制过程中步长控制方法、电机、液压、启动等典型控制负载分类、组态控制软件与工业网络组成与使用、数据传输的基本分类和方法、利用公共服务网络构建信息化服务的方法结合管理需要、学习分解信息化应用构建需求、典型信息化平台不同组成方法，结合管理需要，应用信息化平台提升管理效率方法，针对构件生产流水线、智能控制、物联网、信息化应用的典型案例掌握万用表使用方法、示波器在智能化技术应用过程中的信号分析作用掌握智能技术应用过程中的用电安全知识。

以建筑施工组织管理为例，编制施工计划按周期绘制前锋线预警查看、风险预判智能化网图检查进度计划调整和优化。在整个课程编排过程中，融入了智慧施工平台操作系统，通过操作平台查看预警及风险预判，然后进行计划优化调整，加入BIM5D技术及其运用知识点，掌握进度计划及施工周期过程中原材料使用量，达到可以时时监控的目标。

4.3 课程实践教学研究

建设一个新技术支撑下的仿真虚拟智慧工地、智慧管理實训基地实践教学实训基地的建设遵循还原工作场景、丰富实践教学、了解技术应用、掌握工作原理，实现教学以（1）智慧工地项目为教学场景，围绕施工和管理，开展认知理论学习，补充现场教学不足知识目标目标;（2）将智慧工地使用的传感器、AIOT设备、工地大脑数据平台应用结合到任务场景中去，让学生按照任务流程、步骤进行智能硬件布点，仪器检测预警线的设置，使实训学生深入理解智慧工地应用，提升学生对相关技术先进技能点的掌握的技能实训教学目标;（3）引入案例模拟情景，设计事故报警点，由学生提供应急处置方案，通过虚拟仿真技术软件模拟真实工作，后续平台将接入项目监管云平台（施工现场数据）引入现场课堂互动实训，使学生能够在真实的现场、真实的案例中锻炼施工技能和实现学生智慧工地综合管理能力。

参考文献

[1]陶飞，刘蔚然，刘检华，等.数字孪生及其应用探索[J].计算机集成制造系统，2018，24 （01）：118.

[2]丁烈云.智能建造推动建筑产业变革[N].中国建设报，20190607（08）.

[3]孙峻.“新工科”建筑工程人才创新能力培养[J].高等建筑教育，2018，27（2）：59.

[4]Eastman C，Teicholz P，Sacks R，et al. BIM handbook： A guide tobuilding information modeling for owners，managers，designers，engineers and contractors[M].New York：John Wiley & Sons，2011.