基于装配式建筑深化设计能力的土木工程专业人才培养路径探索

许胜才，邱秀丽，苏 莹，王痛快

（贺州学院 建筑工程学院，广西 贺州 542899）

传统土木工程专业人才培养在新时代的经济社会中已开始出现供给与需求脱节的现象，谋求土木工程人才培养的改革以适应社会发展已成为众多高校特别是地方院校正在思考和开展的工作。目前国内地方院校适时地确立了“应用型大学”的办学定位，对接地方产业特点，以特色专业建设为抓手，努力提升办学品位。但如何将这一办学定位有效落实到人才培养的具体环节中，成为地方院校当前需要认真解决的一个紧迫问题［1-2］。

1 装配式建筑人才培养与教学改革现状

近年来，“发展装配式建筑，推动建筑产业现代化”受到党中央、国务院及各级政府的高度重视，建筑产业现代化与装配式建筑正迎来全新的快速发展期。2016年9月，国务院办公厅印发了《关于大力发展装配式建筑的指导意见》，明确提出“要强化队伍建设，大力培养装配式建筑设计、生产、施工、管理等专业人才”。同年，广西住建厅等12 个部门联合印发的《关于大力推广装配式建筑促进我区建筑产业现代化发展的指导意见》，要求下一步广西各区市要结合实际，制定本地区建筑产业现代化发展规划。贺州地区已经将装配式建筑列为三大千亿元产业之一进行重点打造。可以预见，装配式建筑由于具有适应工业化、节能、环保等优势，必将是未来建筑领域的发展方向。但是随着装配式建筑的不断发展，装配式建筑技术人才储备不足的问题也日趋严重，特别是在装配式建筑深化设计人员方面［3］。当前许多设计机构为适应行业发展，均大力推进标准化设计，纷纷增设深化设计岗位，甚至构件生产企业直接从事结构构件拆分，完成结构深化设计。然而，高校对这方面的人才培养正处于起步阶段，并没有形成完整的装配式建筑深化设计的教育培养体系。

在装配式建筑的建设过程中，需要设计、生产和施工等单位精心配合、协同工作。与现浇结构建筑的建设过程相比，装配式建筑的设计工作共呈现5 个方面的特征：流程精细化、设计模数化、配合一体化、成本精准化、技术信息化［4］。深化设计不是简单地一次设计后的拆分设计，而是起始于设计策划，贯穿于整个设计阶段，服务于工厂生产和现场施工，为工程的建设和使用增值［5-6］。同时，装配式建筑设计应该与BIM 技术紧密联系，如何将BIM 技术有效应用到深化设计成为装配式建筑设计的研究热点［7］，实践表明，考虑BIM 协同开展装配式建筑的深化设计，能实现设计、生产、施工、装修和运营管理“五位一体”的信息化管理，这将成为未来装配式建筑发展的趋势［8］。

现在众多高校已开始进行装配式建筑人才培养的改革，高职类院校多侧重产业工人施工技能培训［9］，对装配式建筑产业的综合能力训练特别是深化设计能力的训练是缺失的［10］。对此，部分本科院校将传统土木工程专业进行延伸，积极探索装配式建筑人才培养模式［1］。安徽建筑大学运用4 种创新举措开展面向装配式建筑技术的土木工程专业改革与实践［11］。也有地方高校从产教相融、校企合作及师资队伍建设方面构建装配式建筑人才培养机制［12］。贺州学院深入研究产业化的建造方式，以装配式建筑深化设计为主线，实施土木工程专业人才培养教学改革，在装配式建筑设计教学与人才培养上进行了积极探索。

2 装配式建筑深化设计特点分析

2.1 装配式建筑设计流程

传统的建筑设计过程一般分为三个阶段，即前期阶段、设计阶段和服务配合阶段。设计阶段一般情况下又分为方案设计、初步设计、施工图设计三个阶段。在设计阶段中，建筑项目因专业分工会被划分为多个不同的段落，不同的设计单位负责不同的任务，最终以不同的专业图纸呈现出来，几乎不涉及各专业的设计内容需集成在同一图纸上。这样的设计管理模式可以充分发挥各专业优势，使设计内容更科学合理，但同时也导致不同专业间易产生冲突，重复工作量大。而对于装配式建筑，在设计流程上，由于多专业的融合与集成化施工的要求，从一开始就运用了协同设计思想，并天然适合采用BIM（Building Information Modeling）技术进行设计，其设计流程如图1 所示。图中说明了装配式建筑设计流程比较传统设计流程增加了建筑技术策划和深化设计两个阶段。技术策划是为了全面系统地统筹规划设计、生产、施工和运营维护全过程而对装配式建筑技术和经济进行的评估，用于指导建造过程。装配式建筑深化设计有别于传统设计，起到了整合设计和生产施工信息、承上启下的作用，主要设计内容是将建筑各系统的结构构件、内装部品、设备和管线部件以及外围护系统部件进行深化设计，形成能够指导工厂生产和施工安装的构件深化设计图纸［7］。深化设计是在传统施工图基础上进一步细化的多专业集成的设计工作，具有高度工业化的特征。要想做好深化设计，必须了解预制构件的加工工艺、生产流程、运输安装等各环节的要求。因此大力加强土木工程专业人才在深化设计上的能力是装配式建筑发展的紧要任务。

图1 装配式建筑设计流程

2.2 装配式建筑深化设计要点及关键技术

2.2.1 装配式建筑深化设计要点

装配式建筑深化设计是在建筑和结构方案确定之后为指导施工和生产所进行的详细设计，设计目标主要是精准设计、方便制作、利于施工。装配式建筑结构体系建立起来后，按照“少规格，多组合”的原则对整体结构进行拆分，采用标准化、系列化和通用化的预制构件来代替现场大量的现浇作业，实现高质量、高精度、高效率的施工过程。以装配式混凝土结构为例，深化设计主要从三个方面去体现。

2.2.1.1 预制构件的布置及拆分

装配式混凝土结构是指预制混凝土构件通过可靠的连接方式装配而成的混凝土结构，包括装配整体式混凝土结构、全装配式混凝土结构等，他们的区别主要体现在节点的连接形式上。要实现混凝土结构的装配化施工，就要将混凝土结构拆解成单个可在工厂进行预制的构件。装配式混凝土结构构件主要包含：全预制柱、全预制梁、叠合梁、全预制剪力墙、单面叠合剪力墙、双面叠合剪力墙、外挂墙板、预制混凝土夹心保温外墙板、预制叠合保温外墙板、全预制楼板、叠合楼板、全预制阳台板、叠合阳台板、预制飘窗、全预制空调板、全预制女儿墙、装饰柱等。根据项目预制率要求和结构受力特点，确定出预制构件分布的楼层和平面所在位置，运用标准化的设计思想，减少构件种类和现浇节点的结构形式，优化装配施工工艺。

2.2.1.2 预制构件深化设计出图标准的确定

预制构件深化设计出图的内容及形式要根据设计的深度要求决定，需要综合考虑建筑、结构、机电、生产、运输、施工等信息［13］，所以设计深度高于目前常见的施工图设计。预制构件深化设计出图标准应结合国家建筑标准设计图集和项目相关方具体需求，建筑尺寸信息、配筋信息、各专业协同配置的设备和预埋信息以及运输吊装验算等应反映在深化设计成果当中。一般情况下，约定出图标准应包括：项目信息、设计说明、反映构件生产加工安装的全部图纸（如模板图、配筋图、节点详图等）、与预制构件运输安装相关的施工验算，最后对所有设计文件应做好归类、汇总和存档。

2.2.1.3 满足生产加工安装的深化设计图纸绘制

装配式建筑的设计图纸种类比传统建筑施工图要多，主要包括：预制构件平面布置图和装配立面图，反映预制构件的位置和尺寸，构件类型等信息；预制构件加工数量表，用于统计各种预制构件的数量；预制构件加工模板详图，用于表达预制构件的外形尺寸和预埋件、预留孔洞等信息；预制构件加工配筋详图，说明预制构件的结构配筋；预制构件连接节点详图，用于表达各种构造节点连接做法； 预制构件加工其他图纸包括装饰材料排布图、保温材料排布图、拉结件排布图、填充块排布图等。同时，还要提供预制构件设计计算说明书，用于对预制构件在运输、吊装和其他施工过程中的受力验算。

2.2.2 BIM 技术在装配式建筑深化设计中的应用

装配式建筑深化设计需协调建筑、结构、机电等多专业的预留预埋，并涉及生产、运输、存放和施工等多个阶段的需求。深化设计图纸内容繁杂，如果基于的建筑模型平台不统一，在信息互通过程中容易产生错漏碰缺的问题［13］。而BIM 技术是对建筑实体和其各类功能特性的数字化表达，具有可视化、协调性、完备性、一致性和关联性等特征［8］。装配式建筑可借助BIM 技术，在实际开始建设前，统筹考虑设计、生产和安装的各种要求，设计方利用BIM 软件将参数化的构件建成3D 可视化模型，在同一数字化模型信息平台上使建筑、结构、设备协同工作，并对设计进行构件制造和现场施工安装模拟，有效进行碰撞检查以及构件参数再协调设计以满足生产制造和现场施工需求，使施工方案得到优化与调整。采用BIM 技术可使装配式建筑构件深化设计更直观，利用BIM 技术可很好地保持平、立、剖及详图间数据的一致性，从而更好地解决施工图设计过程中各专业间的信息冲突问题，保证深化设计能准确表达方案意图并进行效果还原。BIM 技术还能增加构件深化设计的三维可视化模型，对于构件拆分与施工安装具有直观的指导作用，以此提高设计和施工质量。

3 基于装配式建筑深化设计的土木工程专业能力需求调研与教学改革探索

我校基于国家政策引导，结合地方产业需求，积极谋划土木工程专业学生的能力培养方向，将装配式建筑知识体系融入土木工程专业人才培养过程中，并以装配式建筑深化设计为改革方向，培养装配式建筑领域的高素质应用型人才，也为地方本科院校学生进入设计领域发展开辟出一条可行之路。

3.1 装配式建筑深化设计内容和企业对人才能力需求调研

装配式建筑目前还处于起步发展阶段，深化设计内容涉及建筑、结构和设备、以及构件生产企业，设计内容多且复杂。需要通过深入企业调研，厘清装配式建筑深化设计的设计内容和深度，认识深化设计所使用工具，调研企业对人才在装配式建筑深化设计方面的能力要求，从而研究培养装配式建筑深化设计人才所应设置的课程体系和培养方案。具体做法是： 深入山东万斯达建筑科技股份有限公司、华东建筑设计研究院有限公司等企业，围绕一个实际的装配式建筑工程项目，从项目流程的源头走访，将装配式建筑工程项目从规划到设计、图纸拆分、构件生产、现场安装、节点处理、后期维护的过程资料收集消化，重点在图纸拆分的深化设计部分，了解所使用软件，掌握构件拆分原则，认识构件深化设计内容和深度，学习施工详图的绘制方法。同时，跟企业洽谈校企合作，建立协同育人平台，共同推进地方建筑产业化发展。

3.2 装配式建筑深化设计能力培养教学改革措施

3.2.1 建立装配式建筑深化设计课程体系及标准

传统的土木工程专业已有较完备的课程体系，学校要在传统的土木工程专业上做出特色与亮点，必须针对课程体系做出调整，以适应地方产业发展。通过企业调研，明确装配式建筑深化设计所需具备的知识体系，增加装配式建筑实用性新知识、新技术教学。传统土木工程课程的课程体系包括建筑设计类课程，结构设计类课程，建筑施工技术类课程以及工程管理类课程。装配式建筑深化设计能力是大土木专业培养的一个方向，基础性的专业课程理论知识和实践知识与传统土木工程并无差异。对课程体系改革的重点，一是在原有土木工程基础课程上的内容增设，二是新开发更加有针对性的课程，并根据各门课程性质设置合理学分，采取相应的授课方式和考核方式。重点还要研究装配式建筑深化设计所需掌握的软件，加强对相关软件的理解和运用，熟悉软件之间的协作关系，培养学生对施工图纸进行深化设计、构件详图设计、生产工艺设计、节点大样及预埋件设计与选型的能力。具体做法包括：

（1）设置《装配式建筑概论》课，通过图文并茂的形式让学生对装配式建筑有个感性的认识。

（2）深化设计岗位要求专业技术人才必须具有一定的识图能力。对《工程识图》进行教学改革，借助在线开放课程形式，结合传统教学方法多举措开展装配式建筑识图课的教学与实训。

（3）增设《装配式混凝土结构构件生产与施工》《装配式建筑施工组织设计与项目管理》 等理论实践一体化课程，加强对深化设计知识理解，同时培养施工和管理的职业技能。

（4）增设《装配式混凝土结构设计》，加强学生对构件拆分原理的理解和运用能力。建立基于BIM技术的装配式建筑深化设计软件教学课程，增加《装配式建筑BIM 技术应用》《装配式建筑结构设计软件应用》等课程，用于装配式结构深化设计课程实训教学。

3.2.2 构建全方位的装配式建筑深化设计实践教学模式

加强理论课程知识的实践应用，借助校外实习、校内基地实训、虚拟仿真教学、软件实操训练等手段开展全方位的装配式建筑深化设计实践教学。

在校外实习方面，与贺州通号装配式建筑有限公司、广西五建、贺州住建局等单位联系，建立协同育人平台，学生可以在通号和广西五建在贺州所建立的构件厂开展认识实习和生产实习，掌握装配化施工的原理，熟悉构件的类型、构件在工厂的生产流程、构件出厂在现场的安装工艺、节点的加固方式等。同时，通过住建局参观当地实际工程案例，增强学生对装配式建筑的感性认识。

在校内实训方面，借助土木工程特色专业建设，在校内建成装配式建筑构件生产及装配施工教学演示基地，可开展的课程实训项目包括装配式混凝土结构识图、装配式混凝土结构构件模具安装与钢筋布置、套筒灌浆实训、施工模拟体验、装配式建筑模型展示等。校内实训基地的建成，让师生在基地内部就能接触到预制构件的设计、生产、吊装和运输等内容，并能够在基地内部对装配式建筑的施工进行现场组装模拟。

在虚拟仿真教学方面，建立装配式建筑设计、施工的VR 虚拟仿真实验室，实现装配式建筑生产、运输、现场安装全过程的虚拟仿真体验，与校内实训和校外实习相结合，不断深化学生对装配式建筑的设计理念，提高装配式建筑深化设计能力。

在软件实操训练方面，利用校内BIM 工程中心，考虑BIM 协同，开展装配式建筑深化设计软件实操培训，培养学生对整体结构进行构件拆分的能力、节点处理能力、施工详图绘制能力和模型检查优化能力。建立合理的考评制度，真正让学生具备工程项目实操能力，学则即会，会之能用。

3.2.3 开展装配式建筑深化设计毕业设计综合训练教学

经过理论教学和实践项目的训练后，在毕业设计阶段安排实际工程项目进行综合训练。让学生达到熟悉装配施工工艺流程，掌握整体结构BIM 技术建模，然后进行构件拆分的方法和技巧，掌握装配式结构的整体受力计算并进行配筋，懂得构件在各个施工流程中的受力分析和安全验算，能结合其他专业绘制出应用于工厂生产的施工详图。具体操作： 选取实际的装配式建筑工程项目作为设计案例，训练学生独立完成整体模型建立和计算的能力，要求学生完成构件拆分和分析计算，绘制整体结构施工图，然后结合建筑专业和设备专业绘制构件生产和施工详图，使之能直接应用于工厂生产和现场安装。要求学生学会运用BIM 技术进行一体化建模、计算、设计和碰撞检查，能够建立自己的样本文件和族库，能够进行施工过程的模拟。最后制定学生毕业设计成果评价标准以及成果提交形式等。

综上分析，围绕装配式建筑深化设计能力的培养，本校土木工程专业教学改革采取的技术路线如图2 所示。

4 装配式建筑深化设计能力培养条件保障分析

建筑工业化已上升为国家建筑产业发展的战略规划，无论是社会环境需求还是学校专业发展布局，装配式建筑人才培养已是全社会关注的热点。将装配式建筑深化设计能力培养作为土木工程人才培养的一个亮点方向，将获得社会的关注和学校重点支持。

4.1 社会环境和学校规划

“发展装配式建筑，推动建筑产业现代化”受到党中央、国务院及各级政府的高度重视，也得到业界的积极响应和广泛参与，各级政府的推动力度不断加大、企业的内生动力不断增强、产业的集聚效益不断显现，建筑产业现代化与装配式建筑正迎来全新的快速发展期。我校所在贺州市作为装配式建筑试点城市之一，已经将装配式建筑作为三大千亿元产业之一进行重点打造。产业的发展需要人才的支撑，特别是愿意服务地方，下得去留得住的应用型人才。我校土木工程专业抓住先机，率先开展装配式建筑深化设计人才培养，将企业需求和政府支持紧密联系起来，形成校政企合作动力，使我校在装配式建筑深化设计人才培养上获得实习基地和项目观摩的保障。

图2 装配式建筑深化设计能力培养教学改革技术路线

以装配式新型建筑为主线，联合贺州通号装配式建筑有限公司、广西超超新材有限公司、广西建工集团等区内企业，找准定位，按照“立足贺州、服务区域、面向基层、强化应用、开放合作、突出特色”的办学指导思想，学校在十三五规划中已把土木工程专业作为重点布局专业来抓，要将其建设成为服务区域经济发展、具有地方和行业特色的高水平应用型专业。建设土木工程特色专业的发力点，在于装配式建筑深化设计能力的培养，以适应地方经济社会发展需要，符合学校人才培养目标定位。

4.2 教学资源及平台建设

学校积极打造成以装配式建筑方向为特色的土木工程专业教学平台，开拓教学资源，获批了“贺州市装配式建筑技术工程研究中心”和“广西壮族自治区装配式建筑示范基地”，利用平台驱动教学资源和师资建设。学校建成了占地面积约510 平方米的“装配式建筑产业示范园”，能满足开展装配式建筑识图、设计、构件展示、装配施工操作、虚拟仿真等实训教学，服务于装配式建筑深化设计的实训教学。学校还建成约140 平方米的“BIM 工程中心”，购买了Revit 软件和YJK 软件教学平台及电脑，用于开展装配式建筑深化设计培训。学校与广西第五建筑工程有限责任公司、贺州通号装配式建筑有限公司等多家装配式建筑PC 构建生产厂和建筑施工企业建立了人才培养合作关系，为学生提供校外实习实训基地。

在课程建设上，建立从概念认知到掌握构件拆分及详图绘制的进阶型课程教学体系，制定完整教学大纲，利用现代信息技术创新教学手段，建立、健全课程教材、实训指导书、数字化教学课件、动画视频、图库素材、行业信息等共享型专业教学资源库。积极开展线上线下混合教学的一流课程建设，提高课程教学质量，增强学生学习知识的获得感。目前《工程实图》已获批自治区一流课程建设，为装配式建筑深化设计识图内容的学习打下了良好的基础。

4.3 师资队伍建设

原有土木工程专业教师，从人员数量、职称结构和学历结构上较好地满足了教学的师资要求，但面对新专业新方向，同样会面临师资力量欠缺，教师教学经验不足的问题。因此，学校在装配式建筑人才储备上采取柔性引进人才，外聘企业导师，安排教师参加培训等手段，不断加强装配式建筑教学师资力量。学校柔性引进区外装配式建筑专家和大学资深教授，指导本校青年教师在装配式建筑深化设计能力上的训练和提升。聘请贺州通号和广西五建等企业具有中高级职称的工程师开展实践教学。学校整合原有“BIM 工程中心”师资，融入装配式建筑深化设计教师团队，安排校内教师深入装配式建筑企业生产一线学习，同时远赴山东、浙江和上海等装配式建筑产业发达地区接受装配式建筑深化设计的系统培训，努力打造具有较强理论知识，同时具备较强实践能力的“双师型”教师队伍。

5 结 语

目前国家还未独立设置装配式建筑的本科专业，因此为适应建筑现代产业化的发展，解决装配式建筑人才的需求问题，在传统土木工程专业中设立装配式建筑方向进行人才培养是有效并且可行的教学改革模式。实现建筑产业现代化，设计需先行，装配式建筑的深化设计是装配式建筑整个产业链中非常重要的一环。深化设计阶段考虑得越全面，产品质量越有保障，产业化项目的实施越顺利。装配式建筑的蓬勃发展对装配式建筑深化设计人才需求很大，贺州学院在土木工程应用型人才培养上顺势而为，结合地方产业发展特色，抓住新技术创新和新产业发展的机遇，以基于深化设计能力的土木工程人才培养为突破口，构建了基于装配式建筑深化设计能力的土木工程专业教学改革新模式，适应当前装配式建筑设计行业发展的人才需求，在地方高校的转型发展上体现了自己的特色。