“虚拟工地”在高职院校市政专业生产性实训基地中的建设应用

2020-07-01任斌年

杨凌职业技术学院学报 2020年2期

郭琴，任斌年

(1.陕西交通职业技术学院，陕西西安 710018； 2.北京斯帝慕信息技术有限公司，北京 100039)

产教融合视域下的生产性实训基地建设是新时代职业教育发展的重要内容，是提升职业院校办学能力的重要依托。职业教育的实训基地需紧随产业的不断升级而与时俱进改造提升。建设生产性的实训基地，建设可升级性的实训基地，是深化职业院校专业建设改革的切入点，同样是新时代国家职业教育改革的聚焦点，“以实训基地的‘小切口’，撬动产教融合的‘大改革’”[1]，借实训基地的建设浪潮，助力校企深度融合，推动高职教育改革。

1 市政工程专业建设生产性实训基地存在的主要问题

据市政专业教学团队调研，高职院校市政专业生产性实训基地建设的难题一直以来困扰着甚至阻碍着专业的建设与发展。市政工程技术专业归属于土建大类专业，主要面向市政设计、施工、监理企业，培养市政道路工程、市政桥梁工程、市政管道工程、城市轨道交通工程、城市园林与绿化工程的施工与技术管理方面的技术人才，毕业生能在市政行业、企业从事施工组织、技术管理、市政设施维护等职业岗位就职[2]。按照专业培养目标，毕业生的初始岗位是“施工员”，其培养技能点多以施工现场实践操作技能为主，而承载着专业核心课程实训项目开展的实训条件建设，却因为以下原因，难以落成综合性、生产性实训基地。

1.1 市政建设工程复杂庞大，校内实训建设项目难以容下真身

市政专业的代表性工程主要包括城市道路工程、桥梁工程和管廊管线工程，其主体及附属构筑物体格庞大，或成带状、或成立体交叉构筑物，在校内教学用地有限的情况下，难以将生产性实体工程置身校内。

1.2 市政建设工程动态流动，校外工程建设现场难以连贯展现

考虑到城市交通问题，市政建设工程项目大多工期紧，工作面窄，施工组织现场随工程进度而不断迁移变化；施工流程随不同施工阶段而异；同时，施工现场的安全性要求、前往施工现场的交通组织要求，使得工程现场的实践性教学开展难以克服此类问题，施工现场的学习仅停留在参观学习的层面，无法深入开展专业课的实训技能教学。同时，工程施工受到工艺要求、文明施工要求和城市交通限行要求，通常连夜进行工程施工，关键工序无法组织学生现场观摩，更无法实现学生参与施工过程，进行实践操作的实训要求。

1.3 市政建设工程项目繁多，校内实训建设项目难以全盘兼顾

市政专业工程项目主要包括城市道路、城市桥梁、城市轨道、地下通道、城市管廊及管线、城市园林及广场工程等。在资金有限，场地有限的情况下，实训基地建设项目难以全盘考虑，总会顾此失彼，学生们难以获得系统性市政全专业工程项目的职业能力。

1.4 市政建设工程推陈出新，校内实训建设项目难以紧跟前沿

海绵城市的建设、智慧管廊的建设等新型市政工程的涌现，引发了一系列的新材料、新技术、新设备、新工艺的出现，随之“新标准、新规范”也依次修订，校内实训基地实体的生产设施设备，难以与新材料、新设施、新标准匹配，难以紧跟行业发展速度，更难以引领行业的发展。

生产性实训基地的建设滞后，使得“学做一体”课堂，“做”只能停留在 “看一看”教学视频、“说一说”施工流程、“写一写”施工方案的层面上，实际施工现场的学习仅停留在参观实习的层面上，学生的职业能力难以达到培养目标的要求。

2 探索市政专业“虚拟工地”生产性实训基地的建设之路

2019年2月，国务院印发的《国家职业教育改革实施方案》(国发[2019]4号)中明确提出：“适应‘互联网+职业教育’发展需求，运用现代信息技术改进教学方式方法，推进虚拟工厂等网络学习空间建设和普遍应用”[3]。信息技术的发展，尤其是BIM技术在工程领域的应用，开辟了市政工程专业实训建设的新天地，开拓了市政专业校内生产性实训基地建设的“虚拟空间”，仿真教学系统的开发，开启了专业核心课程“虚拟实训”的“学教-训练-考评”教学实训环节，为培养学生的职业核心能力提供了强有力的设施保障。

通过实践，市政专业实训基地开发团队探索出“多元主体开发”“多维途径创设”的“虚拟工地”生产性实训基地建设项目。利用三维可视化与BIM相结合的技术，实训设施包括了数字沙盘、实体沙盘和虚拟仿真教学实训系统，构造了三者完全一致的市政全专业场景，建设了硬件与软件结合，实体与虚拟结合的市政专业实训基地，解决了校内有限空间构筑广阔“虚拟工地”的实训难题。开发团队总结了以下市政专业生产性实训基地的建设经验。

2.1 组建“产教融合”的实训基地开发新主体

遴选市政行业中具有代表性企业的一线工程人员、引领市政行业BIM技术的信息科技公司一线设计人员、优秀毕业生以及市政专业教师团队，在政府相关政策的支持下，组建实训基地开发联合体。

实训基地开发联合体是实训基地开发的核心力量，团队人员的专业背景、素质构成决定了实训基地开发的程度与质量。将多元主体紧密结合参与实训基地建设作为切入点，创新实训基地开发机制，吸引社会各方力量参与实训基地开发建设。多元主体紧密结合组建实训基地开发联合体是合作各方以资源共享、优势互补作为前提形成联合体，为资源整合、利益者相关所达成的分工协作,共同参与、共享成果，由此达到“以实训基地 ‘小切口’，撬动产教融合‘大改革’”[1]的功效作用。

2.2 探索“多元合作”的实训基地开发新路径

市政专业生产性实训基地开发路径如图2所示。

政府制定创新机制，2018年11月，国家发展改革委、教育部、人力资源社会保障部、国家开发银行联合印发了《关于加强实训基地建设组合投融资支持的实施方案》。《实施方案》紧扣实训基地特别是生产性实训基地建设关键环节，聚集产教融合实训基地，引导地方政府、行业企业与职业学校、高等学校全面加强合作，大力加强实训平台载体建设，切实提升技术技能人才实训能力[4]。

图1 组建多元主体实训基地开发团队

图2 多元合作实训基地开发路径图

实训基地开发联合体定期召开方案讨论会，由企业提供国家行业标准、企业职业标准，行业技术标准与规范、职业工作任务、岗位工作过程、岗位知识和技能要求。校内专业带头人及骨干教师依据以上资料进行职业能力分析、工作任务分析、工作过程分析、岗位要素分析，提取岗位知识、技能、素质结构，按照人才培养目标，构建职业能力体系和课程体系；依据专业课在课程体系中的定位及课程培养目标，教师优选专业核心课程的实训内容，根据企业提供的建设工程项目案例，以典型工作任务为导向重构核心课程实训内容，明确课程的难点、重点及核心技能，依托实际工程项目为载体，以培养学生职业能力为出发点，设计若干个教学、实训、考评项目，由科技公司提供技术支持，开发虚拟仿真实训软件。其中“学教”可通过微课视频、三维动画展示，“训练”通过电脑虚拟仿真实际操作进行，“考评”通过信息数据处理并评定。教师在实训教学应用中，将实训设备及虚拟仿真平台使用情况及时反馈给科技公司，同时，企业将行业发展、技术创新等前沿信息反馈给教师，使实训资源开发不断丰富、仿真平台更加优质、教学环节不断优化。开发联合体在实训设备和资源开发的同时，服务行业进行工程项目BIM建模，引领行业进行BIM技术的研发，从而实现专业立足行业、服务行业、支持行业、引领行业的职业教育功能。

2.3 打造“虚拟工地”的实训基地开发新模式

按照上述生产性实训基地建设路径，陕西交通职业技术学院市政实训基地开发联合体历经两年多的孵化时间，集中合力打造了市政工程专业综合实训室，该实训室是市政专业生产性实训基地的重要建设内容。其建设项目主要包括了三部分：一、BIM软件系统构建的数字沙盘；二、融合市政专业全工程项目的实体沙盘；三、虚拟仿真实训教学平台。该建设项目在设计理念上具有创新性、应用技术上具有领先性、教学系统上具有实训性的市政工程综合实训室。

(1)市政专业综合数字沙盘。市政专业综合数字沙盘，以实际工程项目为基础，以教学实训为目的，按照市政各工程项目的属性和特点，采用专业的设计建模软件，建立城市道路、交通设施、互通式立交、城市轨道、人行天桥、地下管线、综合管廊、城市绿化园林等市政专业全工程综合体。

图3 BIM软件构建的数字沙盘全貌

图4 数字沙盘中的管线工程图5 地下管网与其他工程相互关系

图6 数字沙盘中的综合管廊工程图7 数字沙盘中的轨道交通工程

(2)市政专业综合实体沙盘。综合实体沙盘，是数字沙盘实物形式的表现，重点展现了市政项目综合体的构造和相互关系，营造出市政专业全工程场景。数字沙盘与实体沙盘的匹配对照，实现了虚拟空间向实物空间转化，让每一位学习者都能获得视觉上的冲击，系统性的认知不同市政工程项目的布局及其相互关系。

实体沙盘的局部采用透明材质制作，通过局部沙盘的升降，可查看地下的轨道工程和管廊管线工程。

图8 综合实体沙盘全貌

(3)虚拟仿真教学实训系统。虚拟仿真教学实训系统，采用视频、动画、模型、图纸等教学资源，展现市政工程项目设计、施工组织及施工工艺。开放性的系统资源，将随着行业领域的新设备、新工艺、新技术、新材料而不断升级增加实训项目。每一核心实训技能点，由“学教-训练-考评”三个模块组成，其中“学教”可通过微课视频、三维动画展示，“训练”通过电脑虚拟仿真实际操作模拟，“考评”通过信息数据处理并评定。

图9 虚拟仿真平台施工组织过程展示

以上三项建设内容所包含的市政专业场景完全一致，实体沙盘中的市政工程构筑物的设计参数在数字沙盘中体现，工程建造的施工过程在虚拟仿真教学平台上展现。实现了在有限的空间内，构筑了实体项目的“虚拟工地”，不仅展示出实体的构造物，更是在数字沙盘和仿真实训教学平台中虚拟出工程现场的施工过程，通过信息化技术，学生身临其境，沉浸式工作体验，同时通过虚拟仿真平台的操作，训练学生工程项目的施工组织过程及典型施工工艺流程，让学生通过动手操作掌握其技术要领。

2.4 创设“虚实一体”的实训基地教学新环境

综合实训室可满足理实一体化课程和实训课程的教学组织。教学过程中，教师主导，创设“虚实结合”的教学环境，学生主体，在“虚实”环境中进行知识学习和技能训练。例如《市政道路工程》核心专业课程，“实”体教学组织中，教师结合实体沙盘介绍道路工程的构造，对于道路附属的隐蔽管道工程，创设“虚实一体”教学环境，利用实体沙盘与数字沙盘的联动性，在数字沙盘相应路面处进行开挖，如图11所示，使得管道隐蔽工程显性化，数字沙盘同时显示开挖处管道的相关设计参数。学生可以直观的认知隐蔽工程的位置和构造，并且数字沙盘系统中附有与之配套的设计图纸和参数。实体教学的“实”不仅仅是实体沙盘，更是沙盘中的项目来源于“真实”的工程。在道路施工学习领域，“实体”工程项目施工视频，“虚拟”仿真教学实训系统，“虚实”结合，学生将观看到的施工技术通过上机“虚拟”施工实操训练，将知识迁移为能力。在专业综合实训中，专业教师和企业导师引领学生，载入“真实”工程项目，学生通过“做中学、做中练”，掌握市政BIM软件“鸿业路易”的建模方法，将“真实”工程项目数字化，凝缩为“虚拟”工程现场，学生系统性综合性增强对市政构筑物的识图绘图及建模能力。学生、教师和企业技术人员组建市政BIM社团，定期开展交流和比武活动，社团成员参与企业实际项目建模任务，学生在校进行“准员工”职业身份转换，企业选拔优秀学生签订就业协议。生产性实训基地为校企“双元”育人搭建了重要平台。

图10 实体沙盘与数字沙盘联动图11 数字沙盘中路面开挖查看隐蔽工程

图12 学生进行道路建模图13 “BIM社团”开展技能大比武活动

3 市政专业“虚拟工地”生产性实训基地建设项目特点

“虚拟工地”生产性实训基地的建设，解决了市政专业繁杂的多项工程协同问题，三维可视化与BIM技术的结合，实体沙盘与数字沙盘的结合，虚拟仿真系统“学教-训练-考评”一体化的结合，体现了市政专业实训条件的职业性、实践性和开放性，同时具备了以下特点：

3.1 市政工程的项目综合性

市政专业“虚拟工地”生产性实训基地，集成了市政专业代表性的工程项目，在实体沙盘和数字沙盘中，体现不同市政工程项目的相互关系，尤其体现轨道交通和管廊管线等隐蔽工程项目在城市道路中的相互关系，综合性的反映出市政工程城市道路、桥梁、轨道交通、管廊管线、城市园林工程等市政工程项目，涵盖了市政专业所有核心课程的实训内容。

3.2 虚实沙盘的同源联动性

市政工程综合实体沙盘，内容与数字沙盘采用同一套模型设计，重点展现市政项目综合体的构造，数字沙盘与实体沙盘匹配对应，点击数字沙盘，对应实物模型构筑物将以灯光集中闪现，实物模型与数字科技互动，与虚拟仿真教学系统同源，可视化展示课程实训教学内容。学生深刻的沉浸式学习体验，加深了对市政工程结构的综合理解。

3.3 数字系统的改造升级性

“虚拟工地”生产性实训基地建设的核心技术是BIM系列软件，由北京鸿业同行科技有限公司开发，该公司开发的市政BIM相关软件在国内市场占有率高达87% ，学校与公司签订了全面战略合作框架协议，鸿业科技BIM技术的最新产品和技术不断开发升级，将同步到教育教学应用中，使得“虚拟工地”生产性实训基地具备了与时俱进、升级换代的先进性，为引领行业发展提供了技术高地。