基于BIM技术的装配式结构虚拟仿真实验教学改革研究

张 伟 贾彩虹

（南京工程学院建筑工程学院 江苏·南京 211167）

0 引言

南京工程学院建筑工程学院在本科生人才培养方面，提前规划制定人才培养目标，基于BIM在国外和国内的发展趋势，通过改革教学计划中的部分将被淘汰课程、增加社会急需知识、能力培养课程，以提高输出人才的整体素质，增强毕业生的竞争力，真正为社会提供出高水平的创新型人才。

随着新技术的发展，将BIM技术融入土木工程专业实践教学，进行实践教学改革，成为高校土木工程人才培养中一项重要举措。郭闪闪[1]分析了BIM在高校实践教学中的现状，并指出了存在的问题，探讨了BIM技术应用于教学实践的优越性。李明[2]等人认真分析了当前实践教学模式存在的不足和基于 BIM 技术的实践教学的优势，提出了基于BIM技术的工程管理实践教学改革的思路。针对目前土木工程专业课程教学中存在的问题，融合校企合作，程怡[3]构建BIM+新课程体系。随着中国经济的高速发展与BIM技术的更新与完善，装配式结构是目前建筑构造的大趋势，施工单位基于装配式结构投入大量精力，理论与生产实践迫切需要BIM技术与装配式结构相结合。[4]目前装配式建筑是建筑行业发展中的热点问题，但从工程设计施工至工程管理等各方面的装配式建筑专业技术人才，还远不能满足市场需求。刘莉萍[5]等人依据装配式建筑的工程施工技术特点、内容，通过探索基于装配式建筑土木工程施工课程实践教学建设的现状、教学方式等相关问题，指出了实践师资、教材、实践基地、VR教辅资源等实践教学活动的建设途径。为探索构建适应装配式建筑发展的实践教学体系，黄军福[6]分析了装配式建筑背景下构建实践教学体系的重要意义，提出了一系列的改革思路与措施。2017年初国家发出了推广智能和装配式建筑的要求，张西平[7]提出坚持标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修、信息化管理、智能化应用的建造创新方式。探索高校装配式建筑实践教学建设的相关问题。张莉莉[8]等人主要基于BIM技术的发展现状，分析BIM技术引入到高校实践教学中的意义。

但目前如何将 BIM 技术与装配式结构实验教学有机结合仍在探索阶段，基于此，以南京工程学院建筑工程学院土木工程专业为例，尝试将BIM技术引入到装配式结构实验教学，对于专业实践教学的改革具有一定的借鉴意义。

1 基于BIM的装配式结构虚拟仿真实验教学存在的问题

1.1 基于 BIM 的装配式结构虚拟仿真实验教学资源不够全面

高等学校各学科有着较强的专业优势，建筑施工生产企业有着较强的开发实力和支持服务能力，但是以培养学生综合设计和创新能力为出发点的信息化实验教学资源呈现点状分布，高等学校与建筑施工生产企业两者各自的优势资源相互较为独立，高水平软件共享虚拟实验、仪器共享虚拟实验和远程控制虚拟实验等教学资源不够丰富，实践领域较为狭窄。两者之间的有机结合不够全面。

1.2 基于 BIM 的装配式结构虚拟仿真实验教学的管理和共享平台不够成熟

目前很多高等学校积极探索与建设自身实验教学资源共享平台，但是缺乏实现校内外、本地区及更广范围内的实验教学资源共享，现有的资源平台不太具有扩展性、兼容性、前瞻性，无法满足多地区、多学校和多学科专业的虚拟仿真实验教学的需求。校企共建共管创新型管理与共享平台目前尚无成熟及可持续发展的体系。

1.3 基于 BIM 的装配式结构虚拟仿真实验教学和管理队伍不够完善

现阶段高等学校教学、科研及技术人员相结合不够紧密，核心骨干人员不够稳定，虚拟仿真实验教学团队结构没有达到有效合理的配置，从而未能形成一支完善的具有教育理念先进，学术水平高，教学科研能力强，实践经验丰富虚拟仿真实验教学和管理队伍。

1.4 基于 BIM 的装配式结构虚拟仿真实验教学中心的管理体系不够健全

当下以虚拟仿真实验教学资源的开放共享的目标尚不明确，从而保障虚拟仿真实验教学的教师工作绩效考核、经费使用管理、实验教学中心维护与可持续发展等政策措施未能一一落实，基于BIM的装配式结构虚拟仿真实验教学中心的管理体系不够健全。

2 基于BIM技术的土木工程实践教学改革

基于现阶段BIM的装配式结构虚拟仿真实验教学中存在的问题，针对按照“加强基础、提高能力、综合培养”的原则，本次实践教学改革面向建筑科学领域的土木工程专业，设计了“4+4”模式，即从培养学生实践能力和创新意识出发，开设个性化、创新性的虚拟仿真实验项目，加强学生的专业技能训练，培养综合设计能力和创新能力，构建循序渐进的“四层次四结合”虚拟仿真教学体系。四层次是指通过专业基础实验、专业技能实验、综合设计与仿真训练和创新实践活动，四个层次实现“分层培养、层层递进、逐步提高”。

通过“四结合”解决虚拟仿真实验教学中存在的问题，从而最终达到实践教学改革目标的要求。这四个结合是：

（1）理论课程与虚拟仿真实验课程相结合：虚拟仿真实验与各专业的学科平台课程、专业核心课程配套，并且教学计划中对理论课程和虚拟仿真实验课程的授课时间做了系统的安排，使学生在掌握了一定的理论知识后通过虚拟仿真实验直观的了解其应用的领域和方法，增强学生的学习兴趣和掌握、运用知识的能力。

（2）实体实验与虚拟仿真实验相结合：虚拟仿真实验重点针对建筑工程设计，土木力学计算，装配式建筑深化设计拆分，施工组织设计生产等实体实验无法实现的情景展开，与实体实验互为补充。

（3）校内实验与校外交流/实践相结合：虚拟仿真实验展现的建筑实训问题往往具有深刻的现实背景，通过安排学生进行校外实习/实训基地参观、实践，进一步强化虚实结合，促进学生理论联系实际。

（4）虚拟仿真实验教学与科学研究相结合：中心为学生提供课外综合设计与虚拟仿真实验项目，学生可以自由选题，并在老师指导下通过中心的虚拟仿真实验平台开展创新性的研究工作。

3 结语

实践教学是激发学生探索欲望，培养学生实践能力和创新精神的必要途径。土木工程、工程管理专业均是实践性很强的应用学科，由于学科的自身特点，在实验教学工作中往往存在一些困难，如：部分实验项目开设成本过高，而实验运行经费有限；部分仪器设备价值较高，台套数有限，难以保证每人都有机会实际操作，这些问题都给我们开设相关实验带来了一定的困难。虚拟现实技术的出现和应用为上述问题的解决提供了一条新的思路。通过虚拟仿真实验教学资源的建设，能够虚实结合、相互辅助的实验教学形式能够激发学生的学习兴趣，有效提升实验教学质量。