应用型本科院校智能建造专业实验室建设初探

黎小英，陈忠源，林 伟

（福州外语外贸学院智能建造学院，福州 350202）

互联网时代 ，数字化催生着各个行业的变革与创新 ，建筑行业也不例外。近年来，建筑业面临着生产效率低、劳动力短缺、事故率高以及成本逐年上升等问题。在数字化、智能化技术快速发展的背景下，智能建造被认为是建筑行业发展的方向。智能建造涵盖建设工程的设计、生产和施工三个阶段，借助物联网、大数据、BIM等先进的信息技术，实现全产业链数据集成，为全生命周期管理提供支持。而智能建造专业就是在此背景下产生的新工科专业，其以智能化、信息化为主要特色，适应了国家建筑业转型升级的战略需求[1-2]。智能建造专业的目标是培养具有应用土木工程基本理论和智能建造知识的能力，掌握智能建造理论与基本方法，具有土木工程智能设计、施工以及管理等基本技能，能够在房建、路桥等土木工程相关领域从事建筑全生命周期的数字化设计、工业化建造、自动化施工、智能运维与服务等工作，具有扎实的理论基础和专业知识，能应用工程原理综合分析解决复杂问题，具有一定国际视野和终身学习能力，能面向未来的高素质应用型智能建造人才。

从同济大学在2018年首次设置智能建造专业起，至今已有69所院校开设了该专业。福州外语外贸学院是福建省2020年首批招收智能建造专业本科生的三所院校之一[3]。作为一个新工科专业，学生专业实践动手能力的培养是该专业人才培养的重点工作之一。面对新一代信息技术和智能建造引起的建筑业变革，如何培养适应信息化技术需求、满足行业转型升级的具有较强实践动手能力的应用型智能建造人才已成为亟需解决的问题。要解决这个问题，实验室的建设是关键，本文主要对应用型本科院校新增智能建造专业后校内实验室的建设进行探讨。

1 智能建造专业实践课程探索

作为一个跨多学科的新工科专业，智能建造的专业课程体系还未完全构建，尚在摸索阶段[4]。除了土木工程，智能建造还涉及到计算机、机械、自动化等专业课程，在有限的学时里，如何在紧扣智能建造培养目标的前提下，合理有效地设置课程体系至关重要。而对于该专业课程体系设置来说，实践课程体系的设计贯穿整个智能建造实践教学环节[5]。智能建造专业从2018年开始招生，在这期间有学者对智能建造的实践课程体系进行了探索与实践。刘世平等[6]对智能建造专业实践性教学方案进行重新设计，在实践性教学环节的设计理念、教学初步方案、管理模式、师资建设等方面进行了深入思考。涂劲松等[7]在分析新工科背景的基础上构建了地方应用型本科智能建造专业的实践课程体系，通过融入校企共建实验室、订单式培养等构建了四年不断线的多层次、多专业、学科交叉的应用型实践教学体系。占玉林等[8]对智能建造虚拟仿真实验教学平台进行了研究与探索，并提出了“一个平台、四个板块、八大系统”的实验资源体系和“一条主线、两个阶段、三类课堂”的实验教学体系。刘占省等[9]探讨了装配式建筑虚拟仿真实训实习二合一训练基地，设计了六大区域模块实习实训内容与课堂教学一一对应，较好地提高了学生学习的参与度，锻炼了学生的操作能力。顾颖[10]探讨了一种以理论为指导、以专业技术实践为内容的多学科综合性实训中心的建设方案，该方案拟建实训中心包含绿色建筑与智能建造综合实训大楼、大型公共建筑的节能运行与监管实践区、工程实体模型实践区、装配式建筑实践区等四个区域。从目前已有的研究来看，对于智能建造专业实践教学体系的探索已经取得了相应的成果，福州外语外贸学院根据各专家的建议以及学校的特色，制定出了一系列实践教学课程体系，如图1所示。

图1 智能建造专业实践课程体系

2 智能建造专业实践课程建设思路

对于应用型本科院校来说，人才培养的最终目的是要培养应用型人才，要紧跟行业最新发展动态，以市场为导向培养优秀人才。实践教学环节是人才培养的重点，而实验室的建设则是为了更好地支撑和服务实践教学。实验室建设要以改革和创新为出发点，以智能建造专业的特色学科建设为基础，以教师队伍建设为关键，以服务行业及社会为导向，将平台建设成具有先进教学理念、实验实训条件优异、教学体系完善、功能配置合理、集人才培养及服务行业社会为一体的特色智能建造类现代化实验室[11]。在建设过程中，应以学生为主体，鼓励学生积极主动地参与实验实训，并通过多种方式为学生提供实验室服务，以进一步提高学生的自主探索学习能力、创新能力、工程实践动手能力以及现代化设备技术应用能力。

3 智能建造专业实践课程建设内容

智能建造专业是在土木工程基础上发展而来，因此，在原有土木工程实验室的基础之上，有些实验室可以经过升级改造继续为智能建造专业服务，例如工程测量实验室、VR虚拟仿真实验室等。但若仅按照原来土木工程的实验室进行教学远不能满足智能建造专业学生的实践要求，因此在紧扣智能建造专业的培养目标下，还需探索建立一批新的实验室以满足该专业的实践教学要求。

3.1 实验室升级

3.1.1 工程测量实验室升级 随着近年来无人机航空摄影技术的进步, 越来越多的测绘工作应用无人机获取影像数据[12]。无人机具有高精度的现场信息收集能力，可为工程建设全周期提供相应的技术支持，为建筑行业多维度、信息化及数字化的发展提供了新思路。在智能建造专业的工程测量课程中新增无人机测绘的内容顺应了建筑业改革的时代需求。紧跟行业最新发展动态，以市场为导向培养优秀人才，对智能建造专业学生开展无人机测绘技术的学习，并对学生提供无人机操作技能的培训，为社会、为企业培养实践动手能力强的工程测量专业技术人才，提高智能建造专业学生的就业竞争力。工程测量无人机测绘力求形成工学结合、产学研结合、校企合作实训体系，通过校企合作的模式，不断完善实验室的建设，为企业培养和输送大量综合能力强、素质高的复合型工程技术人才，扩大学校社会影响力。该实验室建成后也可开展UTC证书的培训和取证业务，该证书为由中国航空运输协会通用委员会认证的《UTC无人驾驶航空器系统操作手合格证》，可进一步提升高等院校的社会服务能力。

3.1.2 VR虚拟仿真实验室升级 虚拟仿真实验教学项目，是推进现代信息技术融入实验教学项目、拓展实验教学内容广度和深度、延伸实验教学时间和空间、提升实验教学质量和水平的重要举措。虚拟仿真实验充分利用信息技术将传统的土木工程设计、施工、工程管理与智能建造专业的各类实验教学资源融为一体，构建虚实结合的实验教学平台，高度还原工程建筑行业一线岗位的工作环境。智能建造专业涉及装配式建筑混凝土结构、土木工程智慧运维与管理、智能施工装备、系统仿真技术等课程，在原有土木工程虚拟仿真实验的基础上可新增装配式施工虚拟仿真、智能装备与施工虚拟仿真、智能运维与管理虚拟仿真等软件系统。通过虚拟仿真实验，可最大程度上解决校内学生实验资源消耗大、成本高、实验设备体积大、实验场地不足、工程建造周期长等一系列问题，可快速提升学生职业能力，并不断提高教师信息化水平[13]。

3.2 新建实验室

3.2.1 装配式建筑模型实验室 现阶段工程建筑产业智能化的内涵是以发展装配式建筑为切入口，以工业化、信息化管理为驱动力。建筑工业化要求智能建造专业的学生具备多学科的知识与技能，掌握装配式建筑设计、施工等技术方法。根据智能建造专业教学体系的要求，可建设装配式模型实验室，以满足学生的认知教学，普及装配式建筑知识，此模型实验室的建设可参考南京大学金陵学院的装配式模型实验室建设，并根据本院校实际情况做相应调整[14]。

装配式模型实验室可分为二大区域。第一个区域为装配式建筑的典型构件及构造节点区，可展示包括叠合板、叠合梁、预制柱、预制剪力墙、预制楼梯、外挂板等构件模型和连接节点构造。所有的构件要求节点裸露，并配有二维码资源，对装配式构件的设计、深化设计以及施工技术等进行详细地介绍，学生可通过手机扫描二维码进行学习。第二个区域为构件组装区域，该区域配置多套缩尺拼装建筑，包括框架式装配建筑和剪力墙式装配建筑，可通过“拼积木”的方式让学生体验装配式建筑的组装过程。每套模型同样配有二维码资源，学生可通过二维码扫描，了解装配式建筑的施工顺序、施工工艺等信息。

3.2.2 智慧工地实验室 智慧工地是当前智能建造背景下发展形成的工程现场一体化的一种崭新管理模式。然而，由于安全、成本、耗时等因素，学生较难深入工地进行实习实践。为此，在学校内建立智慧工地实验室为解决上述问题提供了新思路。目前，哈尔滨工业大学已建立智慧工地实验室，该实验室可模拟施工现场的复杂情景，使学生在校园内便可获得实践机会[15]。

智慧工地实验室的建立优先考虑校企合作机制，利用企业资源获取真实工程项目数据，建立工程案例数据库。同时，该实验室设备系统尽可能涉及智慧工地管理的五大方面，包括安全监管、物料管理、进度管理、办公管理以及人员管理，以较真实地达到模拟施工现场的效果。实验室通过充分捕捉施工现场复杂情景信息，制造出虚拟的实践教学空间，学生通过实验设备系统在虚拟的情景中解决不同的施工问题，体验施工现场的流程和操作，达到实践的目的。

3.2.3 工程安全智能化监测与预警实验室 智能建造专业的主要发展定位于智能建造过程中的智能化检测、监测与管理。目前该专业的人才培养方案中已开设了物联网技术、建筑工程智能检测技术以及路桥工程智能检测技术等课程，还需要开展一定的实验实训。因此建设工程安全智能化监测与预警实验室，将有力地培养学生的智能化监测与预警能力，进一步凸显“信息+”特点及智能建造专业的“智能检测监测”的发展定位。

实验室购买相关的检测与监测设备后，可以学校实体建筑物构筑物为真实案例，真实展示建筑工程的安全监测全过程[16]。安全监测的内容可以是温度、建筑物水平位移、垂直位移、相对变形、挡土墙变形、裂缝宽度监测、土体不均匀沉降、土压力、混凝土应力应变、钢筋应力、地基沉降以及建筑物倾斜等内容。上述监测的数据传入实验室大数据中心，学生可以对上述的真实数据进行分析处理，以达到真实训练的目的。

4 结 语

智能建造专业的创建是为了满足智能建造在国内的快速应用与发展而产生的人才需求。本文对智能建造专业实验室的建设进行探索，并提出了实验室的建设思路，首先提出了适应于智能建造培养计划的实验室建设的“两大升级”，即工程测量实验室升级和VR虚拟仿真实验室升级；接着探索了实验室的“三大新建”，即新建装配式建筑模型实验室、智慧工地实验室和工程安全智能化监测与预警实验室。对于一个新专业而言，智能建造专业的建设才刚拉开序幕，本文对智能建造专业实验室建设进行了一些初步探索，希望能够对正在建设智能建造专业的院校有所启发。