基于BIM+VR技術(shù)應(yīng)用的課程教學(xué)改革研究
——以“裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工”課程為例

徐峰，張東嶺，王玉振

（河南水利與環(huán)境職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450008）

0 引言

在信息高速發(fā)展時(shí)代，生活時(shí)時(shí)刻刻都被信息技術(shù)所影響。依據(jù)2019年國(guó)務(wù)院頒布的《國(guó)家職業(yè)教育改革實(shí)施方案》要求“經(jīng)過(guò)5-10年左右時(shí)間，大幅提升新時(shí)代職業(yè)教育現(xiàn)代化水平。沒(méi)有職業(yè)教育現(xiàn)代化就沒(méi)有教育現(xiàn)代化?！毙畔⒓夹g(shù)的不斷創(chuàng)新與發(fā)展給職業(yè)教育帶來(lái)了前所未有的新機(jī)遇。BIM+VR 是將BIM（建筑信息模型）和VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）結(jié)合起來(lái)的一種信息技術(shù)手段，讓人們?cè)诓僮黧w驗(yàn)中感受到BIM特有的真實(shí)三維特性以及VR技術(shù)的畫(huà)面是全息的，立體的感受。BIM+VR在職業(yè)教育教學(xué)中應(yīng)用，體現(xiàn)信息化技術(shù)在教育改革中的重要地位和作用。

2016 年國(guó)務(wù)院頒布的《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見(jiàn)》要求“大力培養(yǎng)裝配式建筑專(zhuān)業(yè)人才，鼓勵(lì)職業(yè)學(xué)校設(shè)置裝配式建筑相關(guān)專(zhuān)業(yè)及課程，積極推動(dòng)產(chǎn)教融合，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式?！蹦壳埃蟛糠致殬I(yè)院校已開(kāi)設(shè)裝配式建筑相關(guān)課程，但知識(shí)體系大都為傳統(tǒng)理論教學(xué)，缺乏教學(xué)實(shí)踐性環(huán)節(jié)。依據(jù)職業(yè)院校學(xué)生動(dòng)手能力強(qiáng)的特點(diǎn)，在裝配式施工課程教學(xué)中引入BIM+VR技術(shù)，將對(duì)課程的教學(xué)改革的具有顯著的意義。

基于上述現(xiàn)狀，部分學(xué)者對(duì)BIM+VR 技術(shù)在施工類(lèi)課程教學(xué)改革中的應(yīng)用進(jìn)行了研究與探索。王凱等構(gòu)建了一種新型BIM+VR裝配式建筑教學(xué)平臺(tái)，從工程管理教學(xué)過(guò)程出發(fā)得出裝配式建筑教學(xué)平臺(tái)的構(gòu)建對(duì)于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的意義與前景。陸海燕等將BIM和VR技術(shù)結(jié)合作用于土木工程施工教學(xué)，促進(jìn)了教學(xué)方法的改革。楊陽(yáng)等結(jié)合實(shí)際工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)教學(xué)案例，對(duì)BIM技術(shù)和VR技術(shù)應(yīng)用的場(chǎng)景沉浸式土木工程施工課程教學(xué)進(jìn)行了探索和實(shí)踐，創(chuàng)新了教學(xué)模式。李萌萌等結(jié)合裝配式建筑構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，進(jìn)行了基于BIM+VR技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用研究，構(gòu)建了信息技術(shù)應(yīng)用新模式。這些研究與探索為BIM 技術(shù)和VR 技術(shù)在裝配式施工類(lèi)課程的教學(xué)改革中提供了新的方向和思路。以“裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工”課程為例，分析基于“BIM+VR”技術(shù)的應(yīng)用，給課程教學(xué)帶來(lái)的巨大改革。

1 課程特點(diǎn)

1.1 課程主要內(nèi)容

課程主要內(nèi)容為預(yù)制混凝土構(gòu)件（柱、梁、墻、板、樓梯）等的施工全過(guò)程，該過(guò)程包括構(gòu)件的存儲(chǔ)、運(yùn)輸、起吊、對(duì)位、灌漿連接及質(zhì)量檢查驗(yàn)收等工作任務(wù)，重點(diǎn)是讓學(xué)生掌握每一項(xiàng)工作任務(wù)的施工工藝流程及施工控制要點(diǎn)，并具備施工現(xiàn)場(chǎng)操作以及指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工的能力。

1.2 課程教學(xué)特點(diǎn)

課程具備一般施工類(lèi)課程的特點(diǎn)，即學(xué)科性強(qiáng)、綜合性強(qiáng)和實(shí)踐性強(qiáng)，并且每一個(gè)施工過(guò)程都具有即時(shí)性和完成性的特點(diǎn)，即一個(gè)施工過(guò)程完成后，在教學(xué)過(guò)程中無(wú)法再現(xiàn)的特性。使得學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，無(wú)法真實(shí)感受到整個(gè)施工過(guò)程，導(dǎo)致在視覺(jué)和感覺(jué)系統(tǒng)上對(duì)知識(shí)內(nèi)容無(wú)法產(chǎn)生共鳴。

2 BIM+VR技術(shù)的應(yīng)用

2.1 BIM技術(shù)

BIM 技術(shù)即建筑信息模型，是通過(guò)三維虛擬技術(shù)將建筑工程項(xiàng)目的整個(gè)生命周期各個(gè)環(huán)節(jié)集合在一起，形成模型信息的技術(shù)。在工程類(lèi)課程教學(xué)中，通過(guò)BIM 技術(shù)將抽象的教學(xué)內(nèi)容在計(jì)算機(jī)中以三維信息模型展示，對(duì)學(xué)生理解建筑空間結(jié)構(gòu)的和建設(shè)工程全壽命周期的認(rèn)識(shí)有輔助作用。

2.2 VR技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)簡(jiǎn)稱(chēng)VR，是一種能夠創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，可以使參與者有真實(shí)地場(chǎng)景或?qū)嵨锎嬖诟校此?jiàn)即所得。由于其特有的仿真模擬和沉浸體驗(yàn)特性，它正在成為解決建筑三維空間問(wèn)題的一種重要方法，也將成為信息技術(shù)輔助教學(xué)的一個(gè)重要手段。

2.3 BIM+VR的應(yīng)用

2.3.1 BIM建立模型

給定實(shí)際工程項(xiàng)目，在BIM操作軟件中建立構(gòu)件的三維模型，通過(guò)模型的建立，鍛煉識(shí)讀建筑施工圖紙的能力，并熟悉構(gòu)件的幾何參數(shù)、材料性能等基本知識(shí)。在模型建立的過(guò)程中，更加注重構(gòu)件施工期間的細(xì)節(jié)內(nèi)容，例如：預(yù)埋件及預(yù)留空洞的位置等。

2.3.2 VR模擬操作

工地導(dǎo)覽：完成對(duì)整個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)布置情況的沉浸式游覽和操作，虛擬的施工現(xiàn)場(chǎng)布置完全依據(jù)實(shí)際施工現(xiàn)場(chǎng)的整體布設(shè)要求及安全施工要求進(jìn)行布置，學(xué)生游覽過(guò)程中可以隨時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)的規(guī)范要求，并進(jìn)行布置的調(diào)整，不滿(mǎn)足要求時(shí)，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行錯(cuò)誤提示，從而身臨其境的感受場(chǎng)地布置對(duì)構(gòu)件位置的合理性以及設(shè)施滿(mǎn)足規(guī)范性的要求，進(jìn)而了解工程的概況和施工場(chǎng)地布置要求。

構(gòu)件運(yùn)輸、起吊、就位：完成對(duì)預(yù)制混凝土構(gòu)件的沉浸式操作，虛擬平臺(tái)內(nèi)置數(shù)據(jù)完全依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范設(shè)置，操作過(guò)程中學(xué)生按規(guī)范要求工藝流程完成，并注意每道工序的施工要點(diǎn)，如果操作發(fā)生失誤，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)提醒，全部施工過(guò)程可以反復(fù)進(jìn)行操作，考核操作過(guò)程中會(huì)進(jìn)行扣分處理，大大提高學(xué)生對(duì)工藝流程和施工要點(diǎn)的掌握。

灌漿連接：對(duì)已經(jīng)安裝就位的混凝土構(gòu)件的連接位置及連接的基本構(gòu)造有所了解，并完成灌漿料的制作以及構(gòu)件連接對(duì)外界施工溫度的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)件連接施工環(huán)境要求的了解，并掌握灌漿的工藝流程和施工操作要點(diǎn)。

3 基于BIM+VR的課程教學(xué)改革

3.1 教學(xué)模式的改革

傳統(tǒng)施工類(lèi)課程主要以傳遞-接受式為主，教師講的多、學(xué)生動(dòng)的少，學(xué)生缺乏積極主動(dòng)性。BIM+VR 信息技術(shù)的應(yīng)用，學(xué)生通過(guò)虛擬系統(tǒng)中反復(fù)操作施工過(guò)程，即增強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)際操作能力和又增強(qiáng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

3.2 教學(xué)內(nèi)容的改革

課程的教學(xué)內(nèi)容主要為施工工藝流程和施工工藝要點(diǎn)，文字和圖片的堆積使得教學(xué)內(nèi)容枯燥、乏味，無(wú)法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，造成其對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容無(wú)法理解和掌握。教師通過(guò)BIM+VR 系統(tǒng)將教學(xué)內(nèi)容變成具體工作任務(wù)，增強(qiáng)了學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)體驗(yàn)的同時(shí)使得教學(xué)內(nèi)容的更加靈動(dòng)。

3.3 教學(xué)方法的改革

由傳統(tǒng)的“教師主體”的課堂教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)椤敖處熤鲗?dǎo)、學(xué)生主體”的課堂自學(xué)，教師講究教學(xué)方法，注重學(xué)法指導(dǎo)，通過(guò)實(shí)行啟發(fā)式和討論式教學(xué)致力培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。

3.4 教學(xué)手段的改革

熟練運(yùn)用BIM+VR現(xiàn)代教育技術(shù)手段，通過(guò)實(shí)際工程建設(shè)項(xiàng)目，將項(xiàng)目教學(xué)內(nèi)容劃分成具體工作任務(wù)，提前創(chuàng)設(shè)教學(xué)情景，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，充分挖掘?qū)W生的潛能，切實(shí)提高了課堂教學(xué)效率。

3.5 教學(xué)評(píng)價(jià)的改革

考核評(píng)價(jià)目的在于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)質(zhì)量，通過(guò)BIM+VR現(xiàn)代技術(shù)手段可以全過(guò)程記錄學(xué)生的任務(wù)完成情況，并給出認(rèn)定結(jié)果。為學(xué)生的學(xué)科綜合考評(píng)給出了重要的參考依據(jù)。

3.6 教學(xué)實(shí)踐的改革

職業(yè)院校學(xué)生的優(yōu)勢(shì)在于他們的動(dòng)手操作能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力比較強(qiáng)。而傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)基本上都是課程中間或者結(jié)束后進(jìn)入企業(yè)實(shí)習(xí)，不能做到隨學(xué)隨做，對(duì)知識(shí)的理解和應(yīng)用有一定的延緩性，應(yīng)用BIM+VR 技術(shù)到課堂教學(xué)后，使得課堂變成虛擬的施工現(xiàn)場(chǎng)，有利于提高實(shí)踐教學(xué)的效率和質(zhì)量，同時(shí)彌補(bǔ)企業(yè)實(shí)踐教學(xué)的延緩性和不足性。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，BIM+VR信息技術(shù)的應(yīng)用，在“裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工”課程教學(xué)改革方面起到了重要的推動(dòng)和促進(jìn)作用，其教學(xué)改革成果為同類(lèi)施工課的教學(xué)改革提供了新的方法，同時(shí)促進(jìn)了教育的信息化。因此，BIM+VR 技術(shù)的應(yīng)用，在施工類(lèi)課程培養(yǎng)專(zhuān)業(yè)化高質(zhì)量人才培養(yǎng)方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。