课题：浙江广厦建设职业技术学院2018课改项目 18KG-018 数字孪生个性化构件搭建与应用——以BIM综合应用实训为例
关键词：数字孪生，个性化实训，BIM综合应用实务，课堂改革
现在建筑业转型升级主要有绿色建筑与数字建筑两条道路发展，而数字建筑将成建筑业转型升级的核心引擎，如基于“数字建筑”、“数字孪生”，福州滨海新城开创了“规建管一体化”的城市建设新范式，雄安新区是数字城市与现实城市同步规划、同步建设的城市数字孪生城市。
所谓“数字孪生城市”是在数字虚拟世界上构建城市虚拟映像，叠加在城市物理空间上，可以形成整个城市的虚实相生、同生共存。数字孪生是指充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程[1]。
本项目研究借鉴数字孪生城市的理念，以BIM综合实训课程为载体，搭建数字孪生构件，即先用BIM软件创建构件的模型，并结合BIM软件获得搭设构件所需材料数量，再进行实际构件的搭设，在搭设过程中结合软件进行质量、安全、成本的管控。
一、课程开设情况分析
1、本校情况
本校建筑施工技术课程所开设的实训内容为以BIM软件对某大厦进行建模，然后在工种实训场地对指定图纸的柱、梁、墙等单个构件进行钢筋绑扎、模板支设操作。经分析主要存在以下问题：
第一，通过BIM软件对某大厦进行建模，主要是对其柱、梁、墙构件的布置，而非对构件的钢筋、模板进行布置，对学生的平法识图能力有一定提高，但对于具体钢筋布置的识图及规则学生直接忽略，不利于后续实训内容的进行。
第二，BIM软件建模内容单一，所有学生所需完成的内容一致，不能体现个性化，并存在严重的拷贝抄袭现象。
第三，在工种操作时，学生对指定图纸的柱、梁、墙单个构件的钢筋绑扎，学生仅依靠自身对平法识图的理解以及现场指导老师的指导进行操作，施工前未形成构件的具体影像，对所需钢筋的数量及形状没有基本概念。
第四，学生绑扎钢筋、支设模板，只是凭自己对图纸的理解，没有准确量的对照，无法对成本进行控制。
2、其他院校情况
目前，诸多高职院校已经开始着手BIM课程及相关课程的开发，同时也在加快BIM 实训室的建设，如如：广东工程职业技术学院在2012年开始专门为BIM咨询类企业和建筑施工类的企业培养其所需要的一线BIM建模人才，学生于在校学习第3年进入到由学校和企业共同设立的BIM实训基地，进行真实工程项目的跟踪；天津国土资源和房屋职业学院，设置了Revit软件基础课程和Revit体量设计的课程，学生学会小型建筑建模和一些复杂体量的设计和族的创建方法等知识；黑龙江建筑职业技术学院重点介绍BIM技术理念、应用领域、应用手段和前景；广州番禺职业技术学院在课程体系中融入了BIM内容，并校企合作共建BIM工作室，主要承接BIM建模业务。由此可以看出虽然越来越多的高职建筑类专业将BIM技术纳入到课程体系中，但大多停留在建模阶段，不能全面培养学生BIM技术应用能力。
二、课程设计
本次课堂改革主要从实训内容上进行改革，从原来的建模与实操完全分离状态转变成建模内容与实操内容基本统一，并结合BIM软件进行综合应用。本次实训安排时间为两周半时间，第一周结合图纸对BIM主体构件个性化建模，第二周结合BIM模型进行主体构件个性化实操，最后利用半周的时间进行BIM综合应用，实施班级为18建技1-4班以及S19建技1-4班。
1、BIM主体构件个性化建模
第一周实训内容为BIM软件都主体构件进行建模。建筑主体工程受力构件主要由基础、柱、梁、板、剪力墙及楼梯等组成，同一分部分项工程在不同建筑中表现形式多种多样，本项目对同一分部分项采用多种不同类型的图纸，例如基础（含柱）包括锥形、阶梯形、沉降缝双柱基础、伸缩缝双柱基础等10种不同类型，剪力墙包括约束、非约束等10种不同类型，框架梁包括不同10种不同构造要求的抗震、非抗震梁。
每个学生根据指导教师的分组领到属于本组的图纸任务，包括基础、框架梁剪力墙图纸各1份，先结合图纸、保护层要求等，对钢筋长度进行计算，然后利用REVIT软件进行构件建模，建模内容包括构件、钢筋、模板。每个学生将已建模型上传至品茗CCBIM软件中，在第二周主体构件个性化实操时作为参考依据。
2、主体构件个性化实操
第二周实训内容为主体构件个性化实操，即利用伊赛普特（ICEPT）建筑个性化实训集成系统，对构件钢筋绑扎以及模板的支设。
为了让学生接触到不同类型的构件，第二周工种操作实训分组时将软件建模时的分组人员打乱，重新分配。学生明确实训任务后，各小组成员共同完成钢筋下料表计算工作，按小组逐个向教师教学答辩，要求学生讲解计算的原理及过程，各组答辩通过后按图绑扎钢筋，支设模板开始进行工种操作。构件搭设完成后，按照建模小组成员分配，对应所建模型对构件进行检查，对所存在的质量问题进行拍照，提出整改意见。
3、BIM综合应用
第3周的半周时间，原计划将实际构件搭设过程中的质量、安全、成本关联到BIM模型中，实现全生命周期的管理。
在实际操作过程中，安全、成本方面基本未涉及到，而且只对单个构件进行质量关联太过简单，所以最后的半周所完成的内容为在教师给定模型、质量照片、安全照片、进度计划等，学生将模型导入后，利用鲁班explorer、鲁班PLAN、鲁班Works、鲁班驾驶舱等一系列软件对BIM模型综合应用。
三、课程实施结果调查
为了了解BIM综合应用实务课程内容是否合理以及学生满意度，采用学习通问卷调查形式对实施课堂改革的8个班进行了问卷调查，为确保数据的真实有效，调研由任课教师在实训结束后课堂中完成。
本次调查共收到学生有效问卷335份，具体情况如下所示。.png)
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由以上调查可知，大部分学生觉得本学期BIM综合应用实务内容量安排合适，少部分基础较差的同学在建模阶段有些跟不上，从而觉得内容有些过多。在时间方面，学生表示两周半的时间太长，无论是指导教师还是学生都感觉太累，大部分学生倾向于一周时间。
高达98%以上的学生都觉得在工种操作前BIM模型的建立很有必要，既能让学生对钢筋图纸有更深的理解，有可以使学生对构件有三维的立体印象，还能更好地掌握构件钢筋安装的要点。
实训后学生表示收获良多，BIM主体构件个性化建模提高了钢筋平法识图能力，主体构件个性化实操既培养了实践动手能力又发扬了团队合作精神，对以后的学习、就业、发展也有积极的作用。
四、课堂改革探讨
1、课时安排
从现场教学效果到调查结果来看，两周半时间的实训，让指导教师及学生都疲惫不堪，可以将课时及内容进行压缩，43%的学生希望实训时间改为一周，27%的学生希望实训时间为2周，还有25%的学生坚持继续两周半的实训时间。通过对实训指导教师调研得出，实训时长为1周-1周半最佳。
2、实训内容
从本轮实训过程来看，每个学生自觉参与建模及实操过程，则可以在相同的实训内容情况下，将实训课时压缩至1周半的时间，但若只用一周的时间来完成实训，则需要压缩实训相关内容。课程组教师及相关人员经过讨论，如只用一周时间完成实训，则建议实训内容安排如下：
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一周的时间太有限，无论是建模还是实操都不能将3个构件全部完成，只能选择性完成相关内容。
五、结束语
BIM综合应用实务是综合运用所学到的《建筑施工技术》理论知识和职业技能的一次实践教学环节，是建筑工程技术专业教学计划中重要的实践教学环节，也是学生从理论学习到实际参加工作前的一次较全面的训练机会。通过本次实训，使学生对未来的工作岗位有一个认识和了解；增强学生的吃苦耐劳精神；提高学生的实际动手能力，为今后从事施工管理工作打下基础。
本次实训课堂改革一方面将BIM软件建模内容与工种操作内容相结合，实现了虚与实的结合，另一方面，组与组之间图纸不同，实训内容呈现个性化，第三方面，BIM的综合应用的学习，使学生了解到如何应用BIM软件对现场进行成本、质量、安全的管控，从而达到提高学生就业竞争力的目的。
当然，本次实训课堂改革也有诸多不足之处，首先部分学生提出实训内容只是基础、梁、墙单个构件，缺乏整体性，以及各构件相交处的处理等相关内容都未涉及，其次，BIM综合应用方面需要考虑更加全面，应与前面的BIM建模与实操相结合。这些都需要本课程组教师及课题组成员进一步的探索，该如何改善实训内容及教学方法，才能更好培养高技能型建筑施工人才，为学生就业提供帮助。
[参考文献]：
[1]于紫月.给你的机器造个“双胞胎”[N].科技日报,2018-11-16
作者简介：程小春（1985.04），女，汉，安徽安庆，哈尔滨理工学院工程硕士，浙江广厦建设职业技术学院讲师，主要研究方向：建筑施工
论文作者:程小春
论文发表刊物:《建筑实践》2019年38卷第22期
论文发表时间:2020/4/3
标签：构件论文; 实训论文; 建模论文; 学生论文; 内容论文; 钢筋论文; 数字论文; 《建筑实践》2019年38卷第22期论文;