數(shù)字化下智能建造技術(shù)專業(yè)課程改革

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摘要:數(shù)據(jù)說明建筑業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)的作用更加凸顯，同時智能建造取得顯著進(jìn)展。本文闡釋了數(shù)字孿生發(fā)展優(yōu)勢及智能建造發(fā)展應(yīng)用新需求、“數(shù)字化”智能建造技術(shù)內(nèi)涵，制定智能建造技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)規(guī)格，改革專業(yè)課程體系和課程教學(xué)內(nèi)容，并對課程實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞:數(shù)字孿生;智能建造技術(shù);課程改革;實(shí)踐教學(xué)

1施工項(xiàng)目數(shù)字化轉(zhuǎn)型場景分析

建筑工程項(xiàng)目涉及專業(yè)工種多、工作環(huán)境復(fù)雜，工期長，且整體工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)化程度較低，因此施工項(xiàng)目管理難度極大。核心痛點(diǎn):(1)工期時間緊，一般工程項(xiàng)目建設(shè)周期時間較景，業(yè)務(wù)流程中存在大量重復(fù)勞動及不可避免的人為失誤;(2)難點(diǎn)項(xiàng)目精度控制要求高造型復(fù)雜、空間結(jié)構(gòu)多的重難點(diǎn)項(xiàng)目對于圖紙的精度要求高，當(dāng)前交付的二維施工圖紙?jiān)诮ㄔ炀壬隙鵁o法滿足高難度項(xiàng)目的需求。憑經(jīng)驗(yàn)憑感覺的人為控制顯然難以適用;(3)組織協(xié)調(diào)難，工程項(xiàng)目中不僅涉及人、財(cái)、物的調(diào)配與使用還涉及眾多參與方協(xié)作(業(yè)主，資方，總包，監(jiān)理，設(shè)計(jì)，施工，材料供應(yīng)商，設(shè)備供應(yīng)商，專項(xiàng)分包商，勞務(wù)分包商等)，個中關(guān)系交叉復(fù)雜，容易造成往來結(jié)算、責(zé)任劃分不清的問題。BM+智慧工地云平臺以BIM和物聯(lián)網(wǎng)為技術(shù)基礎(chǔ)，將施工現(xiàn)場的碎片化應(yīng)用集成至一個統(tǒng)一的云平臺，并累和施工業(yè)務(wù)中產(chǎn)生的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，形的成的據(jù)中心。通過建立統(tǒng)一主數(shù)據(jù)、統(tǒng)一入口、統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)組件模塊之間的協(xié)同與數(shù)據(jù)共享。同的基子平臺內(nèi)的數(shù)據(jù)中心，服務(wù)于多參與方的科學(xué)決策，為工地的精細(xì)化、智能化管理提供數(shù)據(jù)支撐。作為一種融合多種學(xué)科的技術(shù)，數(shù)字孿生充分利用虛擬模型中的信息，為物理世界提供更加高效、實(shí)時、智能的服務(wù)。它的實(shí)現(xiàn)需要涉及信息、機(jī)械、材料、建筑等學(xué)科技術(shù)的交叉融合。

2“數(shù)字化”智能建造技術(shù)內(nèi)涵

利用信息化充分應(yīng)用的工業(yè)化體系支撐傳統(tǒng)建造方式，學(xué)習(xí)制造業(yè)的技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)對于建筑主體、過程、要素按照智能化要求進(jìn)行解構(gòu)、分析，利用先進(jìn)的智能化技術(shù)創(chuàng)新新材料、新設(shè)備、新工藝，使得建造方式的自動化、數(shù)字化、智能化水平不斷提升的過程。智能建造是基于互聯(lián)網(wǎng)的工程項(xiàng)目信息化管控平臺，在一定范圍內(nèi)通過數(shù)字化、信息化、智能化完成各種操作，實(shí)現(xiàn)數(shù)字技術(shù)、人工智能與建造要求深度融合的一種建造方式。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展以及計(jì)算機(jī)使用的不斷普及，工程建造領(lǐng)域逐漸形成了以建筑信息模型(BIM)為核心、面向全產(chǎn)業(yè)鏈一體化的工程軟件體系。新型深刻變革建造方式。其核心內(nèi)涵:(1)實(shí)施手段有了變化—裝備制造業(yè)有了突破、智能建造和智慧工地支撐了智慧建筑、施工機(jī)器人成為新一代技術(shù)人、現(xiàn)場施工的“簡單化、程序化和標(biāo)準(zhǔn)化”促使工程質(zhì)量更高、進(jìn)度更快、造價更低、更安全、更環(huán)保。(2)崗位能力發(fā)生變化—智能控制、物聯(lián)網(wǎng)、信息化平臺。

3實(shí)訓(xùn)實(shí)踐條件發(fā)生變化

智能技術(shù)應(yīng)用體驗(yàn)實(shí)訓(xùn)中心—智能澆筑體驗(yàn)實(shí)訓(xùn):(1)澆筑工藝是混凝土構(gòu)件生產(chǎn)和建筑施工的主要表現(xiàn)形式;(2)智能控制采用智能化控制手段進(jìn)行構(gòu)件混凝土澆筑過程控制;(3)數(shù)字孿生指3D同步現(xiàn)場并在場景中增強(qiáng)表現(xiàn)實(shí)際設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)(4)學(xué)生通過智能澆筑學(xué)習(xí)按照工藝要求在智能澆筑系統(tǒng)中完成澆筑任務(wù)的流程，過程中異常工況的解決方案及認(rèn)知數(shù)字孿生的過程;(5)虛擬工地，真實(shí)看板，構(gòu)建不同施工階段智慧工地場景;(6)學(xué)習(xí)智慧工地各個功能模塊的組成、安裝調(diào)試、功能應(yīng)用，掌握利用智能化技術(shù)手段提升建筑工地管理水平方法;(7)模擬各種異常工況條件下，工地場景狀態(tài)變化、看板信息變化，學(xué)習(xí)異常工況判斷及處置預(yù)案;(8)利用手機(jī)登錄互動體驗(yàn)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，在教師引|導(dǎo)下根據(jù)場景變化進(jìn)行智慧工地應(yīng)用交互體驗(yàn)實(shí)訓(xùn)，并輸出統(tǒng)計(jì)結(jié)果。作為智能化應(yīng)用技術(shù)展現(xiàn)，交互視頻是重要表現(xiàn)形式，結(jié)合3D技術(shù)和行業(yè)應(yīng)用實(shí)況視頻可以充分展示智能建造現(xiàn)狀與未來。

4“數(shù)字化”智能建造技術(shù)課程改革

4.1智能建造技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)規(guī)格

掌握建筑施工的基礎(chǔ)知識和理論，熟悉建筑施工領(lǐng)域全流程應(yīng)用軟件，了解數(shù)據(jù)分析、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)應(yīng)用，具備初步的智慧工地布置能力以及應(yīng)用BIM模型對施工進(jìn)度、質(zhì)量、安全、成本等進(jìn)行管理，能操作智能檢測和檢測儀器設(shè)備對施工質(zhì)量和安全進(jìn)行檢測和監(jiān)測，并能對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，能負(fù)責(zé)現(xiàn)場機(jī)器人操作作業(yè)指導(dǎo)和制定流程圖，能對建筑機(jī)器人進(jìn)行操作、施工組織、協(xié)調(diào)管理，能運(yùn)用相關(guān)軟件、平臺等對建造過程中涉及的多方、動態(tài)的信息進(jìn)行管理。

4.2課程教學(xué)內(nèi)容改革

整個課程體系通過智能建造數(shù)據(jù)平臺、載體、智能手段及智能機(jī)器人等相關(guān)內(nèi)容整合等。即:(1)用簡單的表述方式讓建筑專業(yè)學(xué)生了解智能技術(shù)相關(guān)的基本原理和專業(yè)術(shù)語。(2)教學(xué)深度適合于建筑專業(yè)教師能夠進(jìn)行教學(xué)實(shí)施，范圍覆蓋:智能控制技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息化技術(shù)。(3)學(xué)會基本測量工具應(yīng)用方法，為智能技術(shù)應(yīng)用案例資源包學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。增加內(nèi)容包括:基本智能化技術(shù)應(yīng)用定律，結(jié)合應(yīng)用了解模擬電路是什么和基本交流術(shù)語了解數(shù)字信號和CPU數(shù)字處理的基本內(nèi)容和方法、傳感器分類和構(gòu)成、結(jié)合應(yīng)用案例學(xué)習(xí)傳感器選型了解智能控制的典型方法、智能控制核心控制部件應(yīng)用(PLC)、智能控制系統(tǒng)構(gòu)建過程中主要電氣元件分類、智能控制過程中的電機(jī)智能變速控制部件、智能控制過程中步長控制方法、電機(jī)、液壓、啟動等典型控制負(fù)載分類、組態(tài)控制軟件與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)組成與使用、數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕痉诸惡头椒ā⒗霉卜?wù)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建信息化服務(wù)的方法結(jié)合管理需要、學(xué)習(xí)分解信息化應(yīng)用構(gòu)建需求、典型信息化平臺不同組成方法，結(jié)合管理需要，應(yīng)用信息化平臺提升管理效率方法，針對構(gòu)件生產(chǎn)流水線、智能控制、物聯(lián)網(wǎng)、信息化應(yīng)用的典型案例掌握萬用表使用方法、示波器在智能化技術(shù)應(yīng)用過程中的信號分析作用掌握智能技術(shù)應(yīng)用過程中的用電安全知識。以建筑施工組織管理為例，編制施工計(jì)劃?按周期繪制前鋒線?預(yù)警查看、風(fēng)險預(yù)判?智能化網(wǎng)圖檢查?進(jìn)度計(jì)劃調(diào)整和優(yōu)化。在整個課程編排過程中，融入了智慧施工平臺操作系統(tǒng)，通過操作平臺查看預(yù)警及風(fēng)險預(yù)判，然后進(jìn)行計(jì)劃優(yōu)化調(diào)整，加入BIM5D技術(shù)及其運(yùn)用知識點(diǎn)，掌握進(jìn)度計(jì)劃及施工周期過程中原材料使用量，達(dá)到可以時時監(jiān)控的目標(biāo)。

4.3課程實(shí)踐教學(xué)研究

建設(shè)一個新技術(shù)支撐下的仿真虛擬智慧工地、智慧管理實(shí)訓(xùn)基地實(shí)踐教學(xué)實(shí)訓(xùn)基地的建設(shè)遵循還原工作場景、豐富實(shí)踐教學(xué)、了解技術(shù)應(yīng)用、掌握工作原理，實(shí)現(xiàn)教學(xué)以(1)智慧工地項(xiàng)目為教學(xué)場景，圍繞施工和管理，開展認(rèn)知理論學(xué)習(xí)，補(bǔ)充現(xiàn)場教學(xué)不足知識目標(biāo)目標(biāo);(2)將智慧工地使用的傳感器、AIOT設(shè)備、工地大腦數(shù)據(jù)平臺應(yīng)用結(jié)合到任務(wù)場景中去，讓學(xué)生按照任務(wù)流程、步驟進(jìn)行智能硬件布點(diǎn)，儀器檢測預(yù)警線的設(shè)置，使實(shí)訓(xùn)學(xué)生深入理解智慧工地應(yīng)用，提升學(xué)生對相關(guān)技術(shù)先進(jìn)技能點(diǎn)的掌握的技能實(shí)訓(xùn)教學(xué)目標(biāo);(3)引入案例模擬情景，設(shè)計(jì)事故報警點(diǎn)，由學(xué)生提供應(yīng)急處置方案，通過虛擬仿真技術(shù)軟件模擬真實(shí)工作，后續(xù)平臺將接入項(xiàng)目監(jiān)管云平臺(施工現(xiàn)場數(shù)據(jù))引入現(xiàn)場課堂互動實(shí)訓(xùn)，使學(xué)生能夠在真實(shí)的現(xiàn)場、真實(shí)的案例中鍛煉施工技能和實(shí)現(xiàn)學(xué)生智慧工地綜合管理能力。

作者：祝軍權(quán) 單位：廣東環(huán)境保護(hù)工程職業(yè)學(xué)院人居環(huán)境學(xué)院