孔曉璇， 盧海峰， 劉重羊， 吳志軍

（武漢大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，武漢 430072）

0 引 言

當(dāng)前正處于以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命時(shí)期，各行業(yè)利用信息通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)空間虛擬系統(tǒng)相結(jié)合的手段逐步向智能化轉(zhuǎn)型。2015 年5 月，國務(wù)院正式印發(fā)《中國制造2025》，與德國“工業(yè)4.0”合作對(duì)接，全面推進(jìn)制造強(qiáng)國戰(zhàn)略。社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境資源持續(xù)利用之間的矛盾、知識(shí)形成過程與信息傳播途徑的改變以及信息化與智能化時(shí)代對(duì)人才需求的變化與挑戰(zhàn)等都深刻影響著工程教育的發(fā)展與改革。教育部2017 年啟動(dòng)了以“新理念、新模式、新質(zhì)量、新方法、新內(nèi)容”為核心的新工科建設(shè)，推動(dòng)以科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展為主導(dǎo)的教育改革，意在探索引領(lǐng)全球工程教育的中國模式和經(jīng)驗(yàn)［1-2］。

傳統(tǒng)工科專業(yè)需要改變長期以來形成的相對(duì)穩(wěn)定的專業(yè)內(nèi)涵和結(jié)構(gòu)［3-4］，面向新技術(shù)、新經(jīng)濟(jì)、新產(chǎn)業(yè)和新業(yè)態(tài)，以大數(shù)據(jù)、智能化和數(shù)字化為關(guān)鍵詞重構(gòu)和增設(shè)工科專業(yè)。土木類的智能建造是順應(yīng)傳統(tǒng)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)而增設(shè)的新工科專業(yè)，培養(yǎng)能夠完成智能設(shè)計(jì)、智能施工和全過程運(yùn)行維護(hù)管理的卓越土木工程師。智能建造專業(yè)的課程體系中理論知識(shí)與實(shí)踐能力并重，以基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)為主的傳統(tǒng)工科實(shí)驗(yàn)室無法滿足新工科人才培養(yǎng)需求［5-7］，因此，探索“新工科”背景下智能建造實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)方案，對(duì)高校工科專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革與創(chuàng)新型人才培養(yǎng)具有重要意義。

1 智能建造實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的必要性

1.1 智能建造行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

土木工程學(xué)科的發(fā)展始終與時(shí)代發(fā)展、科技進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)革命緊密相關(guān)，在不同的時(shí)代背景下具有不同的發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn)：以蒸汽驅(qū)動(dòng)設(shè)備為代表的第一次工業(yè)革命，促發(fā)了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)為代表的工程結(jié)構(gòu)革新和施工機(jī)具的升級(jí)；以電力驅(qū)動(dòng)設(shè)備的大規(guī)模生產(chǎn)帶來了第二次工業(yè)革命，土木工程的施工逐步邁進(jìn)機(jī)械化和電氣化進(jìn)程，汽車和航運(yùn)業(yè)的發(fā)展也為大規(guī)?；A(chǔ)設(shè)施的建設(shè)提供了契機(jī)；以信息技術(shù)為主導(dǎo)的第三次工業(yè)革命，促發(fā)了建筑設(shè)計(jì)和建造的數(shù)字化發(fā)展，工程中的生產(chǎn)方法、工藝流程、生產(chǎn)組織和管理逐步規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化；以人工智能、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)與云計(jì)算等技術(shù)為代表的第四次工業(yè)革命，不再局限于某一特定領(lǐng)域，而是整個(gè)系統(tǒng)的創(chuàng)新，建造行業(yè)也隨之開始了建筑信息化和智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)。

新一代信息技術(shù)與人工智能技術(shù)的應(yīng)用與革新為全生命周期建筑產(chǎn)業(yè)鏈實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)、建造和管理的智慧化提供技術(shù)上的解決方案［8］。建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)集成形成實(shí)時(shí)施工模型，用于施工過程中可視化監(jiān)控與仿真模擬；工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及施工企業(yè)信息系統(tǒng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)等工程建造過程中的大量數(shù)據(jù)，構(gòu)成施工企業(yè)級(jí)的大數(shù)據(jù)資源，人工智能進(jìn)行大數(shù)據(jù)挖掘和分析后支持建造過程趨勢(shì)預(yù)測(cè)和決策；面向建筑施工領(lǐng)域的人工智能算法將通過對(duì)大數(shù)據(jù)挖掘分析，為項(xiàng)目管理知識(shí)發(fā)現(xiàn)及建造過程趨勢(shì)預(yù)測(cè)提供決策支持［9］。云平臺(tái)為BIM、物聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)應(yīng)用提供了一個(gè)虛擬化的計(jì)算環(huán)境，虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）技術(shù)進(jìn)一步增強(qiáng)了他們之間的協(xié)作能力，所有工程項(xiàng)目參與者可以利用集成工程建設(shè)各項(xiàng)活動(dòng)統(tǒng)一平臺(tái)全局化分析處理問題。此外，基于數(shù)據(jù)庫的分布式智能決策技術(shù)優(yōu)化項(xiàng)目調(diào)度、協(xié)同控制建造資源，在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，AR）技術(shù)的輔助下對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工人員的作業(yè)進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋與遠(yuǎn)程協(xié)助。

第四次工業(yè)革命中建造業(yè)變革是以多學(xué)科、多領(lǐng)域、多集群技術(shù)創(chuàng)新為特征，將產(chǎn)生極其廣泛而深遠(yuǎn)的影響。作為對(duì)變革進(jìn)程影響最大的高等教育也面臨新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)和新模式形成和發(fā)展的重大挑戰(zhàn)。在土木類專業(yè)中增設(shè)“智能建造”新工科專業(yè)相應(yīng)土木工程行業(yè)向智能建造行業(yè)轉(zhuǎn)型過程中對(duì)專業(yè)人才的迫切需求［10-11］。

1.2 智能建造專業(yè)人才培養(yǎng)模式

為了適應(yīng)國家戰(zhàn)略需求和建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，將建筑施工與電子信息、機(jī)械自動(dòng)化、工程管理等技術(shù)相互融通發(fā)展而開設(shè)了新工科專業(yè)——智能建造（專業(yè)代碼081008T）。同濟(jì)大學(xué)于2017 年獲批增設(shè)智能建造專業(yè)，是我國第一個(gè)智能建造專業(yè)，位于土木工程學(xué)院，招生大類為工科試驗(yàn)班（土木與環(huán)境類）。此后，獲批教育部普通高校本科專業(yè)備案智能建造專業(yè)的高校逐年增多，至2021 年累計(jì)獲批的高校數(shù)量已達(dá)72所（見圖1）。

圖1 新增智能建造本科專業(yè)備案的高校數(shù)量

武漢大學(xué)智能建造專業(yè)獲批2021 年度普通高校學(xué)校本科專業(yè)備案，作為新專業(yè)智能建造的專業(yè)定位、人才培養(yǎng)方案和課程體系設(shè)置都處于探索階段，為此，土木建筑工程學(xué)院組織學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)和教師前往同類院校調(diào)研智能建造專業(yè)發(fā)展情況，前往大型建筑企業(yè)調(diào)研企業(yè)人才需求。提出了智能建造專業(yè)內(nèi)涵和本質(zhì)，“智能建造專業(yè)立足于未來國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和社會(huì)發(fā)展的需求，堅(jiān)持學(xué)?！畡?chuàng)造、創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)’教育理念，培養(yǎng)德智能體美勞全面發(fā)展，基礎(chǔ)理論扎實(shí)、專業(yè)知識(shí)寬廣、實(shí)踐能力突出，具有崇高的科學(xué)精神、深厚的人文社科素養(yǎng)、開闊的國際視野、強(qiáng)烈的社會(huì)責(zé)任感和職業(yè)道德使命，既能在智能建造領(lǐng)域從事智能設(shè)計(jì)、智能施工、智能運(yùn)維，又能在人工智能和現(xiàn)代信息技術(shù)領(lǐng)域從事科技開發(fā)與組織管理，人格健全、引領(lǐng)未來社會(huì)進(jìn)步和人類文明發(fā)展的領(lǐng)軍人才”，其人才培養(yǎng)模式的定位如下：

（1）培養(yǎng)“厚基礎(chǔ)、寬口徑、強(qiáng)能力、高素質(zhì)”的卓越工程師。為打破學(xué)科界限、順應(yīng)交叉學(xué)科融合發(fā)展趨勢(shì)，智能建造專業(yè)以大類工科試驗(yàn)班的形式進(jìn)行招生，實(shí)行分段式培養(yǎng)的模式，第1 學(xué)年大類培養(yǎng)，夯實(shí)數(shù)理基礎(chǔ)提升工程基礎(chǔ)素養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)科知識(shí)交叉融合，后3 學(xué)年專業(yè)培養(yǎng)，以土木工程專業(yè)課程為基礎(chǔ)，融合計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、機(jī)械自動(dòng)化、工程管理等專業(yè)課程，完善課程體系，推進(jìn)實(shí)踐教學(xué)改革，加強(qiáng)課程國際化建設(shè)，著力提升學(xué)生的工程素質(zhì)，增強(qiáng)工程意識(shí)并和積累工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

（2）培養(yǎng)具備項(xiàng)目全局意識(shí)的行業(yè)領(lǐng)軍人才。為滿足智能時(shí)代工程建設(shè)需要，工程師需要具備跨學(xué)科知識(shí)體系和解決工程建設(shè)過程中復(fù)雜問題的能力，以管理為導(dǎo)向，技術(shù)為支撐，以系統(tǒng)思維為核心，掌握工程項(xiàng)目全局的關(guān)鍵點(diǎn)，在工程項(xiàng)目的策劃、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、運(yùn)維等全壽命周期中進(jìn)行智能化、信息化的整體架構(gòu)。高校肩負(fù)著培養(yǎng)引領(lǐng)建造行業(yè)工程建造技術(shù)和工程管理的系統(tǒng)性變革領(lǐng)軍人才的重任，從建造方式、組織模式、行業(yè)管理等方面重塑建筑業(yè)。

（3）培養(yǎng)具有實(shí)踐和創(chuàng)新能力的復(fù)合型人才。建造行業(yè)面臨著轉(zhuǎn)型升級(jí)的嚴(yán)重挑戰(zhàn)，從“互聯(lián)網(wǎng)＋”發(fā)展到“智能＋”，以大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新一代信息技術(shù)正融入傳統(tǒng)工程領(lǐng)域，新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新模式的應(yīng)用推動(dòng)著建造產(chǎn)業(yè)改造提升。傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)需要大量具有實(shí)踐和創(chuàng)新能力的復(fù)合型人才，高校應(yīng)強(qiáng)化工業(yè)基礎(chǔ)和技術(shù)創(chuàng)新能力，提升學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、工程實(shí)踐能力和信息化技術(shù)能力，助力建設(shè)建造強(qiáng)國。

1.3 智能建造課程體系的構(gòu)建

根據(jù)智能建造的學(xué)科特征和行業(yè)需求分析［12］，依照本科創(chuàng)新人才培養(yǎng)新模式、新體系，在傳統(tǒng)土木建筑類課程體系基礎(chǔ)上，增設(shè)人工智能、計(jì)算機(jī)技術(shù)、機(jī)械工程和自動(dòng)化控制技術(shù)等專業(yè)知識(shí)與技能，制定智能建造專業(yè)課程教學(xué)大綱，形成系統(tǒng)的知識(shí)體系（見圖2）。實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力和科技創(chuàng)新能力的主要途徑［13-15］，在課程體系中占有重要地位，實(shí)踐性課程體系主要包括基礎(chǔ)課程、專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)、學(xué)科綜合實(shí)訓(xùn)實(shí)踐和創(chuàng)新探索研究實(shí)踐。

圖2 智能建造實(shí)踐課程體系構(gòu)成圖

基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要包括與理論課程配套的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生鞏固和加深理論知識(shí)，構(gòu)建專業(yè)理論知識(shí)框架，掌握基本實(shí)驗(yàn)技能和方法，例如材料力學(xué)、土力學(xué)、土木工程材料、混凝土基本構(gòu)件實(shí)驗(yàn)和鋼結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件等實(shí)驗(yàn)；專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)包含專業(yè)課的課程設(shè)計(jì)和實(shí)習(xí)實(shí)踐，將專業(yè)課程中的知識(shí)點(diǎn)直接運(yùn)用于設(shè)計(jì)和實(shí)踐中，通過工程模塊構(gòu)建智能建造知識(shí)體系，對(duì)學(xué)生的基本技術(shù)應(yīng)用能力和解決實(shí)際問題的綜合能力進(jìn)行訓(xùn)練，提高學(xué)生專業(yè)理論的實(shí)踐能力，例如房屋建筑學(xué)課程設(shè)計(jì)、智能建造綜合課程設(shè)計(jì)、智能測(cè)繪實(shí)習(xí)和工程地質(zhì)實(shí)習(xí)；學(xué)科綜合實(shí)訓(xùn)實(shí)踐包括認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)、生產(chǎn)勞動(dòng)與工程訓(xùn)練和畢業(yè)設(shè)計(jì)，是對(duì)4 年所學(xué)知識(shí)和技能進(jìn)行系統(tǒng)化和綜合化運(yùn)用、總結(jié)和深化的過程，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識(shí)、基本技能應(yīng)對(duì)和處理問題的能力；創(chuàng)新探索研究實(shí)踐將最新科研成果與學(xué)生競賽引入教學(xué)環(huán)節(jié)，提高解決實(shí)際工程問題的動(dòng)手能力和創(chuàng)新精神，包括大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目和全國大學(xué)生先進(jìn)成圖技術(shù)、全國大學(xué)生BIM-CIM大賽、互聯(lián)網(wǎng)＋和挑戰(zhàn)杯大賽等一系列競賽。

2 智能建造實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案與實(shí)施

2.1 實(shí)驗(yàn)室建設(shè)目標(biāo)

實(shí)踐教學(xué)是提高學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新精神的主要途徑［16-17］，為了滿足智能建造教學(xué)和實(shí)踐需求，學(xué)校探索建立新的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室——智能建造實(shí)驗(yàn)室。智能建造實(shí)驗(yàn)室以服務(wù)于國家智慧城市建設(shè)和“一帶一路”倡議實(shí)施對(duì)智能建造人才培養(yǎng)要求為目標(biāo)，堅(jiān)持“緊跟學(xué)科發(fā)展，立足社會(huì)需求，夯實(shí)實(shí)踐能力，強(qiáng)化工程技能，培育團(tuán)隊(duì)精神，提高創(chuàng)新能力”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)和智能建造實(shí)訓(xùn)教學(xué)作為實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)并融入實(shí)踐教學(xué)體系，整合先進(jìn)的BIM技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、3D 打印技術(shù)、人工智能技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，將實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成為資源豐富、開放共享、水平一流、效益突出、特色鮮明的智能建造技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。

學(xué)院確定了“整合資源、集聚優(yōu)勢(shì)、注重研發(fā)、突顯特色”的建設(shè)思路，結(jié)合雙一流建設(shè)學(xué)科土木工程已有的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)資源，建立包含虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和智能建造實(shí)踐平臺(tái)的實(shí)踐教學(xué)實(shí)驗(yàn)室。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)利用多媒體、互聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)和人機(jī)交互等技術(shù)建立虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，對(duì)具有高風(fēng)險(xiǎn)或高成本的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和大型綜合訓(xùn)練與實(shí)習(xí)項(xiàng)目進(jìn)行仿真模擬，建設(shè)可提供虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的教學(xué)資源和教學(xué)平臺(tái)。智能建造實(shí)踐平臺(tái)包含智能建造工程概論、BIM 協(xié)同設(shè)計(jì)、3D打印混凝土、TBM 智能掘進(jìn)等實(shí)踐教學(xué)模塊，既可以單獨(dú)支持核心課程的專業(yè)級(jí)綜合實(shí)驗(yàn)，又可以相互組合支持交叉創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的學(xué)科級(jí)創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)。

智能建造實(shí)驗(yàn)室以實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法改革和建設(shè)共享優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源為核心，探索和建設(shè)培養(yǎng)學(xué)生綜合實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，創(chuàng)建了“多層次、系統(tǒng)化、研究型、共享式”實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)體系；產(chǎn)、學(xué)、研協(xié)同發(fā)展，建設(shè)智能建造實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍。全面促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主實(shí)驗(yàn)、自主創(chuàng)新，擴(kuò)大受益面，共享優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，全面提高學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。

2.2 實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案特色

（1）創(chuàng)建“多層次、系統(tǒng)化、共享式”智能建造實(shí)驗(yàn)體系。智能建造實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建了基礎(chǔ)課程、專業(yè)課程、學(xué)科綜合實(shí)訓(xùn)實(shí)踐和創(chuàng)新探索研究實(shí)踐多層次虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，梯次提升學(xué)生的工程素養(yǎng)。按照“虛實(shí)一體、虛實(shí)交叉融合”的思想，組織實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，系統(tǒng)化貫穿到課堂教學(xué)實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)、學(xué)生自主科研、野外科學(xué)考察全過程中，全面培養(yǎng)學(xué)生在“大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)＋”條件下的綜合能力。實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源采用模塊化設(shè)計(jì)，可對(duì)接校內(nèi)資源，例如我校人工智能實(shí)驗(yàn)室、工程訓(xùn)練與創(chuàng)新實(shí)踐中心、工科其他院系實(shí)驗(yàn)室，充分發(fā)揮雙一流學(xué)科集群優(yōu)勢(shì)，此外實(shí)驗(yàn)室也可以作為平臺(tái)，直接接入課程模塊，擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)室教學(xué)資源的深度和廣度，學(xué)生能夠通過資源共享，采用主動(dòng)、自主學(xué)習(xí)的方式，實(shí)現(xiàn)“厚基礎(chǔ)、寬口徑”復(fù)合型人才培養(yǎng)，社會(huì)各界能夠共享虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，服務(wù)于機(jī)構(gòu)和企業(yè)的繼續(xù)教育，實(shí)現(xiàn)資源共享、協(xié)同創(chuàng)新。

（2）構(gòu)建虛實(shí)結(jié)合、校企聯(lián)動(dòng)、協(xié)同創(chuàng)新的人才培養(yǎng)模式。實(shí)驗(yàn)室以國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的人才需求為導(dǎo)向，以重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力為目標(biāo)，加強(qiáng)學(xué)生學(xué)科群基礎(chǔ)，促進(jìn)跨學(xué)科復(fù)合型人才的培養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)通過教學(xué)與科研相結(jié)合、學(xué)校教育與工程訓(xùn)練一體化、虛擬實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合等多樣化的教學(xué)模式。充分利用學(xué)校品牌優(yōu)勢(shì)與國內(nèi)外著名企業(yè)合作，探索校企聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室建立機(jī)制，將企業(yè)的先進(jìn)技術(shù)、市場(chǎng)需求和行業(yè)經(jīng)驗(yàn)引入實(shí)踐教學(xué)中，利用企業(yè)已有的虛擬仿真資源和工程實(shí)際案例，實(shí)現(xiàn)校企全方位、多層次深度合作，打造以教學(xué)、科研、培訓(xùn)為一體的工程師培養(yǎng)基地，并通過云計(jì)算平臺(tái)實(shí)現(xiàn)開放共享，從而構(gòu)建虛實(shí)結(jié)合、校企聯(lián)動(dòng)、協(xié)同創(chuàng)新的人才培養(yǎng)模式，引領(lǐng)智能建造實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展。

（3）配置信息化、多元化實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源。注重將教師科研項(xiàng)目、學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和合作企業(yè)大型工程案例等項(xiàng)目轉(zhuǎn)化成學(xué)生探索型實(shí)驗(yàn)，拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)范圍和教學(xué)內(nèi)容。利用虛擬現(xiàn)實(shí)、多媒體交互、3D 可視化等信息化技術(shù)，自主和聯(lián)合攻關(guān)研發(fā)，形成BIM 建模與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、3D 打印實(shí)訓(xùn)平臺(tái)、智能掘進(jìn)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)、地下工程智能施工虛擬仿真實(shí)驗(yàn)等平臺(tái)，形成覆蓋智能設(shè)計(jì)、智能施工、智能運(yùn)維的工程全過程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目具有先進(jìn)性和前瞻性，開創(chuàng)了虛擬仿真和真實(shí)實(shí)驗(yàn)協(xié)同育人的新局面，提升了學(xué)生的方案設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理分析、工程實(shí)踐、自主學(xué)習(xí)及創(chuàng)新研究能力。

（4）提供開放式自主學(xué)習(xí)環(huán)境。智能建造實(shí)驗(yàn)室以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力與專業(yè)知識(shí)工程綜合運(yùn)用能力為目標(biāo)，為學(xué)生提供開放式自主學(xué)習(xí)環(huán)境。①虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的開放，利用現(xiàn)代化信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程平臺(tái)的開放共享，引導(dǎo)學(xué)生在數(shù)字環(huán)境下自主學(xué)習(xí)，學(xué)生可以利用手機(jī)和電腦等移動(dòng)設(shè)備隨時(shí)隨地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；②對(duì)實(shí)驗(yàn)課程安排、儀器設(shè)備管理、實(shí)驗(yàn)開放預(yù)約等實(shí)行網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化管理，促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)在時(shí)間、內(nèi)容、空間上開放，推動(dòng)了實(shí)驗(yàn)室各類資源的共享共用，形成了良好的網(wǎng)絡(luò)支撐體系和現(xiàn)代化的高效運(yùn)行機(jī)制；以科研項(xiàng)目、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目、學(xué)科競賽等為驅(qū)動(dòng)，全面促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主實(shí)驗(yàn)、自主創(chuàng)新，為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和個(gè)性發(fā)展創(chuàng)造良好條件，全面提高學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。

（5）重視實(shí)驗(yàn)課程思政建設(shè)。學(xué)校堅(jiān)持課程思政育人導(dǎo)向，高度重視課程思政建設(shè)工作，于2020 年12月發(fā)布的“武漢大學(xué)課程思政建設(shè)實(shí)施方案”，對(duì)學(xué)校課程思政建設(shè)進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)，明確建設(shè)目標(biāo)，制定總體方案和實(shí)施計(jì)劃，全面推進(jìn)思想德育工作。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是工科專業(yè)課程教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，將思政主題內(nèi)蘊(yùn)于智能建造專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，以實(shí)驗(yàn)課程思政作為課程教學(xué)改革創(chuàng)新的突破口，是推進(jìn)高校思政教育隱性化和融合性模式的重要嘗試。在習(xí)近平總書記系列育人講話的引導(dǎo)下，將思想政治教育在實(shí)驗(yàn)實(shí)踐中融入學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，構(gòu)建智能建造專業(yè)課程思政的全員育人、全程育人、全方位育人的三全育人大格局，在培養(yǎng)學(xué)生基礎(chǔ)理論扎實(shí)、專業(yè)知識(shí)寬廣、實(shí)踐能力突出的同時(shí)，具有崇高的科學(xué)精神、深厚的人文社科素養(yǎng)、開闊的國際視野、強(qiáng)烈的社會(huì)責(zé)任感和職業(yè)道德使命。

2.3 實(shí)驗(yàn)室建設(shè)實(shí)施

智能建造實(shí)驗(yàn)室確定了“整合資源、集聚優(yōu)勢(shì)、注重研發(fā)、突顯特色”的建設(shè)思路，結(jié)合智能建造專業(yè)培養(yǎng)方案，以實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法改革和建設(shè)共享優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源為核心，利用虛擬現(xiàn)實(shí)、多媒體、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)，結(jié)合真實(shí)工程案例數(shù)據(jù)，創(chuàng)建“多層次、系統(tǒng)化、共享式”智能建造實(shí)驗(yàn)體系。實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建了6 個(gè)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)模塊（見圖3），串聯(lián)起智能規(guī)劃與設(shè)計(jì)、智能施工、智能監(jiān)測(cè)和智能運(yùn)維等工程全生命周期過程。

圖3 智能建造實(shí)驗(yàn)室實(shí)訓(xùn)模塊

具體如下：

（1）智能建造工程概論模塊。智能建造作為一個(gè)新增設(shè)的專業(yè)，是多學(xué)科交叉的新興前沿專業(yè)學(xué)科，學(xué)生尤其是大一新生對(duì)智能建造產(chǎn)業(yè)的基本概念、發(fā)展歷程、前沿技術(shù)與設(shè)備和未來發(fā)展方向的了解并不深入，智能建造工程概論模塊設(shè)立4 個(gè)高清顯示屏幕，播放有關(guān)智能建造產(chǎn)業(yè)發(fā)展、數(shù)字建造、智慧工地和綠色建筑等方向的介紹視頻、熱點(diǎn)新聞和宣傳片，視頻定期更新補(bǔ)充，讓學(xué)生了解以智能交通、人工智能、機(jī)器人為代表的智能科技在建造產(chǎn)業(yè)的快速推廣與應(yīng)用，初步建立智能建造概念，認(rèn)識(shí)并熱愛這個(gè)專業(yè)，激發(fā)社會(huì)責(zé)任感和職業(yè)道德使命。

（2）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)硬件設(shè)施方面配備LED小間距顯示屏幕、培訓(xùn)椅和配備電腦設(shè)備的六角桌，學(xué)生可以利用實(shí)驗(yàn)室電腦或者自帶電腦完成虛擬仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)室有包含省級(jí)項(xiàng)目的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目和正在建設(shè)的多個(gè)地下工程智能施工虛擬仿真項(xiàng)目軟件。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊可以彌補(bǔ)真實(shí)實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)手段不足及時(shí)間、安全、經(jīng)費(fèi)等條件的制約，與真實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)合，相互補(bǔ)充，拓展學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，將學(xué)科前沿研究成果或重大工程技術(shù)突破轉(zhuǎn)化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，能及時(shí)讓學(xué)生接觸最新的工程技術(shù)，與室內(nèi)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合形成相輔相成、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。

（3）沉浸式VR實(shí)訓(xùn)模塊。由于工地的安全風(fēng)險(xiǎn)管控加強(qiáng)和疫情的影響，學(xué)生進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)的機(jī)會(huì)減少，沉浸式VR實(shí)訓(xùn)能夠模擬真實(shí)的工程場(chǎng)景，學(xué)生戴上頭盔，手持操控手柄進(jìn)入虛擬環(huán)境，在該模擬環(huán)境中進(jìn)行交互，模擬真實(shí)施工場(chǎng)景，學(xué)生沉浸到該環(huán)境中能夠感知和操作模擬建筑工程的各項(xiàng)施工技術(shù)與施工工藝以及各項(xiàng)管理措施。此外學(xué)院計(jì)劃與施工企業(yè)合作將更多大型工程案例轉(zhuǎn)化成VR 實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，并鼓勵(lì)老師和學(xué)生參與VR 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的制作與開發(fā)，拓展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)范圍和教學(xué)內(nèi)容。

（4）BIM協(xié)同設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)模塊。BIM建筑信息模型是在建筑領(lǐng)域應(yīng)用信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)、施工和管理過程仿真和模擬的一種技術(shù)和管理方法，通過對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化管理使建筑過程數(shù)字化，是智能建造的核心技術(shù)。該實(shí)訓(xùn)模塊：①幫助學(xué)生熟練掌握相關(guān)軟件建立建筑三維模型進(jìn)行房屋建筑設(shè)計(jì)的基本步驟，提升就業(yè)核心競爭力，②運(yùn)用BIM 信息處理及動(dòng)態(tài)仿真功能，營造生動(dòng)立體的可交互式施工現(xiàn)場(chǎng)模擬場(chǎng)景，模擬建筑施工現(xiàn)場(chǎng)的各部分工作。此外，鼓勵(lì)師生利用課外時(shí)間走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，積極利用BIM協(xié)同設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)參加相關(guān)BIM職業(yè)技能大賽。

（5）3D打印混凝土實(shí)訓(xùn)模塊。3D打印混凝土建造技術(shù)在土建領(lǐng)域取得了快速的發(fā)展和應(yīng)用，能夠提高建造效率、優(yōu)化結(jié)構(gòu)受力、減少材料消耗和浪費(fèi)，加快設(shè)計(jì)建造過程，這是未來智能結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的重要技術(shù)之一。學(xué)生在這一實(shí)訓(xùn)模塊中運(yùn)用計(jì)算機(jī)制圖設(shè)計(jì)作品的三維設(shè)計(jì)圖，操作混凝土3D 打印機(jī)，通過分層加工、疊加成型的方式逐層增加材料來將成品打印建造出來的，充分發(fā)揮創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力，嘗試設(shè)計(jì)制作探索結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（6）TBM智能掘進(jìn)實(shí)訓(xùn)模塊。全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)（TBM）以機(jī)械化自動(dòng)化程度高、掘進(jìn)速度快、成洞質(zhì)量高、施工擾動(dòng)小、綜合經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益高、安全文明環(huán)保等顯著優(yōu)勢(shì)，逐漸成為國際上隧道修建的首選施工方法。TBM智能掘進(jìn)實(shí)訓(xùn)模塊提供TBM 掘進(jìn)機(jī)模型，直觀的展示TBM 的構(gòu)件組成、施工的作業(yè)方案和流程，與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目結(jié)合，模擬各系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行控制界面、隧道掘進(jìn)作業(yè)過程和施工工藝流程，實(shí)現(xiàn)了TBM智慧掘進(jìn)和安全控制的展示和教學(xué)，提升了學(xué)生對(duì)地下智慧施工的人事和現(xiàn)代工程技術(shù)水平。

此外，實(shí)驗(yàn)室計(jì)劃籌建智建造工業(yè)機(jī)器人和智能監(jiān)測(cè)與檢測(cè)實(shí)訓(xùn)模塊，擴(kuò)充實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐教學(xué)資源。

3 智能建造實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成效

智能建造實(shí)驗(yàn)室以提高學(xué)生的實(shí)踐能力和工程素養(yǎng)為目標(biāo)，目前實(shí)驗(yàn)室在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新實(shí)踐能力上發(fā)揮了積極的作用。

在智能建造實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)的支撐下，我院學(xué)生在全國、本省各類學(xué)科競賽和創(chuàng)新大賽中屢獲佳績，僅2021 年獲得第十二屆全國高等院校學(xué)生“斯維爾杯”BIM-CIM創(chuàng)新大賽中獲得規(guī)劃設(shè)計(jì)專項(xiàng)、綠色建筑分析專項(xiàng)的全國一等獎(jiǎng)，工程造價(jià)專項(xiàng)、工程管理專項(xiàng)和綜合三項(xiàng)的全國二等獎(jiǎng)，在第二屆全國大學(xué)生智能建造與管理創(chuàng)新競賽中獲得特等獎(jiǎng)，湖北省“挑戰(zhàn)杯”競賽獲得特等獎(jiǎng)，第七屆全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽獲得湖北省省賽一等獎(jiǎng)。

4 結(jié) 語

智能建造專業(yè)是順應(yīng)“工業(yè)4.0”和“中國制造2025”戰(zhàn)略的必然趨勢(shì)，智能建造專業(yè)的課程體系設(shè)置理論知識(shí)與實(shí)踐能力并重，以基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)為主的傳統(tǒng)工科實(shí)驗(yàn)室無法滿足新工科人才培養(yǎng)的需求，因此，土木建筑工程學(xué)院建設(shè)智能建造實(shí)驗(yàn)室，結(jié)合智能建造專業(yè)培養(yǎng)方案，以實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法改革和建設(shè)共享優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源為核心，利用虛擬現(xiàn)實(shí)、多媒體、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)，結(jié)合真實(shí)工程案例數(shù)據(jù)，創(chuàng)建“多層次、系統(tǒng)化、共享式”智能建造實(shí)驗(yàn)體系，探索和建設(shè)培養(yǎng)學(xué)生綜合實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的新工科人才培養(yǎng)模式，對(duì)其他新工科專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)具有一定的借鑒和參考。