BIM 技術(shù)融入高校工程類專業(yè)教學(xué)的應(yīng)用研究

郝 麗

(大連大學(xué)，大連 116600)

前言

建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)技術(shù)具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性五大特點。它通過參數(shù)模型整合各種項目的相關(guān)信息并仿真模擬建筑物所具有的真實信息，在項目全壽命周期過程中進(jìn)行信息的共享和傳遞，為項目各個參與者提供協(xié)同工作的基礎(chǔ)，為項目投資建設(shè)中各項目標(biāo)有效實現(xiàn)發(fā)揮重要作用?！?】BIM技術(shù)對國內(nèi)外的建筑領(lǐng)域來說，是一種“革命性”技術(shù)，是建筑業(yè)信息化發(fā)展的基礎(chǔ)。國家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部在《十二五建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》中提出，“十二五”期間將基本實現(xiàn)建筑企業(yè)信息系統(tǒng)的普及應(yīng)用，加快建筑信息模型(BIM)、基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同工作等新技術(shù)在工程中的應(yīng)用?！?】目前，國內(nèi)建筑領(lǐng)域從政府到業(yè)主方都在積極推動和應(yīng)用BIM 技術(shù)，上海市已經(jīng)舉辦了兩屆“工程建設(shè)BIM 應(yīng)用大賽”，并在《關(guān)于上海市推進(jìn)建筑信息模型技術(shù)應(yīng)用的指導(dǎo)意見》中明確提出:到2017 年底，上海市規(guī)模以上政府投資工程全部應(yīng)用BIM 技術(shù)，規(guī)模以上社會投資工程普遍應(yīng)用BIM 技術(shù)。

1 BIM 技術(shù)融入本科教學(xué)的必要性分析

世界各國都在推廣BIM 的應(yīng)用，因為應(yīng)用BIM技術(shù)能夠產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)境效益。然而，缺乏具有BIM 技術(shù)的人員已經(jīng)阻礙了該技術(shù)在產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用。大規(guī)模調(diào)查顯示缺乏足夠的BIM 訓(xùn)練是采用BIM 最大的障礙?！?】學(xué)生是BIM 技術(shù)的后備軍、未來的生力軍，是BIM 技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展的希望所在。只有在大學(xué)課程中教授BIM 技術(shù)才能夠?qū)崿F(xiàn)BIM 大規(guī)模的教育和培訓(xùn)，才能夠?qū)崿F(xiàn)BIM 人才的量級突破，才能夠進(jìn)入建筑業(yè)的“BIM 時代”。

根據(jù)Caroline M.Clevenger 等人(2009)在《將BIM 納入施工管理教育》一文中的研究，以下4 個問題阻礙了BIM 在大學(xué)的教授:在保留現(xiàn)有課程的情況下，沒有設(shè)置其他課程的余地(82%);在加入額外的必修課和選修課之后，仍然實行8 學(xué)期畢業(yè)制是不可能的(66.7%);教師開展一門新課程面臨的時間和資源問題(86.7%);沒有可以供學(xué)生使用的BIM 材料和課本(53.3%)?！?】在種種困難之下，各國高校都在積極探索將BIM 納入本科教育體系的可行途徑。

2 BIM 技術(shù)融入本科教學(xué)的現(xiàn)狀介紹

近年來，隨著BIM 技術(shù)的“火熱”研究和應(yīng)用，國內(nèi)的很多高校都設(shè)立了BIM 中心，并進(jìn)行了一系列相關(guān)課題研究。清華大學(xué)與廣聯(lián)達(dá)公司共同成立了BIM 研究中心，同濟(jì)大學(xué)與魯班軟件雙方就工程造價、電算化教學(xué)及BIM 技術(shù)研究等方面舉行合作簽約，沈陽建筑大學(xué)成立了以revit 為主的BIM 研究中心，大連理工大學(xué)與魯班軟件合作建立了BIM技術(shù)實訓(xùn)中心等等。

但是，國內(nèi)絕大多數(shù)院校沒有將BIM 技術(shù)理念納入課程體系，只有建筑類專業(yè)對BIM 相關(guān)軟件的使用較為普遍，但開設(shè)BIM 設(shè)計軟件課程的院校也很少。很多院校的BIM 中心只是針對社會培訓(xùn)、課題研究，而沒有用于本科教學(xué)。目前將BIM 技術(shù)納入本科教學(xué)環(huán)節(jié)的院校不多，哈爾濱工業(yè)大學(xué)在國內(nèi)首次開設(shè)《BIM 技術(shù)應(yīng)用》短課程，共16 學(xué)時，內(nèi)容包括BIM 技術(shù)簡介，BIM 技術(shù)在建筑設(shè)計、施工領(lǐng)域的應(yīng)用，BIM 技術(shù)軟件應(yīng)用等?！?】北京工業(yè)大學(xué)開設(shè)了BIM 創(chuàng)新實踐課和選修課。大連理工大學(xué)在本科學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)設(shè)置了BIM 方向。大連民族學(xué)院設(shè)置了2 學(xué)分的BIM 實驗選修課程。絕大多數(shù)工程類院校雖然對BIM 技術(shù)具有濃厚的興趣，但囿于現(xiàn)有培養(yǎng)計劃的限制，沒有將其融入到本科學(xué)生的培養(yǎng)中。

3 高?？蓪嵭械腂IM 教學(xué)形式分析

高校工程類專業(yè)的人才培養(yǎng)計劃主要由課程教學(xué)和實踐教學(xué)兩部分組成，實踐教學(xué)通常包含認(rèn)識實習(xí)、附屬于某門課程的課程設(shè)計、畢業(yè)實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計等環(huán)節(jié)。因此在高校開展BIM 教學(xué)可以采取的形式主要如下，詳見表1:

3.1 開設(shè)BIM 課程

在教學(xué)計劃中單獨開設(shè)BIM 類課程。該做法可以系統(tǒng)地講授BIM 技術(shù)的相關(guān)知識和應(yīng)用，比較適合BIM 建模軟件的講解，但課程教學(xué)以教為主的形式對于BIM 在具體工程中的綜合運用則不好安排和實現(xiàn)。

3.2 開設(shè)BIM 實踐環(huán)節(jié)

在教學(xué)計劃中設(shè)置BIM 實踐環(huán)節(jié)。實踐教學(xué)以學(xué)生為主，形式靈活，可以利用實際工程案例設(shè)計BIM 實踐任務(wù)，對BIM 的綜合應(yīng)用能力培養(yǎng)很有益處。

3.3 開設(shè)BIM 方向畢業(yè)設(shè)計

在教學(xué)計劃中不進(jìn)行BIM 教學(xué)，僅在畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)設(shè)置BIM 方向。學(xué)生對于BIM 軟件的應(yīng)用依靠個人興趣自學(xué)進(jìn)行，比較適合學(xué)生有強(qiáng)烈自學(xué)愿望的學(xué)校，但不利于BIM 人才的大規(guī)模培養(yǎng)。

3.4 多課程貫穿應(yīng)用

在建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)械、電氣、給排水、施工、估算、項目管理、合同管理、建筑材料等不同課程的教學(xué)中最大可能地利用BIM 技術(shù)，建立具有多課程體系共性的BIM 案例平臺。這種教學(xué)與BIM 的全生命周期應(yīng)用、多方協(xié)同應(yīng)用密切結(jié)合，可以提升教學(xué)效果。但是要求各種課程的任課教師均需掌握BIM技術(shù)，在目前BIM 師資缺乏的情況下很難實現(xiàn)，隨著BIM 技術(shù)的廣泛應(yīng)用，多課程貫穿應(yīng)用將是不錯的教學(xué)方法。

表1 BIM 教學(xué)形式一覽表

高校也可以根據(jù)自己的軟硬件條件、學(xué)生情況、人才培養(yǎng)特點等，選擇以上四種形式的任意組合開展BIM 教學(xué)。

4 高校需要培養(yǎng)的BIM 人才能力分析

社會所需要的BIM 人才可以分為三類:即BIM標(biāo)準(zhǔn)制定人才、BIM 工具開發(fā)人才、BIM 專業(yè)應(yīng)用人才，見圖1?！癇IM 專業(yè)應(yīng)用人才”，簡單描述就是應(yīng)用BIM 支持和完成工程項目生命周期過程中各種專業(yè)任務(wù)的專業(yè)人員，包括業(yè)主和開發(fā)商里面的設(shè)計、施工、成本、采購、營銷管理人員，設(shè)計機(jī)構(gòu)里面的建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、暖通空調(diào)、電氣、消防、技術(shù)經(jīng)濟(jì)等設(shè)計人員，施工企業(yè)里面的項目管理、施工計劃、施工技術(shù)、工程造價人員，物業(yè)運維機(jī)構(gòu)里面的運營、維護(hù)人員，以及各類相關(guān)組織里面的專業(yè)BIM 應(yīng)用人員等。顯而易見，在整個BIM 人才結(jié)構(gòu)中，BIM 專業(yè)應(yīng)用人才數(shù)量最大、覆蓋面最廣、最終實現(xiàn)BIM 業(yè)務(wù)價值的貢獻(xiàn)也最大，也是各高校BIM人才培養(yǎng)的重點。

圖1 BIM 的三類人才

BIM 專業(yè)應(yīng)用人才的能力由工程能力和BIM 能力兩部分構(gòu)成，見圖2。工程能力可以按照工程項目生命周期的主要階段分成設(shè)計、施工和運維三種類型，每一個階段需要完成的工作又可以分成不同的專業(yè)或分工，例如設(shè)計階段的建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、電氣等專業(yè)，施工階段的土建施工、機(jī)電安裝、施工計劃、造價控制等，運維階段的空間管理、資產(chǎn)管理、設(shè)備維護(hù)等?，F(xiàn)在高校的專業(yè)培養(yǎng)計劃已經(jīng)覆蓋了工程能力的培養(yǎng)，而BIM 能力的培養(yǎng)需要得到重視。

圖2 BIM 應(yīng)用能力

根據(jù)我們對BIM 能力的分析，BIM 能力可以分為BIM 建模能力和BIM 用模能力，見圖3。建模能力是將二維的土建、電氣、給排水等專業(yè)的紙質(zhì)或CAD 圖紙利用BIM 軟件建成三維數(shù)據(jù)模型，并能根據(jù)設(shè)計變化進(jìn)行模型修改和維護(hù)的能力。用模能力是對三維數(shù)據(jù)模型在各個階段的合理有效應(yīng)用，利用模型進(jìn)行虛擬施工、碰撞檢查、進(jìn)度款結(jié)算、材料計劃編制、資金計劃編制、偏差分析等工作的能力。高校培養(yǎng)BIM 人才主要是結(jié)合專業(yè)培養(yǎng)具有BIM 建模能力和BIM 用模能力的BIM 人才。本文不討論設(shè)計類專業(yè)，僅對工程造價和工程管理等專業(yè)的BIM 教學(xué)進(jìn)行探索。

圖3 BIM 能力組成

5 工程類專業(yè)本科教學(xué)計劃的改革方案

5.1 工程造價專業(yè)本科教學(xué)計劃的改革方案——BIM 實踐+BIM 畢業(yè)設(shè)計

由于目前工程造價領(lǐng)域的算量軟件應(yīng)用普遍，現(xiàn)在的圖形算量軟件、鋼筋算量軟件、安裝算量軟件均要求建立三維電子模型進(jìn)行工程量計算，高校工程造價專業(yè)或工程管理專業(yè)的工程造價方向的培養(yǎng)計劃一般都包含了算量軟件的課程，即這些專業(yè)目前培養(yǎng)的學(xué)生已經(jīng)初步具備BIM 建模能力，只需增加培養(yǎng)BIM 用模能力的教學(xué)環(huán)節(jié)即可。

因此建議在培養(yǎng)計劃的第7 學(xué)期中增加2 學(xué)分的BIM 綜合應(yīng)用實踐課程，以算量建?；蛟O(shè)計模型為起點，可以讓學(xué)生完成各專業(yè)之間模型的碰撞檢查、各專業(yè)的工程量計算、工程組價、結(jié)合工程進(jìn)度完成階段支付、變更簽證管理、合同管理的各項造價相關(guān)業(yè)務(wù);并可以以模型同上下游進(jìn)行溝通，實現(xiàn)同相關(guān)方的協(xié)同工作。

在畢業(yè)設(shè)計的任務(wù)書中增加BIM 應(yīng)用內(nèi)容，要求學(xué)生在對某工程建模、算量、計價的基礎(chǔ)上，根據(jù)進(jìn)度提交資源需求報告、資金使用計劃、進(jìn)度款支付報告等。

5.2 工程管理專業(yè)本科教學(xué)計劃的改革方案——BIM 課程+BIM 實踐+BIM 畢業(yè)設(shè)計

工程管理專業(yè)目前的軟件應(yīng)用課程主要是項目進(jìn)度管理軟件，是對進(jìn)度圖、網(wǎng)絡(luò)圖的軟件繪制能力的培養(yǎng)，尚未涉及到BIM 應(yīng)用。因此需要增加培養(yǎng)BIM 建模能力和用模能力的教學(xué)環(huán)節(jié)。

建議在培養(yǎng)計劃的第7 學(xué)期中增加2 學(xué)分的BIM 建模課程和2 學(xué)分的BIM 綜合應(yīng)用實踐課程，在課程中講授三維模型建立的方法，具體講解建模軟件的各種命令，以實際工程圖紙為案例，讓學(xué)生利用軟件將二維圖紙轉(zhuǎn)換為三維模型。在實踐環(huán)節(jié)以BIM 模型為中心、施工管理為核心，學(xué)生可以完成各專業(yè)之間的碰撞檢查、基于模型的進(jìn)度編制、施工方案編制、工程量計算、基于模型提取材料用量、基于模型進(jìn)行工程交底、工程變更管理及模型維護(hù)更新等施工相關(guān)工作，并可以以模型同上下游進(jìn)行溝通，實現(xiàn)同相關(guān)方的協(xié)同工作。

在畢業(yè)設(shè)計的任務(wù)書中增加BIM 應(yīng)用內(nèi)容，要求學(xué)生建立某工程的三維模型，利用軟件編制進(jìn)度計劃、施工方案、進(jìn)行施工場地布置、編制施工組織設(shè)計，并根據(jù)工程進(jìn)度進(jìn)行虛擬施工、提交人工材料機(jī)械需求報告、工程變更簽證資料、模型修改維護(hù)報告等。

6 BIM 教學(xué)的改革實踐

基于以上設(shè)想，我們在工程管理專業(yè)的教學(xué)中融入了BIM 相關(guān)課程及實踐環(huán)節(jié)，并指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實際工程圖紙進(jìn)行BIM 畢業(yè)設(shè)計。學(xué)生利用Revit軟件建立工程建筑三維模型，再將三維模型導(dǎo)入廣聯(lián)達(dá)圖形算量軟件進(jìn)行工程量計算，利用計價軟件進(jìn)行工程量清單編制與計價，同時將三維模型導(dǎo)入腳手架設(shè)計軟件、場地布置軟件進(jìn)行腳手架設(shè)計和施工場地布置，最后在廣聯(lián)達(dá)BIM5D 軟件中利用三維模型進(jìn)行工程成本、進(jìn)度、質(zhì)量等的管理。

學(xué)生將BIM 畢業(yè)設(shè)計成果參加中國建設(shè)教育協(xié)會主辦的BIM 應(yīng)用技能大賽，取得了二等獎的優(yōu)異成績。通過融入BIM 技術(shù)的一系列教學(xué)改革，培養(yǎng)了一批具有較強(qiáng)BIM 技術(shù)應(yīng)用能力的工程管理專業(yè)人才。

目前，受學(xué)生專業(yè)課程開設(shè)的限制，機(jī)電設(shè)備安裝工程的三維模型建立及應(yīng)用尚未實現(xiàn)，故BIM 技術(shù)的碰撞檢查、優(yōu)化設(shè)計等功能沒有得到充分應(yīng)用;并且施工階段缺乏工程變更、簽證的動態(tài)管理能力訓(xùn)練。這些是我們以后BIM 教學(xué)需要改進(jìn)的方向。

BIM 技術(shù)是建筑領(lǐng)域的二次革命，是實現(xiàn)建筑信息化管理的基礎(chǔ)，BIM 技術(shù)在工程中的應(yīng)用可以提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，是一項值得全社會為之推廣的先進(jìn)管理技術(shù)。高校應(yīng)該承擔(dān)起培養(yǎng)BIM 管理人才的歷史重任，為社會輸送具有BIM 能力的合格工程人才。因此現(xiàn)在的工程管理專業(yè)、工程造價專業(yè)的人才培養(yǎng)計劃必須做出改變，順應(yīng)新技術(shù)的趨勢，設(shè)置適宜的BIM 教學(xué)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的BIM 能力，為我國的建筑業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。

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