基于BIM技術(shù)的土木工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建

李楠　賈宏俊

摘要：本文首先對(duì)BIM技術(shù)進(jìn)行了一個(gè)全面的介紹，結(jié)合土木工程專業(yè)培養(yǎng)的實(shí)際，對(duì)如何在土木工程實(shí)踐教學(xué)體系中應(yīng)用BIM技術(shù)作了全方位規(guī)劃和探討，對(duì)今后BIM技術(shù)在高校土木工程專業(yè)中的進(jìn)一步應(yīng)用必將起到很好的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：土木工程 BIM 實(shí)踐教學(xué) 體系

中圖分類號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）09（c）-0000-00

1.BIM技術(shù)簡(jiǎn)介

BIM稱為建筑信息模型（Building Information Modeling），是CAD技術(shù)出現(xiàn)后建設(shè)工程領(lǐng)域又一重要的計(jì)算機(jī)核心應(yīng)用技術(shù)，BIM利用數(shù)字技術(shù)表達(dá)建設(shè)項(xiàng)目幾何、物理和功能信息以支持項(xiàng)目生命周期建設(shè)、運(yùn)營(yíng)、管理決策的技術(shù)、方法或者過(guò)程。BIM對(duì)整個(gè)工程建設(shè)行業(yè)的帶來(lái)了巨大的技術(shù)沖擊。

原有的CAD技術(shù)在工程中雖然有了廣泛的應(yīng)用，但在工程實(shí)踐中顯現(xiàn)出參與項(xiàng)目的各相關(guān)專業(yè)間無(wú)法實(shí)現(xiàn)高效合作（見(jiàn)圖1）。而建筑信息模型技術(shù)的推廣應(yīng)用可以為建設(shè)項(xiàng)目提供實(shí)時(shí)、集成信息，促進(jìn)工程建造過(guò)程中不同參與者之間提供相互協(xié)作的標(biāo)準(zhǔn)，便于數(shù)據(jù)信息更新和修改處理（見(jiàn)圖2）[1]。

圖1：傳統(tǒng)的建設(shè)信息交流模式 圖2：基于BIM的建設(shè)信息交流模式

我國(guó)《2011-2015 年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》已經(jīng)把BIM作為工程施工、勘察設(shè)計(jì)類企業(yè)“十二五”信息化發(fā)展必須具備的核心技術(shù)。但國(guó)內(nèi)大學(xué)對(duì)BIM教學(xué)改革進(jìn)行實(shí)踐或研究的成果還較少。隨著建設(shè)項(xiàng)目越來(lái)越復(fù)雜以及現(xiàn)代計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)的發(fā)展，三維BIM模型的工程應(yīng)用會(huì)更加廣泛。

2.BIM技術(shù)對(duì)土木工程專業(yè)教育的影響

在國(guó)內(nèi)外對(duì)BIM技術(shù)不斷推廣應(yīng)用的大環(huán)境下，高等教育應(yīng)做出及時(shí)的調(diào)整，從課堂教學(xué)到實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)加大對(duì)建筑信息模型技術(shù)的認(rèn)知。高校畢業(yè)生掌握BIM技術(shù)，對(duì)工程建設(shè)行業(yè)的快速發(fā)展會(huì)產(chǎn)生很好的促進(jìn)作用[2]。一般高校在土木工程人才培養(yǎng)方案中，對(duì)專業(yè)課程的設(shè)置分為公共基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課程三類，而專業(yè)課的教學(xué)目的是使學(xué)生掌握專業(yè)技能，重要一環(huán)是對(duì)土木工程的建造全過(guò)程包括勘察、設(shè)計(jì)、施工等工藝進(jìn)行教學(xué)。由于教師指導(dǎo)學(xué)生在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)受現(xiàn)場(chǎng)條件限制影響大，考慮施工現(xiàn)場(chǎng)安全，不可能使學(xué)生觀察到完整全面的建造過(guò)程，同時(shí)很多高校青年教師都是直接從學(xué)生轉(zhuǎn)變?yōu)榻處煟痪邆洮F(xiàn)場(chǎng)工作的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，造成指導(dǎo)教師現(xiàn)場(chǎng)知識(shí)缺乏。而應(yīng)用建筑信息模型技術(shù)，可以直觀、方便模擬項(xiàng)目的整個(gè)建造過(guò)程。土木工程各個(gè)建造環(huán)節(jié)均可在BIM模型上進(jìn)行演示，保證了這一教學(xué)手段的可行性和準(zhǔn)確性。

3.基于BIM技術(shù)的土木工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系規(guī)劃及構(gòu)建方案

目前，高校土木工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系中引入BIM技術(shù)比較少，現(xiàn)在正處于良好的發(fā)展階段，我校定位于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展角度考慮，適時(shí)引入BIM技術(shù)，有助于學(xué)生實(shí)踐技能的培養(yǎng)創(chuàng)新，基于此，計(jì)劃在新的專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃中進(jìn)行有益的探索與實(shí)踐。重點(diǎn)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行規(guī)劃和建設(shè)：

3.1將BIM技術(shù)相關(guān)內(nèi)容逐步引入專業(yè)課程教學(xué)

根據(jù)各高校人才培養(yǎng)方案不同，BIM技術(shù)的學(xué)習(xí)可先滲透到土木工程專業(yè)相關(guān)專業(yè)課程中，使每個(gè)學(xué)期相關(guān)課程都安排有BIM教學(xué)內(nèi)容（見(jiàn)表1）。課程深度可在大體分為基本課程和提高課程，BIM基本課程針對(duì)大學(xué)一年級(jí)和二年級(jí)的學(xué)生開(kāi)設(shè)，主要介紹BIM的發(fā)展歷程和工程應(yīng)用。學(xué)生對(duì)BIM知識(shí)體系有一個(gè)全面基礎(chǔ)的認(rèn)知。BIM提高課程主要面向大學(xué)三年級(jí)和四年級(jí)的學(xué)生開(kāi)設(shè)[3]。學(xué)生在學(xué)習(xí)新知識(shí)時(shí)能夠有一個(gè)循序漸近的引入過(guò)程，如組建BIM課程教學(xué)小組[4]，溝通協(xié)調(diào)相關(guān)任課老師的授課內(nèi)容，植入部分BIM技術(shù)的內(nèi)容以及建筑信息模型基本層面的知識(shí)。

表1 土木工程專業(yè)的BIM課程體系

學(xué)年 主要課程 BIM內(nèi)容深度 選/必修 組織方式

第一學(xué)年 土木工程概論 3D 必修 課堂教學(xué)

工程制圖 3D 必修 課堂、上機(jī)操作

第二學(xué)年 房屋建筑學(xué) 3D 必修 課堂、上機(jī)操作

建筑材料 3D 必修 課堂教學(xué)

建筑結(jié)構(gòu) 3D 必修 課堂教學(xué)

第三學(xué)年 建筑施工 3D 必修 課堂教學(xué)

基礎(chǔ)工程 3D 必修 課堂教學(xué)

工程項(xiàng)目管理 3D、4D、5D 必修 課堂、上機(jī)操作

BIM技術(shù) 3 D 選修 課堂、上機(jī)、專家講座

第四學(xué)年 BIM軟件及應(yīng)用 3D、4D、5D 選修 課堂、上機(jī)、專家講座

畢業(yè)設(shè)計(jì) 3D、4D、5D 必修 上機(jī)操作

在BIM的教學(xué)過(guò)程中，目前部分高校主要采取三種課程組織方式：（1）課堂教學(xué)。屬于傳統(tǒng)的教學(xué)方式。講授的主要內(nèi)容包括：BIM技術(shù)的內(nèi)涵、模型構(gòu)建、建筑信息存貯、進(jìn)度計(jì)劃編制、造價(jià)控制與管理等。（2）上機(jī)軟件操作。BIM重視強(qiáng)調(diào)知識(shí)的應(yīng)用，實(shí)踐性更強(qiáng)，在具體的授課過(guò)程中，重要的BIM知識(shí)點(diǎn)應(yīng)該設(shè)置相應(yīng)的上機(jī)試驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生通過(guò)應(yīng)用BIM軟件來(lái)解決工程中遇到的實(shí)際問(wèn)題。BIM的上機(jī)軟件操作主要有：工程量計(jì)算、工程造價(jià)計(jì)算、進(jìn)度計(jì)劃編制、施工環(huán)節(jié)模擬、造價(jià)控制與分析等。此外，可以通過(guò)跨專業(yè)的、有針對(duì)性的BIM課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)，提高學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)。（3）工程建設(shè)行業(yè)專家講座。專家講座能夠?yàn)橥聊竟こ虒I(yè)BIM教學(xué)提供新的視角，通過(guò)講授BIM的發(fā)展前沿、BIM的虛擬管理等專題講座，學(xué)生可以了解BIM最新的工程應(yīng)用及對(duì)建筑業(yè)發(fā)展的影響等，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和應(yīng)用BIM的興趣，使學(xué)生進(jìn)一步明確學(xué)習(xí)BIM的目標(biāo)，BIM課程的三種組織方式是相互關(guān)聯(lián)、相互促進(jìn)的，通過(guò)三種教授方式的有機(jī)搭配，顯著提高BIM 教學(xué)及應(yīng)用的效果。另外，在設(shè)置BIM技術(shù)講授內(nèi)容時(shí)，必須首先立足于現(xiàn)有的專業(yè)課程。

3.2可將BIM技術(shù)作為一門獨(dú)立實(shí)踐教學(xué)課程

學(xué)校土木工程專業(yè)圍繞BIM技術(shù)的推廣應(yīng)用，可單獨(dú)開(kāi)設(shè)一門課程來(lái)講授，至于課程選擇必修還是選修，可根據(jù)學(xué)校的具體情況來(lái)設(shè)定。對(duì)課程的內(nèi)容可分兩個(gè)階段來(lái)設(shè)計(jì)，第一階段是BIM的基礎(chǔ)教學(xué)，主要講授BIM相關(guān)軟件界面及基本原理、梁柱等基本構(gòu)件的繪制、工程管線模型的搭建等，旨在讓學(xué)生熟悉BIM軟件操作方法，可進(jìn)行簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)建模，另一階段主要集中在BIM軟件功能的延伸教學(xué)上，對(duì)BIM的提高訓(xùn)練，結(jié)合前面學(xué)習(xí)的BIM建模，加上成本管理和項(xiàng)目管理的知識(shí)，繼而由3-D延伸至4-D、5-D層面，這樣學(xué)生就能對(duì)BIM軟件有一個(gè)簡(jiǎn)單系統(tǒng)的學(xué)習(xí)。對(duì)于該課程的考核，可以采取平時(shí)考核和期末考核相結(jié)合的方式，平時(shí)考核加強(qiáng)對(duì)學(xué)生平時(shí)所學(xué)每一部分知識(shí)的考察和督促，期末考核可以安排學(xué)生做一個(gè)小的項(xiàng)目，以期考查學(xué)生對(duì)這部分知識(shí)的綜合應(yīng)用能力。由于這門課程或技術(shù)的應(yīng)用前景較好，建議學(xué)?？梢詫⑦@門課程的考核與學(xué)生考證相結(jié)合，目前在這一領(lǐng)域可考取建筑信息模型職業(yè)資格水平證書，學(xué)生查以從初級(jí)開(kāi)始準(zhǔn)備。

3.3適時(shí)開(kāi)設(shè)與BIM技術(shù)應(yīng)用相關(guān)的專家講座

具有豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的BIM行業(yè)專家，能夠?yàn)橥聊竟こ虒I(yè)的BIM教學(xué)提供新的視角、補(bǔ)充新的知識(shí)。BIM課程教學(xué)過(guò)程中，如果能夠用盡可能多的真實(shí)案例，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的從設(shè)計(jì)、施工、造價(jià)計(jì)算、進(jìn)度計(jì)劃、成本管理的全過(guò)程仿真模擬，將能加強(qiáng)學(xué)生對(duì)BIM技術(shù)知識(shí)的理解，提高實(shí)踐動(dòng)手能力。近年來(lái)，學(xué)校邀請(qǐng)業(yè)界專家學(xué)者所作的報(bào)告主要涉及大型公共項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)管理、高層住宅項(xiàng)目設(shè)計(jì)與施工管理、大型商業(yè)單體設(shè)計(jì)管理等，通過(guò)對(duì)這些專業(yè)報(bào)告的學(xué)習(xí)，使學(xué)生對(duì)這一領(lǐng)域的前沿知識(shí)有了更加深入的了解，同時(shí)學(xué)校也邀建設(shè)工程行政管理部門的管理人員來(lái)校做講座，使學(xué)生及時(shí)了解國(guó)家在工程建設(shè)領(lǐng)域的一些推廣政策及要求，對(duì)畢業(yè)生今后較好的從業(yè)提供了必要的指導(dǎo)。

3.4加強(qiáng)專業(yè)師資培養(yǎng)和教學(xué)環(huán)境改進(jìn)

為做好建筑信息模型課程方面的教學(xué)改革，首先要提供一個(gè)適宜的教學(xué)平臺(tái)。鑒于此，學(xué)校近年來(lái)加強(qiáng)了青年師資的培養(yǎng)和儀器設(shè)備的投入。一方面，學(xué)校重視BIM專業(yè)師資的培養(yǎng)，先后到省內(nèi)外高校及培訓(xùn)機(jī)構(gòu)調(diào)研和學(xué)習(xí)，不定期參加全國(guó)層面的BIM學(xué)術(shù)交流會(huì)及BIM應(yīng)用技術(shù)培訓(xùn)和講座，及時(shí)領(lǐng)會(huì)前沿知識(shí)，積極參加BIM師資培訓(xùn)，使更多的專業(yè)教師能夠掌握這個(gè)工具；另一方面，不斷改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，配備高性能計(jì)算機(jī)和相應(yīng)的BIM軟件，目前主要有Revit，Graphisoft等，利用BIM相關(guān)軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)字化工程設(shè)計(jì)和虛擬施工、調(diào)試及運(yùn)行，BIM軟件更加適合對(duì)工程施工建造進(jìn)行虛擬仿真，借助這一技術(shù)，學(xué)校土木工程專業(yè)整合并建立了工程仿真模擬實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，學(xué)生通過(guò)此平臺(tái)，并充分利用BIM軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)土木工程關(guān)鍵施工過(guò)程模擬動(dòng)畫，收到了較好的工程模擬仿真效果。專業(yè)教師利用這一平臺(tái)對(duì)真實(shí)的項(xiàng)目進(jìn)行虛擬設(shè)計(jì)，與此同時(shí)，通過(guò)安排學(xué)生操作，使其真正接觸到工程實(shí)施過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題、借助BIM技術(shù)提出行之有效的解決措施。

3.5加大培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新能力

高校土木專業(yè)引入并推廣BIM知識(shí)體系，目的是對(duì)學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。所以，在教學(xué)實(shí)施中，積極鼓勵(lì)土木工程、工程管理、工程造價(jià)專業(yè)學(xué)生自主學(xué)習(xí)BIM知識(shí)及相關(guān)軟件，同時(shí)借助教師有關(guān)課題帶動(dòng)學(xué)生實(shí)踐，此外，專業(yè)教師指導(dǎo)學(xué)生積極參加相關(guān)BIM技能大賽也是很好的方式。由于BIM是在我國(guó)高校屬于新生事物，相關(guān)專業(yè)的研究剛剛起步，全國(guó)范圍的學(xué)生競(jìng)賽主要在兩個(gè)方面：大學(xué)生工程項(xiàng)目管理沙盤[5]比賽和建筑信息模型（BIM）技術(shù)應(yīng)用比賽。工程項(xiàng)目管理沙盤模擬一定程度上克服了學(xué)生對(duì)工程項(xiàng)目管理實(shí)踐環(huán)節(jié)認(rèn)識(shí)較為抽象和模糊的現(xiàn)象，一定程度上改善了學(xué)生對(duì)這部分知識(shí)的認(rèn)知效果。BIM技術(shù)應(yīng)用比賽主要側(cè)重學(xué)生BIM軟件技能的掌握，主要包括六塊技能內(nèi)容，分別是建筑設(shè)計(jì)、綠色建筑分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、設(shè)備設(shè)計(jì)、三維算量與清單計(jì)價(jià)、項(xiàng)目管理與投標(biāo)，通過(guò)參加BIM技術(shù)應(yīng)用比賽對(duì)提升學(xué)生BIM有很大的促進(jìn)作用。今年省內(nèi)組織開(kāi)展了首屆大學(xué)生建筑信息模型大賽，也是一個(gè)新的開(kāi)端，學(xué)校積極組織學(xué)生訓(xùn)練，在比賽中取得了綜合和單項(xiàng)一等獎(jiǎng)的優(yōu)異成績(jī)，這也說(shuō)明有了這樣的一個(gè)平臺(tái)，加之教師的專業(yè)引導(dǎo)，對(duì)學(xué)生在創(chuàng)新能力培養(yǎng)將會(huì)收到較好的效果。

4結(jié)語(yǔ)

建筑信息模型技術(shù)作為建筑行業(yè)的新興技術(shù)，在降低建造成本，提高建造效率方面發(fā)揮了巨大的作用，建設(shè)工程領(lǐng)域?qū)邆銪IM技術(shù)的專業(yè)人才的需求不斷加大，對(duì)專業(yè)人才的培養(yǎng)提出了更高的要求，高校作為專業(yè)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)基地，更應(yīng)在BIM技術(shù)方面加強(qiáng)應(yīng)用研究，適應(yīng)工程建設(shè)行業(yè)的發(fā)展，及時(shí)調(diào)整和創(chuàng)新，逐步建立起基于BIM技術(shù)的科學(xué)完善的實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)體系，使專業(yè)人才培養(yǎng)更加適應(yīng)現(xiàn)階段行業(yè)發(fā)展的需求。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：

李楠（1977-），博士，講師，主要從事土木工程仿真模擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面研究。

基金資助：

山東省教學(xué)改革研究項(xiàng)目“工程仿真模擬實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)”（（No.2012248）