基于BIM虛擬現(xiàn)實(shí)的建筑施工課程改革

袁韶華，魏 靜，翟鳴元，李倍倍

（江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 徐州，221116）

基于BIM虛擬現(xiàn)實(shí)的建筑施工課程改革

袁韶華，魏 靜，翟鳴元，李倍倍

（江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 徐州，221116）

文章探討了基于BIM虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的建筑施工課程改革，分析了傳統(tǒng)教學(xué)中存在的不足，提出為提高教學(xué)效果應(yīng)基于BIM和VR技術(shù)，采取項(xiàng)目化教學(xué)，指導(dǎo)學(xué)生團(tuán)隊(duì)深入進(jìn)行施工實(shí)踐。為應(yīng)對(duì)信息化教學(xué)的挑戰(zhàn)，教師要加強(qiáng)實(shí)踐和信息化知識(shí)的學(xué)習(xí)，同時(shí)高校也應(yīng)加強(qiáng)對(duì)教師專業(yè)實(shí)踐能力、信息化教學(xué)能力的培訓(xùn)。

建筑施工；項(xiàng)目化教學(xué)；BIM

一、引言

建筑施工課程是土建相關(guān)專業(yè)的一門核心主干課程，在整個(gè)專業(yè)技能的培養(yǎng)體系中具有重要地位，是工程造價(jià)、工程監(jiān)理等專業(yè)的核心技能之一。但是建筑施工涉及基礎(chǔ)工程、砌體工程、鋼筋混凝土工程等諸多分部分項(xiàng)工程，工種繁多，工序復(fù)雜，且施工條件難測。尤其是其中的深基坑工程、鋼筋混凝土工程、預(yù)應(yīng)力工程、結(jié)構(gòu)吊裝工程等涉及結(jié)構(gòu)安全，安全隱患眾多，難以理解和掌握。

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)囿于施工現(xiàn)場安全隱患眾多，難以進(jìn)入，一般采取板書為主，實(shí)物圖片輔助的講解方法，[1]但由于課程內(nèi)容相對(duì)抽象，且施工工藝流程繁瑣、枯燥，學(xué)生興趣欠缺，難以保持長久注意力，因而教學(xué)效果不是很理想（表1）。

表1 建筑施工傳統(tǒng)教學(xué)方法及教學(xué)矛盾

現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，BIM、VR、3D掃描與打印的逐漸普及，為建筑施工課程的教學(xué)提供了新的可視化、情境化手段，針對(duì)高職學(xué)生思維活躍、注意力保持時(shí)間短、喜歡實(shí)際動(dòng)手操作、不喜歡滿堂灌的特點(diǎn)，本文結(jié)合某高校綜合實(shí)訓(xùn)樓工程，討論基于BIM技術(shù)的施工課程教學(xué)方法的改革與實(shí)踐。

二、基于BIM技術(shù)的施工教學(xué)

（一）以項(xiàng)目為導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計(jì)

項(xiàng)目教學(xué)法是以完成項(xiàng)目任務(wù)為驅(qū)動(dòng)力，教師帶領(lǐng)和幫助學(xué)生完成任務(wù)的教學(xué)方法，項(xiàng)目教學(xué)法以學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)為主，教師的引導(dǎo)為輔，徹底顛覆了教師滿堂灌，學(xué)生被動(dòng)聽的教學(xué)模式。在建筑施工的課程教學(xué)中，可對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組，每組給定一個(gè)簡單但完整的單位工程，將各個(gè)分部分項(xiàng)工程分解為具體的子任務(wù)，要求各小組針對(duì)自己的項(xiàng)目，進(jìn)行土方量的計(jì)算、土方的調(diào)配、車輛的安排、人員的安排等（部分實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目見表2），一個(gè)完整項(xiàng)目的完成就是整個(gè)教材的學(xué)習(xí)及實(shí)踐過程。這種項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法因?yàn)橛忻鞔_的任務(wù)要求，可以顯著調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，教師在學(xué)生完成任務(wù)的過程中，予以理論的指導(dǎo)與講解，運(yùn)用BIM技術(shù)、VR技術(shù)、動(dòng)畫、圖片、視頻全面立體展示施工的工藝、流程，使學(xué)生知其然，知其所以然。

表2 地基基礎(chǔ)分部工程項(xiàng)目設(shè)置

（二）基于BIM和VR技術(shù)的教學(xué)手段

BIM（Building Information Modeling）是指建筑信息模型，是以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，進(jìn)行建筑模型的建立，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息，它具有可視化，協(xié)調(diào)性，模擬性，優(yōu)化性和可出圖性五大特點(diǎn)。BIM技術(shù)因其形象直觀，非常適于模擬及展示復(fù)雜的建筑、機(jī)械內(nèi)部構(gòu)造，加之施工現(xiàn)場存在安全隱患，可及性差，而方案或技術(shù)錯(cuò)誤的成本也比較高昂，所以設(shè)計(jì)師可以利用BIM技術(shù)進(jìn)行立體建模、碰撞檢測、施工模擬、造價(jià)監(jiān)測等，防患于未然，而將BIM模型運(yùn)用于教學(xué)則為學(xué)生接觸真實(shí)的施工現(xiàn)場提供了可能。VR（Virtual Reality）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，它利用計(jì)算機(jī)生成一種模擬環(huán)境，是一種多源信息融合的、交互式的三維動(dòng)態(tài)視景和實(shí)體行為的系統(tǒng)仿真，VR技術(shù)為建筑施工、房地產(chǎn)銷售等提供了透視未來的可能，從而在項(xiàng)目實(shí)施最初就可以對(duì)項(xiàng)目完工后的結(jié)局進(jìn)行預(yù)判和展望。

利用BIM技術(shù)建模并用VR技術(shù)來形象展示樓層結(jié)構(gòu)（圖1）、施工節(jié)點(diǎn)（圖2）、復(fù)雜施工工藝（如沉井、地下連續(xù)墻、預(yù)應(yīng)力等），幫助學(xué)生建立空間概念，或者利用現(xiàn)場漫游（圖3）、施工模擬（圖4）動(dòng)畫幫助學(xué)生直觀了解施工現(xiàn)場，完整把握施工流程。

圖1 某實(shí)訓(xùn)樓鋼筋圖

圖2 梁柱節(jié)點(diǎn)鋼筋圖

圖3 某實(shí)訓(xùn)樓工地漫游

圖4 某實(shí)訓(xùn)樓工地施工過程模擬

（三）學(xué)做結(jié)合，加強(qiáng)實(shí)訓(xùn)環(huán)境建設(shè)

項(xiàng)目教學(xué)法的實(shí)施離不開仿真的實(shí)訓(xùn)場所，BIM和VR技術(shù)的運(yùn)用離不開相應(yīng)的軟硬件條件，所以應(yīng)加強(qiáng)實(shí)訓(xùn)場所的建設(shè)，使實(shí)訓(xùn)現(xiàn)場具備各分部分項(xiàng)工程施工的條件，部分難度系數(shù)較大的工藝（塔吊爬升、預(yù)應(yīng)力筋張拉等）可用BIM軟件進(jìn)行模擬實(shí)現(xiàn)。

學(xué)生在教師的示范和指導(dǎo)下，按分解任務(wù)進(jìn)行工藝操作，發(fā)揮主動(dòng)性，發(fā)揮團(tuán)體協(xié)作的力量完成任務(wù)[2]。

（四）改革評(píng)價(jià)體系

傳統(tǒng)的教學(xué)評(píng)價(jià)關(guān)注學(xué)生最后的考試成績，有的會(huì)適當(dāng)考慮平時(shí)成績，但是基于項(xiàng)目教學(xué)法的施工教學(xué)更關(guān)注學(xué)習(xí)過程，以及學(xué)生的實(shí)踐水平，為此需要改變傳統(tǒng)的教學(xué)評(píng)價(jià)體系，不再以單一的成績作為評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，應(yīng)綜合考評(píng)學(xué)生在平時(shí)完成任務(wù)的情況、對(duì)理論知識(shí)的把握程度、團(tuán)隊(duì)協(xié)作情況，以及最后的考試成績，也可以引入多種評(píng)價(jià)角度，師生互評(píng)、團(tuán)隊(duì)成員互評(píng)等，綜合確定成績等級(jí)。

（五）倡導(dǎo)團(tuán)隊(duì)協(xié)作

教學(xué)的過程也是塑造人格，培養(yǎng)社交能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的過程。施工實(shí)訓(xùn)工種多、程序復(fù)雜、建筑對(duì)象體量大，更需要團(tuán)隊(duì)協(xié)作，且在協(xié)作過程中，也有助于帶動(dòng)學(xué)習(xí)相對(duì)差的學(xué)生一起進(jìn)步，增強(qiáng)團(tuán)體凝聚力，這對(duì)學(xué)生未來走入職場也大有好處[3]。

三、教學(xué)效果總結(jié)

項(xiàng)目教學(xué)法的實(shí)施效果取決于項(xiàng)目設(shè)置的合理性，以及教師指導(dǎo)的及時(shí)性和專業(yè)性，項(xiàng)目教學(xué)法需要教師熟悉施工現(xiàn)場、施工工藝流程，能實(shí)際指導(dǎo)工序操作，且熟悉REVIT、廣聯(lián)達(dá)、斯維爾等BIM軟件、擅長動(dòng)畫制作，能用3D動(dòng)畫展示無法探視的施工構(gòu)造內(nèi)部，能用軟件對(duì)無法進(jìn)行實(shí)訓(xùn)的子分部或分項(xiàng)工程進(jìn)行模擬，這需要教師具備深厚的專業(yè)技術(shù)功底，以及運(yùn)用現(xiàn)代高技術(shù)服務(wù)教學(xué)的能力，這對(duì)教師的基本素質(zhì)是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

基于BIM技術(shù)進(jìn)行項(xiàng)目化教學(xué)的教學(xué)效果良好，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣大為提高，對(duì)施工常見工序的把握也不再限于紙上談兵，其中BIM技術(shù)的應(yīng)用降低了教師課堂講解的難度，也大大降低了學(xué)生對(duì)抽象的工藝、復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)的理解難度。但該教學(xué)方法增加了教師課前準(zhǔn)備工作的工作量，包括建筑工程實(shí)體建模、節(jié)點(diǎn)模型的制作、施工場布的設(shè)計(jì)、三維漫游等，也增加了對(duì)REVIT建模中大量族的需求，因而對(duì)教師的信息化能力提出了更大的挑戰(zhàn)。

四、對(duì)教師培養(yǎng)的建議

（一）注重專業(yè)實(shí)踐

高校在教師引進(jìn)過程中，應(yīng)注重專業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，多給青年教師提供現(xiàn)場專業(yè)實(shí)踐的機(jī)會(huì)，鼓勵(lì)教師考取建造師、監(jiān)理師等施工相關(guān)的執(zhí)業(yè)資格證書；著力引進(jìn)施工案場經(jīng)驗(yàn)豐富的高級(jí)技能人才，或者引入經(jīng)驗(yàn)豐富的案場人員作為現(xiàn)場教師或者教學(xué)顧問，在項(xiàng)目設(shè)計(jì)或項(xiàng)目實(shí)施時(shí)提供切實(shí)有效的指導(dǎo)，強(qiáng)大的師資力量是高效教學(xué)的前提。

（二）注重信息化手段的運(yùn)用與培訓(xùn)

信息化手段為教師更有效地進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)實(shí)施提供了可能，教師自身應(yīng)該重視信息技術(shù)能力的學(xué)習(xí)和培養(yǎng)，高校也應(yīng)從制度上落實(shí)信息化手段的培訓(xùn)體系。信息化手段運(yùn)用也要防止技術(shù)至上，為了炫耀技術(shù)而運(yùn)用技術(shù)，技術(shù)只是更好達(dá)到教學(xué)目的的手段，而不是目標(biāo)。在偏重演算、推理（如網(wǎng)絡(luò)圖的計(jì)算、土方量的計(jì)算）的環(huán)節(jié)，應(yīng)以板書為主，帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行過程推導(dǎo)計(jì)算，不能完全依賴多媒體，以使學(xué)生印象深刻，達(dá)到更好的教學(xué)效果。

總之，建筑施工工藝的復(fù)雜性、施工現(xiàn)場的不安全性、返工成本的高昂代價(jià)使BIM技術(shù)在施工教學(xué)中運(yùn)用具有必要性和緊迫性，結(jié)合項(xiàng)目教學(xué)法和現(xiàn)代信息技術(shù)，建筑施工課程的教學(xué)將更立體直觀、更有成效，但同時(shí)新的教學(xué)模式也對(duì)教師對(duì)課堂、對(duì)實(shí)訓(xùn)現(xiàn)場的綜合把控能力提出了新的挑戰(zhàn)，需要高校更重視教師的培養(yǎng)問題。

[1]齊永順，喻巖，曹立輝.建筑施工課程的開放合作教學(xué)[J].基建優(yōu)化，2006,27（2）:68-69.

[2]郭佳.關(guān)于建筑施工教學(xué)的優(yōu)化思考 [J].亞太教育，2015,10:162-162.

[3]陳燕，何夕平，孫強(qiáng).土木工程施工課程“三段式”教學(xué)的思考[J].高等建筑教育，2009,18（2）：78-81.

Reform Of Construction Technology Course Based On BIM Virtual Reality

YUANShao-hua，WEI Jing，ZHAI Ming-yuan，LI Bei-bei
（JiangSu JIANZHUInstitute OfTechnology,Xuzhou 221116,Jiangsu）

This paper probes into the reform of construction technology course based on BIMvirtual reality,and analyzes the weakness existingin traditional math.Toincrease teachingeffect,this paper proposes that teachers should adopt the project teaching and guide students to practice on spot on basis of technology of BIM and VR.To facing challenges of information teaching,teachers should learn much knowledge of information and practice more,and at the same time,colleges should pay more attention tothe trainingofteachers'professional practice abilityand the information teachingability.

construction technology;project teaching;BIM

G423.07

A

1671-5004（2017）04-0097-03

2017-04-18

江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院教育教學(xué)改革項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：ES2015-5）

袁韶華（1974-），女，山西太原人，江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授，研究方向：房地產(chǎn)開發(fā)、房地產(chǎn)經(jīng)濟(jì)、建筑施工。