BIM在安裝工程與識(shí)圖項(xiàng)目化教學(xué)中的應(yīng)用

張虎偉

安裝工程與識(shí)圖是高職工程造價(jià)專業(yè)的基礎(chǔ)核心課程。對(duì)該課程，遼寧建筑職業(yè)學(xué)院以實(shí)際工程“曙光馨園”8號(hào)住宅樓為載體，進(jìn)行了項(xiàng)目化教學(xué)的課程改革。但是在開始的實(shí)施過程中所采用的教學(xué)手段和訓(xùn)練方式是依托傳統(tǒng)的二維CAD圖紙，結(jié)果依舊是“老師教難，學(xué)生學(xué)更難”。究其原因，是因?yàn)楦呗殞W(xué)生缺少現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，空間想象力差，特別是水暖電安裝圖紙沒有立面圖和剖面圖，僅僅有平面圖和系統(tǒng)圖，增加了學(xué)習(xí)的難度，使學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)興趣[1]，最終的結(jié)果是沒有從本質(zhì)上實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目化教學(xué)的效果。

BIM技術(shù)的全稱是“Building Information Molding”，即建筑信息模型。BIM是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了建筑工程項(xiàng)目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型。從教學(xué)角度看，BIM技術(shù)擁有真實(shí)的外觀和動(dòng)態(tài)的可視性，使它具備了天然的教學(xué)特性。[2]將BIM技術(shù)應(yīng)用到安裝工程與識(shí)圖項(xiàng)目化教學(xué)，可以充分發(fā)揮BIM技術(shù)在三維可視化和虛擬建造方面的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)學(xué)生空間想象力不足的問題。[3]

一、課程體系項(xiàng)目化分解

BIM技術(shù)要具體應(yīng)用到課程的每個(gè)知識(shí)點(diǎn)上就必須首先將課程體系進(jìn)行分解，根據(jù)該課程的特點(diǎn)采用項(xiàng)目化的分解方式，建立項(xiàng)目、子項(xiàng)目、任務(wù)的結(jié)構(gòu)層次。根據(jù)課程的特點(diǎn)，我們將該課程分解為3個(gè)大項(xiàng)目8個(gè)子項(xiàng)目，對(duì)每個(gè)子項(xiàng)目設(shè)計(jì)能力目標(biāo)和實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的任務(wù)，從而將BIM應(yīng)用到每個(gè)具體的任務(wù)上。以子項(xiàng)目1-1“給水施工圖識(shí)讀”為例，具體方案如表1所示。

表1 安裝工程與識(shí)圖項(xiàng)目分解（部分）

二、BIM模型搭建及課堂教學(xué)應(yīng)用

1．Revit模型搭建

利用Revit軟件搭建起給水系統(tǒng)模型、排水系統(tǒng)模型、采暖系統(tǒng)模型、照明系統(tǒng)模型、插座系統(tǒng)模型和弱電系統(tǒng)模型。模型搭建好后，學(xué)生看到的不再是抽象的二維施工圖，而是三維的動(dòng)態(tài)的立體模型。[4]以項(xiàng)目1-1“給水工程”為例：任務(wù)1-1-1執(zhí)行中，通過觀看Revit給水系統(tǒng)的整體模型可以直觀判斷該給水系統(tǒng)是下行上給式布置形式（如圖1所示）；任務(wù)1-1-2的執(zhí)行則是通過查看用族設(shè)計(jì)的閥門等附件來認(rèn)識(shí)本工程中的銅質(zhì)調(diào)節(jié)鎖閉閥、水表和銅質(zhì)球閥以及給水龍頭（如圖2所示）。任務(wù)1-1-3的執(zhí)行可以利用Revit的機(jī)械顯示模式顯示出管道在建筑內(nèi)的布置和敷設(shè)（如圖3所示），使學(xué)生清楚地了解給水管道與建筑物的空間位置關(guān)系；任務(wù)1-1-4的執(zhí)行可以首先通過前3個(gè)任務(wù)充分熟悉三維模型后再識(shí)讀傳統(tǒng)的CAD圖紙的方式來執(zhí)行。

整個(gè)具體流程是，學(xué)生拿到Revit模型后，分組開始學(xué)習(xí)，完成教師布置的各個(gè)任務(wù)。在編制識(shí)圖報(bào)告履行任務(wù)單的同時(shí)，再反過來根據(jù)二維CAD圖紙翻模Revit立體圖形。這可提高學(xué)生BIM軟件使用水平。同時(shí)，Revit模型可以采用協(xié)同作業(yè)的模式分層繪制，以提高學(xué)生團(tuán)隊(duì)作業(yè)的能力。

圖1 Revit給水系統(tǒng)整體模型

圖2 Revit設(shè)備及管道附件族詳圖

圖3 Revit給水管道在建筑內(nèi)布置圖

2．Navisworks情景模擬和施工虛擬建造

項(xiàng)目化教學(xué)最主要的一個(gè)特征是模擬真實(shí)工程的具體工作環(huán)境。受限于傳統(tǒng)教學(xué)手段，一個(gè)真實(shí)的案例工程無法直觀動(dòng)態(tài)地體現(xiàn)在學(xué)生面前。利用Navisworks軟件的漫游功能和動(dòng)畫制作功能，在每堂課開始時(shí)通過展示Navisworks制作的三維漫游動(dòng)畫配合教師的講解使項(xiàng)目能夠情景再現(xiàn)，帶給學(xué)生感官刺激的同時(shí)，也增加了學(xué)生對(duì)工程的認(rèn)識(shí)程度并且提高了學(xué)習(xí)興趣。[5]以項(xiàng)目1-1“給水工程”為例，將Revit給水模型和建筑模型以附加的方式導(dǎo)入Navisworks軟件中，首先動(dòng)態(tài)展示建筑模型，介紹曙光馨園8號(hào)樓工程概況（如圖4所示）。然后通過漫游進(jìn)入建筑內(nèi)部觀看給水管道及附件（如圖5所示）。接著通過隱藏工作集的方式隱藏建筑模型，僅保留給水系統(tǒng)模型，然后利用視點(diǎn)保存的方式建立動(dòng)畫，由整體到局部逐層顯示給水系統(tǒng)（如圖所6示）。

圖4 Navisworks顯示工程外部概況

圖5 Navisworks漫游建筑內(nèi)部

圖6 Navisworks顯示給水系統(tǒng)管道及附件

在執(zhí)行任務(wù)1-1-5時(shí)則利用Navisworks虛擬建造的特點(diǎn)將文字版的施工方案付諸實(shí)踐。首先建立各管道和設(shè)備的工作集，然后利用Timeliner導(dǎo)入進(jìn)度計(jì)劃文件，同時(shí)對(duì)于構(gòu)件生長(zhǎng)的動(dòng)畫則利用Animator進(jìn)行編輯，最終完成4D的進(jìn)度控制模擬施工動(dòng)畫。這一方式，使學(xué)生在掌握設(shè)備的安裝工藝后以一種動(dòng)態(tài)的4D（三維空間+時(shí)間）模式展現(xiàn)出來，直觀地反映了方案的實(shí)施情況[6]，提高了學(xué)生設(shè)備施工管理水平。以給水工程為例展示模擬的施工方案如圖7所示。

通過Navisworks軟件實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目化教學(xué)的情景模擬和施工任務(wù)執(zhí)行中的虛擬建造，使原來項(xiàng)目化教學(xué)方案中純粹的文字描述轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)態(tài)的三維模型展示，是平面教學(xué)向立體教學(xué)、課本教學(xué)向信息化教學(xué)的技術(shù)革新。

圖7 Navisworks給水工程虛擬建造

三、第二課堂BIM教學(xué)資源包建設(shè)

1．在線教學(xué)系統(tǒng)搭建

對(duì)于項(xiàng)目化教學(xué)所布置的任務(wù)并非所有同學(xué)都能夠在課堂教學(xué)中完成，并將知識(shí)充分的消化掉，因此第二課堂的建立對(duì)于整個(gè)教學(xué)體系是個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在網(wǎng)上建立起在線教學(xué)系統(tǒng)，學(xué)生可以登陸網(wǎng)站點(diǎn)擊安裝工程與識(shí)圖課程，進(jìn)入后可以瀏覽教學(xué)課件、教學(xué)圖片，觀看Navisworks制作的項(xiàng)目情景和施工模擬動(dòng)畫，觀看老師錄制的微課視頻，下載教學(xué)用的CAD和Revit圖紙，并且可以進(jìn)行課后練習(xí)及期末試卷測(cè)試。課程的在線教學(xué)系統(tǒng)頁面如圖8所示。

圖8 課程在線教學(xué)系統(tǒng)

2．ipad移動(dòng)端應(yīng)用

BIM技術(shù)已經(jīng)在施工現(xiàn)場(chǎng)利用移動(dòng)端設(shè)備實(shí)現(xiàn)了無圖紙辦公，利用這個(gè)思路，我們可以建立平板電腦移動(dòng)端的模型，讓學(xué)生可以隨時(shí)隨地的瀏覽已建立好的各個(gè)系統(tǒng)的Revit模型。以給水工程為例，具體方法是，將搭建好的Revit給水系統(tǒng)模型導(dǎo)入Navisworks中，然后輸出NWD格式，再后利用PC端iTunes軟件同步到ipad的BIM 360Glue軟件中。在進(jìn)入軟件后，可以進(jìn)行給水工程的漫游和管道信息查詢（如圖9所示）。移動(dòng)端BIM模型的使用打破了教室上課的枷鎖，將學(xué)習(xí)地點(diǎn)擴(kuò)展到任何地點(diǎn)，也提升了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

圖9 ipad移動(dòng)端應(yīng)用

四、案例的創(chuàng)新之處

1．課程教學(xué)項(xiàng)目劃分方式創(chuàng)新

課程的項(xiàng)目以具體工程曙光馨園8號(hào)樓安裝工程為載體進(jìn)行劃分，而不是以傳統(tǒng)的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分解，每個(gè)項(xiàng)目即為對(duì)應(yīng)的施工藍(lán)圖，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)以能力培養(yǎng)為核心的課程目標(biāo)。

2．BIM技術(shù)教學(xué)手段的創(chuàng)新

課程識(shí)圖任務(wù)的布置和執(zhí)行應(yīng)用了BIM技術(shù)的Revit軟件。Revit搭建的三維模型可以集成設(shè)計(jì)說明、施工平面圖、系統(tǒng)圖于一身，360度全方位展示設(shè)備的系統(tǒng)空間狀態(tài)，與建筑模型鏈接并機(jī)械模式顯示，全面展示設(shè)備與建筑的空間位置關(guān)系，減小了二維CAD圖紙驅(qū)動(dòng)教學(xué)的難度。課程施工任務(wù)的布置和執(zhí)行應(yīng)用了BIM技術(shù)的Navisworks軟件，模擬了設(shè)備的虛擬建造過程，提高了學(xué)生對(duì)安裝工程施工工藝流程的理解能力。

3．基于“互聯(lián)網(wǎng)+”和BIM移動(dòng)端的第二課堂教學(xué)設(shè)計(jì)

搭建了安裝工程與識(shí)圖課程的網(wǎng)上在線教學(xué)系統(tǒng)，使學(xué)生可以在課余時(shí)間通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)該課程。利用ipad和BIM 360Glue軟件，使學(xué)生可以隨時(shí)隨地利用手中的平板電腦觀察分析模型，與老師和同學(xué)進(jìn)行交流，破除了固定教室固定電腦學(xué)習(xí)課程的枷鎖。

五、課改取得的成效

課程的改革方案從2016年開始實(shí)施，實(shí)驗(yàn)對(duì)象為工程造價(jià)專業(yè)的造價(jià)事務(wù)所學(xué)生，共計(jì)30人。實(shí)施的地點(diǎn)在系部的工程造價(jià)模擬事務(wù)所。該模擬事務(wù)所配有專業(yè)電腦30臺(tái)，配備了CAD、Revit、Navisworks軟件，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程充分發(fā)揮了自身的能動(dòng)性，教師在這個(gè)過程中主要起引導(dǎo)和指導(dǎo)作用。在教學(xué)中，三維圖紙的展示，動(dòng)態(tài)施工過程的模擬，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，降低了學(xué)習(xí)難度，學(xué)生充分掌握了課程的核心內(nèi)容，很好地履行了各項(xiàng)任務(wù)。同時(shí)各個(gè)系統(tǒng)的BIM模型也都獨(dú)立地搭建起來，BIM軟件的操作水平達(dá)到了一定的水平。在課余時(shí)間，同學(xué)們通過登錄學(xué)院的在線教育綜合平臺(tái)進(jìn)行了該課程的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)。通過操作平板電腦端的BIM模型，加深了同學(xué)們對(duì)各個(gè)設(shè)備系統(tǒng)的理解，同時(shí)方便了同學(xué)間的學(xué)習(xí)交流，第二課堂的設(shè)計(jì)大大提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。學(xué)生在全國(guó)和遼寧省的BIM類大賽中取得了優(yōu)異成績(jī)，包括：“益埃畢杯”2016年全國(guó)大學(xué)生Revit作品大賽全國(guó)三等獎(jiǎng)；“斯維爾杯”第八屆全國(guó)高等院校BIM應(yīng)用技能大賽“工程設(shè)計(jì)專項(xiàng)”全國(guó)一等獎(jiǎng)；“斯維爾杯”第八屆全國(guó)高等院校BIM應(yīng)用技能大賽“工程造價(jià)專項(xiàng)”全國(guó)三等獎(jiǎng)；“斯維爾杯”第八屆全國(guó)高等院校BIM應(yīng)用技能大賽全能全國(guó)二等獎(jiǎng)；第四屆遼寧省廣聯(lián)達(dá)BIM算量軟件應(yīng)用技能賽項(xiàng)團(tuán)體一等獎(jiǎng)（成績(jī)第一名）。

[1]趙盈盈,涂中強(qiáng).BIM技術(shù)在建筑類課程項(xiàng)目化教學(xué)中的應(yīng)用[J].理論探索,2016(8):66-68.

[2]王靖.BIM融入高職土建類專業(yè)教學(xué)研究[J].江西建材,2016(12):274-278.

[3]朱紅光,易成,王鵲,等.BIM技術(shù)在土建專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用[J].教育教學(xué)論壇,2015(44):184-185.

[4]劉芳.BIM技術(shù)在廣州市財(cái)富中心項(xiàng)目中的應(yīng)用研究[D].長(zhǎng)沙:湖南農(nóng)業(yè)大學(xué),2014.

[5]饒平平,徐明,邵兆通,等.BIM技術(shù)在《城市地下工程施工技術(shù)課程教學(xué)中的應(yīng)用》[J].土木建筑工程信息技術(shù),2016(3):62-65.

[6]李昂.BIM技術(shù)在工程建設(shè)項(xiàng)目中模型創(chuàng)建和碰撞檢測(cè)的應(yīng)用研究[D].哈爾濱:東北林業(yè)大學(xué),2015.