土木工程BIM實驗室的建設(shè)與實踐教學實施

吳凌壹, 丁志坤, 隋莉莉, 王家遠

(深圳大學 土木工程學院, 廣東 深圳 518060)

建筑信息模型(building information modelling,簡稱BIM)憑借其先天技術(shù)優(yōu)勢,日益引起人們的重視,其先進性和實用性逐步被行業(yè)廣泛認可。BIM技術(shù)被譽為工程領(lǐng)域繼CAD輔助設(shè)計技術(shù)后的第二次革命[1],有望成為行業(yè)信息化核心載體。目前,國內(nèi)的不少大型項目已經(jīng)應(yīng)用了BIM技術(shù),并從中獲得很多成功經(jīng)驗[2]。國內(nèi)外眾多建設(shè)單位、設(shè)計單位、施工單位和建筑咨詢單位,都紛紛加大BIM技術(shù)應(yīng)用的投入[3]。隨之而來,行業(yè)對BIM技術(shù)人才的需求量激增,相關(guān)人才供給嚴重不足,這對土木類專業(yè)教育提出了挑戰(zhàn),BIM相關(guān)人才培養(yǎng)機制的探索迫在眉睫。

BIM技術(shù)的推廣和應(yīng)用,是整個建筑行業(yè)發(fā)展及轉(zhuǎn)型升級的重要技術(shù)支撐。高校作為人才培養(yǎng)的搖籃,必須緊跟社會需求,培養(yǎng)更多適應(yīng)行業(yè)發(fā)展需要的BIM人才[4]。培養(yǎng)BIM技術(shù)人才重在實踐,實踐需要實驗室支撐。高校的BIM實驗室建設(shè)勢在必行,通過引入集成相關(guān)硬件和軟件資源,為BIM技術(shù)教學提供平臺,以滿足人才培養(yǎng)要求。本文介紹了深圳大學土木工程學院BIM實驗室以培養(yǎng)適應(yīng)行業(yè)對BIM技術(shù)人才的需求為目標,開展BIM實驗建設(shè)和教學實施的情況,為國內(nèi)外院校BIM實驗室建設(shè)和教學提供借鑒。

1 BIM實驗室建設(shè)目的

高校建設(shè)BIM實驗室,打造BIM技術(shù)產(chǎn)學研一體化專業(yè)平臺,推動新技術(shù)理論創(chuàng)新研究,促進現(xiàn)代化教育手段運用,加快BIM教師隊伍建設(shè),有助于提高院校BIM技術(shù)應(yīng)用理論水平,建設(shè)高水平大學。深圳大學土木工程學院BIM實驗室建設(shè)目的包括以下三方面：

(1) 建設(shè)完善的實驗室平臺,為學院師生開展BIM教研活動提供一流的硬件環(huán)境支持；

(2) 依托實驗室,鼓勵教師積極開展與BIM建設(shè)相關(guān)的應(yīng)用研究、設(shè)計開發(fā)、咨詢服務(wù)等,提升學院社會服務(wù)的水平和能力,提升學院的行業(yè)影響力；

(3) 基于BIM實驗室,深入開展建筑工程領(lǐng)域的現(xiàn)代化教育教學研究,著力提高學生的專業(yè)能力、綜合素養(yǎng)和綜合競爭能力。

2 BIM實驗室建設(shè)內(nèi)容

BIM技術(shù)的發(fā)展為土木工程院校培養(yǎng)新型人才帶來了創(chuàng)新思維,同時也對院校的培養(yǎng)措施和方法提出了新的要求,BIM實驗室的建設(shè)對于實踐教學尤為重要。

國內(nèi)很多高校在建設(shè)BIM實驗室上存在誤區(qū),即不求實際、沒有規(guī)劃,一味尋求爭取經(jīng)費來配置最好的電腦軟硬件。實際上,僅簡單拼湊軟硬件,而沒有很好的規(guī)劃和定位,就無異于一般的繪圖實驗室或軟件培訓機房。實驗室的建設(shè)要從BIM技術(shù)研究和應(yīng)用出發(fā),根據(jù)BIM技術(shù)特點和人才培養(yǎng)方案,明確實驗室的功能定位并提出合理規(guī)劃。

我院BIM實驗室在建設(shè)之初,充分考慮了教研功能需求及BIM技術(shù)在各環(huán)節(jié)的應(yīng)用要求,從解決BIM技術(shù)的可操作性等關(guān)鍵技術(shù)難題出發(fā),以建立中國的BIM建筑數(shù)據(jù)表示和交換標準為目標,定位為國際化高水平BIM實驗研究中心,并以此促進教學,進一步推動我國BIM產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

2.1 實驗室功能設(shè)計

實驗室劃分了教學培訓與應(yīng)用、虛擬現(xiàn)實研發(fā)與體驗、技術(shù)成果展示、技術(shù)與軟件研發(fā)、多專業(yè)BIM技術(shù)協(xié)同研發(fā)等不同的功能模塊及物理空間分區(qū)(見圖1、圖2和圖3)。

圖1 BIM實驗室的功能劃分

圖3 BIM實驗室硬件網(wǎng)絡(luò)圖

基于“互聯(lián)網(wǎng)+”理念,在硬件方面,BIM實驗室集成了高性能服務(wù)器集群組、視頻演示系統(tǒng)、遠程會議系統(tǒng)等；在系統(tǒng)集成方面,配置了BIM協(xié)同工作云平臺、虛擬仿真平臺、云數(shù)據(jù)存儲平臺等,滿足了我院的教研需求。

2.2 幾個關(guān)鍵系統(tǒng)應(yīng)用

其中幾個關(guān)鍵的系統(tǒng)應(yīng)用如下。

(1) P-BIM信息交換平臺。P-BIM是以我國工程建設(shè)實踐為基礎(chǔ)建立的，符合有關(guān)技術(shù)標準和管理流程，滿足項目全生命期需要的建筑工程任務(wù)信息模型應(yīng)用體系的信息應(yīng)用方式。

實驗室基于中國BIM發(fā)展聯(lián)盟建設(shè)的P-BIM工程全生命期信息管理網(wǎng)絡(luò)平臺,搭建了包括硬件、網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)系統(tǒng)等在內(nèi)的數(shù)據(jù)交換及協(xié)同工作環(huán)境。

(2) 視頻演示系統(tǒng)。根據(jù)BIM技術(shù)應(yīng)用各個環(huán)節(jié)的不同需求,設(shè)計了不同的場地布置和軟硬件設(shè)施配置的建設(shè)方案,并設(shè)計了多路交互式顯示系統(tǒng),為多專業(yè)的協(xié)同提供實訓演練工作平臺。

(3) 虛擬仿真實訓平臺。虛擬仿真實驗教學是高等教育信息化建設(shè)的重要內(nèi)容,體現(xiàn)出信息技術(shù)與教育教學融合發(fā)展及學科專業(yè)深度融合帶來的實驗教學改革與創(chuàng)新[5],符合國家信息化發(fā)展戰(zhàn)略。BIM技術(shù)的理念適合應(yīng)用于建筑施工工藝、施工流程、管理流程和后續(xù)運維的模擬,結(jié)合配套的BIM技術(shù)方案,如虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)(VR)、增強現(xiàn)實系統(tǒng)(AR)和混合現(xiàn)實系統(tǒng)(MR)等,可以對建設(shè)項目全過程進行模擬和互動,通過身臨其境的模擬,可以精準地了解和系統(tǒng)地掌握項目建設(shè)內(nèi)容。

依托沉浸式虛擬現(xiàn)實的CAVE系統(tǒng),實驗室開展了一些探索性的教學項目,如學生可以把用REVIT等BIM軟件搭建的項目模型轉(zhuǎn)換并投放到CAVE系統(tǒng)中,使用施工模擬模塊漫游體驗建筑項目施工過程,也可通過拆裝建筑物各部分構(gòu)件進行研究。基于該系統(tǒng),我們聯(lián)合有關(guān)企業(yè)開展了對裝配式建筑信息化管理的研究,對裝配式建筑的教學也起到了很好的促進作用。

3 BIM實驗教學內(nèi)容設(shè)置

3.1 實驗教學目標

基于BIM技術(shù)應(yīng)用,我校土木工程學院重新整合了土木工程、工程管理兩專業(yè)中的專業(yè)課知識模塊,形成了以BIM為主線的教學體系。通過開展BIM實驗教學,強化了學生對土木工程學科信息化的理解,加深了學生對土木工程團隊合作精神的認識,學生的綜合素質(zhì)和實踐應(yīng)用能力在實驗教學過程中得到提升[6-7]。我們制定了適合本專業(yè)的BIM實驗教學內(nèi)容和教學目標,具體如下：

(1) 學生通過BIM實驗課程的實踐,可系統(tǒng)學習與工程項目全過程相關(guān)的綜合知識并加以運用,提高教學質(zhì)量；

(2) 通過BIM課程大作業(yè)、畢業(yè)設(shè)計及科技創(chuàng)新項目實訓,提高學生協(xié)同工作能力和實踐能力；

(3) 通過BIM實訓,鍛煉學生的BIM思維,了解行業(yè)前沿科技發(fā)展情況,理解和掌握最新科學技術(shù)。

3.2 實驗項目安排

學院根據(jù)國內(nèi)外BIM教學研究成果[8-12]和自身經(jīng)驗,結(jié)合本院培養(yǎng)特色和目標,編制了相應(yīng)的實驗教學大綱,以BIM技術(shù)架構(gòu)和理念為核心,從理論到實踐,讓學生循序漸進地學習,培養(yǎng)學生運用信息化技術(shù)對建設(shè)項目全過程進行精細化管理的能力和創(chuàng)新思維。實驗教學大綱的主要內(nèi)容為：

(1) BIM的原理和基本概念；

(2) BIM的理論架構(gòu)體系；

(3) BIM各專業(yè)建模技術(shù)；

(4) BIM在各個環(huán)節(jié)的應(yīng)用。

3.2.1 實驗項目設(shè)置

BIM實驗教學注重實踐性,強調(diào)學生對知識的運用。根據(jù)BIM實驗室現(xiàn)有資源情況和近期的采購計劃,結(jié)合教學大綱安排,BIM教學內(nèi)容基本貫穿土木工程和工程管理的所有專業(yè)課程,包括建筑制圖類課程、工程管理類課程、施工管理類課程。實驗項目包括BIM設(shè)計建模、結(jié)構(gòu)分析、碰撞分析、模擬施工、工程量計、造價管理等。按照年級從低到高,劃分出從基礎(chǔ)建模到高級應(yīng)用的課程,以BIM技術(shù)為核心,貫穿于整個實踐教學環(huán)節(jié)中,按照教學大綱循序漸進,擴大學生的BIM知識體系。

3.2.2 創(chuàng)辦BIM實訓短班、技術(shù)講座

通過校企的產(chǎn)學研合作,定期開設(shè)一些短期BIM實訓課程班,邀請企業(yè)的技術(shù)專家開設(shè)一些實訓課程,重點培養(yǎng)學生BIM應(yīng)用能力。還邀請有關(guān)專家前來舉辦BIM技術(shù)專題講座,拓展師生知識面。

3.2.3 基于項目的學習和實踐

對BIM技術(shù)應(yīng)用的學習,需要有很強的實踐環(huán)境,通過產(chǎn)學研結(jié)合,能夠為在校師生的BIM實踐教學提供大量的教學案例,彌補學校教學資源的不足。同時也為學生提供了參與實際項目的機會,使學生能夠真正接觸BIM工程項目操作流程,了解BIM技術(shù)在項目實施過程中遇到的問題和解決方法。在實際項目中,學生通過跨專業(yè)的團隊協(xié)作,可以完整掌握BIM工作流程,了解BIM協(xié)同工作的重要性,提高學生通過BIM技術(shù)解決實際問題的能力。

3.2.4 其他措施

我院依托BIM實驗室,設(shè)立了各類定期學習活動,為BIM人才培養(yǎng)提供保障,包括：

(1) 與BIM相關(guān)企業(yè)合作創(chuàng)辦不同主題的學術(shù)講座和學習沙龍活動。

(2) 聯(lián)合我院土木校友基金會,邀請校友企業(yè)開展系列BIM交流活動,例如：創(chuàng)辦BIM技術(shù)交流協(xié)會；定期舉辦各種線上或線下BIM技術(shù)交流活動；組織學生到校友企業(yè)的BIM項目現(xiàn)場進行參觀學習；為在校生去企業(yè)開展BIM實踐創(chuàng)造機會等。

(3) 創(chuàng)建BIM技術(shù)交流微群,分享前沿BIM信息,開設(shè)BIM微講堂。

(4) 不斷加深校企間合作,合作企業(yè)每年為學生提供BIM相關(guān)的實習崗位,讓學生到企業(yè)中去實踐。

(5) 實驗室提供開放式實驗環(huán)境和配套資源,積極鼓勵和支持學生參與BIM相關(guān)比賽和創(chuàng)新活動,如每年的斯維爾BIM大賽、校級創(chuàng)新發(fā)展基金基礎(chǔ)實驗項目、學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動等。

4 結(jié)語

在BIM技術(shù)應(yīng)用快速發(fā)展的背景下,一方面是行業(yè)對BIM技術(shù)人才的需求量越來越大,另一方面是我國土木工程專業(yè)BIM教學還處于起步階段,缺乏良好的學習和培訓環(huán)境。土木工程專業(yè)院校有必要緊跟行業(yè)步伐,重視針對行業(yè)新技術(shù)的研究和教學,加大對BIM技術(shù)實踐環(huán)節(jié)的投入。本文以我校土木工程學院BIM實驗室為例,介紹了實驗室的建設(shè)和實施情況。結(jié)合BIM技術(shù),實驗室積極探索創(chuàng)新人才培養(yǎng)方式,提高專業(yè)人才的綜合素質(zhì),成為BIM技術(shù)產(chǎn)學研一體化的重要平臺,為高校BIM實驗室建設(shè)提供了借鑒和參考。