工程管理專業(yè)BIM本科課程教學(xué)研究

(云南大學(xué) 建筑與規(guī)劃學(xué)院，昆明 650500)

1 引言

圖1 高校BIM動(dòng)態(tài)

近年來(lái)，建筑工程行業(yè)不斷地推廣BIM技術(shù)，以期望提高行業(yè)生產(chǎn)力和溝通水平[1]。但調(diào)查顯示，當(dāng)前建筑行業(yè)仍是低科技高體力勞動(dòng)的行業(yè)之一[2]。在現(xiàn)行建筑市場(chǎng)中集成應(yīng)用BIM的項(xiàng)目比率不到10%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國(guó)家發(fā)展需要[3]。

其中，一個(gè)重要的原因就是現(xiàn)行BIM人才教育嚴(yán)重缺失。超過(guò)90%的國(guó)內(nèi)高等院校本科課程沒(méi)有設(shè)置系統(tǒng)的BIM技術(shù)教學(xué)[4](見(jiàn)圖1)。而當(dāng)前學(xué)習(xí)者采用的方式主要為針對(duì)BIM某種等級(jí)考試的培訓(xùn)班，閱讀目標(biāo)軟件的特定版本說(shuō)明書(shū)，依照網(wǎng)絡(luò)軟件操作錄像練習(xí)等等。這些教育方式使得相關(guān)從業(yè)人士對(duì)BIM的學(xué)習(xí)和理解受到嚴(yán)重局限，完善系統(tǒng)的BIM本科教育課程顯然迫在眉睫。

而國(guó)內(nèi)高等院校本科課程難以開(kāi)展的原因是多方面的，一是當(dāng)前市面上尚無(wú)有關(guān)BIM的成熟教材，大量籠統(tǒng)介紹的概述型教材和過(guò)于具體針對(duì)實(shí)操的特定版本軟件說(shuō)明書(shū)充斥市場(chǎng)； 二是BIM在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用本身有其不成熟性，新的應(yīng)用方式被不斷地在實(shí)踐中探索出來(lái)，而大量成熟技術(shù)則在各界人士的不懈努力下逐步適應(yīng)國(guó)內(nèi)環(huán)境，因此它的發(fā)展日新月異； 三是BIM技術(shù)幾乎涉及項(xiàng)目全壽命周期所有參與方，對(duì)幾乎所有工程任務(wù)需求的解決方式都進(jìn)行了革新； 因此，要教授BIM技術(shù)，即使是在工程管理這一專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的BIM應(yīng)用范圍，也具備巨大難度。在此情況下，研究針對(duì)工程管理專業(yè)的BIM技術(shù)本科課程教學(xué)思路，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

2 BIM課程與現(xiàn)有傳統(tǒng)課程

BIM與工程估價(jià)和CAD課程同樣作為與計(jì)算機(jī)軟件高度結(jié)合的課程，甚至在某些方面，BIM被認(rèn)為將替代工程估價(jià)和CAD，因此，將它與已經(jīng)趨于成熟的工程估價(jià)和CAD課程做類比顯然有其必要性。具體地分析它們之間的異同，以求從中吸取經(jīng)驗(yàn)，并針對(duì)特點(diǎn)思考其獨(dú)特的教學(xué)方式能夠更為切實(shí)地給出該課程的教學(xué)結(jié)構(gòu)思路。

2.1 BIM與CAD課程

BIM和CAD從某種意義上講是代表兩個(gè)不同的設(shè)計(jì)時(shí)代，CAD代表過(guò)去的20年和現(xiàn)在的年代，BIM代表現(xiàn)在和未來(lái)的年代[4]。BIM因此常常被認(rèn)為是CAD的3D版、升級(jí)版，然而事實(shí)絕非如此，BIM與CAD有顯著的不同，因此其教育方式絕不能照搬。

(1)CAD與BIM表達(dá)建筑實(shí)體的形式不同。BIM模型面向?qū)ο?，直接描述建筑?gòu)件，由計(jì)算機(jī)來(lái)理解構(gòu)件屬性參數(shù)與構(gòu)件實(shí)質(zhì)特征屬性的聯(lián)系。而CAD是一種基于圖層的繪制圖形，由人來(lái)通過(guò)圖形和參數(shù)理解實(shí)質(zhì)特征屬性。

表1 現(xiàn)有課程與可應(yīng)用的BIM技術(shù)

BIM涉及的工程管理本科已有課程BIM應(yīng)用建筑制圖、房屋建筑學(xué)BIM與可視化建筑模型、2D設(shè)計(jì)與BIM設(shè)計(jì)、BIM軟件建模工程項(xiàng)目管理基于BIM的空間管理、安全管理、溝通管理、進(jìn)度管理(4D)、成本管理(5D)、項(xiàng)目協(xié)同管理(PMIS、PIP)等工程施工基于BIM的施工組織設(shè)計(jì)、施工場(chǎng)地布置、施工方案演示、裝配式建筑的快速應(yīng)用工程估價(jià)基于BIM的工程造價(jià)文件編制、基于BIM的成本管理(5D)建設(shè)法規(guī)基于BIM的招投標(biāo)管理、設(shè)計(jì)變更中的多方協(xié)同工程結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)模型

(2)BIM涵蓋CAD不能表達(dá)的大量重要內(nèi)容。美國(guó)國(guó)家BIM標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為“BIM是建設(shè)項(xiàng)目的兼具物理特性與功能特性的數(shù)字化模型，且是從建設(shè)項(xiàng)目的最初概念設(shè)計(jì)開(kāi)始的整個(gè)生命周期里做出任何決策的可靠共享信息資源?！盵5]在具備CAD可以描述但BIM顯著拓展的物理特性的同時(shí)，還具備所有一切與該建設(shè)項(xiàng)目有關(guān)的信息[6]。因此，BIM涉及工程管理專業(yè)絕大部分本科課程已有內(nèi)容，在此舉例如表1所示。

(3)BIM技術(shù)及其應(yīng)用還沒(méi)有完全成熟。CAD經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐，已經(jīng)形成以AutoCAD為主，各專業(yè)控件為輔的成熟格局和固定模式。由于BIM技術(shù)尚未完善，導(dǎo)致其大多只在較為復(fù)雜的工程中應(yīng)用，這使得其大多數(shù)應(yīng)用模式尚在探索之中，而未形成固定套路。軟件多、應(yīng)用少這兩種情況共同導(dǎo)致了一個(gè)問(wèn)題，教學(xué)時(shí)無(wú)所適從，疑問(wèn)較多。

2.2 BIM與工程估價(jià)課程的類比

BIM技術(shù)與工程估價(jià)在課程性質(zhì)上具備一定程度上的相似性。它們同樣是通過(guò)計(jì)算機(jī)手段來(lái)高效解決工程項(xiàng)目本身的性質(zhì)聯(lián)系，因而同樣需要在理解其性質(zhì)聯(lián)系的基礎(chǔ)上，用軟件描述復(fù)刻項(xiàng)目參數(shù)特征，通過(guò)計(jì)算機(jī)從一些參數(shù)特征推算出多種所需屬性值。只是BIM技術(shù)通過(guò)項(xiàng)目的本質(zhì)屬性參數(shù)解決幾乎一切項(xiàng)目全壽命涉及的所有工程任務(wù)所需的屬性值； 而工程估價(jià)只通過(guò)項(xiàng)目的某一些屬性參數(shù)解決部分問(wèn)題。因此，認(rèn)為BIM技術(shù)將替代目前的工程估價(jià)軟件是完全有其邏輯依據(jù)的。

目前，工程估價(jià)課程常見(jiàn)教學(xué)模式為：理論課在前，軟件實(shí)際操作教學(xué)在后，最后進(jìn)行大作業(yè)整合課程知識(shí)。其中，軟件實(shí)際操作不必強(qiáng)調(diào)效率，而是著重理解。這一模式有其顯著效果，可令學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中逐漸融會(huì)貫通。而相應(yīng)地，BIM課程顯然也需要理論+實(shí)操+整合三部分。

3 BIM課程教學(xué)思路

2009年，時(shí)任美國(guó)Building SMART聯(lián)盟主席的Dana K.Smith 提出了：“用一個(gè)軟件解決一切問(wèn)題的時(shí)代已一去不返了”。[7]目前，找不到一個(gè)可以以解決項(xiàng)目生命周期所有參與方、所有階段、所有工程任務(wù)需求的“超級(jí)軟件”，即使能有這種軟件存在，由于軟件用戶的專業(yè)和崗位分工以及個(gè)人能力限制，也找不到能夠完全精通和掌握這種軟件的“超人用戶”[7]，同樣，國(guó)內(nèi)高等院校也找不到能夠講清楚BIM每一個(gè)環(huán)節(jié)的“超人教師”。

基于以上內(nèi)容，BIM教學(xué)必然不應(yīng)該按照傳統(tǒng)的教學(xué)思路——當(dāng)新技術(shù)來(lái)臨時(shí)，就開(kāi)一門(mén)新的課程——這是不可能教好BIM的。這將導(dǎo)致教學(xué)像目前大多數(shù)的BIM宣傳手冊(cè)一樣，籠統(tǒng)地討論BIM概念。而實(shí)際上，BIM技術(shù)已經(jīng)完全不再只是一種紙上談兵，它的應(yīng)用駁雜具體，只講概念完全不能滿足現(xiàn)有的社會(huì)需要。BIM技術(shù)既然涉及工程管理的方方面面，就應(yīng)該讓它的教育融入到各式各樣的課程中去，由術(shù)業(yè)專攻的教師來(lái)教授。

因此，BIM的本科課程教學(xué)安排應(yīng)為“總論+分課程植入”的模式。

3.1 總論

這一課程作為一種專業(yè)基礎(chǔ)，概述性地講解BIM的概念，初步的原理，目前的應(yīng)用范圍以及涉及的國(guó)家法律法規(guī)政策等，占用課時(shí)不必多，不求學(xué)生全盤(pán)領(lǐng)會(huì)，只求形成初步概念。

3.2 分課程植入

將BIM技術(shù)的具體內(nèi)容，添加到建筑制圖、房屋建筑學(xué)、工程項(xiàng)目管理、工程結(jié)構(gòu)、工程施工、工程估價(jià)等已有課程中去，先進(jìn)行BIM技術(shù)在該課程應(yīng)用的具體理論基礎(chǔ)教授，同時(shí)講解對(duì)應(yīng)的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用案例。而后根據(jù)具體情況選擇1～2種對(duì)應(yīng)的，當(dāng)前盛行的軟件教授實(shí)際操作，以配合理解理論知識(shí)。

(1)理論講解及案例分析

鑒于BIM技術(shù)的應(yīng)用在很多領(lǐng)域都仍是摸索階段，有的應(yīng)用效果非同凡響，有的卻也因?yàn)楦魇礁鳂拥脑蜓緹o(wú)歸，BIM在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用本身有其不成熟性，新的應(yīng)用方式被不斷地在實(shí)踐中探索出來(lái)，而大量成熟技術(shù)則在各界人士的不懈努力下逐步適應(yīng)國(guó)內(nèi)環(huán)境，它的發(fā)展日新月異。因此，在理論講解的過(guò)程中，很可能有大量知識(shí)尚未形成定論，也不易高度抽象總結(jié)。在這種情況下，案例就成為講課的不錯(cuò)選擇。通過(guò)講解BIM技術(shù)在該課程應(yīng)用對(duì)應(yīng)的現(xiàn)實(shí)案例，可以直觀地認(rèn)識(shí)到它的應(yīng)用本身是何種形式的，優(yōu)點(diǎn)和弊端又在何處，盡管沒(méi)有教材，但實(shí)際應(yīng)用的案例卻正是最為與時(shí)俱進(jìn)的教材。在這一部分，由于案例更新速度較快，就不再詳述，表2中給出了簡(jiǎn)單舉例。

(2)軟件實(shí)踐操作

如同傳統(tǒng)的工程估價(jià)課程一般，BIM的軟件實(shí)踐操作課程不必強(qiáng)調(diào)效率，而是著重理解，但在軟件選擇上，則更需要各個(gè)課程都注意與時(shí)俱進(jìn)，隨時(shí)根據(jù)市場(chǎng)變化調(diào)整。

在現(xiàn)有課程建筑制圖、房屋建筑學(xué)中，講解3D可視化概念后，就可引入目前國(guó)內(nèi)常用的核心建模軟件，如Autodesk Revit、Graphisoft ArchiCAD等等，讓學(xué)生直觀地運(yùn)用軟件學(xué)習(xí)建模，使理論課程更具體化，對(duì)建筑設(shè)計(jì)的各個(gè)細(xì)節(jié)部分有直觀的了解，深入理解BIM技術(shù)帶來(lái)的三維模型，為后續(xù)BIM技術(shù)打下重要基礎(chǔ)。

當(dāng)前的工程估價(jià)課程本身就結(jié)合了一定的關(guān)于估價(jià)的軟件的學(xué)習(xí)，因此引入BIM軟件顯然將會(huì)更為容易。由于國(guó)內(nèi)各地定額規(guī)范都稍有差異，故國(guó)內(nèi)的施工造價(jià)軟件在工程造價(jià)方面占有極大優(yōu)勢(shì)[8]，目前較為主要的軟件有：魯班(AutoCAD平臺(tái))，廣聯(lián)達(dá)GBQ4.0(自主平臺(tái))，斯維爾清單計(jì)價(jià)BQ(AutoCAD平臺(tái))以及神機(jī)妙算(自主平臺(tái))等。選擇其中較為高效的進(jìn)行教授，可以便于學(xué)生理解造價(jià)過(guò)程中BIM發(fā)揮的作用與尋常造價(jià)軟件的不同之處。

在建設(shè)法規(guī)課程教學(xué)中，教師可有選擇地教授，在這一部分，軟件并不是最為要緊的； 而是在教學(xué)中，引入現(xiàn)行的BIM技術(shù)相關(guān)法律法規(guī)，補(bǔ)充這方面的空白才是更為重要的。

工程結(jié)構(gòu)類課程為工程管理專業(yè)的學(xué)生，提供了了解土木工程知識(shí)的一個(gè)窗口，其中，BIM技術(shù)為結(jié)構(gòu)帶來(lái)的改變也是不可忽視的。對(duì)此選擇ETABS、STAAD或者PKPM等軟件，稍加了解原理，即可為未來(lái)協(xié)同工作打下一定基礎(chǔ)。

表2 現(xiàn)有課程與BIM具體運(yùn)用案例

BIM涉及的工程管理專業(yè)本科已有課程應(yīng)添加的BIM內(nèi)容應(yīng)用案例當(dāng)前流行的軟件建筑制圖、房屋建筑學(xué)BIM與可視化建筑模型、2D設(shè)計(jì)與BIM設(shè)計(jì)、BIM軟件建模Discovery;Green-Building12;上海中心大廈;萬(wàn)科金色里程;銀川火車站工程AutodeskRevit、GraphisoftArchiCAD等工程估價(jià)基于BIM的工程造價(jià)文件編制、基于BIM的成本管理(5D)某藝術(shù)學(xué)院擴(kuò)建項(xiàng)目[9-10]魯班(AutoCAD平臺(tái)),廣聯(lián)達(dá)GBQ4.0(自主平臺(tái)),斯維爾清單計(jì)價(jià)BQ(Auto-CAD平臺(tái))以及神機(jī)妙算(自主平臺(tái))建設(shè)法規(guī)關(guān)于BIM的現(xiàn)行規(guī)范、基于BIM的招投標(biāo)管理、設(shè)計(jì)變更中的多方協(xié)同//工程結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)模型Discovery[11];Green-Building12[12];北京奧運(yùn)會(huì)水立方(鋼結(jié)構(gòu));銀川火車站工程PKPM、SAP2000等工程項(xiàng)目管理基于BIM的空間管理、安全管理、溝通管理、進(jìn)度管理(4D)、成本管理(5D)、項(xiàng)目協(xié)同管理(PMIS、PIP)等蘇州星海生活廣場(chǎng)工程MSProjectAutodeskNavisworksManageIn-novaya-VisualEstimating+VisualSimula-tion工程施工基于BIM的施工組織設(shè)計(jì)、施工場(chǎng)地布置、施工方案演示、裝配式建筑的快速應(yīng)用蘇州星海生活廣場(chǎng)工程PKPMcmis施工軟件廣聯(lián)達(dá)5D場(chǎng)地布置

對(duì)于工程項(xiàng)目管理和工程施工課程，其涉及的空間管理、安全管理、溝通管理、進(jìn)度管理(4D)、成本管理(5D)、項(xiàng)目協(xié)同管理(PMIS、PIP)等等內(nèi)容都有其對(duì)應(yīng)的BIM技術(shù)革新。在課程教授過(guò)程中，完全可以結(jié)合Autodesk Navisworks Manage的使用操作，來(lái)模擬與優(yōu)化施工進(jìn)度、識(shí)別與協(xié)調(diào)沖突與碰撞、使項(xiàng)目參與方有效溝通與協(xié)作以及在施工前發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題，更深入結(jié)合BIM講解進(jìn)度管理(4D)。而對(duì)于成本管理(5D)，Innovaya-Visual Estimating+Visual Simulation就是一個(gè)易于學(xué)習(xí)，兼容性強(qiáng)的軟件，只是我國(guó)造價(jià)體系在工程量的計(jì)算規(guī)則上與國(guó)外不同，定額管理也有區(qū)別，所以也應(yīng)該引入國(guó)內(nèi)PKPM cmis施工軟件等等。而對(duì)于施工的空間管理，廣聯(lián)達(dá)5D場(chǎng)地布置則易于上手，也高度配合國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀。從這些形形色色的軟件中選取合適的進(jìn)行教學(xué)，配合案例，講解其帶來(lái)的現(xiàn)場(chǎng)管理和溝通協(xié)調(diào)上的全新改變。

4 結(jié)語(yǔ)

大多數(shù)高校有引入BIM技術(shù)進(jìn)入課堂的打算，但由于BIM教育思路不成熟，BIM在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用發(fā)展日新月異，BIM涉及工程任務(wù)廣等原因，目前的引入進(jìn)度緩慢困難重重[13-15]。

BIM課程分別與CAD制圖課程和工程造價(jià)課程有相似性和不同點(diǎn)，在教學(xué)中應(yīng)當(dāng)吸納以往經(jīng)驗(yàn)，并詳細(xì)考慮BIM技術(shù)本身的獨(dú)特性。由于BIM技術(shù)涉及工程任務(wù)廣，目前各種軟件各有優(yōu)勢(shì)，因此高等院校老師不太可能講清楚BIM每一個(gè)環(huán)節(jié)，應(yīng)該在介紹BIM總體概念后，讓BIM融入到各式各樣的課程中去，由術(shù)業(yè)專攻的教師來(lái)教授。并且在教授過(guò)程中，理論結(jié)合實(shí)際，引入最新應(yīng)用案例，并令學(xué)生操作流行軟件，形成綜合理解。

作為以BIM為代表的建筑行業(yè)第三次產(chǎn)業(yè)革命的到來(lái)[16]，高校教育必須緊跟時(shí)代的步伐，加快新技術(shù)、新方法、新思路的課堂建設(shè)，培養(yǎng)適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的創(chuàng)新型復(fù)合性人才。