BIM技術(shù)影響下的土木工程專業(yè)教學(xué)改革研究

龍銳 曾鐵軍 李月霞 楊惠君

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?BIM技術(shù)在土木建筑業(yè)應(yīng)用越來越廣泛，為適應(yīng)行業(yè)新技術(shù)的發(fā)展，高校在土木工程專業(yè)教學(xué)上進(jìn)行了改革。分析BIM應(yīng)用的背景以及影響高校教學(xué)改革的現(xiàn)狀，提出了BIM技術(shù)影響下的土木工程專業(yè)教學(xué)改革的幾種模式以及實(shí)現(xiàn)改革的措施。

[關(guān) ? ?鍵 ? 詞] ?BIM;土木工程專業(yè);教學(xué)改革

[中圖分類號(hào)] ?G642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] ?A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文章編號(hào)] ?2096-0603（2020）07-0098-02

一、研究背景

近年來，BIM在我國建筑領(lǐng)域的應(yīng)用逐步興起。BIM作為一門新興技術(shù)，革新了傳統(tǒng)土木工程行業(yè)的設(shè)計(jì)、施工方法，帶來了新的理念。2015年6月，中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部（以下簡(jiǎn)稱“住建部”）印發(fā)《關(guān)于推進(jìn)建筑信息模型（BIM）應(yīng)用的指導(dǎo)意見》，指出：到2020年末，建筑行業(yè)甲級(jí)勘察、設(shè)計(jì)單位以及特級(jí)、一級(jí)房屋建筑工程施工企業(yè)應(yīng)掌握并實(shí)現(xiàn)BIM與企業(yè)管理系統(tǒng)和其他信息技術(shù)的一體化集成應(yīng)用;到2020年末，以國有資金投資為主的大中型建筑、申報(bào)綠色建筑的公共建筑和綠色生態(tài)示范小區(qū)新立項(xiàng)項(xiàng)目勘察設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營維護(hù)中，集成應(yīng)用BIM的項(xiàng)目比率達(dá)到90%。

BIM正越來越多地應(yīng)用于工程項(xiàng)目規(guī)劃、勘察、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營維護(hù)等各階段。僅2019年初，根據(jù)住建部發(fā)布的《關(guān)于2019年第一季度全國工程質(zhì)量安全提升行動(dòng)進(jìn)展情況的通報(bào)》，全國應(yīng)用建筑信息模型（BIM）技術(shù)的工程項(xiàng)目共計(jì)1142個(gè)，應(yīng)用建筑業(yè)10項(xiàng)新技術(shù)中6項(xiàng)以上新技術(shù)的項(xiàng)目共計(jì)837個(gè)，其中，重慶市、上海市、山東省、福建省應(yīng)用BIM技術(shù)工程項(xiàng)目較多，山東省、陜西省、浙江省推行建筑業(yè)10項(xiàng)新技術(shù)情況較好。

BIM應(yīng)用于建筑領(lǐng)域可以使建筑從立項(xiàng)、設(shè)計(jì)、施工、使用、管理的各個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)約節(jié)能，提高效率，減少誤差、保證質(zhì)量。BIM應(yīng)用推廣的潮流勢(shì)不可擋，已成為政府、行業(yè)和企業(yè)的共識(shí)。

二、BIM影響下高校教學(xué)改革的現(xiàn)狀

在建筑領(lǐng)域BIM應(yīng)用推廣如火如荼的背景下，高校教學(xué)為適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的潮流，秉承服務(wù)于社會(huì)、與時(shí)俱進(jìn)的教學(xué)理念，致力于培養(yǎng)能夠適應(yīng)社會(huì)變革的有用人才，應(yīng)進(jìn)行教學(xué)改革。

目前，針對(duì)BIM教學(xué)模式和內(nèi)容改革，高校沒有形成共識(shí)，但其教學(xué)目標(biāo)有一定的共同點(diǎn)，即通過模擬項(xiàng)目設(shè)計(jì)、實(shí)施全過程，以提高教學(xué)質(zhì)量;培養(yǎng)學(xué)生在BIM環(huán)境下的多專業(yè)協(xié)作能力;培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。從教學(xué)模式的角度看，以最早進(jìn)行BIM研究應(yīng)用的美國為例，美國高校主要采用以單一課程、交互式教學(xué)、多課程聯(lián)合結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)的模式。從授課時(shí)間的角度看，在低年級(jí)主要教授識(shí)圖、制圖和基本BIM軟件的操作，高年級(jí)和研究生階段主要教授BIM技術(shù)高級(jí)課程。

從國內(nèi)的現(xiàn)狀看，高校陸續(xù)開設(shè)BIM相關(guān)課程，諸如Revit、BIM技術(shù)應(yīng)用概論、NevisWork課程等。但由于BIM不是一種或者幾種軟件，也不是一類或多類的硬件，BIM是綜合性應(yīng)用的新興技術(shù)。所以各高校從人才培養(yǎng)方案的改革，到具體的課程設(shè)置以及課程體系的改革模式上大相徑庭，千奇百異，處于各自摸索、比較混亂的狀況。

三、BIM技術(shù)影響下的土木工程專業(yè)教學(xué)改革模式探索

（一）教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容的改革

在培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)能力上，要求學(xué)生了解以及具備一定程度的BIM等新興技術(shù)知識(shí)和應(yīng)用能力。為達(dá)到這個(gè)教學(xué)目標(biāo)，最直接的是可以從改革人才培養(yǎng)方案著手，通過調(diào)整和增減某些課程或者課時(shí)以加入BIM相關(guān)內(nèi)容。其中，將BIM以及BIM相關(guān)知識(shí)引入教學(xué)當(dāng)中而引發(fā)的教學(xué)改革比較多見的是兩種模式，一是在總學(xué)分一定的前提下，直接采用某些BIM課程替代舊的課程;二是將BIM知識(shí)或BIM技術(shù)應(yīng)用內(nèi)容融入某些專業(yè)課程當(dāng)中。這兩種改革模式還和市場(chǎng)的需求有很大的關(guān)系。高校能統(tǒng)計(jì)畢業(yè)生就業(yè)的崗位，分析畢業(yè)生在施工單位或設(shè)計(jì)單位工作的比率來調(diào)整課程科目或課程內(nèi)容，比如，如果畢業(yè)生絕大部分都是在施工單位，則增加BIM在施工課程中應(yīng)用的教學(xué)內(nèi)容，反之亦然。

為跟上技術(shù)革新的浪潮，土木專業(yè)的一些專業(yè)基礎(chǔ)課以及專業(yè)課教學(xué)內(nèi)容在傳統(tǒng)的解決問題的思路上，可適當(dāng)引入一些BIM相關(guān)的內(nèi)容。比如《土木工程概論》采用BIM建立三維立體模型，使學(xué)生能更好地了解各種類型的土木工程結(jié)構(gòu);混凝土結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)、高層建筑課程設(shè)計(jì)利用BIM相關(guān)技術(shù)軟件對(duì)過程及結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)及分析，可以使設(shè)計(jì)更為合理和實(shí)用;又比如土木工程施工技術(shù)、土木工程施工組織課程利用BIM建模，模擬土方工程、地基處理以及腳手架工程和網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃技術(shù)的施工組織設(shè)計(jì)過程。

（二）理論課程教學(xué)模式改革

目前，多數(shù)課程的教學(xué)模式比較單一，以教師講學(xué)生聽為主，教學(xué)手段主要為多媒體或板書。這種模式如果教師個(gè)人授課狀態(tài)或者多媒體課件不夠生動(dòng)，則容易導(dǎo)致課堂氣氛沉悶，課程內(nèi)容不夠形象生動(dòng)。出現(xiàn)這樣的情況很大程度上是由于某些時(shí)候單由教師的語言來描述，學(xué)生只是在聽覺上或者結(jié)合圖片去理解，無法得到視覺上的感知，在想象過程中難免出現(xiàn)模糊甚至出現(xiàn)錯(cuò)誤理解的現(xiàn)象。

為使課堂更加生動(dòng)活潑，高校可以以引入BIM教學(xué)為契機(jī)，將某些理論課程作為試點(diǎn)，進(jìn)行課程教學(xué)方法、手段改革，課堂教學(xué)中采用仿真啟發(fā)式、互動(dòng)式教學(xué)方法，采用預(yù)設(shè)問題、以提問、課堂討論、課堂小結(jié)等多種形式進(jìn)行，引導(dǎo)學(xué)生積極思考、踴躍回答，并采用更加靈活的課堂考核方式，培養(yǎng)學(xué)生的課堂參與能力、動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力;利用BIM技術(shù)相關(guān)軟件（比如Revit、NevisWork，以及現(xiàn)在市面上一些軟件開發(fā)公司出品的建?；蛘呤┕ぼ浖龋?duì)難理解的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行建模，然后結(jié)合課程內(nèi)容進(jìn)行教學(xué);多和學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)，教師講解與視頻結(jié)合、講解與軟件結(jié)合;學(xué)生參與講解過程，學(xué)生分組討論。

引入BIM技術(shù)內(nèi)容結(jié)合理論課程進(jìn)行課堂教學(xué)，如果是純粹的BIM技術(shù)應(yīng)用軟件的課程（例如Revit、NevisWork等），則相對(duì)容易一些，只要教師對(duì)這些軟件比較熟練，結(jié)合目前市面上已有的案例，針對(duì)這些軟件的教材進(jìn)行教學(xué)即可。但是如果是其他的專業(yè)基礎(chǔ)課或者專業(yè)課（例如鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、土木工程施工等）利用BIM技術(shù)內(nèi)容切入進(jìn)行教學(xué)，則剛開始有一定的難度，教師首先要具備扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)，還要掌握課程講解引入新技術(shù)的切入點(diǎn)，這些都是教師需要克服的困難，但是隨著這些困難的克服，課程將會(huì)變得生動(dòng)且易于理解，而最大的益處是結(jié)合專業(yè)將行業(yè)新技術(shù)在課程上傳授給了學(xué)生。能夠優(yōu)先實(shí)施此類模式改革的課程有：畫法幾何與土木工程制圖、房屋建筑學(xué)、平法與識(shí)圖、土木工程施工組織、土木工程施工技術(shù)等。

（三）實(shí)踐課程實(shí)訓(xùn)模式改革

土木工程實(shí)訓(xùn)、施工實(shí)訓(xùn)等實(shí)踐類課程由于場(chǎng)地以及材料的限制，學(xué)生實(shí)訓(xùn)過程往往只能簡(jiǎn)單地做一些磚墻砌筑、鋼筋綁扎等低技術(shù)含量的工作，無法將更深層次的技術(shù)理論應(yīng)用到實(shí)踐當(dāng)中。另外，由于土木工程的工程量大、工序多而復(fù)雜、建設(shè)周期長，而目前一般每次實(shí)習(xí)的時(shí)間較短，學(xué)生只能觀看，不能動(dòng)手實(shí)踐。因此，利用BIM技術(shù)平臺(tái)使實(shí)現(xiàn)教學(xué)信息化改革變得尤為必要。

結(jié)合BIM技術(shù)的實(shí)踐教學(xué)信息化教學(xué)模式是現(xiàn)代教育技術(shù)向工科實(shí)踐教學(xué)領(lǐng)域的滲透和拓展，也是土木工程學(xué)科教育教學(xué)改革和發(fā)展的需要。如果高校能夠建立BIM實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室，有效利用數(shù)字?jǐn)z影，將不同類型工程的各個(gè)施工環(huán)節(jié)記錄下來，合理運(yùn)用多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)資源（新材料、新工藝、新技術(shù)和新設(shè)備等信息資源）制作成信息量大、內(nèi)容豐富、形式多樣的信息化實(shí)踐教學(xué)課件，將土木工程專業(yè)實(shí)踐結(jié)合BIM技術(shù)進(jìn)行信息化教學(xué)，再現(xiàn)工程全貌和建設(shè)全過程，把施工現(xiàn)場(chǎng)搬進(jìn)課堂，讓學(xué)生在學(xué)校通過室內(nèi)“實(shí)習(xí)”去認(rèn)知工程，體驗(yàn)施工，獲取經(jīng)驗(yàn)，開闊視野，提高素養(yǎng)。

采用實(shí)物操作結(jié)合模擬操作的方式，可以減少傳統(tǒng)的砌筑、鋼筋綁扎的土木實(shí)訓(xùn)的課時(shí)比例，減少實(shí)物實(shí)訓(xùn)的耗材;可以通過BIM技術(shù)的建筑模擬實(shí)訓(xùn)，實(shí)現(xiàn)從初始階段的鋼筋綁扎、構(gòu)件制作到建筑成體完工的后階段極限受力分析以及碰撞模擬等過程，拓寬了學(xué)生實(shí)訓(xùn)的渠道，有利于學(xué)生掌握更多更深層次的土木工程專業(yè)知識(shí)。

四、結(jié)語

隨著建筑信息模型技術(shù)（BIM）在土木建筑行業(yè)的廣泛應(yīng)用，高校土木工程專業(yè)努力培養(yǎng)BIM人才是大勢(shì)所趨，高校應(yīng)結(jié)合國家BIM發(fā)展規(guī)劃，進(jìn)一步深化BIM教學(xué)改革，努力培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需求的高級(jí)應(yīng)用型人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]張尚，任宏.BIM的工程管理教學(xué)改革問題研究（一）：基于美國高校的BIM教育分析[J].建筑經(jīng)濟(jì)，2015（1）：113-116.

[2]白泉，邊晶梅.土木工程專業(yè)BIM教學(xué)改革研究與實(shí)踐[J].土木建筑工程信息技術(shù)，2017（10）：92-93.

◎編輯 武生智