基于BIM的工程估價(jià)2課程教學(xué)改革實(shí)踐與研究

蔣 杰，吳偉東

(西南石油大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，四川 成都 610500)

0 前 言

新工科理念是以互聯(lián)網(wǎng)和人工智能為核心，培養(yǎng)實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國際競(jìng)爭(zhēng)力的高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才的新型人才培養(yǎng)理念。這也就要求高校在人才培養(yǎng)中必須將信息技術(shù)廣泛應(yīng)用于課程教學(xué)之中。工程管理專業(yè)所開設(shè)的大量課程中均需要實(shí)現(xiàn)二維圖紙和三維工程實(shí)體的聯(lián)想對(duì)應(yīng)，過去我們依靠的是CAD圖紙和自己的聯(lián)想能力。近年來，隨著BIM 技術(shù)的出現(xiàn)，由于其具有三維可視化、信息化、協(xié)同化等諸多優(yōu)點(diǎn)，加之政府的推廣及廠商全方位的宣傳，完全蓋過了CAD[1]。國外的 BIM 教學(xué)實(shí)踐，以美國工程管理為例，很多高校的建筑或工程管理專業(yè)，針對(duì)不同的課程、采取不同的模式進(jìn)行了 BIM 教學(xué)改革[2]。因此，必須探索如何在新的歷史時(shí)代背景下，合理運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)+云和BIM技術(shù)，在相關(guān)課程中完美結(jié)合二維圖學(xué)教育和三維模型的特點(diǎn)，追求更為優(yōu)質(zhì)的教學(xué)效果，充分激發(fā)學(xué)生對(duì)于學(xué)習(xí)的積極性，建立起對(duì)工程行業(yè)的直觀認(rèn)識(shí)。

1 國內(nèi)現(xiàn)狀

工程估價(jià)2課程是工程管理專業(yè)學(xué)生一門非常重要的專業(yè)課程，重點(diǎn)講述安裝工程的計(jì)量與計(jì)價(jià)內(nèi)容，由于學(xué)生對(duì)于建筑機(jī)電系統(tǒng)的不熟悉，也由于建筑設(shè)備的多樣性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于結(jié)構(gòu)和建筑構(gòu)件，在課程教學(xué)中學(xué)生難以形成直觀的認(rèn)識(shí)，學(xué)習(xí)積極性普遍不高，對(duì)課程內(nèi)容的理解不到位。從而帶來了學(xué)習(xí)效果不盡如人意的后果。

1.1 工程估價(jià)2課程的傳統(tǒng)教學(xué)模式

工程估價(jià)2也被稱為安裝工程估價(jià)課，其傳統(tǒng)教學(xué)模式是教師在課堂上講解安裝工程圖紙的識(shí)讀以及安裝工程工程量計(jì)算規(guī)則，并要求學(xué)生掌握使用定額進(jìn)行組價(jià)的方法。在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)配合實(shí)際工程圖紙要求學(xué)生進(jìn)行估價(jià)練習(xí)，鞏固理論教學(xué)成果。這一傳統(tǒng)模式有著很明顯的缺陷：①工程管理專業(yè)在大一開設(shè)的識(shí)圖部分內(nèi)容課程學(xué)時(shí)僅有16學(xué)時(shí)，對(duì)于建結(jié)水暖電全套圖紙來說，這點(diǎn)學(xué)時(shí)只可能用于建筑和結(jié)構(gòu)施工圖的講解學(xué)習(xí)，所以缺乏安裝部分識(shí)圖的前期積累；②工程圖紙是以二維圖形按照平法規(guī)則展現(xiàn)三維構(gòu)件的位置、大小、構(gòu)造等相關(guān)信息，需要學(xué)生具備較強(qiáng)的三維想象能力，但是不可否認(rèn)的是，不能奢求每個(gè)學(xué)生都具備這樣的能力，甚至大多數(shù)學(xué)生都需要一個(gè)完整的三維構(gòu)件來與圖形進(jìn)行對(duì)比才能建立起直觀的認(rèn)識(shí)；③安裝工程部分涉及的建筑設(shè)備、構(gòu)件形式多樣化，如無直觀認(rèn)識(shí)容易混淆。

1.2 BIM技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

BIM即建筑信息模型(Building Information Modeling)的簡(jiǎn)稱，是當(dāng)前建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，通過在三維模型中附加材質(zhì)、進(jìn)度、造價(jià)等重要信息，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維一體化。目前，REVIT軟件是BIM建模的主要工具，在建筑設(shè)計(jì)中通過REVIT模型為載體的方式有效地傳遞和共享統(tǒng)一多維建筑數(shù)據(jù)信息，相比只有平面繪圖能力的CAD 優(yōu)勢(shì)明顯。隨著國家標(biāo)準(zhǔn)[3]和地方標(biāo)準(zhǔn)[4]的相繼出臺(tái)，BIM 設(shè)計(jì)的規(guī)范化，采用BIM 進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)與建筑模型一體化進(jìn)行碰撞檢測(cè)、利用Revit進(jìn)行結(jié)構(gòu)出圖，弱化CAD 輔助設(shè)計(jì)已經(jīng)是大勢(shì)所趨[5]。

這方面的教學(xué)研究成果包括：BIM課程能夠提高學(xué)生圖紙閱讀的能力、編制工程造價(jià)的能力(Dennis2006)[6]；能夠有助于學(xué)生更好地理解項(xiàng)目實(shí)施的復(fù)雜問題(Boon 和Prigg 2011)[7]；能夠加深學(xué)生對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的理解(Nawari等2011)[8]；能夠提高學(xué)生的空間理解能力(Glick等2011)[9]；能夠提高學(xué)生的工程設(shè)計(jì)理解能力(Pikas等 2013)[10]。

運(yùn)用BIM技術(shù)，可以有效幫助學(xué)生進(jìn)行三維形體的想象，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)圖紙內(nèi)涵，如果再配合互聯(lián)網(wǎng)+云技術(shù)幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)、隨時(shí)學(xué)習(xí)，并且更容易回顧已學(xué)過的知識(shí)，形成知識(shí)積累，這樣的改革可以有效提升教學(xué)效果。

2 教學(xué)方法改革的具體舉措

本次課程教學(xué)改革使用了BIM技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)+云技術(shù)，其運(yùn)用如圖1所示。

圖1 BIM和互聯(lián)網(wǎng)+云技術(shù)的運(yùn)用內(nèi)容

具體的做法是，在工程估價(jià)2課程中引入使用BIM技術(shù)建立的三維模型，以更加直觀地說明各種安裝構(gòu)件的實(shí)際形狀、尺寸和圖紙的對(duì)應(yīng)關(guān)系。通過二維圖紙和三維模型的對(duì)比，能夠讓學(xué)生更容易建立起對(duì)安裝工程的直觀認(rèn)識(shí)，極大地提高學(xué)習(xí)效率。建立云課堂，學(xué)生可以在線上自行學(xué)習(xí)各種理論知識(shí)和安裝工程計(jì)量計(jì)價(jià)軟件的操作，課堂教學(xué)將重點(diǎn)集中于答疑解惑。

2.1 課程網(wǎng)站應(yīng)盡可能完整，并具備隨時(shí)互動(dòng)功能

工程估價(jià)2課程中涉及安裝工程建模和計(jì)量計(jì)價(jià)，有必要為學(xué)生準(zhǔn)備足夠甚至稍有超前的學(xué)習(xí)資料，使得學(xué)生在上課前能夠進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)習(xí)。其中，關(guān)于安裝工程各種分部分項(xiàng)工程的分類、形式等知識(shí)，必須提供給學(xué)生進(jìn)行提前學(xué)習(xí)，由于課堂學(xué)時(shí)的有限，這一部分的學(xué)習(xí)如能安排在課外由學(xué)生自行完成，可以更好地提高課堂教學(xué)效率，因此，課程網(wǎng)站中的資料完備性非常重要。一個(gè)完整的工程制圖課程網(wǎng)站，除了包含必須的教案、教學(xué)大綱、課件、試題之外，還應(yīng)該有擴(kuò)展性的參考資料，如平法圖集、實(shí)際工程案例等。另外，為了適應(yīng)BIM技術(shù)教學(xué)，還應(yīng)該加入BIM基礎(chǔ)知識(shí)、BIM軟件基礎(chǔ)操作教程、BIM模型庫等。

2.2 適當(dāng)實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂

翻轉(zhuǎn)課堂的主要做法，是由學(xué)生事先通過自學(xué)掌握相關(guān)內(nèi)容，再進(jìn)行課堂的分享，可以就此開展課堂討論，和借由老師的補(bǔ)充拓展完成知識(shí)的掌握。本次教改采用學(xué)生按照課程上課次數(shù)分組，教師提前提供一次課程的教學(xué)視頻和課件，由學(xué)生自行學(xué)習(xí)領(lǐng)悟，并依序指定一個(gè)小組的學(xué)生在課堂上使用三維模型和課件進(jìn)行講解和分析，其他學(xué)生則提出問題，并共同討論解決。教師在課程講授中不再進(jìn)行詳細(xì)計(jì)量規(guī)則的講解，而是僅對(duì)重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行說明，再結(jié)合學(xué)生講解內(nèi)容進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，總結(jié)存在的問題，并進(jìn)行解答。

2.3 靈活運(yùn)用BIM模型，加強(qiáng)學(xué)生直觀感知

在工程估價(jià)2課程教學(xué)中普遍應(yīng)用BIM技術(shù)，學(xué)生以不多于5人一組，按照上課次數(shù)進(jìn)行分組，每組提供一套安裝工程施工圖紙，學(xué)生自行隨著課程進(jìn)程利用Revit和Dynamo軟件進(jìn)行建模，以三維直觀的模型來反映每一種安裝構(gòu)件的形狀和各種附加信息。BIM軟件中自帶有各種機(jī)電族，可以直接進(jìn)行項(xiàng)目插入，也可以從屬性編輯中找到每一個(gè)構(gòu)件的關(guān)鍵尺寸信息，解決了構(gòu)件不直觀的問題。另外，使用Navisworks進(jìn)行碰撞檢測(cè)并修改設(shè)計(jì)，使用廣聯(lián)達(dá)、清華斯維爾等BIM算量計(jì)價(jià)軟件，也可以對(duì)于各種安裝工程量的計(jì)算以及套價(jià)調(diào)價(jià)方面工作內(nèi)容進(jìn)行直觀說明。

3 教學(xué)方法改革效果與思考

通過上述一系列舉措，工程估價(jià)2課程不管是從課堂組織上、成績(jī)分布上還是學(xué)生的學(xué)習(xí)效果上都展現(xiàn)出相當(dāng)多的優(yōu)勢(shì)，說明課程教學(xué)方法改革已經(jīng)體現(xiàn)出效果，但是其中優(yōu)劣之處，仍需進(jìn)一步的分析和改革。

3.1 純粹的“教”轉(zhuǎn)化為師生互動(dòng)

互聯(lián)網(wǎng)+云技術(shù)的運(yùn)用，課程網(wǎng)站的建立，都給教師提供了翻轉(zhuǎn)課堂的基礎(chǔ)，以問題為引導(dǎo),讓學(xué)生自行識(shí)讀工程圖紙并提出問題、分析問題和解決問題，大大地減少了課堂講授的時(shí)間。通過實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂式教學(xué)，課程可以把大約三分之二的課程學(xué)時(shí)改變?yōu)閹熒g、學(xué)生之間的互動(dòng)時(shí)間，大大地減少了教師的講課時(shí)間，同時(shí)學(xué)生在課前自學(xué)和課堂互動(dòng)中主動(dòng)或者被動(dòng)的參與思考、投入討論，均能有效起到提高學(xué)習(xí)效率的作用，達(dá)到翻轉(zhuǎn)課堂的目的。

3.2 深化了對(duì)BIM技術(shù)的認(rèn)識(shí)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

本次課堂教學(xué)改革的重點(diǎn)，是把BIM技術(shù)進(jìn)行了廣泛而深入的應(yīng)用，從而成功地讓本科學(xué)生接觸到、認(rèn)識(shí)到了BIM這一引發(fā)建設(shè)行業(yè)巨大變革的前沿技術(shù)的重要意義。而在工程估價(jià)課程學(xué)習(xí)時(shí)引入BIM技術(shù)，可以直觀對(duì)二維圖紙和三維模型進(jìn)行對(duì)比，學(xué)生自然會(huì)發(fā)現(xiàn)BIM技術(shù)的優(yōu)越性，并進(jìn)而激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。在工程估價(jià)課程教學(xué)結(jié)束后，很多學(xué)生自發(fā)的開始了對(duì)BIM技術(shù)的學(xué)習(xí)，圖學(xué)技能明顯提高，為之后參加高水平學(xué)科競(jìng)賽做好了準(zhǔn)備，也明顯提高了工程管理專業(yè)學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

3.3 應(yīng)盡量實(shí)行小班教學(xué)

以工程估價(jià)2課程教學(xué)改革的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，如果要獲得不錯(cuò)的教學(xué)效果，必須將教學(xué)班人數(shù)控制在40人及以下。如果人數(shù)過多，例如達(dá)到70人左右，在組織進(jìn)行課堂互動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)較大的困難。以學(xué)生分成16個(gè)小組為例，每個(gè)小組均安排一個(gè)實(shí)際工程項(xiàng)目的圖紙，每次上課需要安排一個(gè)小組進(jìn)行工程信息和工作內(nèi)容講解，這樣每次課上均需要有4～5名學(xué)生發(fā)言，而每個(gè)人發(fā)言時(shí)間必須控制在10分鐘以內(nèi)，才能保證教師每次課上解答問題和改正學(xué)生錯(cuò)誤的時(shí)間達(dá)到40分鐘左右，難以再進(jìn)行大面積的學(xué)生互動(dòng)討論。

4 總結(jié)和展望

對(duì)于工程管理專業(yè)的學(xué)生來說，識(shí)圖、造價(jià)能力是專業(yè)核心技能。面對(duì)BIM這一新興的建筑信息化技術(shù)，其三維直觀性的特點(diǎn)可以在本科教學(xué)中發(fā)揮巨大作用，值得進(jìn)行推廣，但是近幾年還鮮有前例。互聯(lián)網(wǎng)+云技術(shù)提供了更為便捷的學(xué)習(xí)平臺(tái)，兩者的結(jié)合可以說完全改變了工程管理專業(yè)知識(shí)教育的模式。對(duì)于應(yīng)用型知識(shí)技能來說，實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心的翻轉(zhuǎn)課堂向來艱難，BIM+云技術(shù)的出現(xiàn)為其提供了一種可能，也值得繼續(xù)探索和總結(jié)。