基于BIM的工程管理專業(yè)教學改革探索

李興蘇　廖奇云

摘要：在建筑業(yè)不斷推進信息化建設的背景下，高等院校工程管理專業(yè)教育應構建基于BIM的工程管理專業(yè)教學體系和實踐平臺，向以BIM為核心的數(shù)據(jù)化、信息化綜合型教學發(fā)展。文章基于層次分析法，分析BIM技術背景下工程管理專業(yè)教學建設的若干影響因素，指出存在的主要問題，提出基于BIM背景的工程管理專業(yè)全面教學改革建議。

關鍵詞：教學改革;BIM;工程管理專業(yè)

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2909（2020）06-0088-08

工程管理活動跨越一個建設項目從概念設想到正式運營的全壽命周期，是特定產業(yè)環(huán)境中對特定建設工程實施的技術性集成化管理活動（包括工程規(guī)劃與論證、工程決策、工程勘察與設計、工程施工、工程運營與維護、工程報廢與處理等階段與環(huán)節(jié)），所涉及的范圍極其廣泛。工程管理活動的基本任務是科學管理與控制建設工程實施的全過程，倡導創(chuàng)新性管理與創(chuàng)新性技術的研究、發(fā)展和應用，旨在確保工程決策的正確性，確保建設工程的質量、進度和安全，降低能源和物資消耗，節(jié)約工程投資，降低工程建設風險并減少損失，確保在特定約束條件下工程建設過程對環(huán)境的影響最小，實現(xiàn)人與自然的和諧發(fā)展。

BIM技術是以建筑工程項目的各類信息為基礎建立起來的三維建筑模型，是在項目建設中貫穿全過程的信息集合體。BIM技術的運用能高效地實現(xiàn)整個建筑行業(yè)從上游到下游的有效溝通和交流，實現(xiàn)建設項目全生命周期內的智能化、信息化管理，是未來建筑業(yè)從業(yè)人員應掌握的關鍵技能。

住房和城鄉(xiāng)建設部（2015年）提出：“到2020年建筑行業(yè)勘察、設計單位以及房屋建筑工程施工企業(yè)應掌握并實現(xiàn)BIM與企業(yè)管理系統(tǒng)和其他信息技術的一體化集成應用?！盵1]《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃綱要》指出，勘察設計類企業(yè)、施工類企業(yè)要加快 BIM、GIS、3S 等技術在建筑業(yè)的普及和應用[2]。住房城鄉(xiāng)建設部信息中心針對BIM在中國的發(fā)展情況進行的問卷調查表明，未來中國建筑業(yè)對熟練掌握 BIM技術的工程管理人才需求將日益加大，30.2%的被調查對象認為，影響B(tài)IM在建筑業(yè)快速發(fā)展的主要原因之一是現(xiàn)階段國內嚴重缺乏高層次、高質量的BIM專業(yè)技術人員（《中國建筑施工行業(yè)信息化發(fā)展報告（2015）》）[3]。

在新技術、新產業(yè)、新業(yè)態(tài)和新模式為特征的發(fā)展背景下，隨著新工科培養(yǎng)模式的提出，培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型、具有國際視野的新型卓越工程師成為高校工程管理專業(yè)的培養(yǎng)目標?；贐IM的工程管理專業(yè)教學改革有助于工程管理專業(yè)新型卓越工程師培養(yǎng)，使其具備更強的實踐能力、創(chuàng)新能力和組織管理能力。

一、基于BIM的教學觀點及教學現(xiàn)狀綜述

國內外對基于BIM的工程管理專業(yè)教學建設的探索包括學科建設和課程體系構建等方面。吳光東等[4] 提出高校有必要對專業(yè)培養(yǎng)方案進行改革，基于BIM技術的工程管理課程改革應從專業(yè)培養(yǎng)目標、課程設置、師資條件和BIM實驗室建設等四方面展開實踐。寧欣等[5]結合目前BIM課程建設現(xiàn)狀，從建設目的、建設條件、建設模式三方面提出適合工程管理專業(yè)的BIM課程建設范式。項英輝等[6]指出，在高校工程管理類專業(yè)開展BIM教學應實現(xiàn)普及化和常態(tài)化，加強資源整合，制定分階段目標，實現(xiàn)高校BIM教育的階段化和層次化，完善BIM教學的課程體系，建立BIM實訓平臺運行機制的保障制度。趙金先等[7]提出工程管理專業(yè)“1+2+5”的人才培養(yǎng)模式，將 BIM 技術知識融入工程管理專業(yè)課程體系及教學內容中，并在實驗、實訓等實踐教學及師資隊伍建設等方面進行實踐探索。Sacks等[8]指出BIM是土木工程類技術課程的基礎，BIM應以特定的方式進行教學，而不是單純作為計算機輔助繪圖的延伸。Lee等[9]構建了工程管理專業(yè)以BIM為教學主線的具體課程發(fā)展規(guī)劃。Peterson等[10]指出，應建設BIM平臺實現(xiàn)建筑、技術、管理的跨學科課程學習和知識應用，增進學生對建筑領域專業(yè)知識的系統(tǒng)化理解。

中國高校開展BIM的教學探索也有一段時間。2009年3月，清華大學BIM標準課題組正式成立，2011年5月，魯班公司與同濟大學簽署B(yǎng)IM技術研究合作協(xié)議，2012年4月，華中科技大學土木工程與力學學院開設了國內首個BIM工程碩士項目，2013年5月，哈爾濱工業(yè)大學開設BIM技術應用課程?，F(xiàn)階段中國高校針對BIM學習采取的主要培養(yǎng)模式如表1所示[11]。

從高校開設BIM課程來看，較多情況是獨立于專業(yè)技術課程以外的屬于概念認知層次的課程，比如，重慶大學開設BIM概論課程，哈爾濱工業(yè)大學開設BIM技術應用課程，大連民族學院開設BIM實驗選修課程，北京工業(yè)大學開設BIM創(chuàng)新實踐課和選修課等[12]，也有的是成立BIM研究中心開展理論研究。

雖然現(xiàn)階段BIM在工程管理專業(yè)的教學環(huán)節(jié)、課程設計環(huán)節(jié)及畢業(yè)實踐環(huán)節(jié)的介入性較差，但高校對各種BIM設計大賽卻表現(xiàn)出持續(xù)熱情。以中國建設教育協(xié)會舉辦的BIM大賽為例[13]，主要競賽內容是BIM施工，是高校工程管理專業(yè)學生參與的重要BIM賽事之一。該協(xié)會自2010年舉辦首屆“中國高等院校學生BIM系列軟件建筑信息模型大賽”以來，已經(jīng)連續(xù)舉辦了八屆BIM系列軟件建筑信息模型大賽，報名參賽的建筑類高校從第一屆的102所上升到第八屆的496所，范圍覆蓋了中國全部省、市和自治區(qū)的主要建筑類高校。BIM競賽雖然參賽學校多但僅有少部分學生能參與其中并相對熟練運用該項技能。為滿足未來勘察設計類企業(yè)、施工類企業(yè)對掌握BIM技術的工程管理專業(yè)人才的持續(xù)普遍性需要，應加快基于BIM的高校工程管理專業(yè)教學改革和建設。

二、BIM技術背景下工程管理專業(yè)教學建設指標體系構建及評價

在建筑業(yè)信息化建設的大背景下，加強BIM技術與高等學校工程管理專業(yè)教育融合勢在必行?；趯哟畏治龇ǎ瑢IM技術背景下工程管理專業(yè)教學建設的若干影響因子進行分析，發(fā)現(xiàn)存在的主要問題，并借此對BIM技術背景下的工程管理專業(yè)教學建設提出合理建議。

（一）構建層次分析的評價指標體系

為更好評估BIM技術背景下工程管理專業(yè)的教學效果，以建筑業(yè)市場對工程管理專業(yè)畢業(yè)生的實際工作需求為基礎，對國內部分施工總承包單位的專業(yè)技術人員及高校專職教師進行多次訪談，參考受訪者的意見，遵循可測性、可比性和可操作性原則構建層次評價結構指標體系，如表2所示。

（二）構建判斷矩陣，進行要素重要性對比，計算影響因子權重

判斷矩陣反映了每一層次的所有因子相對于上一層目標的重要性程度。采用1-9標度法進行因子兩兩比較，以因子i和j為例，1表示i與j同等重要，3表示i比j略重要，5表示i比j重要，7表示i比j重要很多，9 表示相對j而言i極其重要，倒數(shù)則表明其相對的不重要程度。若干因子兩兩比較后即得到判斷矩陣。對各要素重要性程度的判斷，采用了專家調查法，向施工總承包單位、設計單位相關管理人員和技術人員及高校工程管理專業(yè)教師咨詢，獲得專業(yè)人員對于各個要素重要性程度的對比數(shù)據(jù)。以師資隊伍建設U3為例，獲得的判斷矩陣及因子權重計算結果如表3所示。

（三）一致性檢驗及評價結果

矩陣特征向量確定各因子的權重大小。一致性檢驗進一步判斷根據(jù)矩陣數(shù)據(jù)計算的權向量是否真實地反映了各因子的客觀權重。當滿足判斷矩陣的一致性比率CR <0.10時，認為判斷矩陣具有令人滿意的一致性，由此得出的權重值是合理的;否則應對判斷矩陣重新修正，計算新的權重系數(shù)，直到一致性檢驗通過為止。

隨機一致性比率（Consistency Ratio）的計算表達式為： CR=CIRI

一致性指標CI的計算表達式為：CI=λmax-nn-1

平均隨機一致性指標RI的取值如表4所示。

三、評價結果分析

根據(jù)影響因子權重值的大小可知，BIM介入主要專業(yè)技術課程的程度U11、專業(yè)課程教師參與BIM學習的經(jīng)費投入U31以及實驗室BIM軟件配套建設U22是BIM技術背景下工程管理專業(yè)教學改革和建設需首要解決的問題。實踐中，這些指標要素對基于BIM的工程管理專業(yè)教學建設具有重要意義。

（一）基于BIM的專業(yè)技術課程

2017年廣聯(lián)達軟件公司針對中國989所涉及建筑類專業(yè)的高校開展了問卷調查[14]，64.4%的被調查對象認為應開設BIM建模課，63.3%認為應開設與本專業(yè)相關的BIM實訓課程，59%的認為應在現(xiàn)有各技術理論課程中融入BIM技術，35.6%認為應開設BIM理論課程，32.4%認為應開設BIM選修課程，1.1%的被調查對象的意見是其他。

根據(jù)重慶大學2017年工程管理專業(yè)培養(yǎng)計劃，重慶大學工程管理專業(yè)畢業(yè)要求168個學分，涉及建設、成本、經(jīng)濟、管理、法律等多方面的課程。其中BIM是非限制性選修課，20個學時，1.5學分。該課程介紹了BIM技術在設計、成本、進度管理、能源管理等領域的運用情況，其主要教學內容和學時安排如表5所示。除單獨開設的BIM概論課程，其他主要為工程技術類課程，如建筑工程施工技術、工程項目管理、工程項目成本規(guī)劃等課程及對應的課程設計環(huán)節(jié)，未全面展開基于BIM的教學及實踐。

（二）基于BIM的教師隊伍建設

BIM模型涵蓋了項目決策、設計、招標投標、造價、施工等多個工作內容的信息，需要掌握BIM技術的教學人員具有較高的理論水平和過硬的實踐能力。BIM教學的開展不是個人或者少數(shù)人的行為，是整個專業(yè)教師團隊共同的努力，需要投入較多的人力、財力，實現(xiàn)整體教學資源的整合。高校存在不同年齡層次教師的區(qū)別，也有教學型教師與雙師型教師之分，導致教師在對BIM技術的掌握、接受和學習上有一定的差距。在開展BIM信息處理和應用分析時，教師對BIM認知和掌握水平的差異會影響基于BIM的工程管理專業(yè)教學改革。

（三）實驗室BIM軟件配套建設

與BIM教學配套的實驗室是工程管理專業(yè)BIM教學實踐的重要平臺之一。針對理論教學環(huán)境下學生實際工程建設體驗性差的問題，在完備的實驗室建設及配備環(huán)境下，開展項目的虛擬設計、施工及管理，能使學生對工程管理實踐活動具備更加感性的認識，體驗BIM技術背景下解決工程實際問題的優(yōu)勢。在基于BIM技術的實驗室平臺幫助下，學生能整合所學的工程管理專業(yè)技術課程，實現(xiàn)對專業(yè)知識的系統(tǒng)性和全面性認識。

四、措施及建議

根據(jù)分析結果，提出適于BIM技術背景的工程管理專業(yè)教學建設相關建議。

（一）BIM 技術全面融入工程管理專業(yè)課程

為滿足行業(yè)對BIM工程師的需求，世界各地許多大學已開始將BIM整合到建筑、土木技術和施工管理的課程計劃中[15]。

作為一種3D可視化的項目全壽命周期管理工具，BIM能幫助項目各參與方基于3D模型對項目管理全過程有更加直觀清晰的認知?；贐IM技術可以開展建筑設計、綠色建筑分析、結構設計、設備設計、土建算量與清單計價、安裝算量與清單計價、項目管理與招投標工具以及建筑工程VR仿真系統(tǒng)等領域工作。工程管理專業(yè)的課程體系下，BIM技術與專業(yè)技術課程或實踐環(huán)節(jié)的緊密結合能達到更好的學習效果，如建筑制圖、房屋建筑學、建筑材料、城市規(guī)劃、建筑結構、工程項目管理（質量管理、進度管理、安全管理、 設施管理）、工程造價、建筑施工、課程設計以及畢業(yè)設計等[16]。工程造價課程應使學生掌握造價相關軟件的基本操作方法，能利用相關軟件完成鋼筋、土建工程量的計算，完成完整造價文件的編制;工程項目管理課程應使學生應用BIM軟件進行工程進度的計劃與控制，進行網(wǎng)絡圖的繪制與優(yōu)化;施工技術課程應使學生用三維場地布置軟件完成施工總平面圖建模，完成基于 BIM 的腳手架計算，使用投標文件制作系統(tǒng)軟件、投標書等;畢業(yè)設計環(huán)節(jié)則以實際工程項目任務為研究對象，基于BIM完成相關的施工方案設計、網(wǎng)絡計劃優(yōu)化、工程量計算等工作。

與此同時，構建服務于不同專業(yè)課程的統(tǒng)一教學案例，建立貫穿于所有課程的建筑信息化模型，實現(xiàn)一次建模多次使用。在專業(yè)技術課程的課程設計環(huán)節(jié)和畢業(yè)設計環(huán)節(jié)全面植入BIM技術，使學生對BIM技術的認識和使用處于常態(tài)化，形成基于BIM的專業(yè)知識結構體系，如圖2所示。

（二）重視對BIM技術專業(yè)教師隊伍的建設

為提高BIM技術背景下高校工程管理專業(yè)師資隊伍的整體教學實踐能力，可采取以下措施：

增加BIM師資培養(yǎng)的經(jīng)費投入。培訓學習經(jīng)費投入的增長可確保教師參加專門的BIM學習和交流，定期組織BIM技術專家為高校教師開設講座，為師生學習和實踐BIM技術提供軟、硬件設施的支持，對教師編寫符合學校專業(yè)特色的BIM教材給予獎勵等。

利用現(xiàn)有資源和渠道加快工程管理專業(yè)BIM師資隊伍的建設。建筑企業(yè)和BIM培訓機構具有非常豐富的實戰(zhàn)經(jīng)驗，通過與其全方位的合作，提高高校BIM教學人才的教學水平，完善理論教學的內容。利用現(xiàn)有資源和渠道加快師資隊伍建設，包括聘請來自工程一線的BIM工程師授課，組織參觀BIM技術實踐活動，與相關軟件公司合作將最先進的BIM技術引入教學環(huán)節(jié)等。

重視BIM競賽活動對提高專業(yè)教師實際運用能力的意義。受市場驅動，BIM軟件公司開展的高校BIM大賽很多。中國建筑學會建筑施工分會舉辦的全國高校BIM畢業(yè)設計作品大賽，報名參賽的院校多達700多所，涉及專業(yè)教師3 000多人，學生2萬余人。高校應將參與這些競賽的報名費及各項參賽開支以專項經(jīng)費形式給予報銷，還可對獲獎參賽隊伍的指導教師頒發(fā)獎金，鼓勵專業(yè)教師積極參與。

（三）積極開展與BIM教學配套的實驗室建設

現(xiàn)階段中國大部分高校的BIM實驗室建設仍相對落后，主要問題是BIM軟件的配備和更新。實驗室負責人應在專業(yè)教師的建議下，盡可能保持實驗室相關軟件配套與行業(yè)發(fā)展的一致性。除投入必要的資金進行BIM軟件購置外，高校BIM實驗室建設還可以利用BIM軟件公司與高校合作的興趣，開展與BIM軟件開發(fā)公司之間的合作，實現(xiàn)雙贏。目前常用的BIM軟件包括Autodesk Revit、Autodesk Navisworks、TEKLA以及國內的魯班、斯維爾、廣聯(lián)達等。開展和軟件公司的合作有利于加快校內BIM教學深度和廣度。高校還可以根據(jù)工程管理專業(yè)的學科要求選擇合適的BIM軟件公司合作建設BIM實驗室，降低高校在BIM實驗室建設、教材編寫、人員培訓和技能認證等方面的成本。

五、結語

基于BIM的工程管理專業(yè)教學建設探索，適應建筑業(yè)發(fā)展趨勢，滿足建筑業(yè)市場的人才需求，為高校工程管理專業(yè)教學改革提供了新的發(fā)展思路。通過規(guī)劃性地將BIM介入工程管理專業(yè)主要技術類課程，加強掌握BIM技術的專業(yè)教師隊伍建設，完善BIM實驗室建設工作等措施，將BIM技術與工程管理專業(yè)教學高質量整合，有效推動基于BIM的工程管理專業(yè)學科建設和發(fā)展。

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Abstract： Under the background of the rapid informationization development of building industry， the teaching reform of construction management specialty based on BIM should be reconstructed to meet the market objective demand for college graduate. Talent training of construction management specialty should develop towards the direction of comprehensive ability based on data and information with BIM as the core. Based on the analytic hierarchy process （AHP）， the paper analyzes the factors affecting the teaching reform of construction management specialty based on BIM， and puts forward suggestions.

Key words： teaching reform; BIM; construction management specialty

（責任編輯 周 沫）