BIM可視化技術(shù)在土木工程專業(yè)教學(xué)改革的應(yīng)用

洪秀君 朱永甫

摘? 要：傳統(tǒng)的教學(xué)理念與教學(xué)模式已難以滿足土木工程專業(yè)人才綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的需要。BIM可視化技術(shù)，具有虛擬仿真功能，將其運(yùn)用到土木工程專業(yè)課程的教學(xué)中，能較好地解決傳統(tǒng)教學(xué)過于抽象理論，缺乏實(shí)踐操作的問題。文章以“土木工程施工課程改革實(shí)踐”為案例闡述BIM可視化技術(shù)在土木工程專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用，為后續(xù)高等學(xué)校土木工程專業(yè)教學(xué)改革實(shí)踐提供一些參考。

關(guān)鍵詞：BIM可視化技術(shù);土木工程;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)：2096-000X（2020）06-0141-03

Abstract： The traditional teaching concept and teaching mode have been unable to meet the needs of cultivating the comprehensive quality and innovative ability of civil engineering professionals. BIM visualization technology， with virtual simulation function， can be applied to the teaching of civil engineering courses， which can better solve the problem that traditional teaching is too abstract theory and lacks practical operation. This paper takes "practice of civil engineering construction curriculum reform" as a case to illustrate the application of BIM visualization technology in the teaching of civil engineering specialty， and provides some references for the teaching reform practice of civil engineering specialty in colleges and universities.

Keywords： BIM visualization technology; civil engineering; teaching reform

引言

土木工程專業(yè)綜合性強(qiáng)、實(shí)踐性高，其專業(yè)核心課程如土木工程施工、工程項(xiàng)目管理、工程招投標(biāo)、工程概預(yù)算等課程的學(xué)習(xí)， 是學(xué)生掌握土木工程施工技術(shù)、培養(yǎng)項(xiàng)目管理思維的重要途徑[1]，對(duì)于土木工程專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力的發(fā)展具有重要的地位和作用。

目前土木工程專業(yè)課程在教學(xué)中存在的問題：

1. 土木工程專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容涉及面廣，教學(xué)課時(shí)偏少，教師很難在短時(shí)間內(nèi)充分講解相應(yīng)理論知識(shí)。如何在較少的課時(shí)內(nèi)，將土木工程專業(yè)課程內(nèi)容講解透徹，使學(xué)生掌握有關(guān)土木工程施工技術(shù)及管理知識(shí)值得探討。

2. 傳統(tǒng)課堂教學(xué)手段多以“粉筆+黑板+多媒體”為主，教師“滿堂灌”，沒“親列”工程案例，效果不佳。課程知識(shí)點(diǎn)、重點(diǎn)及邏輯結(jié)構(gòu)難以直觀表達(dá)，部分學(xué)生空間想象力較差，無法很好理解課程內(nèi)容，學(xué)習(xí)難度很大。

3. 工程項(xiàng)目具有施工周期長(zhǎng)，單件性和固定性特點(diǎn)，學(xué)生在校難以完整實(shí)現(xiàn)實(shí)踐教學(xué)，操作難度大，教學(xué)工地由于實(shí)習(xí)時(shí)間周期短、工程跨度大而滿足不了學(xué)生實(shí)踐需求。同時(shí)，大量學(xué)生分布到工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)存在安全隱患，現(xiàn)場(chǎng)施工單位擔(dān)心安全問題不愿意接納，這樣就造成很多課程的實(shí)習(xí)受限，只能流于形式，影響了學(xué)生創(chuàng)新、實(shí)踐能力的培養(yǎng)[2]。

綜上，傳統(tǒng)的教學(xué)理念與教學(xué)模式已難以滿足土木工程專業(yè)人才綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的需要。

一、BIM可視化技術(shù)土木工程專業(yè)教學(xué)改革的意義

BIM的可視化技術(shù)，具有虛擬仿真功能，將其運(yùn)用到土木工程各專業(yè)課程的教學(xué)中，能較好地解決土木工程專業(yè)課程教學(xué)中存在的問題，具有以下實(shí)踐意義[3-5]：

1. 課程教學(xué)中充分使用BIM可視化技術(shù)解決教師教學(xué)輔助手段不足、疑難知識(shí)點(diǎn)或者結(jié)構(gòu)難以直觀表現(xiàn)、講解困難等問題，將學(xué)習(xí)的決定權(quán)從教師轉(zhuǎn)移給學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的能力。

2. 學(xué)習(xí)過程中使用BIM仿真教學(xué)軟件中模型庫和虛擬操作功能，可以給學(xué)生直觀、形象的學(xué)習(xí)感受，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3. 實(shí)訓(xùn)實(shí)踐環(huán)節(jié)利用BIM協(xié)同虛擬技術(shù)，設(shè)計(jì)出虛擬仿真項(xiàng)目，模擬項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作，解決土木工程施工課程實(shí)訓(xùn)形式化的弊端，真正提高學(xué)生的創(chuàng)新應(yīng)用能力，并減少許多需要到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐實(shí)習(xí)帶來的安全隱患。

二、BIM可視化技術(shù)在土木工程施工課程教學(xué)改革的創(chuàng)新與實(shí)踐

（一）改革任務(wù)和主要改革舉措

1. 可視化教學(xué)，仿真視頻講解，解決《土木工程施工》授課難點(diǎn)?；贐IM可視化技術(shù)，針對(duì)土木工程施工課程中的疑難知識(shí)點(diǎn)或結(jié)構(gòu)部分采用BIM仿真視頻進(jìn)行教學(xué)，解決傳統(tǒng)授課中抽象理論的問題，理論內(nèi)容配合形象直觀的視頻講解，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

2. 以賽促教，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。多門課程融合應(yīng)用BIM技術(shù)，提高學(xué)生綜合應(yīng)用專業(yè)知識(shí)的能力，鍛煉學(xué)生統(tǒng)籌協(xié)調(diào)能力。通過指導(dǎo)學(xué)生參加BIM競(jìng)賽，模擬全過程施工管理，鍛煉學(xué)生通過BIM技術(shù)融合貫通《土木工程施工》、《工程概預(yù)算》、《土木工程招投標(biāo)》、《工程項(xiàng)目管理》等多門課程的內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新意識(shí)。

3. 實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)采用BIM虛擬仿真軟件輔助操作，滿足實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)改革要求。以《土木工程施工》課程試點(diǎn)改革，部分重難點(diǎn)章節(jié)模擬項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行虛擬流程操作，由學(xué)生進(jìn)行上機(jī)操作，結(jié)合實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)不同的虛擬仿真項(xiàng)目，達(dá)到實(shí)踐與理論的結(jié)合，提高學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力。

4. 多專業(yè)聯(lián)合畢業(yè)設(shè)計(jì)，提高學(xué)生綜合應(yīng)用能力。結(jié)合閩南理工學(xué)院數(shù)字圖書館等實(shí)際工程項(xiàng)目，利用暑期培訓(xùn)學(xué)生BIM技術(shù)，進(jìn)行建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電建模及應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的項(xiàng)目管理思維能力。

（二）實(shí)踐過程簡(jiǎn)述

1. 以《土木工程施工技術(shù)》為試點(diǎn)課程進(jìn)行教改方案論證及仿真翻轉(zhuǎn)教學(xué)方案設(shè)計(jì)。利用BIM可視化技術(shù)結(jié)合《土木工程施工技術(shù)》課程中的重點(diǎn)、難點(diǎn)章節(jié)進(jìn)行仿真翻轉(zhuǎn)教學(xué)，比如土方開挖、降水排水施工、樁基工程施工這些章節(jié)的內(nèi)容涉及的大部分是地下工程，實(shí)際施工過程大多隱蔽在地表下，無法直觀了解;機(jī)械設(shè)備施工原理的講解及地下工程在施工中的變化是這些章節(jié)的難點(diǎn)內(nèi)容。

如圖1BIM仿真視頻《深井降水施工》所示，施工降排水章節(jié)輔助BIM仿真視頻，動(dòng)畫效果配套理論知識(shí)介紹，使施工過程變化一目了然，降低學(xué)生學(xué)習(xí)難度。

采用超星爾雅線上課程輔助課堂教學(xué)，如圖2超星爾雅《土木工程施工技術(shù)》線上課程所示。

通過在線上課程中上傳BIM仿真視頻、章節(jié)教案、學(xué)習(xí)資料，布置學(xué)習(xí)任務(wù)，搖一搖式點(diǎn)名簽到，搶答環(huán)節(jié)設(shè)置等能活躍課堂氛圍，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)式教學(xué)，方便學(xué)生隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)施工重難點(diǎn)知識(shí)的鞏固，解決《土木工程施工技術(shù)》課時(shí)有限，課程內(nèi)容較多，學(xué)生無法在有限的課堂時(shí)間里理解透徹的問題。

2. 指導(dǎo)學(xué)生參加各類BIM大賽，通過學(xué)生參賽過程中的指導(dǎo)總結(jié)BIM技術(shù)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的影響，作為研究報(bào)告的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，指導(dǎo)學(xué)生發(fā)表相應(yīng)論文。

期間取得成果有：

（1）2018年10月教改項(xiàng)目成員老師指導(dǎo)學(xué)生參加《2018年全國(guó)高等院校BIM應(yīng)用技能比賽》榮獲“金牌項(xiàng)目部獎(jiǎng)第二名”，并發(fā)表CN論文一篇《虛擬仿真技術(shù)對(duì)土木工程實(shí)習(xí)的影響》榮獲第十四屆“挑戰(zhàn)杯”福建省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽優(yōu)秀獎(jiǎng)。

（2）2019年1月至6月期間教改項(xiàng)目成員老師指導(dǎo)參賽學(xué)生根據(jù)《2018年度福建省建筑信息模型（BIM）技能大賽》掌握的BIM造價(jià)應(yīng)用能力完成造價(jià)專業(yè)BIM方向畢業(yè)設(shè)計(jì)，二人成果均榮獲“校級(jí)優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)成果”，并發(fā)表CN論文一篇《淺談BIM技術(shù)在工程造價(jià)算量軟件中的應(yīng)用》。

（3）2019年5月教改項(xiàng)目成員老師指導(dǎo)學(xué)生參加《第十屆全國(guó)高等院校學(xué)生“斯維爾杯”建筑信息模型（BIM）應(yīng)用技能大賽》，分別獲得一個(gè)“團(tuán)隊(duì)綜合二等獎(jiǎng)”及多個(gè)“專項(xiàng)三等獎(jiǎng)”。2019 年8月教改項(xiàng)目成員老師指導(dǎo)學(xué)生參加“首屆全國(guó)大學(xué)生智能建造與管理創(chuàng)新競(jìng)賽”獲得三等獎(jiǎng)。

3. 結(jié)合學(xué)院現(xiàn)有的BIM實(shí)驗(yàn)中心、仿真實(shí)驗(yàn)室等專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，在原配置的仿真系列軟件基礎(chǔ)上，開發(fā)設(shè)計(jì)BIM虛擬仿真教學(xué)項(xiàng)目，并增加《土木工程施工實(shí)驗(yàn)》上機(jī)實(shí)踐環(huán)節(jié)，如圖3鋼筋混凝土工程實(shí)驗(yàn)課仿真軟件上機(jī)照片所示。鋼筋混凝土工程是《土木工程施工技術(shù)》重點(diǎn)章節(jié)，目前很多建筑采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土施工，但鋼筋工程屬于隱蔽工程，混凝土工程養(yǎng)護(hù)耗時(shí)較長(zhǎng)，實(shí)際工程施工工地?zé)o法滿足學(xué)生實(shí)踐學(xué)習(xí)的需求。通過BIM仿真軟件的上機(jī)操作，學(xué)生能在有限的課堂時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)且形象的掌握鋼筋從材料下單、進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收、加工連接等整個(gè)流程的內(nèi)容，并能區(qū)分不同部位的鋼筋施工要點(diǎn)。同理，混凝土的攪拌、運(yùn)輸、澆筑、養(yǎng)護(hù)等內(nèi)容也能實(shí)現(xiàn)直觀簡(jiǎn)便的模擬實(shí)踐操作。

總結(jié)實(shí)踐環(huán)節(jié)的改革經(jīng)驗(yàn)，2019年5月教改項(xiàng)目成員老師開發(fā)完成《土木工程施工翻轉(zhuǎn)課堂仿真軟件V1.0》，并于2019年9月登記取得軟件著作權(quán)。

4. 開展“智慧校園”跨專業(yè)聯(lián)合畢業(yè)設(shè)計(jì)暑期培訓(xùn)班，指導(dǎo)輔助50名畢業(yè)生初步掌握BIM應(yīng)用技術(shù)，并完成閩南理工學(xué)院部分宿舍樓與教學(xué)樓的建筑模型。通過暑期BIM技術(shù)培訓(xùn)，鍛煉學(xué)生項(xiàng)目整體統(tǒng)籌能力，提前模擬畢業(yè)后的就業(yè)崗位內(nèi)容。如圖4培訓(xùn)前后BIM能力對(duì)比所示，50名畢業(yè)生在參加培訓(xùn)前57.14%的學(xué)生不具備BIM基礎(chǔ)，通過培訓(xùn)，100%學(xué)生能掌握BIM結(jié)構(gòu)建模，93.88%學(xué)生掌握BIM建筑建模，75.51%學(xué)生掌握機(jī)電建模，基本具備把二維圖紙轉(zhuǎn)化成三維模型的能力。42.86%學(xué)生能進(jìn)行多專業(yè)碰撞，81.63%具備渲染漫游能力，初步具備建筑多專業(yè)融合應(yīng)用能力。

三、結(jié)束語

《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020）》中提出關(guān)于“促進(jìn)教育公平、實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教育資源共享”的訴求，隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的到來，在與工程實(shí)踐、現(xiàn)行規(guī)范聯(lián)系密切的土木工程施工課程教學(xué)過程中，應(yīng)用BIM的可視化技術(shù)，能創(chuàng)新性地做好教育信息化要求，優(yōu)化教育質(zhì)量。

使用BIM虛擬仿真教學(xué)軟件，虛擬技術(shù)輔助教學(xué)，解決教學(xué)中輔助手段不足、不夠直觀、綜合訓(xùn)練缺乏等問題。利用BIM技術(shù)仿真土木工程專業(yè)課程的實(shí)踐教學(xué)安排，減少土木工程專業(yè)許多需要到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐實(shí)習(xí)安排帶來的安全隱患等困擾。教學(xué)模式改革，采用翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式形成土木工程施工在線課程，改進(jìn)專業(yè)課程教學(xué)中抽象枯燥、課程沉悶等現(xiàn)象，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，推進(jìn)教育信息化及大數(shù)據(jù)技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用，共享優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，提高教學(xué)質(zhì)量，同時(shí)解決土木工程專業(yè)課程課時(shí)少、內(nèi)容多的教學(xué)難題。采用“以賽促學(xué)，以賽促教”的方式結(jié)合BIM競(jìng)賽進(jìn)行土木施工專業(yè)課程的授課，通過競(jìng)賽的方式識(shí)別和定義學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，使學(xué)生實(shí)現(xiàn)專業(yè)技術(shù)綜合訓(xùn)練，從而成為專業(yè)應(yīng)用型人才，滿足建筑行業(yè)發(fā)展對(duì)人才的要求，提高學(xué)生專業(yè)創(chuàng)新能力。

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