以“參數(shù)化族”為主線的BIM應(yīng)用技術(shù)課程教學(xué)改革與實踐

何勇毅 李勝強 蔡龍 郭紅燕 蔣士磊

[摘? ? ? ? ? ?要]? 根據(jù)建筑信息化發(fā)展和BIM應(yīng)用人才需求，結(jié)合廣東石油化工學(xué)院建筑工程學(xué)院土木工程專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標，針對BIM應(yīng)用技術(shù)課程教學(xué)存在的問題，提出以“參數(shù)化族”為主線的BIM教學(xué)模式，并對該課程教學(xué)方法進行改革與實踐，旨在更好地實現(xiàn)專業(yè)人才培養(yǎng)目標，為BIM應(yīng)用人才培養(yǎng)提供一定借鑒與幫助。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? BIM技術(shù);參數(shù)化族;教學(xué)改革;人才培養(yǎng)

[中圖分類號]? G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2020）14-0062-03

近年來，信息化引領(lǐng)建筑業(yè)發(fā)生一場革命，而方式是BIM技術(shù)。[1-2]BIM（Building Information Modeling）即建筑信息模型，是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成建設(shè)工程項目各種信息的工程數(shù)據(jù)模型，同時又是一種應(yīng)用于設(shè)計、建造、管理的數(shù)字化技術(shù)。吳中江[3]指出：應(yīng)用型人才培養(yǎng)過程中需要解決“怎么辦”的問題，并凸顯“學(xué)以致用，以用為本”的本質(zhì)特征。劉獻君[4]認為：高校人才培養(yǎng)應(yīng)向應(yīng)用型人才培養(yǎng)轉(zhuǎn)型，要轉(zhuǎn)變教育觀念，改革課程與課程體系，努力推動創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展。另外，有關(guān)文獻[5-7]表明BIM技術(shù)參數(shù)化研究和應(yīng)用蘊含著巨大價值。因此，為了契合應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標，結(jié)合課程教學(xué)方法存在的問題，對課程教學(xué)方法進行改革與實踐。

一、BIM應(yīng)用技術(shù)課程教學(xué)存在的問題

（一）課程教學(xué)內(nèi)容機械重復(fù)

課程教學(xué)為32學(xué)時，包含BIM發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用概述、Revit軟件介紹、BIM建筑建模、BIM結(jié)構(gòu)建模、BIM設(shè)備建模、族的定義與創(chuàng)建等內(nèi)容，各教學(xué)內(nèi)容、學(xué)時及教學(xué)方式見表1。

由此可知，本課程對BIM（建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備）建模內(nèi)容存在機械重復(fù)的教學(xué)，顯然，這不利于本科生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)與素質(zhì)能力的提升。

（二）課程教學(xué)與國家標準、行業(yè)標準結(jié)合不夠

近年來，隨著國家、行業(yè)及地區(qū)BIM標準相繼出臺，如《建筑信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標準GB/T 51212-2016》《建筑信息模型分類和編碼標準GB/T 51269-2017》《建筑工程設(shè)計信息模型制圖標準JGJ/T 448-2018》《廣東省建筑信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標準DBJ/T15-142-2018》等標準。另外，因課程具有很強的實踐性和應(yīng)用性，加之實際工程項目存在復(fù)雜性與多變性，這將對BIM應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式提出更高的要求。顯然，課程教學(xué)安排不能滿足BIM行業(yè)發(fā)展要求。

（三）課程教學(xué)對BIM應(yīng)用人才培養(yǎng)目標的支撐度不夠

目前，對普通本科院校土木工程專業(yè)畢業(yè)生而言，不管從事專業(yè)領(lǐng)域何種工作都需要對BIM技術(shù)進行工程應(yīng)用。[8]如施工單位應(yīng)用BIM技術(shù)進行場地布置、施工模擬與進度控制、施工漫游和圖像渲染;建筑設(shè)計進行方案設(shè)計與光照分析;結(jié)構(gòu)設(shè)計進行結(jié)構(gòu)分析與深化設(shè)計;機電設(shè)備進行碰撞檢查與可視化分析;造價咨詢單位應(yīng)用BIM三維建模，將模型通過插件導(dǎo)入廣聯(lián)達、斯維爾等算量軟件進行工程算量與工程計價。由此可知，這將要求學(xué)生具備良好的BIM基礎(chǔ)理論知識和超強的BIM綜合應(yīng)用能力。但由于課程教學(xué)存在不足，造成對BIM人才培養(yǎng)的支撐度不夠。

二、族概念和參數(shù)化族的作用與意義

BIM技術(shù)核心建模是Revit，而它是通過族概念來實現(xiàn)。族是Revit的基礎(chǔ)，也是組成項目的基本元素構(gòu)件，同時還是參數(shù)化信息的載體。Revit族類型包含可載入族、系統(tǒng)族和內(nèi)建族三種類型。其中，又以可載入族為最經(jīng)常使用的族類型，究其原因：由于可載入族可以通過族樣板在項目外創(chuàng)建形成“.rfa”格式的族文件，還可對其進行參數(shù)化相關(guān)聯(lián)，從而實現(xiàn)了一個類別圖元的一種類型族可以長久有效并參數(shù)化修改使用，這就是參數(shù)化族的作用。此外，經(jīng)過大量實踐與沉淀將會形成強大的族庫，這對BIM技術(shù)而言無疑具有里程碑式意義。

三、BIM應(yīng)用技術(shù)課程教學(xué)改革思路、目標與具體措施

（一）課程教學(xué)改革思路

國內(nèi)有不少院校開設(shè)了BIM課程，但不同院校及不同專業(yè)方向開設(shè)BIM課程的側(cè)重點有所不同，由此引發(fā)思考：不同院校及不同專業(yè)開設(shè)BIM課程的核心是什么？如何在我校“高水平理工科大學(xué)”建設(shè)目標的指引下更好地開設(shè)本課程呢？針對以上問題，課程改革朝以下幾方面進行探索與實踐：（1）BIM基礎(chǔ)軟件的掌握;（2）創(chuàng)建參數(shù)化族及模型數(shù)據(jù);（3）BIM指導(dǎo)與實施標準介紹。由此可知，BIM技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)在于三維數(shù)字建模的準確性與適用性，而三維數(shù)字建模的關(guān)鍵又在于族的創(chuàng)建與應(yīng)用，族的創(chuàng)建與應(yīng)用的本質(zhì)特征則在于如何參數(shù)化對族進行相關(guān)聯(lián)進而形成族庫。

（二）課程教學(xué)改革目標

1.構(gòu)建以參數(shù)化族為主線的BIM技術(shù)應(yīng)用能力教學(xué)模式

在借鑒國內(nèi)部分高校BIM課程開設(shè)情況的基礎(chǔ)上，結(jié)合學(xué)校自身辦學(xué)特色與本專業(yè)人才培養(yǎng)目標，探索實踐由傳統(tǒng)的側(cè)重BIM三維建模向BIM三維建模與參數(shù)化族創(chuàng)建相結(jié)合的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變，構(gòu)建以參數(shù)化族為主線的應(yīng)用能力教學(xué)模式。為此，課程開展以參數(shù)化族為主線的BIM技術(shù)分階段教學(xué)方法。第一階段是Revit軟件三維建?；A(chǔ)教學(xué)，側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的BIM基礎(chǔ)知識，通過入門基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)讓學(xué)生逐漸理解BIM理念和形成初步建模能力。第二階段是參數(shù)化族應(yīng)用能力教學(xué)階段，構(gòu)建以參數(shù)化族為主線的BIM技術(shù)應(yīng)用能力教學(xué)模式，讓學(xué)生參與參數(shù)化族創(chuàng)建與應(yīng)用訓(xùn)練。第三階段由工程實踐中一般的族類型逐步向工程實踐中異形復(fù)雜的族類型摸索，積累形成強大的族庫。這將引發(fā)學(xué)生的興趣與思考，使其逐步形成參數(shù)化族創(chuàng)建和應(yīng)用能力。

2.激發(fā)學(xué)生的興趣和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新與應(yīng)用能力

課程教學(xué)改革是根據(jù)BIM技術(shù)應(yīng)用特點和工程項目實際需要而提出。如針對項目式課程任務(wù)，教師鼓勵并引導(dǎo)學(xué)生通過各種渠道學(xué)習(xí)BIM技術(shù)基礎(chǔ)理論和探究系列專業(yè)軟件的要點，以一個完整工程實際項目的BIM建模為切入點，通過模擬解決工程實際項目為著落點，這一過程中教師應(yīng)密切掌控各個環(huán)節(jié)的教學(xué)效果及學(xué)生反饋，尤其是創(chuàng)建參數(shù)化族進行關(guān)聯(lián)工程項目實際需求等方面，如發(fā)現(xiàn)存在問題應(yīng)及時指出并糾正，最后再進行總結(jié)與歸納。這旨在通過掌握創(chuàng)建參數(shù)化族為起點加以創(chuàng)新并應(yīng)用到工程項目具體問題中，最大限度地激發(fā)學(xué)生的興趣與創(chuàng)新能力，進而促進學(xué)生BIM技術(shù)綜合應(yīng)用能力的提高。

（三）課程教學(xué)改革具體措施

1.課程教學(xué)內(nèi)容模塊化設(shè)計

（1）Revit中族基本介紹及基礎(chǔ)命令運用（4學(xué)時）

本模塊主要內(nèi)容是族的概念、類型和分類，族樣板文件及分類，族創(chuàng)建的基礎(chǔ)操作命令拉伸、融合、旋轉(zhuǎn)、放樣、放樣融合、空心形狀等。

（2）建筑模型常用實例族參數(shù)化創(chuàng)建及應(yīng)用（6學(xué)時）

本模塊主要內(nèi)容是建筑中常用到的族實例參數(shù)化創(chuàng)建并實現(xiàn)相關(guān)聯(lián)，如窗、門、把手、建筑柱、欄桿扶手等。

（3）結(jié)構(gòu)模型常用實例族參數(shù)化創(chuàng)建及應(yīng)用（4學(xué)時）

本模塊主要構(gòu)建的內(nèi)容是結(jié)構(gòu)中常用到的族實例參數(shù)化創(chuàng)建并實現(xiàn)相關(guān)聯(lián)，如基礎(chǔ)、集水坑、擋土墻、異形梁柱、墻洞口、桁架、連接件等。

（4）機電模型常用實例族參數(shù)化創(chuàng)建及應(yīng)用（6學(xué)時）

本模塊主要內(nèi)容是機電中常用到的族實例參數(shù)化創(chuàng)建并實現(xiàn)相關(guān)聯(lián)，如風(fēng)管彎頭、配電箱、止回閥、T型三通、風(fēng)管支架、水龍頭、插座、接線盒、變徑四通等。

（5）概念體量實例創(chuàng)建及應(yīng)用（2學(xué)時）

本模塊主要內(nèi)容是體量的介紹與意義，體量創(chuàng)建形成的命令原理，體量建筑造型、參數(shù)化異形玻璃幕墻、內(nèi)建體量的使用等。

（6）族參數(shù)化的公式和函數(shù)的基本應(yīng)用（4學(xué)時）

本模塊主要內(nèi)容是族參數(shù)化創(chuàng)建過程中的公式和函數(shù)的應(yīng)用原理與實例，有四則運算公式、絕對值公式、指數(shù)公式、對數(shù)公式、平發(fā)根公式、三角函數(shù)公式、e的x次方公式、條件語句的運用等。

（7）課程學(xué)習(xí)過程中的常見問題及解決方法（2學(xué)時）

本模塊主要內(nèi)容是學(xué)習(xí)過程中會遇到的問題，如參數(shù)化族柱圖元無法自適應(yīng)樓層標高、軸網(wǎng)出現(xiàn)非正常顯示、材質(zhì)庫無法加載使用、墻體開不規(guī)則洞口、可見性選擇及視圖范圍調(diào)整等常見問題，重點在于要學(xué)會如何解決問題的方法。

（8）BIM標準和相關(guān)軟件介紹與應(yīng)用（4學(xué)時）

本模塊主要內(nèi)容是國家、行業(yè)及地區(qū)BIM系列標準進行重點介紹。另外，相關(guān)的Navisworks、Lumion、PKPM及廣聯(lián)達等軟件基本介紹。需要說明，本模塊主要以自學(xué)為主。

2.開展以參數(shù)化族為主線的BIM技術(shù)應(yīng)用能力教學(xué)

從工程項目實際需要為出發(fā)點到回歸工程項目具體應(yīng)用為落腳點，這一過程中需要創(chuàng)建參數(shù)化族并使用其與工程項目進行關(guān)聯(lián)應(yīng)用，這就要積極開展以參數(shù)化族創(chuàng)建并作為主線且強調(diào)其應(yīng)用能力的教學(xué)過程。因參數(shù)化族創(chuàng)建的內(nèi)容大部分源于工程實際項目，讓學(xué)生在教師的引導(dǎo)下積極學(xué)習(xí)與探索各專業(yè)類別的各圖元類型從族模型構(gòu)成拆分、模型形成路徑、模型命令實現(xiàn)、模型參數(shù)化關(guān)聯(lián)等環(huán)節(jié)，以鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生的BIM技術(shù)綜合應(yīng)用能力，提升學(xué)生的職業(yè)核心競爭力。

3.課程教學(xué)與BIM工作室教學(xué)相貫穿

依托已有BIM工作室平臺，結(jié)合BIM教師團隊實際工程項目及全國各類BIM應(yīng)用大賽，同時開展BIM課程教學(xué)與BIM工作室多專業(yè)協(xié)同培養(yǎng)教學(xué)模式相貫穿。具體做法是：在進行BIM課程教學(xué)時，同時實施針對某個或某幾個特定項目組織學(xué)生進行相關(guān)輔導(dǎo)、練習(xí)、討論、設(shè)計和參加BIM比賽的培養(yǎng)模式，提倡理論與實踐相結(jié)合并注重創(chuàng)造性思維培養(yǎng)，這種模式十分適合建筑類專業(yè)的人才培養(yǎng)。

4.課程教學(xué)融入畢業(yè)設(shè)計

畢業(yè)設(shè)計是土木工程專業(yè)必修的、重要的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，同時也是對本科生專業(yè)知識掌握程度與應(yīng)用能力的綜合檢驗。為此，將BIM技術(shù)課程教學(xué)融入畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)中去[9]，就顯得很有必要。因為這能夠拓寬畢業(yè)設(shè)計的選題范圍，也會提升學(xué)生的團隊合作與組織能力，還可以滿足行業(yè)發(fā)展對BIM技術(shù)人才的需求。

5.課程考核和評價方式改革

高校的教學(xué)過程中較多存在課程考核和課程評價方式單一化現(xiàn)象。一方面，課程考核的內(nèi)容與方式多數(shù)是由任課教師決定，而且在課程評價時任課教師又作為評價的主體;另一方面，任課教師往往在評價方式上又過于重視對學(xué)生最終結(jié)果的評價，如此就容易忽視課程學(xué)習(xí)過程本身的評價。為此，課程教學(xué)改革實行開放式的課程考核和多元化的課程評價機制就顯得必要了。

對課程教學(xué)實行開放式考核方式和多元化評價方式，具體見表2、表3。

通過以課程考核與評價方式改革為著落點，達成“評促教，以教催用”的初衷，進而實現(xiàn)“教學(xué)相長，學(xué)以致用”的目標。顯然，這是一個良性的循環(huán)過程。

四、課程教學(xué)改革初步成果

近年來，課程進行以參數(shù)化族為主線的教學(xué)改革，采取“以賽促教，以賽促學(xué)，教學(xué)賽相結(jié)合”的方式，積極參加全國及地區(qū)各類BIM應(yīng)用大賽并喜獲佳績。如獲得“首屆粵港澳大灣區(qū)高校學(xué)生BIM—CIM創(chuàng)新大賽”全能一等獎;“中國建設(shè)教育協(xié)會第十屆全國高等院校學(xué)生‘斯維爾杯建筑信息模型（BIM）應(yīng)用技能大賽”一等獎;“第二屆‘優(yōu)路杯全國BIM技術(shù)大賽”銀獎;“第四、五屆全國高校BIM畢業(yè)設(shè)計大賽”二等獎和三等獎;“第四、五屆‘魯班杯全國高校BIM畢業(yè)設(shè)計作品大賽”二等獎和三等獎;“廣東省第二屆BIM應(yīng)用大賽”三等獎。可見，我校土木工程專業(yè)BIM應(yīng)用型人才培養(yǎng)方式初見成效。

五、結(jié)語

基于我校土木工程專業(yè)以培養(yǎng)“人格健全，基礎(chǔ)扎實，實踐能力強，具有創(chuàng)新精神的應(yīng)用型高級專業(yè)人才”為目標，為此，本課程教學(xué)改革是與之相適應(yīng)的。為了滿足人才培養(yǎng)目標與BIM行業(yè)需求，針對課程教學(xué)存在的問題，提出以參數(shù)化族為主線的課程教學(xué)模式，重新構(gòu)建課程體系，積極開展以參數(shù)化族為主線的BIM應(yīng)用能力教學(xué)，實施與BIM工作室教學(xué)相貫穿及課程教學(xué)融入畢業(yè)設(shè)計的方式，并對課程考核與評價方式進行改革等措施。實踐表明，課程教學(xué)改革有利于提升學(xué)生的知識水平與素質(zhì)，能夠激發(fā)學(xué)生的興趣與增強學(xué)生的創(chuàng)新能力，同時促進學(xué)生BIM技術(shù)綜合應(yīng)用能力的提高。

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編輯 馮永霞