BIM技術在土木類專業(yè)群畢業(yè)設計中的應用研究

李一凡 馮竟竟 張耀軍 蔣奇翰

[摘? ? ? ? ? ?要]? 土木工程畢業(yè)設計是培養(yǎng)學生綜合運用大學四年所學知識解決實際工程問題的能力，是提高學生綜合水平與素質的最為重要的實踐教學環(huán)節(jié)之一。針對目前我國普通高等院校土木工程畢業(yè)設計存在的實踐性不強的問題，通過引入BIM技術，實施基于團隊協(xié)作的多專業(yè)聯合畢業(yè)設計，為培養(yǎng)基礎扎實、實踐動手能力強、工作崗位上手快、社會適應性強的人才提供保障，探索提高畢業(yè)設計教學質量的途徑。

[關? ? 鍵? ?詞]? BIM;土木類專業(yè);畢業(yè)設計;教學改革

[中圖分類號]? G642? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2020）49-0084-03

土木類專業(yè)是應用性和實踐性極強的工程專業(yè)，主要培養(yǎng)學生在綜合考慮社會因素、自然條件等情況下，正確認識工程中遇到的學科問題，并且能夠科學決策、合理解決此類問題的能力。在土木類專業(yè)的教學實踐中，畢業(yè)設計是實現本科階段培養(yǎng)目標非常重要的一環(huán)，能夠全面地檢驗學生對專業(yè)知識的綜合運用能力。畢業(yè)設計作品的質量，能夠直觀地體現出一所高校的教育質量，反映出高校的辦學水平。此外，畢業(yè)設計還能直接影響到學生畢業(yè)就職后業(yè)務能力的發(fā)揮[1]。

BIM就是利用現代化的信息技術，對建設工程的設計、施工和管理過程進行仿真和過程模擬，并對各階段的數據進行儲存、整合的一種技術手段和管理方法。運用該技術，能夠在計算機的幫助下，建立起三維的參數模型，在該模型之中可以整合項目的各類相關信息，并且這些信息能夠在項目的設計、施工、運行維護等各階段存在和實時傳遞，可以實現信息在全壽命周期過程中的共享，有效地防止信息的失真，幫助人們正確地理解各種建筑信息。在BIM技術的幫助下，人們能夠對出現的各類工程問題高效地進行應對[2]。在建筑學、結構工程、給排水工程、電氣工程、施工技術、工程造價、項目管理、建筑材料等各門課程的教學實踐中，通過BIM 技術平臺的應用，可以使多門課程相互貫通，多專業(yè)相互協(xié)同，多學科綜合應用。這些對于土木類專業(yè)輸出高質量的管理人才、推進教學改革具有重要的現實意義[3]。

一、土木類專業(yè)畢業(yè)設計現狀

經過多年的發(fā)展，我校土木類專業(yè)的各個教學環(huán)節(jié)、教學條件和教學體系日趨完善，畢業(yè)設計從題目選擇到設計內容，在實踐性、適用性和綜合性等各方面都得到了很大的提高和改進，教學質量得到不斷提升，但是畢業(yè)設計教學模式還沒有得到很大的改進，仍舊采用傳統(tǒng)模式：整個設計階段，多個學生由一名指導教師負責指導，仍舊是一師多生、一師多導。通過多年來對土木畢業(yè)生的跟蹤調查發(fā)現，剛畢業(yè)的學生，往往存在專業(yè)基礎知識不扎實、動手能力較差、知識面過窄等問題，影響了學生對工作崗位的適應。因此應該采用新的教學模式，以彌補目前教學實踐中的不足[4]。

（一）學生缺乏對工程設計系統(tǒng)性和整體性概念的認識

土木類專業(yè)實踐性很強，要求專業(yè)人員既能夠系統(tǒng)掌握相關專業(yè)知識，又能夠把這些知識靈活應用于實踐當中，對學生的綜合素質要求很高。但以課堂學習為主的全日制教育，側重于理論教學，實踐環(huán)節(jié)較弱，學生對所學知識缺乏綜合應用能力的鍛煉。由于學生缺乏設計、施工、管理一體化的綜合知識體系，對工程沒有系統(tǒng)性的認識，所以難以建立工程項目的整體性理念。

（二）畢業(yè)設計選題與工程實際結合不緊密

歷年來，我校土木類專業(yè)畢業(yè)設計題目的類型主要以工程項目設計為主，通過跟蹤調查近幾年土木類專業(yè)畢業(yè)生的工作去向發(fā)現，畢業(yè)后進入設計院工作的學生僅為少數，大部分畢業(yè)生主要從事施工管理工作，還有部分畢業(yè)生進入房地產、造價、監(jiān)理等領域工作，絕大部分畢業(yè)生的工作并不以設計為主。一方面從學生畢業(yè)后的分配去向上看，以設計為主的畢業(yè)設計選題，偏離了畢業(yè)生的崗位要求，缺少施工、房地產、造價等方向的研究，不能滿足現實的要求;另一方面?zhèn)鹘y(tǒng)畢業(yè)設計的題目往往是假定的，即便個別設計采用的是真實案例，但與實際工程相比，也往往對各類約束條件進行了大量簡化和假設，與實際情況差距較大，再加上學生的知識水平較低，知識體系不健全，并且缺乏實踐經驗，沒有形成系統(tǒng)的設計思路，難以從整體上對項目進行把控，設計與工程實際不符的情況難以避免。此外，為了使學生能夠順利地完成設計任務，采用的設計題目往往進行了簡化，過于簡單，過于單一，與實際工程的現狀不符，削弱了畢業(yè)設計的實踐意義，并且滯后于現代技術。這種訓練常常使畢業(yè)后的學生很難快速掌握當前正在應用的新技術，使所學的專業(yè)知識得不到充分的利用。

（三）學生重視程度不夠，設計時間不足

畢業(yè)設計初期，學生接到任務后，首先要進行資料收集、設計資料分析，需要花費一定的時間。如果前期進展不順，占用時間過多，就只能壓縮后面建筑設計和結構設計的時間，以保證能夠按時完成設計。另外，在畢業(yè)設計期間，按照教學計劃要求，學生還要進行一定時間的畢業(yè)實習，與此同時，絕大部分學生還要抽出時間和精力去參加各地舉辦的招聘大會，尋找畢業(yè)后的工作崗位，分散了學生的精力，占用了大量的寶貴時間。這些活動都嚴重影響到了畢業(yè)設計的質量和進度[5]。

二、聯合畢業(yè)設計的實施

為了保證土木類專業(yè)畢業(yè)設計的質量，鍛煉學生分析問題、解決問題的能力，我院進行了聯合畢業(yè)設計的試點工作，共有建筑學專業(yè)、土木工程專業(yè)、裝飾工程專業(yè)、給排水專業(yè)、建環(huán)專業(yè)五個專業(yè)共同參與。通過畢業(yè)設計，把各專業(yè)在本科四年當中主修的專業(yè)課程進行了跨年級整合，分別形成了以下四個技術小組：工程技術專業(yè)組、經濟與管理專業(yè)組、工程施工項目管理組、成本控制與造價管理組。多個專業(yè)、多門課程通過同一個工程整合起來，輔以與多家企業(yè)合作教育的方式，使理論與實踐環(huán)節(jié)相互融通，強化了專業(yè)知識的綜合應用能力。

具體做法：在學生自愿報名的基礎上，每專業(yè)各選拔12名學生，不同專業(yè)的學生自由組合，形成12個由不同專業(yè)學生組成的5人聯合畢業(yè)設計小組，各個專業(yè)的教師也組成相應的指導教師團隊，從各自專業(yè)的角度進行畢業(yè)設計指導。在指導教師的指導下，每個小組中的學生群策群力，共同構思一個工程項目進行設計，做到一組一題。題目確定后，首先以建筑學的學生為主，進行建筑方案設計，同組內其他專業(yè)同學協(xié)作，從各自專業(yè)的角度提供技術咨詢。建筑設計方案確定后，各專業(yè)小組分別進行各自的設計。結構設計由土木工程專業(yè)的學生負責，裝飾設計由裝飾工程專業(yè)的學生負責，給排水系統(tǒng)設計、采暖系統(tǒng)設計由給排水專業(yè)的學生負責，電氣照明系統(tǒng)設計及供暖制冷系統(tǒng)、動力系統(tǒng)設計由建筑環(huán)境與能源應用專業(yè)的學生負責。在設計完成的基礎上，根據各自專業(yè)的特點，進行項目的工程預算、施工方案確定、施工組織設計等造價、管理工作。

通過聯合畢業(yè)設計，學生四年學習成果得到了全面、系統(tǒng)的檢驗，通過各個階段“團隊作業(yè)”的組織方式，培養(yǎng)了學生的團隊協(xié)作意識，鍛煉了學生的組織協(xié)調能力，實現了不同專業(yè)學生之間的知識分享，使大家近距離地感受到了實踐當中的專業(yè)配合、學科交叉。實踐證明，聯合畢業(yè)設計可以滿足工程類專業(yè)在本科四年中對課程體系的要求。

聯合畢業(yè)設計的實施，提高了學生的專業(yè)素質，使學生的專業(yè)能力得到了全面的檢驗，達到了很好的效果，但在實行過程中也暴露出了一些問題。一是牽涉專業(yè)多，各專業(yè)協(xié)調工作量大，設計變動難以及時傳遞，配合困難，尤其是學生缺乏實踐經驗，對工作缺乏前瞻性，更增加了設計的難度，造成了大量的返工，嚴重影響了設計進度和質量。二是各專業(yè)工作有內在的邏輯關系，部分工作的開展必然有先后順序，專業(yè)之間互相影響的情況難以避免，影響了整體進度，耽誤了工作時間。

三、BIM技術在畢業(yè)設計中的應用

為了解決聯合畢業(yè)設計中出現的任務量過大、信息孤島等問題，保證設計的順利進行，我們引入BIM技術，建立了以組為單位的信息共享平臺，將學生所學的專業(yè)知識系統(tǒng)地整合起來。這樣學生對本專業(yè)就有了一個更全面、更清晰的認識。不同的專業(yè)也可以通過BIM技術聯成一體，使信息得到整合和及時傳遞，避免了信息孤島的出現，加快了設計進度，提高了設計質量。項目設計完成后，通過BIM模型成果得到相應的工程量，將工程量與進度計劃中的工期數據對接，使3D模型進化為基于進度控制的4D模型，可以幫助學生系統(tǒng)了解項目的建設過程，掌握施工方法的選擇、施工順序的編排、現場施工活動的組織等。將4D模型與費用信息相掛接，形成基于成本控制的5D模型，學生能夠直觀地看到工程成本在施工過程中的變化，能夠更加精確地計量、計價，編制出的成本進度計劃更加符合實際。通過BIM軟件模擬出的實際的施工管理過程，欠缺實際工程經驗的學生對管理原則和方法能夠更好地理解和掌握。利用BIM造價軟件，可以進行工程計量、定額套用以及自動計價。這樣，就可以快速、準確地完成畢業(yè)設計所要求的經濟管理任務。

在BIM畢業(yè)設計中引入BIM技術，我們要求學生應用BIM相關軟件進行以下具體工作：

一是進行建筑設計，形成BIM建筑模型。

二是將BIM建筑模型導入各專業(yè)的BIM專業(yè)軟件之中，分別進行結構、給排水、通風、照明、動力系統(tǒng)等各專業(yè)的設計，形成各專業(yè)的BIM模型。

三是整合各專業(yè)模型，進行碰撞檢查，解決不同專業(yè)間沖突之處，進行日照、節(jié)能等分析，發(fā)現設計上的不足。

四是各樣修改都在BIM協(xié)同工作平臺上進行，可做到一處修改，處處變化，各專業(yè)人員能夠及時得到相應信息，避免信息孤島產生。

五是項目經濟管理。利用前期已完成的成果模型，參考圖紙及有相關文件，對各專業(yè)工程進行工程量計算、分部分項工程計價，計算出各單位工程的造價。

六是優(yōu)化施工組織設計。在構建起土建模型的基礎上，利用工程項目管理軟件，對掛接了相應進度計劃的BIM模型進行虛擬化管理，最后再用分析軟件對虛擬化方案進行分析，確定一套最合理的施工方案。

七是施工應用。將BIM模型與進度、成本信息掛接，形成5D模型，導入施工模擬軟件，進行虛擬建造，解決出現的碰撞和沖突，確定施工的最佳方案，編制投標文件等。

八是提交設計成果，BIM應用展示。

四、BIM技術在畢業(yè)設計中應用存在的問題

BIM技術沒有納入課程體系之中。和其他兄弟院校一樣，我們雖然對BIM技術有了一定的認識，也產生了較為濃厚的興趣，但是現有專業(yè)培養(yǎng)計劃尚無BIM相關內容。因此，我們一時也難以將BIM技術融入本科學生的培養(yǎng)之中。

在畢業(yè)設計的進行中發(fā)現，在現有的課程體系中應用BIM技術，存在以下的挑戰(zhàn)或困難：

1.BIM技術還沒有系統(tǒng)地融入專業(yè)課程教學之中。BIM涉及的知識面很廣，BIM教學應該包含哪些知識或內容，教育領域和行業(yè)內部始終達不成一致，分歧較大。因此，構建BIM課程體系的難度較大。

2.專業(yè)不同，人才培養(yǎng)目標不同，人才培養(yǎng)特點也各不相同。不同專業(yè)對BIM學習要求有較大的差異，BIM知識體系在不同專業(yè)知識內有不同的覆蓋范圍。目前，我校BIM知識的學習，除少數學生在前幾學期自學過BIM軟件應用以外，大多數學生是在教師的指導下以自學為主，邊學習邊進行畢業(yè)設計，而學習BIM軟件和知識需要花費大量的時間，嚴重影響了畢業(yè)設計的時間安排。

3.BIM知識涉及面廣，內容龐雜。各個專業(yè)的任課教師要想掌握所有的BIM知識，既沒有必要也很困難。對于跨專業(yè)的BIM知識，在教學和應用時只能依靠不同專業(yè)的多位教師進行配合，跨專業(yè)協(xié)作難度較大;各個專業(yè)知識體系差別較大，各有特色，不同專業(yè)之間的銜接與配合較難。這些問題的存在都給專業(yè)協(xié)調帶來了很大的困難[6]。

4.現有的課程體系不包含BIM技術的教學，學生以自學為主，缺少系統(tǒng)的知識傳授及相應的軟硬件設備，增加了學習的難度。

五、結語

當前用人單位往往要求畢業(yè)生入職后，只需要經過短時間的適應，很快就能夠開展工作，快速進入角色、適應崗位要求的能力越來越受到重視。各高校應結合自身特點，通過BIM技術平臺的建立，培養(yǎng)學生運用所學知識分析問題、解決問題的能力，增強學生團隊合作意識，樹立大局觀，提高學生的專業(yè)素質和技術水平，適應社會對人才的要求，也能提高教師的業(yè)務能力和教學水平。

參考文獻：

[1]李成華，陳麗娟，趙敏.基于工程實踐的土木工程專業(yè)畢業(yè)設計教學改革探索[J].高等建筑教育，2016，25（2）：134-138.

[2]張尚，任宏，Albert P.C. Chan. BIM的工程管理教學改革問題研究（一）：基于美國高校的BIM教育分析[J].建筑經濟，2015，36（1）：113-116.

[3]郝麗.BIM技術融入高校工程類專業(yè)教學的應用研究[J].土木建筑工程信息技術，2015，7（4）：108-111.

[4]蔣寧山，張吾渝，馬艷霞.土木工程專業(yè)畢業(yè)設計“分段指導”教學改革與實踐[J].價值工程，2016，35（11）：244-245.

[5]李偉，王曉初.高校土木工程專業(yè)畢業(yè)設計教學改革與實踐創(chuàng)新[J].沈陽教育學院學報，2009，11（2）：63-65.

[6]王建超，張丁元，周靜海.BIM技術在建筑類高校專業(yè)課程教學中的應用探索：以沈陽建筑大學為例[J].高等建筑教育，2017，26（1）：161-164.

◎編輯 李 爭

BIM Technology in the Application Research of Graduation Design of Civil Engineering

LI Yi-Fan，FENG Jing-Jing，ZhANG Yao-Jun，JIANG Qi-Han

Abstract：Graduation design of civil engineering is one of the most important practical teaching links to cultivate students' ability to comprehensively apply the knowledge acquired by the university for solving practical engineering problems and improve students' comprehensive level and quality. In view of the fact that the current practical design of civil engineering graduation design in ordinary colleges and universities in China is not strong， through the introduction of BIM technology， the implementation of multi-disciplinary joint graduation design based on teamwork， solid foundation for training， practical hands-on ability， and quick work. Improve the security of talents with strong social adaptability and explore ways to improve the quality of graduation design teaching.

Keywords：BIM; civil engineering specialty; graduation design; education reform