普通高校BIM課程設置問題綜述與分析

梅生啟 宋玉香 王興舉 周喬勇 張會斌

摘要：BIM技術(shù)的推廣應用受到工程領域的廣泛關(guān)注，但在BIM教學上，各高校的課程設置側(cè)重點和教學策略仍存在差別。通過設計問題框架，從課程設置目的、教學內(nèi)容、教學方法、效果評價及具體解決路徑等角度，對文獻中闡述的BIM課程設置進行詳細分析。盡管目前已形成針對不同專業(yè)背景的BIM課程設置體系和專業(yè)課程改革方法，但對BIM課程設置和教學細節(jié)問題的闡述尚不全面。結(jié)合相關(guān)文獻，總結(jié)地方高校BIM課程設置和教學中存在的若干具體問題，為地方高校BIM課程設置提供一種新的參考。

關(guān)鍵詞：普通高校;BIM;課程設置;教學改革

中圖分類號：G6423?? 文獻標志碼：A?? 文章編號：1005-2909（2020）05-0167-11

BIM（建筑信息模型，Building Information Modeling）指在建筑全生命周期內(nèi)，對其物理和功能特性的數(shù)字化表達及依次進行設計、施工、運營的總稱[1]。美國國家BIM標準將BIM的定義分為3個部分[2]：（1）建設項目物理、功能特性的數(shù)字表達;（2）為建筑從概念到拆除全生命周期中的決策提供可靠依據(jù)的過程;（3）通過在BIM平臺中插入、提取、更新和修改信息，實現(xiàn)協(xié)同作業(yè)。

從 1975 年 BIM 理念在美國被提出至今，BIM在世界范圍內(nèi)不斷得到推廣應用[3-5]。根據(jù)中國住房和城鄉(xiāng)建設部在2015年發(fā)布的《關(guān)于推進建筑信息模型應用的指導意見》，到2020年末，規(guī)定范圍內(nèi)的新立項項目勘察設計、施工、運營維護中，集成應用BIM的項目比率達到90%。

BIM在實際工程中的應用并不簡單，2016年中國BIM 應用率僅為 15%[6]，主要原因之一是培訓教育不足和技術(shù)更替迅速。BIM技術(shù)的應用可明顯改變項目交付過程，而且這些技術(shù)是不斷創(chuàng)新的，需要工程人員具備廣泛的技術(shù)和管理能力[7]。解決這一問題的關(guān)鍵途徑是在大學專業(yè)教育中開設BIM相關(guān)課程，一方面可以降低單位的BIM應用成本，另一方面可以提高畢業(yè)生的就業(yè)機會[8]。

中國高校已逐漸重視 BIM教學，但在具體課程設置上存在差別。一些高校僅將BIM作為一種三維建模工具（modeling）進行教學，忽略了對建筑（Building）和信息（Information）的綜合應用[9] 。目前，眾多研究人員進行BIM課程設置和教學方面的研究工作，但主要針對宏觀課程體系的設計，而對其中涉及的具體問題討論較少。

通過設計問題框架，結(jié)合國內(nèi)文獻對BIM課程的應用現(xiàn)狀，BIM課程設置具體策略、效果及挑戰(zhàn)作綜述性分析，在此基礎上引入國外文獻中的相關(guān)內(nèi)容進行對比研究，為高校開設BIM課程的具體設置提供參考。

一、研究方法

根據(jù)問題研究的方法開展，主要內(nèi)容為課程問題調(diào)查、課程開設情況、課程綜合分析、課程結(jié)果評價等[10]。

在問題制定方面，基于已有文獻的介紹分析，對BIM課程研究趨勢作概述，重點分析目前國內(nèi)高校BIM課程設置的方法、措施，分析BIM課程設置的優(yōu)缺點。在中國知網(wǎng)（CNKI）中使用關(guān)鍵詞“BIM+課程”“BIM+教育”“BIM+教學”搜索，范圍為2018年之前發(fā)表的論文。為保證搜索研究內(nèi)容的相關(guān)性，對文獻選擇設置若干標準：（1）考慮到職業(yè)類院校與普通高校在教學環(huán)節(jié)的側(cè)重點不同，主要針對普通高校，排除高職類院校的研究文獻;（2）研究對象為BIM課程設置中的具體問題，排除沒有闡述具體課程設置的文獻;（3）考慮到BIM為目前的研究熱點之一，限于文章篇幅，在搜索文獻基礎上，挑選CSSCI和EI期刊文獻。

主要分析和討論以下五方面內(nèi)容：（1） BIM課程設置目的;（2） BIM課程設置與教學策略;（3）在專業(yè)課程中應用BIM教學的策略;（4） BIM課程設置與教學評價;（5）其他具體問題分析。

二、研究發(fā)展趨勢

通過CNKI關(guān)鍵詞檢索并根據(jù)前文描述進行第一次篩選后，搜集文獻數(shù)量為487篇，根據(jù)發(fā)表年份排序，如圖1所示。

從圖1中可以看出，中國第一篇關(guān)于BIM教學的文章發(fā)表于2010年，為會議論文，第一篇關(guān)于BIM教學的中文期刊論文發(fā)表于2011年。近3年來，關(guān)于BIM教學文章的數(shù)量顯著增加。這一增長趨勢與《2016—2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》中“鼓勵、推動和深化 BIM的應用”存在一定對應關(guān)系。

根據(jù)前文描述進行第二次篩選后，得到文獻數(shù)量僅為14篇，根據(jù)發(fā)表年份進行排序，如圖2所示。

圖1與圖2對比分析可以發(fā)現(xiàn)，盡管目前關(guān)于BIM教學的文章數(shù)量眾多，但在核心期刊上的文章數(shù)量仍較少 [11-12]。值得注意的是，由于采用的關(guān)鍵詞和篩選原則，圖1和圖2并不能完全反映BIM教學研究現(xiàn)狀。

圖3為按不同專業(yè)或課程設置進行的文獻分類。盡管在不同專業(yè)均有采用BIM工具進行的研究分析[13-14]，但相關(guān)文獻的研究差異較大。其原因可能是專業(yè)背景不同，對BIM的了解和掌握程度也有所差異。

在圖3中，針對BIM課程設置主要關(guān)注兩方面內(nèi)容：一方面將BIM教育引入工程管理、土木工程、工程造價等專業(yè)教育的綜合課程中[15-20];另一方面是將BIM融入工程制圖等單一課程教學[12，21-24]。

進一步查找國外相關(guān)文獻，將BIM課程設置分為3個部分[25-27]：將工程圖學課程從CAD過渡到BIM，將BIM融入相關(guān)專業(yè)核心課程，進而實現(xiàn)跨學科協(xié)同BIM處理和分析的教學策略，提高BIM課程的教學效果。

三、BIM課程設置目的

為更好了解不同高校開設BIM課程的情況，首先分析文獻的研究內(nèi)容，篩選研究人員所闡述的通過BIM教育給學生帶來的能力提升期望或課程設置目的，如表1所示。

通過表1可以發(fā)現(xiàn)：（1）BIM操作技能與通識教育的重要性。研究人員均認為BIM技能是行業(yè)所期待的[28-29]，翟博文等[18]提到BIM知識的通識教育是學習BIM技能的基礎，Dossick[30]、Sacks和 Pikas[31]認為，BIM概念和BIM過程中的基礎知識比軟件操作技能更為重要。BIM技術(shù)仍處于快速發(fā)展階段，現(xiàn)階段的BIM教學并不能完全跟上BIM技術(shù)的更新，因此，建議在課程中增加涵蓋BIM技術(shù)和概念的綜合知識;（2）BIM教育層次的劃分。文獻中的主要研究對象是本科生，涉及研究生層次的BIM教育較少。Dossick等[30]發(fā)現(xiàn)在其調(diào)查范圍內(nèi)只有14所大學開設了基于BIM的研究生課程。有研究人員建議本科生對BIM的學習主要側(cè)重于理解和應用，研究生則側(cè)重于綜合分析和評價[32]。國內(nèi)有研究人員建議本科低年級學生側(cè)重于理解和應用，高年級學生側(cè)重于綜合能力。因此，是否需要在研究生層次設置BIM課程及其具體教學安排，有待更多研究和教學探索;（3）基于BIM的綜合應用能力。Barison和Santos[33]分析了國外一些公司發(fā)布的BIM工作職位描述，發(fā)現(xiàn)團隊合作能力、溝通能力和分析能力與使用BIM工具的技能、BIM工作流程和標準以及BIM協(xié)調(diào)能力同樣重要?；贐IM的協(xié)作能力和軟件操作能力同樣重要，得到國內(nèi)研究人員的重視。

基于上述分析，BIM概念知識、BIM工具操作、BIM協(xié)作能力及學科融合等相輔相成，BIM教學應與專業(yè)綜合能力需求保持一致，以更好實現(xiàn)教學效果。

四、BIM課程設置與教學策略

（一） BIM課程設置的基本策略

通過對國內(nèi)文獻的分析，發(fā)現(xiàn)目前設置BIM課程一般采用3種策略：（1）開設新的BIM課程;（2）對現(xiàn)有課程進行更新，在每門課程的核心內(nèi)容中加入BIM的具體應用;（3）上述兩種策略的結(jié)合，即基于BIM的課程整合。關(guān)于BIM課程設置的詳細情況如表2所示。

由于BIM課程的學習環(huán)境與其他專業(yè)課程不同，單獨設置課程策略可能對整體課程的學習產(chǎn)生不利影響[8]。與此同時，在沒有相關(guān)課程配合的情況下單獨提供BIM課程，學生應用BIM技能的機會很少，學習能力無法保留較長時間[34]。對于第二種策略，由于現(xiàn)有的本科專業(yè)核心課程已涵蓋大量知識信息，如何提供足夠的時間使學生在課堂中充分學習BIM是一個挑戰(zhàn)。有研究表明，學生擁有BIM背景可顯著提高其學習體驗。對于第三種策略，讓學生在獨立的課程或在現(xiàn)有課程的更新模式中學習BIM概念和技能，可有效避免前兩種策略的不足。此外，學生也可在各專業(yè)課程中充分運用所學的BIM技能。

然而，第三種策略同樣存在挑戰(zhàn)：（1）目前本科專業(yè)學位課程中并未對BIM教學有明確要求，一些高校開設的BIM課程多作為選修課，因此，對整體課程進行修改以適應新的BIM教學模式難度較大;（2）BIM教學不僅需要學生使用計算機和軟件工具，還需要團隊溝通與互動，因此，將BIM融入專業(yè)課程需要對課堂教學設備和軟硬件等基礎設施進行升級和改造，需要持續(xù)性的技術(shù)支持和維護;（3）新的BIM教學內(nèi)容與教學模式，對教師能力與綜合素質(zhì)提出了新的挑戰(zhàn)。

基于上述分析，盡管開設BIM課程已成為諸多高校的共識，但如何進行課程設置，克服相關(guān)障礙，仍需更多研究和探索。

（二）BIM教學與輔導方法

在BIM教學過程中使學生由被動學習轉(zhuǎn)為主動學習，需要教師扮演好教學者和促進者的雙重角色。

（1）教師需精心設計課程材料和活動，促進學生的參與和共同學習。通過案例研究和討論讓學生學習和思考實際工程的解決方案，通過團隊作業(yè)、知識共享和網(wǎng)絡媒體進行協(xié)作學習也不斷得到關(guān)注[35-36]。

（2）在選擇輔導方法時，根據(jù)課程的預期結(jié)果和資源的可用性，采取多種手段進行輔導教學。目前BIM實際課堂教學或虛擬課堂教學中，教師主導的教學方式仍然是最常見的。但由于學生的學習速度不同，學習進度存在差異?？稍谘菔拒浖嚓P(guān)操作步驟后，由學生按照指示命令進行操作，再結(jié)合出現(xiàn)的問題詳細輔導。對于無法在課堂上獲取幫助的學生，可通過網(wǎng)絡平臺等途徑來討論相關(guān)問題，使學生之間、學生與教師間建立良好的交流機制。

（三）作業(yè)設置

BIM課程設置的作業(yè)完成形式主要有個人獨立完成與小組＼＼團隊共同完成兩種類型，具體統(tǒng)計如表3所示。

從表3可以看出，目前研究人員在進行BIM作業(yè)設置時，多采取團隊協(xié)作模式。雖然這種團隊作業(yè)可以使學生學習合作能力，但其實施過程中可能存在兩個問題：（1）這種綜合模式可能導致每個學生僅關(guān)注整個項目中個人對應的部分，彼此間如出現(xiàn)分歧則會損害所有學生的利益。Li等[36]建議在不同階段對學生進行新的分組，讓學生體驗不同角色或完成不同任務。（2）對團隊人員的協(xié)調(diào)。Ghosh 等[34]建議根據(jù)年級進行團隊協(xié)作，由低年級負責準備BIM輸入需要的相關(guān)信息，高年級學生進行BIM應用，或者低年級學生BIM分專業(yè)應用，高年級學生進行模型整合和評價。

在作業(yè)內(nèi)容方面，根據(jù)不同專業(yè)和課程設置主要有以下幾種形式，如表4所示。

由表4可以看出，使用BIM工具進行建模和模型分析是BIM課程中最常見的作業(yè)類型。由于BIM課程的實踐性強，學生應接觸到比課堂中更復雜的作業(yè)環(huán)境，有研究人員為學生提供了一個整體建筑作為項目背景。此外，有國外研究人員認為可以采用書面作業(yè)、準備綜合論文、采訪行業(yè)BIM從業(yè)人員、案例研究等多種形式，讓學生從實際經(jīng)驗中學習，鞏固所學到的BIM專業(yè)知識。

（四）教師繼續(xù)教育

有文獻統(tǒng)計，在美國BIM教師中超過70%為終身教授或兼職教授[36]，而這些教師并非都愿意改變現(xiàn)有教學內(nèi)容和采用新的BIM工具。另外，教師使用CAD平臺較多，缺乏熟悉BIM的教育工作者。因此，有必要為教師提供繼續(xù)教育或培訓機會，使BIM課程教學更好適應學習需求和行業(yè)發(fā)展。

研究人員均認為產(chǎn)學研結(jié)合可以提高BIM教學質(zhì)量，讓教師和學生了解更多的BIM信息。同時通過建立專業(yè)聯(lián)系，提供更多的實習和就業(yè)機會。在具體設置方面，付芳和張濤[16]建議建立教師企業(yè)流動站，翟博文等[18]建議重視教師教育在學生工程實踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)中的核心作用，代春泉和龍燕霞[20]提出教師優(yōu)先成長和產(chǎn)學研政協(xié)同創(chuàng)新的建議。

五、BIM課程評價

在BIM課程與教學評價方面，有教師評估、行業(yè)專家評估和學生自我評估等多種不同方法。文獻中提出的BIM課程與教學評價方法如表5所示。

從表5中可以看出，多數(shù)文獻（80%）均考慮了教學效果的評價，但在具體對象和形式方面，主要是針對學生（100%），采用形式主要有問卷調(diào)查、成績分析等。在課程教學效果方面，均表示BIM教學取得了良好的效果，學習成績得到提高。

與國內(nèi)相比，國外研究人員邀請來自不同學科、組織的專業(yè)人士進行學習評估，采用自我評價、團隊評價和同行調(diào)查評價等形式。但分析學生對團隊工作的貢獻是有挑戰(zhàn)的，需要制定合適的評價標準，如不同學科的專業(yè)內(nèi)容特征、團隊協(xié)作質(zhì)量、完成工作效果及后期BIM演示等多方面內(nèi)容，而不同的方法或評價標準會導致BIM課程的評價結(jié)果存在差距。

六、BIM教學中遇到的其他問題

（一） 授課學生選擇

不同學校的BIM課程針對的對象并不完全相同。有的學校將BIM課程集成到整體專業(yè)課程中，而有的學校BIM課程僅作為選修課。只將BIM作為選修課程，學生無法接觸到BIM概念、軟件操作等基礎知識。此外，不同專業(yè)的學生對BIM的掌握程度也有差異，將對后續(xù)的協(xié)同工作產(chǎn)生負面影響。有學校針對低年級學生采用統(tǒng)一學習模式，再選擇能進行跨學科合作和BIM協(xié)同工作的學生。

基于上述分析，BIM課程的設置和深入學習應該考慮以下問題：（1）如何按要求選修BIM課程;（2）如何滿足不同專業(yè)背景學生的學習需求;（3）是否采用統(tǒng)一標準，采用何種標準限制下一階段的BIM課程學習。

（二） BIM學習的基礎能力要求

在進行BIM課程學習前是否需要基礎，如，融合BIM的工程制圖課程是否需要掌握手工制圖以及CAD二維制圖的知識基礎，不同研究人員的看法并不一致?？姸躘12]、何蕊[22]、孫明和胡妮妮[24]認為學習手工繪圖基礎知識可以增強學生的創(chuàng)造性設計能力，提高繪制圖紙質(zhì)量。在BIM軟件平臺中，仍然需要閱讀、理解和生成二維圖紙，這些技能可以通過前期知識的學習獲得。與二維操作相比，BIM是建筑信息的集合，其應用需要深入了解建筑行業(yè)的工作，要求學生掌握更多的專業(yè)知識。

有研究人員建議，在進行BIM課程設置時，將最后的綜合分析放在大四階段或畢業(yè)設計階段，在學習前期主要掌握基本知識和操作。而 Sacks和Pikas[31]、Russell等[37]則認為這些前期知識并不是必不可少的，因為學生一旦掌握BIM工具，即可替代傳統(tǒng)CAD工具。

張靜曉[17]、Sacks和Pikas[31]描述了BIM能力水平框架，主要包括知道、理解、應用、分析、綜合和評估等。對于這些能力的排序，Gerber等[37]認為BIM建模、基于模型的評估等是BIM常用能力。當BIM與專業(yè)課程不能完全整合時，可優(yōu)先選擇有利于BIM應用的課程教學。

盡管BIM的基本概念、協(xié)同實施和BIM工具應共同整合到專業(yè)核心課程中，以實現(xiàn)最佳學習效果，但目前的BIM課程更為注重BIM技術(shù)實施，BIM協(xié)同工作、管理和交付等方面內(nèi)容，需要由學生結(jié)合具體案例進行學習。

（三） BIM工具的可選擇性

BIM教學評價表明，參加BIM課程的學生成績高于普通課程的學生，但在專業(yè)課程學習中是否允許學生選擇BIM或采用何種BIM工具仍有爭議。如果學生可以采用BIM工具建模，他們可能會放棄傳統(tǒng)手工繪圖和二維繪圖。建議在設計草圖階段采用傳統(tǒng)方法，然后使用BIM工具對設計圖進行三維建模和分析，基于BIM生成視圖的良好效果，對草圖作修改和細化處理。

BIM軟件有多種選擇，如Revit、MagicCAD、BIMchecker、Navisworks等。Berwald[25]認為學生可自由選擇BIM工具，教師只規(guī)定具體產(chǎn)出要求。但不同工具的功能區(qū)別將導致設計過程和結(jié)果存在差異，最終的完成內(nèi)容可能來源于工具輸出，而非學生的創(chuàng)造。

BIM工具的多樣性同樣對教師提出了挑戰(zhàn)，即教師如何選擇BIM工具針對學生特點開展BIM教學。目前國內(nèi)研究人員強調(diào)增加教師的繼續(xù)學習和培訓[17，18，20]以滿足教學需求，國外則有研究人員建議教師只選擇常用工具進行教學，學生自學其他工具，必要時通過講座、研討會等形式進行輔導[11]。

（四）選擇BIM課程的標準

在BIM課程的選擇標準方面，Wu和Issa[8]提出，可根據(jù)行業(yè)需求對課程進行優(yōu)先級排序和選擇。Sacks和Pikas[31]提出BIM課程設置的3個標準：（1）涵蓋設計及管理概念;（2）BIM知識和技術(shù)的邏輯順序;（3）涵蓋所有課程的年級（從大一到大四）。針對單一課程和畢業(yè)設計，主要是結(jié)合課程內(nèi)容，與標準（1）和（2）類似。針對專業(yè)的整體課程設計，與標準（3）類似。

七、結(jié)語

為分析BIM課程設置與教學研究內(nèi)容進行系統(tǒng)的文獻搜索和篩選，通過問題框架，對文獻進行分析，探討目前國內(nèi)關(guān)于BIM課程設置的研究成果。

（1）BIM課程的具體設置。針對單一課程（如工程圖學課程）的設置和研究較為詳細。對于專業(yè)層次的整體課程設置（如土木工程專業(yè)、工程管理專業(yè)、工程造價專業(yè)），主要研究對應原則和整體框架，而詳細課程設置策略分析較為簡略。從課程設置中的具體問題考慮，建議結(jié)合國外已有研究開展校內(nèi)具體情況調(diào)查，設置更為清晰的專業(yè)課程設置框架和具體教學措施。

（2）在具體教學方式方面，國內(nèi)外研究人員均意識到學生主動學習、協(xié)作能力和綜合能力的重要性。但目前國內(nèi)的BIM課程研究主要針對高職和本科層次，針對研究生層次的研究尚未見到。如何針對不同層次學生的能力和需求開設BIM課程仍需要更多探索。

（3）使用多樣化的課程設置可以彌補BIM教育中發(fā)現(xiàn)的差距，尤其是針對不同專業(yè)背景學生開設的BIM課程，需結(jié)合具體情況綜合分析。

（4）對BIM課程設置和教學效果的評價主要以學生為對象進行研究，建議增加教師和行業(yè)人員的綜合評價機制，更好分析和改進BIM課程設置。

此外，如何從國家政策層次更好推進BIM課程設置的研究尚未見到。建議在高校內(nèi)部或相關(guān)高校間通過政策制定方式推廣BIM教學，并通過政策制定，規(guī)范BIM課程具體設置和教學內(nèi)容。

基于上述分析可以發(fā)現(xiàn)，BIM教學盡管已取得諸多成果，但仍有很多挑戰(zhàn)和難題值得研究和探索。文章相關(guān)研究和分析可為高校BIM課程設置和教學提供一定參考，但由于文獻范圍的限制，研究尚存在一定局限性。參考文獻：

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Summary and analysis of problems in BIM curriculum setting in colleges and universities

MEI Shengqia， SONG Yuxianga， WANG Xingjub，ZHOU Qiaoyonga， ZHANG Huibina

（a.School of Civil Engineering;b. School of Traffic and Transportation， Shijiazhuang

Tiedao University， Shijiazhuang 050043， P. R. China）

Abstract：

The application of BIM technology has been widely concerned in the engineering field， but there are obvious differences in how to set up BIM courses and how to teach in colleges and universities. By the design of problem framework， the current domestic BIM curriculum and teaching are reviewed from the perspectives of curriculum setting goal， curriculum content， teaching methods， effect evaluation and specific solutions. Although BIM curriculum system and professional curriculum reform methods have been formed for different professional backgrounds， the elaboration to the specific details of BIM curriculum and teaching is not comprehensive. Combined with relevant literature， this paper summarizes some specific problems existing in BIM curriculum in local colleges and universities， to provide a new reference for BIM curriculum setting in local colleges and universities.

Key words：

colleges and universities; BIM; curriculum setting; teaching reform

（責任編輯 周 沫）

修回日期：2019-11-08

基金項目：

河北省新工科研究與實踐項目（2017GJXGK021）;石家莊鐵道大學高教研究項目（Y2019-2-3）

作者簡介：

梅生啟（1990—），男，石家莊鐵道大學土木工程學院講師，博士，主要從事建筑結(jié)構(gòu)、工程圖學教育研究，（E-mail）cshqmei@stdu.edu.cn。