基于BIM的多學科交叉融合應用型人才培養(yǎng)模式探索

田莉梅，賈云波，徐東升，尹歡歡

（1.廊坊師范學院，河北 廊坊 065000；2.廊坊衛(wèi)生職業(yè)學院，河北 廊坊 065000；3.北京科技大學城市與地下空間工程北京市重點實驗室，北京 100083）

0 引言

科技的不斷進步使各行業(yè)發(fā)生了巨大的變革，建筑業(yè)也不例外。BIM（building information modeling）技術的大力推廣是因為它具有可視化、可協(xié)調、虛擬建造、優(yōu)化建設方案等諸多優(yōu)點，廣泛應用于工程建設領域。2016 年8 月23 日，住建部印發(fā)了《2016-2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》［1-2］，旨在增強建筑業(yè)信息化發(fā)展能力，優(yōu)化發(fā)展環(huán)境，加快推動信息技術與建筑業(yè)發(fā)展深度融合。當前BIM 技術人才的培養(yǎng)遠遠不能滿足行業(yè)發(fā)展的需要，2018年全國兩會期間，王美華委員提出，建議高校土木專業(yè)增設《BIM技術》課程［3］。

1 BIM技術國內發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 BIM技術在建筑領域的應用現(xiàn)狀

BIM 技術在建筑業(yè)中的迅猛發(fā)展和廣泛應用，優(yōu)點在于利用參數(shù)模型整合各種項目的相關信息，在項目策劃、運行和維護的全壽命周期中進行數(shù)據(jù)共享和傳遞，使工程技術人員對各種建筑信息做出正確的理解和高效應對［4］。另外，BIM模型［5］可以為建設單位、設計院、施工單位等建筑主體各方提供協(xié)同工作平臺，在節(jié)約成本、提高生產(chǎn)效率和縮短工期方面起到舉足輕重的作用。一些學者［6］從項目的全壽命周期不同階段和不同角度進行深入細致的分析和研究，分析出建筑設計單位提供的設計模型在施工過程中無法使用的主要原因。還有一些學者［7-9］應用三維結構BIM的參數(shù)化設計技術，開發(fā)了鋼筋混凝土平板樓板中放置鋼筋的新型建模技術，實現(xiàn)了結構模型與施工圖之間的轉化，同時還用于鋼筋的自動彎折曲與切割機的鋼筋加工，認為通過內置求解器和仿真系統(tǒng)，以及三維幾何數(shù)據(jù)可實現(xiàn)施工過程動態(tài)可視化，確定施工過程中每個階段的工作量以及優(yōu)化施工方案［10］。

1.2 高校BIM教學改革現(xiàn)狀

高校教學改變傳統(tǒng)的教學模式勢在必行。一些學者［11］提出將BIM技術融入CAD課程，通過二維繪圖和三維施工圖建模，強化畫法幾何與工程制圖的理論知識，同時強調了課程實踐教學平臺構建的重要性。一些高校［12-13］制定了BIM技術融入專業(yè)課程改革中遇到困難的解決方案，提出了一套完整的以發(fā)展結果為導向的BIM 團隊學習規(guī)劃、實施、評價和反饋系統(tǒng)。運用BIM 來虛擬工程項目管理的方案來解決現(xiàn)有工程項目管理沙盤只能模擬較為簡單的工程項目，很難模擬復雜尤其是真實的工程項目的問題［14-15］。劉向東等人［16］通過虛擬仿真實驗平臺的可視化優(yōu)點，對流體力學傳統(tǒng)教學方法進行改革，激發(fā)了學生對抽象概念、理論知識的認識和理解，提高了學生的興趣，達到良好的教學效果。閆萍等人［17］從BIM教學設計到就業(yè)指導方向，提出了改進措施，促進了教學質量的提升。

2 傳統(tǒng)培養(yǎng)體系存在的問題

2.1 傳統(tǒng)學科的孤立性、單一性

無論是人文科學還是自然科學，都是由不同學科相互聯(lián)系形成的系統(tǒng)科學體系，相互之間存在著千絲萬縷的聯(lián)系，不同學科之間的互相作用、相互影響促進了科學體系的不斷進步。教育發(fā)展到今天，傳統(tǒng)單一的學科教學體系的不足日益凸顯，專業(yè)知識的單一、教學模式的單一、人才培養(yǎng)方案的單一，已經(jīng)不能滿足行業(yè)的多元化對綜合技術人才的需求。國內一些高校近幾年也在不斷地推進學科交叉融合發(fā)展平臺的建設，但制度體系和保障體系等方面仍不完善。如何建立多學科交叉融合發(fā)展平臺和與之相協(xié)調的管理制度、政策辦法，是形成科學創(chuàng)新體系的前提和保障，是完善人才培養(yǎng)目標的重要方法。很多的科學問題和難題都需要多學科協(xié)調共同解決，高校人才培養(yǎng)體系需要將學科綜合化、整體化和系統(tǒng)化，打破學科孤立、單一的發(fā)展模式，培養(yǎng)綜合素質高、專業(yè)能力強的高科技人才，為社會各行業(yè)的發(fā)展解決專業(yè)問題。

2.2 多學科創(chuàng)新平臺建設機制不完善

據(jù)調查，我國高校學科創(chuàng)新平臺建設很多都是一個院系相同或相近學科建設形成，傳統(tǒng)的自上而下縱向管理，平臺涉及學科單一、管理模式單一，即使個別高校建立了多學科交叉融合平臺，但是在建設機制和管理機制上還存在不完善的情況。多學科創(chuàng)新平臺的建設與傳統(tǒng)學科的平臺建設有著很大的不同，首先從人員的構成、平臺的管理、經(jīng)費的使用和成果的管理等諸多方面都涉及多個不同學科和院系專業(yè)，打破專業(yè)壁壘、完善建設機制、促進多學科之間協(xié)同創(chuàng)新，是高校拓寬學科發(fā)展，增強科技創(chuàng)新和提高人才培養(yǎng)質量的重要途徑。

2.3 多學科交叉融合意識薄弱

目前，國外高校對BIM 技術的學術研究已經(jīng)相對成熟。隨著國內經(jīng)濟的迅速發(fā)展和科技的不斷進步，多學科交叉融合的領域越來越多，其中建筑信息模型應用于土木行業(yè)就具有典型的代表性，根據(jù)專業(yè)特點和行業(yè)發(fā)展的新技術新方法，對高校人才培養(yǎng)提出了新要求，但大部分的國內普通高校土木建筑類專業(yè)教學仍然以專業(yè)基礎課和專業(yè)課的理論教學為主，并結合課程進行實習實訓，學生對本專業(yè)的知識掌握相對扎實，但是對于其他行業(yè)發(fā)展和多學科交叉融合并不了解。大部分高校保持現(xiàn)有培養(yǎng)方式不變，因此很難打破學科界限，難以開展多學科交叉融合平臺建設，不利于高素質應用型綜合人才的培養(yǎng)和行業(yè)發(fā)展。

3 多學科交叉融合的思路

本文從搭建BIM 平臺、構建培養(yǎng)體系、加強課程設置和師資隊伍建設等方面對BIM 多學科交叉融合培養(yǎng)模式進行探索。建立完善的學科交叉融合發(fā)展體系，形成具有創(chuàng)新模式的BIM 平臺，促進多學科交叉融合教學模式的改革，為學校多學科交叉融合創(chuàng)新平臺建設總結經(jīng)驗。就目前情況看，實現(xiàn)多學科交叉融合需要學校統(tǒng)籌謀劃，各個二級學院密切配合，實現(xiàn)平臺要素之間的落實和銜接，需要學校通過頂層戰(zhàn)略設計，各個院系或學科密切配合，針對平臺搭建的要素進行優(yōu)化、改革和認真落實，打破學科單一化的傳統(tǒng)教學理念，強化學科交叉的師資團隊建設，開展跨學科科研團隊建設。

3.1 建立多學科交叉融合的BIM技術平臺

2016年5月廊坊師范學院建筑工程學院以工程管理系為依托成立了BIM 研究所。研究所以BIM創(chuàng)新發(fā)展為中心，通過修改培養(yǎng)方案、創(chuàng)新課程設置、調整理論與實踐課時、加強多學科項目綜合實踐、參加省級國家級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、BIM 大賽等方式，創(chuàng)新平臺建設方案。除了注重校內多學科交叉融合實踐外，還通過開拓校外BIM 平臺建設，聯(lián)合擁有豐富BIM 經(jīng)驗的校外企業(yè)，通過項目合作、科研合作等方式就BIM 技術的工程熱點問題展開研究，讓學生參與項目實戰(zhàn)訓練，總結和積累經(jīng)驗，將研究成果應用于教學和BIM人才培養(yǎng)中，提高學生的實踐能力和項目參與度，激發(fā)學習動力。

3.2 構建多學科交叉融合的培養(yǎng)體系

從學術團隊和教學團隊入手，加強交叉學科建設，凝練學科方向引導學科發(fā)展，明確教師發(fā)展方向。舉辦校內交叉學科學術交流會、大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)比賽等活動，加強交叉學科專業(yè)的交流和學習，優(yōu)化培養(yǎng)體系和課程體系，從交叉融合的角度增設多學科融合的必修課和適當設置一些交叉學科的選修課，通過必修和自由選課的方式，將不同學科背景、不同專業(yè)的學生吸納到一起學習、相互交流，通過對BIM技術的興趣和愛好，碰撞出創(chuàng)新思維的火花，促進多學科交叉融合，突破人才培養(yǎng)單一化的瓶頸。加強院系和專業(yè)間的合作交流，改變專業(yè)融合意識薄弱的現(xiàn)狀，使多學科交叉人才培養(yǎng)模式得到重視。

3.3 加強學科交叉的混合課程設置

利用BIM 平臺將相關專業(yè)和學科聯(lián)系起來，通過師資、課程和實踐項目對平臺進行一體化設計，開展專業(yè)間協(xié)同育人。對多學科交叉融合的應用型本科生培養(yǎng)模式進行探討，構建適合普通高校土建類專業(yè)BIM 技術的混合課程，將計算機科學技術、電子信息技術、大數(shù)據(jù)、云測繪等內容與BIM技術相融合，設置智能建造、智慧建筑、綠色建筑和BIM裝配化建造等多學科交叉融合的課程。提高學生的專業(yè)能力和綜合素養(yǎng)，通過課程學習和項目實踐訓練拓展視野。

4 實踐方法與途徑

4.1 實踐方法

參考國內外高校BIM 技術應用的先進案例，結合本校的實際情況，通過以下手段進行課程的改革和設置：以混合課程建設為基礎，與計算機技術和管理科學相融合，通過參加全國比賽和工程項目實踐，總結BIM 技術應用于相關專業(yè)教學的思路和方法，為實踐教學和特色專業(yè)課程建設提供經(jīng)驗。

（1）混合課程建設

建設一批混合課程，將抽象難以理解的知識點結合計算機技術建立生動形象的BIM模型，對晦澀的建筑專業(yè)知識進行科普制作：在BIM概論課程中加入BIM模型；在古建筑測繪課程中加入多點云測繪技術；在建筑結構課程中引入智慧建筑內容；在全過程工程咨詢導論課程中納入BIM全過程管理、智能建造和綠色施工內容；工程計量與計價課程充分利用BIM模型可以出量的優(yōu)勢，進行工程造價學習，結合BIM 技術的線上視頻講解，采取線上線下相結合的方式進行教學，充實學生的業(yè)余生活，提高自主學習的能力，讓師生互動更密切，提高學習效率和學習效果，實現(xiàn)“以學生為中心”的教學實踐活動。

（2）專業(yè)方向課程改革

根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)方向不同調整培養(yǎng)方案，在現(xiàn)有的課程體系中融入BIM技術，以全新的視角和方式展開特色教學，開展BIM技術與三維虛擬仿真教學相結合的全新教學手段，以直觀、生動的教學方式取得良好的教學效果。

一是將BIM 技術應用于土木工程和工程管理專業(yè)。將房屋建筑學、施工技術、工程CAD制圖、鋼結構、工程造價管理等課程與計算機專業(yè)和美術專業(yè)相結，合理分配理論與實踐課時，再通過畢業(yè)設計環(huán)節(jié)，鞏固和提高學生的BIM 設計綜合能力，為企業(yè)培養(yǎng)了大批BIM人才。

二是將BIM 技術應用于歷史建筑保護專業(yè)。將BIM 技術與測繪專業(yè)、文學專業(yè)、歷史專業(yè)相結合融入《中國古建筑木作營造技術》《中國古建筑瓦石營法》《古建筑設計》等課程，通過集人文、歷史、古建筑相關知識于一身的BIM 模型將難以理解的古建筑構件（角科斗拱、平身科斗拱、柱頭科斗拱）360°全方位、多視角、可視化、動態(tài)拼裝展現(xiàn)在學生面前，通過生動直觀的視頻講解，取得了非常好的教學效果。

三是進行工程實踐。依托BIM教學平臺、工程設計實訓中心、工程管理實訓中心，將BIM 技術與多學科交叉融合，如圖1所示。

圖1 課程改革體系圖

（3）以賽促學

組織學生參加全國BIM 技能應用大賽，加深了學生對專業(yè)的認知、對行業(yè)前沿技術的掌握以及立足崗位做貢獻的主動性，提高了BIM 人才培養(yǎng)的質量。大賽成果如圖2所示。

由圖2可見，大賽成果呈逐年遞增的趨勢，且一等獎的增幅尤為明顯。2019-2020 年度，大賽受新冠肺炎疫情影響，成績有所退步，但從整體情況看，以賽促學的方式充分調動了學生的積極性，疫情期間居家線上學習并沒有降低學生對BIM建模大賽的熱情，通過大賽推動BIM 技術多學科交叉融合是有效的方法和手段。

圖2 歷年獲獎等級及次數(shù)圖

（4）校企合作

與榮盛集團、遠通公司、壹策公司和清西陵文物古建公司等深入開展校企合作，基于BIM 的教學實踐平臺、數(shù)字化教學資源庫和BIM軟件培訓基地，為打造多學科交叉型專業(yè)教師團隊和培養(yǎng)綜合專業(yè)技術人才提供實踐平臺。通過實體項目實踐，實現(xiàn)資源共享，教師和學生定期去企業(yè)實習，全面深入地進行項目實戰(zhàn)訓練；通過對企業(yè)需求進行調研，為企業(yè)進行訂單式培養(yǎng)，培養(yǎng)和提高學生的BIM應用技能。

4.2 學科交叉專業(yè)教師的培養(yǎng)

首先，從交叉課程入手，組建專業(yè)教研團隊。通過BIM 技術將相關專業(yè)教師整合組隊，以實際項目為依托，對授課教師專業(yè)知識和技能進行有針對性的培養(yǎng)，注重BIM相關專業(yè)間的協(xié)同，教研團隊每周進行技術交流講座、總結并提出意見和建議。

其次，從教師技能培訓入手，組織教師參加BIM 技能等級考試。只有深入一線弄清楚了BIM技能的內涵，才能更好地將BIM 技術融入到課堂教學當中。

再次，從大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)入手，加強教師隊伍建設。構建教育評價體系和教師責任目標，提高創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教師績效獎勵，加強創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教師團隊建設，打造專業(yè)化教師隊伍。調動教師的積極性，使教師理解、接納并全身心投入教學改革當中，不斷地強化專業(yè)素質和提高教育服務質量，推動專業(yè)人才培養(yǎng)能力。

4.3 學生專業(yè)技能培養(yǎng)

對本科生BIM 人才的培養(yǎng)，采取線上線下相結合、不同學科相結合的方式。通過組建學生BIM 社團和BIM興趣小組，大三大四學生帶領大一大二學生組團，根據(jù)興趣愛好選擇不同結構形式的項目，分專業(yè)進行BIM 實戰(zhàn)訓練，將BIM 技術融入到項目建筑、結構、水暖電和運營管理的全壽命周期中，培養(yǎng)學生自學能力和項目建設的全局把控能力。

另外，每學期定期組織校內BIM 大賽，學生自由組隊，對任務進行討論，確定設計方案，分析構建方法，進行建筑設計，在規(guī)定的時段內，完成參賽作品，并進行答辯，以此選拔參加全國BIM 技能大賽和全國大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽的人員。通過大賽的鍛煉，使學生的專業(yè)知識得到了鞏固和提高，通過大賽總結經(jīng)驗，改進教學方法，促進學生專業(yè)技能的培養(yǎng)。同時選派學生進入校企合作單位和實踐基地直接參與項目實習，通過實踐鍛煉個人的實踐能力和培養(yǎng)團隊合作精神。

4.4 教學效果

一是形成以“軟件、資源、技術、案例操作”為支撐、多學科交叉融合的新教學理念。形成了課堂教學、線上線下自主學習、BIM 結構應用、BIM 施工應用、BIM古建筑應用、BIM管理的六位一體系統(tǒng)化創(chuàng)新教學模式。

二是實戰(zhàn)模式。進行技能化（例如Autodesk Revit、CIVI 3D、BIM路橋和BIM古建筑等）專業(yè)建模軟件的強化學習；將大數(shù)據(jù)、云計算融入到智能建筑和智慧建造中；進行了課程改革，增強了專業(yè)知識的趣味性和生動性，取得了良好的教學效果。

三是以賽促學、以賽促用，不斷加強校企合作。通過全國BIM 大賽、結構大賽、BIM 巖土大賽，極大提高了學生的主觀能動性和專業(yè)知識的學習興趣，通過近幾年的就業(yè)情況看，擁有BIM 等級證書和全國BIM 大賽獲獎證書的學生就業(yè)簽約率達到100%，處于供不應求的狀態(tài)，學生在工作崗位很快進入角色，得到用人單位的認可，由于往屆畢業(yè)生工作能力突出，用人單位招聘呈現(xiàn)良性循環(huán)。通過總結大賽經(jīng)驗，將大賽成果用于教學，效果良好。

5 結論

科技進步對社會提出了更高的要求，各行業(yè)之間你中有我、我中有你，而不是單一、孤立、互不干擾的存在。土木行業(yè)同樣需要融入更多的先進技術和理論才能與時俱進，土建類高校的人才培養(yǎng)要與時代發(fā)展相適應，建立多學科交叉融合的人才培養(yǎng)模式是大勢所趨，是輸出高質量應用型人才的重要手段。通過教學改革、學術交流和專業(yè)研討等活動，不斷推進BIM 技術的多學科交叉融合，打造特色專業(yè)和特色課程，效果良好。多學科交叉融合充分調動了學生學習的積極性、開拓了學生視野、增強了學生的多專業(yè)技能和綜合素質，不但提高了就業(yè)率，還為大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)提供了思路。