新工科下土木專業(yè)BIM課程體系研究

史少華

(四川文理學(xué)院 建筑工程學(xué)院，四川 達(dá)州 635000)

0 引 言

建筑信息化系統(tǒng)(Building-Information modeling)針對(duì)勘察設(shè)計(jì)，施工和管理過(guò)程進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)模擬，應(yīng)用信息技術(shù)在施工管理領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)其項(xiàng)目動(dòng)態(tài)施工管理過(guò)程的模擬和分析方法. BIM是目前最新的項(xiàng)目的全生命周期集成一體化系統(tǒng)，具有便于估算和能耗計(jì)算、提前進(jìn)行碰撞試驗(yàn)、優(yōu)化設(shè)計(jì)等功能.因此，全球各國(guó)對(duì)于制定BIM使用規(guī)范有迫切要求，作為項(xiàng)目工程總承包、勘察設(shè)計(jì)行業(yè)和建設(shè)的企業(yè)必須具備BIM知識(shí).住房和城鄉(xiāng)建設(shè)于近期對(duì)我國(guó)BIM標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定工作已經(jīng)啟動(dòng)，我國(guó)BIM標(biāo)準(zhǔn)化和制度化的即將建立對(duì)這一市場(chǎng)的需求饋給高等教育的改革，2015年高等教育機(jī)構(gòu)土木工程和工程造價(jià)專業(yè)指導(dǎo)委員會(huì)發(fā)布了《高等學(xué)校土木工程本科專業(yè)指導(dǎo)規(guī)范》，選擇計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)模塊，選修知識(shí)區(qū)對(duì)應(yīng)的計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)模塊包括BIM技術(shù)原理與應(yīng)用.

高等教育如何為行業(yè)提供專業(yè)BIM人才，目前高校基本上只考慮BIM的信息特性，未從技術(shù)角度著手，作為一項(xiàng)革命性的技術(shù)對(duì)管理和項(xiàng)目組織的影響深遠(yuǎn)的技術(shù)，目前看還有不少需要完善的地方，例如無(wú)法將BIM與課程體系中的其他領(lǐng)域有機(jī)地聯(lián)系起來(lái).對(duì)于土木工程專業(yè)教育，不只是從純技術(shù)角度出發(fā)，還有必要從管理的角度探討技術(shù)方法的變化對(duì)土木工程專業(yè)教學(xué)和培訓(xùn)的影響，強(qiáng)調(diào)完整性而不是簡(jiǎn)單的技術(shù)方面可以建立整個(gè)框架.同時(shí)從對(duì)項(xiàng)目管理知識(shí)體系的影響入手，區(qū)分BIM管理人員與技術(shù)人員的差異，引入BIM知識(shí)體系、課程體系建立高校土木工程專業(yè)BIM理論與實(shí)踐課程橋梁.

1 BIM對(duì)實(shí)際項(xiàng)目作用

1.1 BIM與項(xiàng)目管理知識(shí)系統(tǒng)之間的關(guān)系

信息中心和協(xié)作模型其仿真功能有助于提高項(xiàng)目管理績(jī)效.這種實(shí)時(shí)協(xié)作模式便于利益相關(guān)者溝通和共享項(xiàng)目信息，承包商和運(yùn)行專家可以提前看到3D建筑模型并給出影響設(shè)計(jì)工作的建議，通過(guò)信息集成提前優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少施工返工，從全周期項(xiàng)目的角度對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)化.

BIM的典型技術(shù)特點(diǎn)包括：提前碰撞試驗(yàn)、設(shè)計(jì)的可施工性、項(xiàng)目經(jīng)理、設(shè)計(jì)師和工程師的分析，以更好地決策；協(xié)助能耗分析，通過(guò)改變材料、空間等更好地管理光、溫度和其他要素；通過(guò)4D和5D模型進(jìn)行時(shí)間和成本管理，以整合工程量計(jì)算與項(xiàng)目決策、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)維護(hù)信息，并結(jié)合成本數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行快速準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)，在采購(gòu)程序中得到廣泛應(yīng)用.其本身是一個(gè)基于對(duì)象的體系結(jié)構(gòu)，因此其易于分解的屬性可以更好地定義項(xiàng)目的邊界.基于對(duì)象的體系結(jié)構(gòu)特征與元素(點(diǎn)，線，面)的差異，使得BIM模型的結(jié)果更適合于設(shè)計(jì)，估算和施工，從功能的角度來(lái)看在于對(duì)其項(xiàng)目管理知識(shí)體系中的質(zhì)量管理、范圍管理、成本管理、集成管理利益相關(guān)者管理. 通過(guò)項(xiàng)目管理和BIM工具的整合，更好地促進(jìn)項(xiàng)目各方的合作，通過(guò)減少?zèng)_突和變化來(lái)提高生產(chǎn)力，實(shí)現(xiàn)更好的質(zhì)量，快速交接，減少浪費(fèi)和成本，最終達(dá)成工程項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)目標(biāo)結(jié)果，為項(xiàng)目所有利益相關(guān)者帶來(lái)更好的商機(jī).

1.2 BIM管理人員與項(xiàng)目管理人員之間的異同

作為三維模型BIM，它代表著項(xiàng)目管理方法的改變和業(yè)務(wù)流程的改變. 作為一個(gè)社會(huì)技術(shù)系統(tǒng)，利益相關(guān)者需要圍繞這一技術(shù)進(jìn)行變革.[1]梅雷迪斯確定了項(xiàng)目經(jīng)理的五個(gè)關(guān)鍵能力：溝通、團(tuán)隊(duì)建設(shè)、領(lǐng)導(dǎo)能力、適應(yīng)性和技術(shù).根據(jù)Oz和sosik的說(shuō)法，一個(gè)項(xiàng)目經(jīng)理最重要的能力是適應(yīng)性，因?yàn)樗仨毭鎸?duì)不同的項(xiàng)目環(huán)境，使用不同的資源，在不同的項(xiàng)目中與不同的人一起工作.對(duì)于項(xiàng)目經(jīng)理來(lái)說(shuō)，最新的挑戰(zhàn)是BIM帶來(lái)的心態(tài)變化，包括技術(shù)、過(guò)程和BIM對(duì)項(xiàng)目的影響.

BIM管理人員需要更熟練地掌握3D技術(shù)和Revit工具.BIM管理人員也需要與項(xiàng)目經(jīng)理類似的技能，如團(tuán)隊(duì)工作溝通能力，但這些技能是為了更好地使用BIM模型來(lái)幫助項(xiàng)目經(jīng)理做出決策所必需的.因此，除了必要的軟件技能外，BIM管理人員還需要對(duì)BIM標(biāo)準(zhǔn)和BIM工作流程技能有更深入的了解.根據(jù)新加坡BIM指南，BIM經(jīng)理的角色不包括對(duì)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、工程和施工解決方案作出決定. 其主要作用是保證BIM目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，協(xié)調(diào)項(xiàng)目BIM在模型管理中的應(yīng)用，確定使用進(jìn)度，共享活動(dòng)，質(zhì)量控制，建模職責(zé)并將其落實(shí)到BIM實(shí)施計(jì)劃中，雖然擁有BIM建模能力會(huì)增加成為項(xiàng)目經(jīng)理的機(jī)會(huì)，但項(xiàng)目經(jīng)理的工作重點(diǎn)仍然是更多地考慮項(xiàng)目發(fā)展機(jī)會(huì)，而B(niǎo)IM經(jīng)理更關(guān)心設(shè)計(jì)、模型和其他技術(shù)問(wèn)題.對(duì)于相同的技能，BIM管理人員和項(xiàng)目管理人員用于不同的目的.

2 高校土木工程專業(yè)BIM課程設(shè)置問(wèn)題

高校普遍將BIM教育引入課程教育，但基于我國(guó)高等教育現(xiàn)狀，從課程體系、師資、教學(xué)方式與教材等方面土木工程相關(guān)專業(yè)的BIM教育講授還是有不少缺陷.

2.1 建立BIM課程體系的障礙

BIM不僅是可視化工具，也是土木專業(yè)現(xiàn)代化的交流現(xiàn)場(chǎng)平臺(tái).其將管理、施工等信息向集成一體化，使其勘察階段，設(shè)計(jì)過(guò)程、施工管理、后期運(yùn)營(yíng)和維護(hù)等信息更加清晰明了，為項(xiàng)目利益相關(guān)者服務(wù). 然而在當(dāng)前的土木工程工程BIM教育里，整合各利益相關(guān)者信息的BIM應(yīng)用思維模式尚未完全建立，難以與土木工程四年制本科培訓(xùn)體系實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接.

目前項(xiàng)目在信息化模型的應(yīng)用還在嘗試階段，處于剛剛起步發(fā)展時(shí)期.[2]由于BIM人員經(jīng)驗(yàn)與熟悉程度不足，工程中應(yīng)用BIM技術(shù)項(xiàng)目十分有限，對(duì)BIM平臺(tái)投入巨大，信息化模型的行業(yè)廣泛應(yīng)用仍在發(fā)展過(guò)程中.由于高等教育發(fā)展滯后，沒(méi)有得到普遍認(rèn)可的BIM能力水平要求和學(xué)科指導(dǎo)方案，無(wú)法指導(dǎo)高等教育BIM課程體系的建立，在高等教育的土木工程專業(yè)中，BIM教育只能以試點(diǎn)的方式進(jìn)行.

2.2 獲得BIM教材的障礙

由于BIM應(yīng)用在市場(chǎng)上并不廣泛，教學(xué)和配套教材很難獲得，缺乏專用于學(xué)生的BIM教材和與其他管理模塊匹配的BIM案例教學(xué)資源，使教師難以更好地將BIM理論知識(shí)和實(shí)踐知識(shí)傳遞給學(xué)生，無(wú)法培養(yǎng)學(xué)生的BIM實(shí)踐能力，沒(méi)有相應(yīng)BIM專家委員會(huì)的指導(dǎo)，無(wú)法確定BIM培訓(xùn)教育的邊界，使得編寫B(tài)IM相關(guān)教材和案例教材更加困難，進(jìn)一步阻礙了滿足學(xué)生認(rèn)知能力的教材和教材的獲取.

BIM軟件指導(dǎo)手冊(cè)不適合學(xué)生認(rèn)知能力的發(fā)展. BIM軟件的投入將增加土木工程專業(yè)的教學(xué)成本.如果不能不斷升級(jí)，就會(huì)影響教學(xué)的可持續(xù)性，削弱理論與實(shí)踐的銜接程度，進(jìn)而影響產(chǎn)出人才的素質(zhì).

2.3 學(xué)生學(xué)習(xí)與實(shí)踐工程障礙

大學(xué)生需要以市場(chǎng)為導(dǎo)向，提供雇主所需的技能.另一方面為了滿足求職要求，作為高等工程教育服務(wù)的需求方學(xué)生本身并沒(méi)有參與大量的社會(huì)實(shí)踐，因此不能清楚地提出對(duì)高等教育服務(wù)的需求，自然也不能滿足行業(yè)的技能要求.另一方面，BIM的跨階段和跨領(lǐng)域要求要求學(xué)生具備專業(yè)的施工知識(shí). 對(duì)于缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，理解并不容易.對(duì)于計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)能力較低的學(xué)生來(lái)說(shuō)，BIM技術(shù)的實(shí)施過(guò)程是一個(gè)挑戰(zhàn).一個(gè)好的BIM教學(xué)系統(tǒng)依靠學(xué)生的積極反饋逐步完善，一個(gè)不能得到好的意見(jiàn)和建議的系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)良性循環(huán).

從上述分析過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，[3]高等教育的產(chǎn)業(yè)需求與智力資源供給存在差距，業(yè)主對(duì)BIM人才的需求很大，但這一需求的實(shí)現(xiàn)滯后，導(dǎo)致現(xiàn)有高等教育未能提供標(biāo)準(zhǔn)的流程和實(shí)施保證體系來(lái)實(shí)現(xiàn)這一需求.

2.4 教師教學(xué)面臨的障礙

目前高校土木專業(yè)教師認(rèn)為BIM為傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)模擬課程，對(duì)于新事物接受能力不足有畏難情緒，同時(shí) BIM是集知識(shí)、數(shù)據(jù)性、實(shí)踐性跨專業(yè)聯(lián)合綜合性課程強(qiáng).尤其在工程實(shí)踐中要有極強(qiáng)的動(dòng)手能力，由于高校教師的多以教學(xué)為主，客觀造成高校教師對(duì)其沒(méi)有重視起來(lái)，并且BIM教學(xué)也只是蜻蜓點(diǎn)水一帶而過(guò)，因此需要實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富的企業(yè)工程師應(yīng)聘到校內(nèi)進(jìn)行教學(xué)，讓老師感受市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，才能迅速提高高校教師的持續(xù)學(xué)習(xí)能力.

3 高校土木工程專業(yè)BIM課程體系的建立

3.1 BIM與土木工程課程的配合

有些學(xué)生會(huì)對(duì)BIM感興趣，將來(lái)會(huì)朝著B(niǎo)IM經(jīng)理的方向發(fā)展，但有些學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)不感興趣，只有基本的需求.因此，課程體系應(yīng)分類，包括基本水平和先進(jìn)水平.基本要求和先進(jìn)水平分別對(duì)應(yīng)不同水平BIM軟件的教學(xué)，最有爭(zhēng)議的是軟件的選擇.一般的意見(jiàn)是選擇市場(chǎng)上使用最廣泛的軟件之一，因?yàn)檫@代表了市場(chǎng)的主流.[4]對(duì)于BIM與土木工程課程的整合主要體現(xiàn)在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)和碰撞試驗(yàn)，特別涉及復(fù)雜結(jié)構(gòu)、特殊曲線和大量不同的專業(yè)界面. 對(duì)于土木工程專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，BIM更多的是將更多可用數(shù)據(jù)應(yīng)用于項(xiàng)目管理的過(guò)程.

3.2 土木工程BIM與經(jīng)濟(jì)管理課程

利用BIM技術(shù)導(dǎo)出工程量，輔以工程造價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)和當(dāng)前市場(chǎng)價(jià)格信息進(jìn)行計(jì)價(jià)，使過(guò)去花幾天時(shí)間完成的工作在半小時(shí)或一小時(shí)內(nèi)完成.獲取成本數(shù)據(jù)的BIM技術(shù)有助于通過(guò)價(jià)值分析評(píng)價(jià)解決方案的經(jīng)濟(jì)效果，從而增加價(jià)值，BIM與經(jīng)濟(jì)課程整合的前提是BIM本身的技術(shù)能力是可用的，取決于技術(shù)能力來(lái)實(shí)現(xiàn). 設(shè)計(jì)階段使用BIM技術(shù)具有較高的投資設(shè)計(jì)的優(yōu)化，降低了施工和使用維護(hù)成本，從項(xiàng)目整個(gè)生命周期的角度實(shí)現(xiàn)了最低的總成本.

3.3 土木工程專業(yè)BIM與管理課程

作為一種技術(shù)，BIM可以無(wú)縫地連接不同職業(yè)和組織之間的接口.在理論上，建筑行業(yè)BIM模型可以支持估算、安全、現(xiàn)場(chǎng)規(guī)劃、精益建造和伙伴關(guān)系.因此，在高層應(yīng)強(qiáng)調(diào)BIM作為技術(shù)平臺(tái)與配套管理模式兼容.

通過(guò)信息和數(shù)據(jù)流的整合，BIM可以達(dá)到解決問(wèn)題、提高質(zhì)量、加快建設(shè)、促進(jìn)利益相關(guān)者溝通的目的. 然而，能否實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)僅取決于技術(shù)手段. 在管理方面，BIM不可避免地與管理模型相關(guān)，項(xiàng)目伙伴關(guān)系和項(xiàng)目集成交付模型是必不可少的.

因此，信息化模型正在成為建筑行業(yè)的一個(gè)全面、協(xié)作的過(guò)程.正如BIM在技術(shù)層面有效地集成設(shè)計(jì)和施工一樣，在管理方面，項(xiàng)目合作伙伴的方法和項(xiàng)目集成交付也是整合設(shè)計(jì)和施工利益相關(guān)者的項(xiàng)目管理模型.[5]當(dāng)三維模型將進(jìn)度管理、成本管理、能源消耗、資源和二氧化碳排放增加到4D、5D、6D和7D時(shí)，其模型不僅是一個(gè)信息中心，也是一個(gè)基于信息中心的管理模型.

3.4 BIM與工程法律課程之間的配合

交易方式體現(xiàn)在合同中甲乙雙方的權(quán)利義務(wù).BIM是促進(jìn)交易各方實(shí)現(xiàn)權(quán)利和義務(wù)的手段. 就法律體系而言，我國(guó)沒(méi)有直接與BIM相關(guān)的法律. 在教學(xué)時(shí)，可以直接向?qū)W生介紹與BIM相關(guān)的外國(guó)法律、合同和規(guī)范，特別注意法律和合同哲學(xué)中強(qiáng)調(diào)的原則和核心，建立初步的BIM法律體系.

使用BIM存在法律障礙，一種有效的方式是交易雙方形成合作的，一體化的項(xiàng)目交付合同，各方使用BIM的風(fēng)險(xiǎn)可以與獎(jiǎng)勵(lì)系統(tǒng)共享.這樣的合同要求可以達(dá)到以下目的：硬件和軟件使用的定義；團(tuán)隊(duì)成員可以信任其他各方對(duì)BIM模型的貢獻(xiàn)；確保項(xiàng)目各方的風(fēng)險(xiǎn)能夠得到合理的分擔(dān)；在BIM應(yīng)用過(guò)程中存在利益相關(guān)者的責(zé)任，保險(xiǎn)法律范圍責(zé)任歸屬，并且BIM數(shù)據(jù)和版權(quán)歸屬，在建筑信息的安全性和可信度缺乏協(xié)議等法律問(wèn)題還沒(méi)有完全解決.[6]美國(guó)已經(jīng)有兩個(gè)BIM合同，共識(shí)DOCS301和AIAE202，上述合同為參與項(xiàng)目的各方使用模型建立合同提供了一個(gè)模板，其他國(guó)家也公布了使用BIM作為BIM法律問(wèn)題參考的指南.

從以上分析可以發(fā)現(xiàn)，在BIM與高等教育土木工程專業(yè)的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、管理、法律模塊的整合中，可以將BIM在技術(shù)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的整合設(shè)置為一年級(jí)、二年級(jí)的基本內(nèi)容.當(dāng)學(xué)生有一定的技術(shù)應(yīng)用能力后，在大三，大四階段，可以將BIM教學(xué)與項(xiàng)目形成合作關(guān)系，建立校企集成交付模式，精益交付模式等先進(jìn)項(xiàng)目管理模式，使BIM成為先進(jìn)管理模式的技術(shù)支持和參與管理方式，同時(shí)BIM與先進(jìn)項(xiàng)目管理相匹配的過(guò)程肯定會(huì)涉及到合同和支持合同的法律制度.合同的本質(zhì)是交易雙方的風(fēng)險(xiǎn)分擔(dān).應(yīng)用BIM技術(shù)為交易各方增加了便利，增加了很多風(fēng)險(xiǎn).外部市場(chǎng)如何以BIM使用風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移系統(tǒng)設(shè)計(jì)的形式提供保險(xiǎn)和擔(dān)保，也是BIM和法律領(lǐng)域的內(nèi)容.

結(jié) 語(yǔ)

目前，大量的研究仍然是基于BIM的技術(shù)屬性，高等教育在土木工程中的改革也集中在BIM的技術(shù)部分，應(yīng)該考慮BIM的文化和集成過(guò)程特征.同時(shí)考慮BIM與當(dāng)前土木教學(xué)體系的結(jié)合，以便我國(guó)工程教育的逐步完善過(guò)程中改進(jìn)基于BIM的土木工程的教學(xué)計(jì)劃，構(gòu)建BIM與當(dāng)前土木工程專業(yè)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、管理學(xué)、法學(xué)課程體系融合的框架，形成創(chuàng)新教學(xué)形式和實(shí)踐綜合的一體化培養(yǎng)形式，這樣有助于高校土木工程BIM人才的培養(yǎng).