信息技術(shù)驅(qū)動(dòng)下的土木工程全過程畢業(yè)設(shè)計(jì)模式

吳競 陳魯 葉棟

摘? 要 以土木工程傳統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)合BIM，同時(shí)增加建筑學(xué)、給排水、暖通等設(shè)備專業(yè)的基礎(chǔ)知識(shí)，探索形成一種新型的ITCE畢業(yè)設(shè)計(jì)模式。通過嘗試這種畢業(yè)設(shè)計(jì)模式，拓寬學(xué)生的專業(yè)知識(shí)面，加大學(xué)生學(xué)習(xí)的挑戰(zhàn)度，使畢業(yè)設(shè)計(jì)真正成為學(xué)生大學(xué)學(xué)習(xí)和工作生活的有效過渡跳板，為學(xué)生做好第一份工作打好基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 土木工程;BIM;ITCE畢業(yè)設(shè)計(jì)模式

中圖分類號(hào)：G642.477? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2021）18-0106-04

Whole Process Driven by Information Technology in Civil Engi-

neering Professional Graduation Design Patterns//WU Jing， CHEN

Lu， YE Dong

Abstract By combining the traditional graduation design of civil engineering with BIM， while increasing the basic knowledge of ar-chitecture， water supply and drainage， HVAC and other equipment majors， a new ITCE graduation design mode is explored and formed.

By trying this kind of graduation project mode， the scope of profe-ssional knowledge of students has been broadened， the challenge degree of students learning has been improved， and the graduation project has really become an effective transition springboard for stu-dents college study and work life， which lays a good foundation for students first job.

Key words civil engineering; BIM; ITCE graduation design model

0? 前言

土木工程傳統(tǒng)的畢業(yè)環(huán)節(jié)主要包括畢業(yè)設(shè)計(jì)和畢業(yè)論文兩類，其中畢業(yè)設(shè)計(jì)有建筑工程設(shè)計(jì)、基坑工程設(shè)計(jì)、概預(yù)算編制和施工組織設(shè)計(jì)等，以一個(gè)指導(dǎo)教師固定指導(dǎo)若干學(xué)生的方式進(jìn)行?？紤]到鄰近多專業(yè)間的協(xié)同工作性，近年來不少學(xué)校探索了聯(lián)合畢業(yè)設(shè)計(jì)[1-8]，即將一個(gè)大的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目根據(jù)專業(yè)分成若干個(gè)部分，不同的部分由不同專業(yè)的教師和學(xué)生完成，完成過程中考慮了其他專業(yè)的影響，讓學(xué)生提前了解了實(shí)際工程設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。

2018年9月，全國教育大會(huì)提出培養(yǎng)復(fù)合型人才的要求。隨著時(shí)代發(fā)展，土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)應(yīng)脫離單一型的固定思維。本文所介紹的信息技術(shù)驅(qū)動(dòng)下的土木工程全過程畢業(yè)設(shè)計(jì)模式（以下簡稱ITCE畢業(yè)設(shè)計(jì)模式），結(jié)合新工科背景，在BIM技術(shù)驅(qū)動(dòng)下，糅合了建筑學(xué)、土木工程、給排水科學(xué)與工程、建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程等主要的專業(yè)知識(shí)，讓學(xué)生切身參與所有環(huán)節(jié)，探索具有較高可行性的土木工程復(fù)合型畢業(yè)設(shè)計(jì)模式。

1? BIM技術(shù)應(yīng)用于ITCE畢業(yè)設(shè)計(jì)模式的必要性

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式存在2D設(shè)計(jì)和交付、非可視化、信息孤立、管理繁雜等弊端。BIM（Building Information Modeling，

建筑信息模型）技術(shù)能夠解決傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式存在的問題，它的可視化特性可以讓所有的設(shè)計(jì)類操作過程在可視化的環(huán)境下完成;它包含了建筑的名稱、類型、材料、尺寸、功能、成本等全部信息，可以把設(shè)計(jì)前期、初期、施工圖、施工運(yùn)營等環(huán)節(jié)連接起來;它可以作為橋梁使模型的各項(xiàng)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)顯示和職能互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)信息的互用性，保證信息傳輸和交換過程中的一致性。

隨著信息化的高速發(fā)展，信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)為BIM技術(shù)的應(yīng)用提供了前提條件，從全世界BIM技術(shù)的應(yīng)用情況來看，它已經(jīng)達(dá)到一定的技術(shù)深度，在設(shè)計(jì)的各個(gè)階段和施工運(yùn)營等階段都得到廣泛應(yīng)用，且不僅應(yīng)用在房屋建筑工程，在路橋、水利等工作中都不斷在擴(kuò)大應(yīng)用范圍。

近十年，BIM技術(shù)在我國也逐漸得到認(rèn)可和重視，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，目前設(shè)計(jì)和施工都應(yīng)用較多，一些大型項(xiàng)目如上海中心大廈、廣州東塔等都成功應(yīng)用了BIM技術(shù)。我國政府也非常重視BIM技術(shù)的應(yīng)用，在“十一五”期間，科技部就設(shè)立了國家科技重點(diǎn)計(jì)劃項(xiàng)目“建筑業(yè)信息化關(guān)鍵技術(shù)研究”，重點(diǎn)開展“基于BIM技術(shù)的下一代建筑工程應(yīng)用軟件研究”工作。

所以，BIM技術(shù)已經(jīng)成為建筑業(yè)從業(yè)者所必須掌握的技術(shù)之一，作為未來土木工程專業(yè)技術(shù)人才的儲(chǔ)備，高等學(xué)校土木工程專業(yè)的學(xué)生應(yīng)該也必須掌握BIM技術(shù)，才能在未來的事業(yè)發(fā)展中立于不敗之地。因此，在土木工程本科專業(yè)培養(yǎng)中將BIM技術(shù)的學(xué)習(xí)和實(shí)踐訓(xùn)練納入培養(yǎng)計(jì)劃中，設(shè)置一定的理論課時(shí)和實(shí)踐訓(xùn)練環(huán)節(jié)迫在眉睫，而在應(yīng)用BIM技術(shù)的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，則是對(duì)學(xué)生進(jìn)行訓(xùn)練的大好機(jī)會(huì)。

2? ITCE畢業(yè)設(shè)計(jì)模式實(shí)施方案

基于BIM技術(shù)，學(xué)生自主完成設(shè)計(jì)前期、方案設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)等必需環(huán)節(jié)，學(xué)會(huì)應(yīng)用BIM技術(shù)完成協(xié)同工作，掌握施工階段BIM技術(shù)應(yīng)用等。實(shí)施方案路線圖如圖1所示。

3? ITCE畢業(yè)設(shè)計(jì)模式實(shí)施過程

3.1? ITCE畢業(yè)設(shè)計(jì)模式實(shí)施方法（圖2）

考慮到基于BIM正向設(shè)計(jì)的建筑物全過程畢業(yè)設(shè)計(jì)涉及專業(yè)范圍廣、內(nèi)容多、難度大、實(shí)施復(fù)雜，以及師資條件限制，學(xué)生和指導(dǎo)教師都擇優(yōu)選拔確定。教師分為固定指導(dǎo)教師和分專業(yè)的指導(dǎo)教師：固定教師把控全過程畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度，落實(shí)學(xué)生和指導(dǎo)教師，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)階段性審核和最終審核等工作;各分專業(yè)的指導(dǎo)教師負(fù)責(zé)學(xué)生各專業(yè)方案設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)階段的指導(dǎo)，并審核模型的準(zhǔn)確性等。

3.2? ITCE畢業(yè)設(shè)計(jì)模式實(shí)施條件

基于BIM正向設(shè)計(jì)的建筑物全過程畢業(yè)設(shè)計(jì)需要全面深入地應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行模型建立、技術(shù)分析等方面的工作，這就離不開硬件設(shè)備和軟件環(huán)境的支持。為保證全過程畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利實(shí)施，在軟硬件兩方面采取保證措施。

3.2.1? 硬件設(shè)備? 硬件配置對(duì)于BIM應(yīng)用的實(shí)施非常關(guān)鍵，畢業(yè)設(shè)計(jì)擬使用UltraLAB GXM380M 15332-S528TX工作站，其硬件特點(diǎn)：存儲(chǔ)為20個(gè)硬盤位+高帶寬網(wǎng)卡，提供超高帶寬（最大四個(gè)萬兆匯聚）的海量存儲(chǔ)（最大280 TB），

滿足大型企業(yè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)應(yīng)用需求;具有最復(fù)雜三維建模;CPU+GPU渲染計(jì)算能力。

3.2.2? 軟件系統(tǒng)? BIM系統(tǒng)并非單一的一套或兩套軟件就可以實(shí)現(xiàn)，而是一系列軟件的集成和綜合應(yīng)用，包括設(shè)計(jì)前期的信息采集軟件、貫穿全過程的建模軟件、不同階段具備不用功能的分析軟件等。畢業(yè)設(shè)計(jì)各個(gè)階段所涉及的主要軟件有AutoCAD civil 3D、Ecotect Analysis、Navisworks、Revit、鴻業(yè)BIM系列、魯班算量軟件、盈建科（YJK）等。

3.3? ITCE畢業(yè)設(shè)計(jì)模式實(shí)施計(jì)劃

五名學(xué)生為一個(gè)小組，共同針對(duì)綜合工程（如學(xué)校）進(jìn)行設(shè)計(jì)。其中，設(shè)計(jì)前期整個(gè)工程的地形建模與場地分析由小組共同完成;設(shè)計(jì)階段，每名學(xué)生獨(dú)立完成一個(gè)單位工程（如教學(xué)樓、宿舍樓、辦公樓、體育館、學(xué)生食堂等），包括方案設(shè)計(jì)→初步設(shè)計(jì)→施工圖設(shè)計(jì)的全過程全專業(yè)BIM設(shè)計(jì)與BIM技術(shù)應(yīng)用;施工應(yīng)用階段，每名學(xué)生獨(dú)自完成各自單位工程的虛擬建造和預(yù)算分析等內(nèi)容;最終，小組共同完成場地規(guī)劃、施工進(jìn)度以及工程總預(yù)算等工作。具體實(shí)施計(jì)劃見表1。

4? ITCE畢業(yè)設(shè)計(jì)模式的實(shí)施效果及改進(jìn)建議

基于BIM的土木工程全過程畢業(yè)設(shè)計(jì)屬于正向設(shè)計(jì)，學(xué)生在整個(gè)過程中不但要了解本專業(yè)的設(shè)計(jì)和建模過程，還要學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，完成相關(guān)專業(yè)的建模內(nèi)容，有一定的難度，但吻合了近年來提出的提高學(xué)生挑戰(zhàn)度、培養(yǎng)復(fù)合型人才的培養(yǎng)目標(biāo)要求。實(shí)施完成后，學(xué)生表示雖然遇到不少挫折，但獲得很多額外知識(shí)，學(xué)會(huì)了熟練地應(yīng)用BIM和相關(guān)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行建模和計(jì)算。通過ITCE畢業(yè)設(shè)計(jì)模式的實(shí)施也發(fā)現(xiàn)一些問題，建議在今后的實(shí)施過程中做如下改進(jìn)。

1）調(diào)研需要充分，規(guī)范查找完善。調(diào)研相關(guān)結(jié)構(gòu)的BIM設(shè)計(jì)資料，查找本專業(yè)以及相關(guān)專業(yè)的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)等資料，獲得設(shè)計(jì)靈感和確定具體設(shè)計(jì)成果后，再開始進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)。

2）軟件需要熟練操作，參數(shù)設(shè)置準(zhǔn)確。BIM及相關(guān)軟件的建模過程操作熟練，保證參數(shù)設(shè)置的準(zhǔn)確性，可以確保模型及其結(jié)果的準(zhǔn)確性，保證整個(gè)設(shè)計(jì)過程的進(jìn)度。ITCE畢業(yè)設(shè)計(jì)模式涉及環(huán)節(jié)較多，工程量大且環(huán)環(huán)相扣，都是通過軟件的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)，所以一定要及時(shí)完成，以免影響后面的進(jìn)程。

3）盡量提升模型的精細(xì)程度。精度高了，后面到BIM相關(guān)應(yīng)用，動(dòng)畫、模擬仿真等，就會(huì)顯得很高級(jí)。這里可以添加一些建筑階段的外觀、內(nèi)飾變換，在展示的時(shí)候會(huì)很有優(yōu)勢，如造型變化（凹凸、幕墻設(shè)計(jì)等）、顏色搭配、材料選擇、視角體驗(yàn)等在可視化階段有提升的設(shè)計(jì)?！?/p>

參考文獻(xiàn)

[1]陳瑞罡，李佐龍，高偉.OBE理念下的建筑類多專業(yè)聯(lián)合畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)探索與實(shí)踐[J].教育現(xiàn)代化，2019，6（95）：

52-54.

[2]張玉龍.基于BIM-CDIO的土建類高?？鐚I(yè)聯(lián)合畢業(yè)設(shè)計(jì)模式研究[D].河北：河北建筑工程學(xué)院，2019.

[3]鄒建奇，李靜瑤.應(yīng)用型本科建筑類學(xué)生多專業(yè)聯(lián)合畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)改革研究[J].知識(shí)文庫，2020（24）：197-198.

[4]李駿，韓利紅，董萍.基于BIM技術(shù)的多專業(yè)聯(lián)合畢業(yè)設(shè)計(jì)模式的探索、研究與實(shí)踐[J].中國管理信息化，2020，

23（3）：233-236.

[5]黃莉，李林林.土木類聯(lián)合畢業(yè)設(shè)計(jì)中的分工與協(xié)作：以建筑給水排水專業(yè)為例[J].高教學(xué)刊，2020（21）：102-105.

[6]周斌，滕樹勤，崔立平，等.土建類本科學(xué)部聯(lián)合畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)踐再探索[J].科技視界，2020（34）：54-55.

[7]王樹偉，周英明，鄭秀梅，等.基于產(chǎn)教融合的土建類專業(yè)協(xié)同畢業(yè)設(shè)計(jì)模式探析[J].欽州學(xué)院學(xué)報(bào)，2019，34（3）：

67-71.

[8]王婉，李懷健，劉勻.BIM技術(shù)在校企聯(lián)合畢業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用和實(shí)踐[J].高等建筑教育，2018，27（6）：161-166.