基于BIM技術的土木類聯(lián)合畢業(yè)設計教學改革與實踐

萬云 王李福 陳莘莘 黃永虎 周雙喜

摘要為了順應土木行業(yè)發(fā)展，實現(xiàn)復合型人才培養(yǎng)目標，華東交通大學土木建筑學院應用BIM技術進行了土木類聯(lián)合畢業(yè)設計的探索與實踐。文章介紹了聯(lián)合畢業(yè)設計的實施框架，詳細說明了多專業(yè)分工與協(xié)作的內容和方法，提出了聯(lián)合畢業(yè)設計成績評定和學習效果調查的方式，并結合三年的經(jīng)驗總結，對出現(xiàn)的困難和取得的成效進行了探討。實踐表明，BIM技術在聯(lián)合畢業(yè)設計中的應用，不僅能提高師生工作效率，提升作品質量，而且能使選題與工程實際結合更加緊密。

關鍵詞 聯(lián)合畢業(yè)設計；BIM；土木工程；教學改革

中圖分類號：G642文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.12.006

土木是一個龐大的學科體系，土木類聯(lián)合畢業(yè)設計的實行能夠促進師生多專業(yè)協(xié)作[1]，是高校實現(xiàn)復合型人才培養(yǎng)目標重要的一環(huán)[2]。土木類專業(yè)聯(lián)合畢業(yè)設計，是聯(lián)合工程管理、建筑學、土木工程、給排水工程等土木相關專業(yè)，系統(tǒng)地完成一個完整工程項目設計。因此，土木類聯(lián)合畢業(yè)設計的優(yōu)勢在于能夠交叉融合多專業(yè)，是師生打破學科專業(yè)壁壘、跨學科學習創(chuàng)新的一次重要機會，也是學生進行工程實踐工作前的一次積累經(jīng)驗的機會[3]。但長期以來，土木類聯(lián)合畢業(yè)設計缺乏高效串聯(lián)各專業(yè)的紐帶。近年來，基于土木行業(yè)的發(fā)展趨勢以及國家實踐創(chuàng)新相關政策的推動，把BIM納入現(xiàn)有的土木工程知識體系，在工程項目的規(guī)劃、設計、施工和運營維護等過程中，BIM技術不僅能夠完成數(shù)據(jù)共享，而且能夠保證各過程信息的集成，成為實現(xiàn)多專業(yè)協(xié)同工作的平臺，對畢業(yè)設計實踐創(chuàng)新具有重大意義。

1基于BIM技術的聯(lián)合畢設實踐探究

華東交通大學土木建筑學院（以下簡稱“我院”）具有較為完整的土木學科體系，包括土木工程（含橋梁工程、建筑工程、城市軌道三個方向）、給排水科學與工程、工程管理、建筑學、建筑環(huán)境與能源應用工程和環(huán)境工程，專業(yè)教學資源完備，具備良好的教學“硬實力”。另外，我院堅持“以賽促學，以賽促教”的理念，鼓勵師生參加各類型的BIM大賽，又根據(jù)BIM技術在不同專業(yè)的應用，制訂各自的BIM課程教學方案，學院BIM學教氛圍濃厚，具備良好的教學“軟實力”。因此，我院以培養(yǎng)新時代國家和土木行業(yè)人才為目標，以學院深厚的教學“硬實力”和“軟實力”為推動力，自2020年以來進行了面向行業(yè)變革和數(shù)字信息化發(fā)展浪潮的BIM土木類聯(lián)合畢業(yè)設計的探索與實踐。

1.1畢業(yè)設計選題

我院聯(lián)合校外企業(yè)，采用“雙師型”指導老師進行輔導，校內外導師共同組成教研小組和導師團隊，負責畢業(yè)設計任務書的編撰、修訂及學生指導。聯(lián)合畢業(yè)設計選題要求與實際工程結合緊密，在原有的實際工程項目的基礎上，結合BIM在建筑工程設計、造價預算、施工等各個環(huán)節(jié)的應用，進行選題優(yōu)化和可行性分析，做到促進各專業(yè)學生之間相互交流合作，突出BIM在各專業(yè)常規(guī)軟件協(xié)同上的優(yōu)勢。

1.2多專業(yè)分工與協(xié)作

我院征求學生個人意愿篩選學生進行聯(lián)合畢業(yè)設計，選拔出來的學生大多具備兩個特點，一是對BIM有較濃厚的興趣，二是具有較豐富的BIM大賽的經(jīng)驗。團隊成員來自建筑學、建筑工程、建筑環(huán)境與能源應用工程、給排水工程和工程管理共5個專業(yè)，各自專業(yè)師生為一個小組，一個指導老師帶領3―4個學生。最開始，聯(lián)合畢業(yè)設計教研小組帶頭組織和參與師生共同討論，旨在做好前期準備工作：一是探究分析任務書中實踐工程項目情況，熟悉設計流程，二是強調施工圖識圖、BIM軟件操作等專業(yè)知識與技能的重要性。隨后進行任務分工，具體任務分配如下：①建筑學專業(yè)：前期建筑規(guī)劃和環(huán)境策劃工作；建筑設計工作；②建筑工程專業(yè)：結構設計及建模工作；③建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)：供熱、通風及空氣調節(jié)系統(tǒng)設計及建模工作；④給排水工程專業(yè)：給水與排水系統(tǒng)設計及建模工作；⑤工程管理專業(yè)：土建及安裝專業(yè)招標控制價編制、造價及工程量分析工作；施工組織設計工作；施工工序模擬動畫制作演示工作。

各個工作間都有一定的關聯(lián)性，所以專業(yè)間師生協(xié)同配合非常重要。比如要求建筑學專業(yè)學生完成后要與建筑工程專業(yè)的學生溝通，共同完成施工圖初稿，隨后在設備管道設計時也要與對應的兩個專業(yè)的學生交流配合。

1.3設計流程

第一步，明確每個小組的工作后，在設計建模過程中，建筑學、建筑工程、給排水工程和建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)的學生按照建筑―結構―設備管道的設計順序創(chuàng)建信息模型，利用Revit軟件進行三維圖紙審核和繪制結構施工圖，最后進行多專業(yè)模型碰撞檢查，并修改完善。

第二步，各專業(yè)的學生協(xié)助工程管理的學生，利用已完成的模型，完成以下工作。一是進行項目經(jīng)濟管理。參考施工圖紙和相關文件，在魯班計量軟件上導出工程量清單，輸出工程量和造價報表。二是進度管理。在Project軟件中編制進度計劃，在Naviswork軟件上進行進度模擬。三是優(yōu)化施工組織設計。利用工程管理分析軟件和BIM模型進行虛擬化管理方案優(yōu)化，確定一套最可行的施工方案。四是進行關鍵施工工序模擬、虛擬建造，制作航拍實景效果圖，編制投標文件等。

最后，各專業(yè)學生可以聯(lián)系其他學院學生共同制作答辯PPT，進行BIM聯(lián)合畢業(yè)設計成果展示。

1.4成績評定和學習效果調查

BIM聯(lián)合畢業(yè)設計成績評定由成果質量、答辯成績和平時成績三部分組成。因為BIM聯(lián)合畢業(yè)設計的特殊性和探索性，其成績評定在傳統(tǒng)土木類畢業(yè)設計成績評定的基礎上，參考高校BIM畢業(yè)設計大賽成績評定進行修改和完善：①由于BIM聯(lián)合畢業(yè)設計成果是團隊共同完成的，所以增加組間互評、組員間互評這兩項評分方式，要求對評價對象差異性打分，避免學生打分出現(xiàn)一律高分現(xiàn)象；②對參與PPT制作和現(xiàn)場答辯的人員在該模塊給予額外評分；③各小組成果質量成績分為自身專業(yè)部分的BIM畢業(yè)設計成果得分和最終的BIM聯(lián)合畢業(yè)設計成果得分兩部分，其得分比例為7∶3。

隨后，學院將對參與師生進行BIM聯(lián)合畢業(yè)設計學習效果問卷調查，從BIM技術學習途徑和付出、BIM聯(lián)合畢業(yè)設計的參與動機和體驗感、對學院BIM教學的評價和建議等方面進行細致的設問。此外，特別進行師生訪談調查，將BIM聯(lián)合畢業(yè)設計成果展示和學習效果調查結果發(fā)布在學院公眾號上。

1.5收獲的成效

通過學生自主學習和專業(yè)老師指導，基本圓滿完成畢業(yè)設計任務。主要收獲的成效有以下幾個方面：

與傳統(tǒng)的畢業(yè)設計相比，BIM技術帶給畢業(yè)設計的最重要的一點是信息協(xié)同。信息模型串聯(lián)起各專業(yè)的工作，可以被看作是一個完整的項目數(shù)據(jù)庫，學生能夠利用這個數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)檢索來提高數(shù)據(jù)的精確度。設計過程中，學生在BIM協(xié)同工作平臺上能夠根據(jù)實際情況對需要更改處進行相應的計算和修正，亦可做到對信息模型的一處修改，處處變化，各專業(yè)學生能夠及時得到相應信息，避免信息閉塞的產(chǎn)生。由此，學生設計工作效率明顯提高，積極性和創(chuàng)造性也明顯增強，有助于學生對畢業(yè)設計產(chǎn)生更深層的興趣和求知欲，不斷探索和完善項目設計。

根據(jù)人才培養(yǎng)方案安排，我院傳統(tǒng)的土木類專業(yè)畢業(yè)設計大多在大學最后一學期進行。多數(shù)學生在前期準備工作中難以去復習鞏固專業(yè)知識和軟件操作，導致畢業(yè)設計進度緩慢，最后草草了事，質量難以保證。因此，我院將BIM聯(lián)合畢業(yè)設計任務提前一個學期開啟，注重學生對專業(yè)知識與技能的復習鞏固和畢業(yè)設計的選題，師生有充足的時間和更專業(yè)的能力去完成高質量的作品。

學院采用“雙師型”教師指導學生畢業(yè)設計對于解決上述問題產(chǎn)生了良好的效果，具體體現(xiàn)在以下三方面。一是可以提供符合潮流的實際工程項目作為畢業(yè)設計選題方向，選題能夠關注到社會熱點及行業(yè)發(fā)展方向，讓學生做有意義的畢業(yè)設計，也能夠引起學生對自身職業(yè)和土木行業(yè)的思考和感悟；二是在具體軟件指導和行業(yè)評審方面彌補了在校教師所缺乏的經(jīng)驗，能夠高效地指導學生，加強企業(yè)導師與學生的聯(lián)系，也能夠對學院教學改革和學生職業(yè)發(fā)展有所幫助；三是在一定程度上緩解了在校教師的指導壓力，改善了具體指導和過程檢查的工作。

通過BIM聯(lián)合畢業(yè)設計，一方面提升了學生分析和解決工程問題的能力，培養(yǎng)和訓練了實踐技能，真正做到讓學生學有所用、學以致用，為未來從事的工作崗位奠定基礎。另一方面，學生不僅增強對專業(yè)的學習興趣，鞏固了所學，而且提高了實踐創(chuàng)新能力和跨學科整合能力，更符合行業(yè)和國家發(fā)展的需要。

1.6出現(xiàn)的困難

我院在嘗試BIM聯(lián)合畢業(yè)設計過程中，汲取了高校的實踐經(jīng)驗和參考了許多專家學者的看法建議，取得了一定的成效，也遇到了許多問題和困難，為不斷完善BIM聯(lián)合畢業(yè)設計實施積累了寶貴的經(jīng)驗。存在的主要困難如下：

BIM聯(lián)合畢業(yè)設計具有工作量大、工作周期長、工作銜接緊密的特點。實踐過程中，設計流程環(huán)環(huán)相扣，有先后順序，一項工作的進度在很大程度上會影響后續(xù)工作，進而影響整體進度。同時，BIM聯(lián)合畢業(yè)設計涉及專業(yè)多，需要各專業(yè)協(xié)調配合，特別是如果學生缺乏實踐經(jīng)驗和工作前瞻性，不可避免會出現(xiàn)設計變動傳遞不及時、配合困難等問題，因此增加了設計的難度，造成了大量的返工。特別是建筑結構設計可能需要多次修改，會導致設備管道設計工作和施工、算量工作同步修改。

在傳統(tǒng)的畢業(yè)設計中增加BIM內容，無疑給指導老師帶來了更大的挑戰(zhàn)，指導老師需要花費大量的時間來學習BIM知識和技能。同時，在進行BIM聯(lián)合畢業(yè)設計的教學過程中，指導老師不僅要了解本專業(yè)課程的BIM知識，對其他專業(yè)的知識也要有所涉獵。我院探索BIM聯(lián)合畢業(yè)設計已有三年，參與的指導老師對BIM技術有了廣泛的了解，但BIM聯(lián)合畢業(yè)設計在學院普遍推廣還需要更多的老師掌握BIM知識和BIM軟件。因此，學院應該鼓勵缺乏經(jīng)驗的老師向有經(jīng)驗的老師取經(jīng)。同時，學院應該利用資源，給專業(yè)教師提供更多關于BIM知識的學習機會和交流平臺，并且出臺相應政策，讓教師愿意去參加BIM師資培訓和BIM學術交流會議。

另外，學校計算機實驗室應該加強計算機設備和BIM相關軟件的投入，為師生提供好的BIM軟件學習和教學環(huán)境。

2結語

本文通過華東交通大學土木建筑學院基于BIM技術聯(lián)合畢業(yè)設計的實踐探究，介紹了其畢業(yè)設計教學體系和工作體系，為高校提供了結合BIM技術的多專業(yè)畢業(yè)設計教育改革的思路。未來研究者在本文的基礎上，一方面可以增強BIM技術理論指導，加深BIM技術協(xié)調應用等以提升學生的BIM能力；另一方面，可以選取更綜合的畢業(yè)設計選題，參考更大型的工程項目，聯(lián)合更多的專業(yè)如聯(lián)合道路工程、橋梁工程、隧道工程等，以拓寬BIM畢業(yè)設計的實踐領域。

*通訊作者：萬云

基金項目：江西省高等學校教學改革研究省級課題（JXJG-21-5-9）。

參考文獻

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