BIM技術在消防工程專業(yè)教學中的應用探索

王躍琴

（中國人民警察大學 防火工程學院，河北 廊坊 065000）

引言

BIM技術即建筑信息模型技術，集成了建筑工程項目各種相關信息，是對工程項目實體與功能特性的數(shù)字化表達，其完善的信息模型能夠連接建筑項目生命期不同階段的數(shù)據(jù)、過程和資源，可廣泛應用于工程設計、施工建造、運營管理的各個階段。在消防領域，BIM技術可用于建筑消防設計及審查、消防施工及驗收、消防設施運維管理、消防預案制定、救援指揮等過程［1］。目前國內(nèi)已有不少建設項目嘗試在建筑工程領域利用BIM技術協(xié)助進行消防設計、施工及運營維護。在國家新工科建設和行業(yè)智慧消防建設背景下，將BIM技術運用于消防工程專業(yè)教學對培養(yǎng)掌握行業(yè)新技術的復合型人才具有重要作用。

一、消防工程專業(yè)課程設置情況

以中國人民警察大學（以下簡稱警察大學）消防工程專業(yè)為例，該專業(yè)以培養(yǎng)從事消防科學技術研究、建設工程消防設計審查驗收、消防技術咨詢與評估、消防設施檢測維保、消防安全管理等工作的高素質(zhì)專業(yè)技術人才為目標。該專業(yè)核心課程主要包括“消防燃燒學”“房屋建筑學”“安全系統(tǒng)工程”“建筑防火”“工業(yè)企業(yè)防火”“電氣防火及火災監(jiān)控”“建筑滅火設施”“建筑防煙排煙工程”“危險化學品防火”“火災風險評估”“消防管理”“消防法規(guī)”等必修課。此外，還有“建筑圖紙識讀”“建筑防火設計審查與驗收”“消防設施檢測維?！薄跋拦こ谈蓬A算”“消防工程運營技術”等專業(yè)選修課。

在現(xiàn)有的專業(yè)課程體系中，很多與建筑相關的課程都可將BIM 技術運用到教學中，如“房屋建筑學”“建筑防火”“建筑滅火設施”“建筑防煙排煙工程”等［2］。而“房屋建筑學”作為消防工程專業(yè)接觸最早的建筑類課程，內(nèi)容涉及建筑制圖與識圖、建筑材料、建筑設計、建筑構造等多門建筑學科的知識，是專業(yè)課程體系中與建筑技術聯(lián)系最為密切的課程，適合最先開展BIM技術應用，這也是后續(xù)“建筑防火”“建筑滅火設施”“建筑防排煙工程”等課程教學融入BIM技術的基礎。

二、融入BIM技術的“房屋建筑學”教學體系設計

警察大學消防工程專業(yè)“房屋建筑學”課程原教學內(nèi)容包括緒論（2學時）、建筑制圖與識圖（28學時）、建筑材料（4學時）、民用建筑設計（12學時）、民用建筑構造（12學時）、工業(yè)建筑設計與構造（3學時）、高層建筑與大跨度建筑（3學時）七個知識模塊，共64學時，其中實踐教學環(huán)節(jié)16學時，內(nèi)容為CAD制圖與圖紙識讀。融入BIM技術后，將教學模塊“高層建筑與大跨度建筑”改為課下拓展自學內(nèi)容，在總學時不變的情況下對其余六個知識模塊中的教學內(nèi)容和具體時長進行適當調(diào)整，重新構建課程教學體系如圖1所示。

圖1 融入BIM技術的“房屋建筑學”課程教學體系

在教學內(nèi)容上，增加BIM技術與裝配式建筑概述、BIM建筑建模、BIM建筑方案設計、BIM構件建模等相關BIM技術應用的內(nèi)容，將高層與大跨度建筑調(diào)整為拓展性自學內(nèi)容。通過BIM技術及裝配式建筑概述學習，使學生了解BIM新技術、BIM在建筑消防領域的應用及建筑發(fā)展方向。通過BIM建筑建模學習，使學生學會BIM建模方法并初步具備BIM建筑建模能力；進行BIM建筑方案設計，強化對建筑設計理論方法的理解與應用，提高學習任務挑戰(zhàn)度，提升學生的專業(yè)技能；在民用建筑構造與工業(yè)建筑構造學習中，增加各類建筑構配件的BIM建模，讓學生自己動手完成BIM構配件建模，將BIM成果作為課程的可視化教學資源，既能帶給學生一定的成就感，又能提升動手能力和創(chuàng)新能力［3-6］。在教學環(huán)節(jié)上，減少理論教學，增加實踐教學，將理論與實踐教學時長調(diào)整為1∶1。由此可見，新構建的課程教學體系更加側重于實踐，更加注重對學生實踐、動手、創(chuàng)新、協(xié)作、自主學習、知識運用等能力的培養(yǎng)，突出建筑初步設計、建模制圖、圖紙識讀核心教學等教學目標的實現(xiàn)。

融入BIM技術后的教學方式、方法將更加注重自主式、探究式、研討式、團隊式的學習方式，引導學生積極開展自學自訓、工程實踐與現(xiàn)場調(diào)研，加強以學生為主導的討論式、案例式、翻轉課堂等教學方法的運用。例如，在BIM建筑方案設計實踐中，讓學生以小組合作形式完成大量建造的中、小型民用建筑方案設計，在課堂上進行成果展示與答辯，學生與教師共同點評交流討論，以模擬大賽方式評選優(yōu)秀設計獎。借助BIM 進行方案設計，可降低立面和剖面設計難度，減少設計與繪圖工作量，便于將設計對象由簡單的住宅樓、辦公樓、宿舍樓等擴展到復雜的商場、影劇院等。通過自主設計和BIM建模，學生可以自由創(chuàng)作建筑作品，發(fā)揮主動性和創(chuàng)造性。再如，學習建筑構造時，讓學生對實際建筑開展小組調(diào)研，觀察樓梯、走道、門窗、勒腳等構造做法，測量尺寸，加深對構造知識的理解，制作BIM構造模型，將實踐成果帶到課堂討論，強化理論學習效果，提升實踐能力［7-9］。

三、基于“房屋建筑學”BIM設計成果的課程鏈設計

（一）課程鏈設計思路

消防工程是復雜的系統(tǒng)工程，涉及建筑、水、暖、電幾大專業(yè)，分別以“建筑防火”“建筑滅火設施”“建筑防煙排煙工程”“電氣防火”及“火災監(jiān)控”幾大課程作為理論支撐。目前，這些課程相對獨立，彼此間缺乏一定的聯(lián)系，學生難以對建筑消防工程系統(tǒng)形成整體的認知。鑒于此，可將“房屋建筑學”課程BIM設計成果用于后續(xù)專業(yè)課程，形成基于BIM實踐成果的課程鏈，實現(xiàn)BIM技術在各門課程之間的協(xié)同應用，從而實現(xiàn)專業(yè)知識的綜合運用［10］。基于BIM成果形成的消防工程專業(yè)課程鏈如圖2所示。

圖2 基于BIM成果的專業(yè)課程鏈

將“房屋建筑學”BIM建筑方案設計成果作為其他課程設計的建筑基礎資源，在同一BIM建筑模型中完成建筑防火、自動噴水滅火系統(tǒng)、消火栓系統(tǒng)、防排煙系統(tǒng)、火災自動報警系統(tǒng)等各消防系統(tǒng)的BIM 設計，這樣多種消防系統(tǒng)設計在同一建筑模型上，可以較好地實現(xiàn)多系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)和管道系統(tǒng)的碰撞檢查。在“建筑圖紙識讀”“建筑防火設計審查與驗收”課程中，把學生的BIM設計成果互換審閱，進行圖紙識圖和消防設計審查訓練，實現(xiàn)了BIM技術及成果在多門課程之間的協(xié)同應用。

例如：在“建筑防火”課程教學中，可以讓學生基于BIM技術開展“建筑防火”課程設計實踐。建筑防火設計是建筑設計和構造設計的延伸，可在“房屋建筑學”課程設計的基礎上進行，在建筑方案設計成果中，進一步完成建筑防火設計。在這一過程中，可先讓學生利用BIM技術修改“房屋建筑學”課程設計成果，基于完善后的建筑模型補充開展建筑防火設計，也可以由學生重新設計BIM建筑模型并完成建筑防火方案設計。通過具有個人創(chuàng)造性的課程設計，學生將對建筑防火設計原理與方法有更加深刻的理解，建立起更為系統(tǒng)的課程理論認知，達到綜合運用所學知識和提升能力的目的。

此外，還可以將課程鏈延伸到畢業(yè)設計階段，結合BIM進行畢業(yè)設計，從而實現(xiàn)綜合運用所學理論知識和專業(yè)技能解決工程實踐問題的目的。

（二）課程鏈實施前提

要使課程鏈得以實施，一是學生要普遍具備BIM建模和制圖能力，這可在“房屋建筑學”實踐教學基礎上開設BIM第二課堂，鼓勵學生開展BIM技能方面的自主學習與訓練，強化BIM建模能力；二是要加強各課程任課教師之間的溝通協(xié)作，達成課程鏈應用共識，預先謀劃解決課程鏈應用有關問題。

四、師生共建BIM三維可視化教學資源

“房屋建筑學”“建筑防火”“建筑滅火設施”“建筑防煙排煙工程”“電氣防火”及“火災監(jiān)控”等課程知識內(nèi)容抽象，又涉及很多規(guī)范條文，學生往往難以理解，如能將相關知識點和條文輔以BIM三維可視化模型進行學習，將大大增加教學內(nèi)容的生動性和易理解性，利于提升教學效果。為此，可在消防工程專業(yè)中建立BIM興趣小組，師生共同研發(fā)BIM三維可視化教學資源，該活動可以依托第二活動課堂開展，將學生分成若干小組，每組負責部分章節(jié)知識點，在充分學習的基礎上完成BIM建模工作。在學生建模過程中，教師就知識內(nèi)容及模型搭建進行全程指導。通過這種以學生為主導的小組建模訓練，既加深了學生對所學內(nèi)容的理解，又強化了動手、協(xié)作能力，大量建模成果又豐富了三維教學資源庫，反哺了課程的后續(xù)教學。

結語

BIM技術可從根本上促進建筑業(yè)的發(fā)展，目前國家正在大力推廣和普及BIM技術。為培養(yǎng)掌握BIM技術的復合型人才，很多高校建筑類專業(yè)都紛紛開展基于BIM技術的教學改革。將BIM技術與消防專業(yè)教育相結合，開展消防專業(yè)教育教學改革，也必將會提升新工科建設背景下消防工程人才的培養(yǎng)質(zhì)量。