基于BIM 與CDIO―S 的建筑經(jīng)管專業(yè)實驗教學(xué)體系研究

紀凡榮，王德東，張俊卿

（1.山東建筑大學(xué)管理工程學(xué)院 山東 濟南 250101；2.德州建設(shè)項目管理有限公司 山東 德州 253000）

1 基于BIM 的實驗教學(xué)框架

BIM（Building Information Model）實驗教學(xué)方法是基于模型結(jié)構(gòu)分解，根據(jù)實驗需求建立專業(yè)BIM子模型或總模型應(yīng)用的實驗教學(xué)方法。BIM 模型體系構(gòu)成包括項目（Project）分析、專業(yè)（Professional）分析、應(yīng)用模型（Playwell）、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理PMD（Product Data Management）、專業(yè)標準（Proprietary）、多方參與（Public）等部分[6]。

1.1 項目分析

項目分析主要是對經(jīng)管類專業(yè)實驗進行分類，形成技術(shù)、經(jīng)濟及管理三類實驗群，及實驗群內(nèi)的實驗項目。專業(yè)培養(yǎng)方案不同，所進行的實驗群就不同。例如工程造價通常進行經(jīng)濟類實驗群的實驗。

1.2 專業(yè)分析

專業(yè)分析的目的是為滿足專業(yè)教學(xué)要求確定建立BIM模型的類型。例如，工程造價專業(yè)要建立造價BIM 模型，工程管理專業(yè)需要建立施工BIM 模型等。

1.3 應(yīng)用模型

BIM 模型建立的目的是開展專業(yè)實驗。學(xué)生可根據(jù)任務(wù)書或?qū)嶒灧桨笇㈧o態(tài)模型變?yōu)閯討B(tài)模型或者導(dǎo)入其他軟件進行實驗。

1.4 數(shù)據(jù)管理

PDM 是一體化集成技術(shù)[7]。在實驗過程中應(yīng)用PMD對BIM 實驗的數(shù)據(jù)、過程、資源進行管理。

1.5 多方參與

BIM 是一個協(xié)同工作平臺。學(xué)生可根據(jù)實驗?zāi)康倪M行分工合作?；趯W(xué)生個體的團隊協(xié)作更具有意義。

國外很早就開展了鋼軌磨耗的預(yù)測研究，早在1895 年就有人提出鋼軌波浪磨損這一概念，至今已有百年歷史[1]。目前主要形成了基于能量觀點的計算摩擦功的磨耗預(yù)測模型和基于磨耗指數(shù)的磨耗預(yù)測模型，通過在線路上進行相關(guān)試驗，對預(yù)測模型計算結(jié)果和試驗數(shù)據(jù)進行比對分析。德國通過引入波長確定機理和破壞機理，對波磨進行分類，將波磨分為長波波磨和短波波磨。日本自1986年起為解決新干線上日益嚴重的波磨現(xiàn)象，利用小波分析對波磨進行探測，并通過在模型試驗臺上的試驗，研究采用高性能合金制造鋼軌對減少波磨形成的影響。

1.6 標準要求

建模標準不同會導(dǎo)致BIM 實驗結(jié)果存在差別性。需要在實驗準備階段統(tǒng)一建模標準、實驗步驟及成果要求。

2 基于CDIO―S 的實驗教學(xué)流程

CDIO（Conceive，Design，Implement，Operate）是歐美工程教育理念，更注重實踐能力的培養(yǎng)，讓學(xué)生以主動的、實踐的方式進行學(xué)習(xí)，達到工程能力與學(xué)科知識的完美結(jié)合[8-9]。其系統(tǒng)地提出了具有可操作性的能力培養(yǎng)、全面實施以及檢驗測評的標準。

在全球化和創(chuàng)新時代，高校沒有一成不變的辦學(xué)理念，也沒有放之四海而皆準的教育模式[10]。CDIO―S 體系是在上述四個環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上，增加總結(jié)S（Summary）環(huán)節(jié)后提出的教學(xué)體系。具體包括項目實驗構(gòu)思、實驗設(shè)計、建模實現(xiàn)、模擬運作、交流總結(jié)五大模塊。

2.1 實驗構(gòu)思

在實驗構(gòu)思時需要考慮BIM實驗入課方式、可選的軟件方法等內(nèi)容。BIM 入課包括單一課程模式、交互教學(xué)模式、多課程聯(lián)合模式等多種方式。在選擇軟件時要根據(jù)方便實驗的原則選取相應(yīng)的BIM 軟件及輔助軟件。

2.2 實驗設(shè)計

在方案構(gòu)思確定后就要進行詳細的實驗方案設(shè)計，包括確定實驗的目標、操作流程、考核成果及成績評定等考核機制內(nèi)容。該階段成果往往形成實驗任務(wù)書或指導(dǎo)書。

2.3 建模實現(xiàn)

根據(jù)實驗?zāi)康牡牟煌梢灾匦陆⒒蛘吒鶕?jù)既有模型進行分解，獲得將要使用的實驗?zāi)Ｐ?。對于需要團隊合作的實驗，還需要將模型進行整合或分解，形成總模型或子分模型。

2.4 模擬運作

建筑經(jīng)管類實驗往往側(cè)重于過程或運營，需要進行進度管理、安全管理、質(zhì)量管理或運營模擬等實驗。在模擬運作后即可得到實驗結(jié)果，最終可形成實驗報告。

2.5 交流總結(jié)

不同學(xué)生因操作過程不同可能導(dǎo)致不同的結(jié)果。通過對不同實驗結(jié)果的交流與點評，可起到鞏固BIM相關(guān)知識的作用。

3 基于BIM 的CDIO―S 實驗體系構(gòu)建

3.1 實驗教學(xué)體系

基于BIM 與CDIO-S 的建筑經(jīng)管類專業(yè)實驗教學(xué)體系是以工程項目全生命周期為時間導(dǎo)向，根據(jù)總―分建模形式，利用BIM 技術(shù)，以BIM 為實施方法、以CDIO―S 為實踐環(huán)節(jié)，模擬項目參與方在全生命周期間工作內(nèi)容的經(jīng)濟管理類實驗教學(xué)體系，其體系如圖1 所示（p48）。

圖1 基于BIM 與CDIO-S 的實驗教學(xué)體系

3.2 實驗教學(xué)內(nèi)容

工程項目的全生命周期劃分為項目立項、項目規(guī)劃、項目設(shè)計、項目施工、項目交付運營及項目后評價等階段。建筑經(jīng)管類學(xué)生畢業(yè)后多從事工程管理、建設(shè)咨詢、房地產(chǎn)營銷策劃等工作。因此主要從建設(shè)方、施工方、咨詢方角度，模擬項目規(guī)劃階段、施工階段及項目運營階段的工作[11]。

項目規(guī)劃階段，模擬建設(shè)方的學(xué)生根據(jù)課堂基礎(chǔ)學(xué)習(xí)的內(nèi)容以及教師下發(fā)的任務(wù)要求，使用軟件完成規(guī)劃階段的規(guī)劃概念BIM 模型，提高學(xué)生規(guī)劃策劃的能力。

項目施工階段，完成建筑BIM 模型、結(jié)構(gòu)BIM 模型和機電安裝BIM 模型的碰撞檢測驗證，使用NAVISWORKS等軟件完成項目費用、進度等模擬，并利用AR等工具進行虛擬現(xiàn)實展示，使學(xué)生更直觀、更立體地了解施工過程。

在項目交付運營階段，模擬施工方、咨詢方和建設(shè)方的學(xué)生可將項目實施過程中產(chǎn)生的信息數(shù)據(jù)使用NAVISWORKS 和REVIT 等軟件導(dǎo)入分BIM 模型中，形成施工方、咨詢方和建設(shè)方的BIM 模型，模擬基于BIM 的信息管理。

3.3 實驗教學(xué)實現(xiàn)

3.3.1 前期準備

依據(jù)建筑經(jīng)管類專業(yè)課程群的分類，為實現(xiàn)構(gòu)建基于BIM 與CDIO―S 的建筑經(jīng)管類專業(yè)課程體系的要求，可在最大限度保留原有課程的基礎(chǔ)上，先完成核心課程的學(xué)習(xí)。培養(yǎng)學(xué)生基本的管理思維和能力，為學(xué)生快速、系統(tǒng)地形成知識體系打下堅實的理論基礎(chǔ)。

3.3.2 實驗教學(xué)方案的編制

實驗教學(xué)體系普遍以理論教學(xué)課程體系為基礎(chǔ)進行構(gòu)建。根據(jù)實驗教學(xué)方案，將教學(xué)課程分為理論類教學(xué)課程和實踐類教學(xué)課程兩部分進行編排。對于理論類教學(xué)課程的安排，可按學(xué)校既有的理論類課程教學(xué)編排體制進行。實踐類教學(xué)課程編排依據(jù)各門課程形成認知性、設(shè)計性、綜合性和創(chuàng)新性等類型的實驗教學(xué)方案[12]，編制具體的操作性文件，包括實施內(nèi)容與要求、相互研討的問題及參考資料等內(nèi)容。

3.3.3 實驗實施

基于BIM 與CDIO―S 教學(xué)體系理論，開設(shè)工程項目管理、建設(shè)工程進度管理以及工程造價等實驗，讓學(xué)生從不同參與方的角度，進行總―分BIM 建模，并對費用管理、進度管理、質(zhì)量管理等內(nèi)容進行BIM 實驗。

3.3.4 實驗后總結(jié)

實驗報告上交后，教師找出實驗報告中的突出問題，在課堂上與學(xué)生互動交流，并做出點評總結(jié)，使學(xué)生對所學(xué)課程做到融會貫通。

4 實踐案例

4.1 實驗體系

根據(jù)已構(gòu)建的基于BIM的CDIO―S 實驗教學(xué)體系引導(dǎo)教學(xué)改革，某學(xué)院形成了BIM335 實驗教學(xué)改革方案：依托學(xué)院的BIM實驗室、造價算量坊及國家級建筑工程管理虛擬教學(xué)仿真試驗中心形成3 個實驗平臺；依靠REVIT、廣聯(lián)達及斯維爾三種軟件形成BIM 的3 種軟件平臺；在CDIO 體系上增加S 總結(jié)（Summary）環(huán)節(jié)形成CDIO―S的5 個實驗教學(xué)環(huán)節(jié)。

4.2 實驗群

為滿足教學(xué)要求，根據(jù)BIM Project 的內(nèi)容，構(gòu)建了滿足工程管理、工程造價、房地產(chǎn)等專業(yè)的實驗群，如表1所示（p49）。保證學(xué)生有接觸實驗的機會，有互動操作的環(huán)節(jié)，實現(xiàn)實際工程與虛擬教學(xué)的聯(lián)動。并根據(jù)逐步推進與專業(yè)需求的原則，開展具體的實驗項目。

表1 實驗群

4.3 實驗方案

課程組為每一個實驗都編制了指導(dǎo)書。每個實驗指導(dǎo)書包括實驗介紹、實驗?zāi)康?、實驗步驟、實驗要求、實驗討論、參考資料等內(nèi)容。部分線上實驗有引導(dǎo)視頻?；竞w了BIM 的Professional 和Proprietary 的專業(yè)要求及實施標準等內(nèi)容。

4.4 實驗實施

課程組在實驗過程中，教師根據(jù)BIM 的Play―well、PMD、Public 的內(nèi)容，要求學(xué)生上機實驗并提交實驗報告。實驗后，教師根據(jù)CDIO―S 體系，對實驗進行點評總結(jié)，保證教學(xué)質(zhì)量持續(xù)改進。

5 結(jié)語

基于BIM 與CDIO―S 的建筑經(jīng)管類專業(yè)實驗教學(xué)體系是將BIM 理論應(yīng)用到教學(xué)中，通過現(xiàn)代化的虛擬仿真平臺解決建筑經(jīng)管類專業(yè)教學(xué)周期長、實踐危險大、知識整合難等教學(xué)難題，旨在培養(yǎng)具備良好的專業(yè)素質(zhì)和實踐能力的復(fù)合型建筑經(jīng)管類專業(yè)人才，契合我國高校建設(shè)的發(fā)展趨勢，順應(yīng)了國內(nèi)外高等教育改革的潮流和方向。