BIM技術在環(huán)境工程中的應用與課程教學實踐探索

蔣敏敏 韋巧艷 鄭君健 張媛媛

摘要：隨著信息技術的發(fā)展，建筑信息模型（BIM）技術在土建類行業(yè)中的應用已經變得越來越廣泛。但在環(huán)境工程行業(yè)中，BIM技術的應用相對滯后。本文將首先介紹BIM技術在環(huán)境工程中的意義，然后針對目前BIM技術在環(huán)境工程本科教學推廣過程中所面臨的困難，提出相關改善措施和建議，以期為推動環(huán)境工程專業(yè)BIM技術人才培養(yǎng)提供參考依據。

關鍵詞：BIM技術；環(huán)境工程；教學改革；人才培養(yǎng)

一、引言

目前建筑土建領域正逐漸向智能化方向邁進。BIM（Building Information Modeling）技術的高速發(fā)展和應用已成為實現建筑土建等工程領域智能化的必要手段和趨勢。早在2012年，美國建筑業(yè)的BIM技術應用率就已達到了71%[1]。盡管我國已將BIM技術納入國家“十三五”科技支撐計劃和建筑信息化發(fā)展綱要[1]，并出臺了一些BIM相關的行業(yè)技術標準與規(guī)范，建筑工程中BIM技術的應用越來越多，但在國內規(guī)?；瘧梅矫嫒蕴幱谄鸩诫A段。特別在環(huán)境工程領域，BIM技術的推廣和應用相對滯后。

高等院校是培養(yǎng)BIM技術人才的主要基地，但受多方面因素影響，高等院校的教學往往滯后于時代和市場需求的快速發(fā)展。當前，大部分高等院校的環(huán)境工程專業(yè)教學主要偏向理論知識學習，而要掌握BIM技術，不僅需要理論學習，還需要大量的工程實踐積累。這導致環(huán)境工程畢業(yè)生對BIM技術的掌握嚴重不足。因此，如何針對環(huán)境工程專業(yè)開展BIM技術教學，使學生能同時掌握BIM技術和環(huán)境工程專業(yè)知識，成為一項重要任務。

本文主要通過介紹BIM技術在環(huán)境工程中的應用意義，分析目前在教學推廣過程中面臨的困難，并提出相應的措施與建議，以推動環(huán)境工程專業(yè)BIM技術人才的培養(yǎng)。

二、信息化背景下BIM技術在環(huán)境工程中應用的意義

（一）BIM技術簡介

BIM是英文Building Information Modeling的縮寫，中文譯為建筑信息模型。BIM的概念來源于20世紀70年代，由美國佐治亞理工學院被譽為“BIM之父”的Chuck Eastman教授提出，目前BIM技術已在北美以及歐洲等發(fā)達國家得到了普遍應用[2， 3]。BIM技術是指建設項目的物理和功能特性的數字化表達，為項目全生命周期的各個階段提供可靠決策的信息化共享平臺。通過集成化、可視化、可模擬性和可協(xié)調性，BIM技術能夠實現參與方的協(xié)同作業(yè)，包括初期概念設計、施工圖紙設計、施工運營和維護拆除等工作[4]。在我國，推廣BIM技術對于信息化集成應用領域的發(fā)展具有重要意義。

（二）環(huán)境工程與BIM技術

環(huán)境工程是研究如何保護和合理利用自然資源，解決環(huán)境污染問題，改善環(huán)境質量，促進社會生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的學科。解決環(huán)境污染問題的途徑主要包括從污染源頭入手以及建設環(huán)境工程項目處理已經產生的污染物。這些環(huán)境工程項目涵蓋了污廢水處理、固體廢物處理和大氣污染治理等領域。這些項目的實施需要城市規(guī)劃、土建和機電設備等多個專業(yè)的支持。例如，在建設一個污水處理項目時，需要基于城市規(guī)劃選擇和規(guī)劃場地，建筑結構用于建設處理設施的池塘，給水排水技術用于處理設施之間的連接和廠區(qū)雨污水處理，機電設備用于處理工藝的附屬設備和廠區(qū)功能建筑等。然而，傳統(tǒng)的工程設計和管理方法在處理復雜的環(huán)境工程項目中的多專業(yè)協(xié)作上存在不足，因此，掌握BIM技術對環(huán)境工程從業(yè)者來說非常重要。

自2003年引進BIM技術以來，我國已經有很多關于BIM技術在建筑結構、機電設備和城市規(guī)劃等土建行業(yè)上的實際應用和教學改革的報道[5， 6]。雖然BIM技術在環(huán)境工程項目上也有應用，但對于環(huán)境工程和BIM技術的教學和研究探索報道很少。這導致對于同時掌握BIM技術和環(huán)境工程專業(yè)知識的專業(yè)人才的需求日益增加。因此，在我國建設行業(yè)數字化和信息化的大趨勢下，加強環(huán)境工程專業(yè)與BIM技術的課程體系建設和培養(yǎng)已成為迫切需要。

三、BIM技術在環(huán)境工程本科教學推廣過程中的困境

自BIM概念提出以來，BIM技術的高等院校教學在歐美等發(fā)達國家中得到了較為完善的發(fā)展?？梢哉f，BIM技術已經成為這些國家本科教學中不可或缺的課程。目前，國內很多高等院校已經逐漸認識到BIM技術對建筑土建類專業(yè)發(fā)展的重要性，并將其融入工程管理、工程造價、土木工程、建筑類和給水排水工程等本科專業(yè)教學中。相關教學改革嘗試與探索也已進行。然而由于BIM技術的引入較晚，涉及BIM技術的本科教學課程體系仍存在不完善的問題。特別是在環(huán)境工程專業(yè)中，引入BIM技術的教學相對滯后。

BIM技術在環(huán)境工程專業(yè)上的教學推廣與其他專業(yè)存在類似或特殊的挑戰(zhàn)[7-9]，歸納起來主要包括以下幾點。

（一）校企對BIM專業(yè)型人才供需信息不對稱

目前普遍存在的問題是，高等院校在教學中往往將課本基礎理論教學放在首位，對于新興事物的關注較為欠缺，導致畢業(yè)生在企業(yè)就業(yè)后，往往需要花費較長時間去適應工作。然而，在信息化時代，BIM技術在企業(yè)中得到迅速發(fā)展，并已逐漸成熟。然而，由于高等院校與企業(yè)間缺乏深度合作與溝通，導致高等院校對BIM技術專業(yè)人才培養(yǎng)的需求信息不對稱，阻礙了基于市場需求的BIM技術本科教學體系的完善。

（二）BIM技術相關專業(yè)課在課程體系設置中不完善

由于當前高等院校對BIM技術在環(huán)境工程專業(yè)上的發(fā)展以及市場需求缺乏正確而充分的認識，導致在課程體系設置上對BIM技術的引入不足。雖然少數高等院校以課外講座或專業(yè)選修課的形式開始將BIM技術教學引入課程體系，但是由于缺乏系統(tǒng)性的教學計劃，學生往往受制于課時限制和缺乏足夠的實操訓練，導致學生對BIM技術的理解和掌握受到了嚴重的影響。

（三）BIM技術教學資源投入有限

目前，部分高等院校在BIM技術教學方面的資源保障力度不夠充分。BIM技術需要高性能的計算機配置，然而很多高校的計算機并不能流暢運行BIM相關軟件。如果要求學生自備電腦，可能會給他們增加不小的經濟壓力。此外，BIM技術相關軟件的版權費用也相對較高。這些因素都制約了高等院校BIM教學設備的建設與發(fā)展，需要大量經濟投入。因此，高等院校在BIM教學方面還有待提高。

（四）缺乏經驗豐富的BIM師資力量

在很多高等院校，BIM技術的教學資源不足以滿足需求。其中一個主要原因是缺乏熟練掌握BIM技術的教師。年齡偏大的教師對于新技術的接受程度和積極性較低，也缺乏大量實際工程實踐經驗。這給教師的培訓增加了難度。特別是環(huán)境工程專業(yè)教師在BIM師資方面的缺乏更為明顯。許多剛剛開始工作的環(huán)境工程青年教師，他們在研究生階段主要從事科研工作，缺乏實際工程經驗和實踐經驗的積累。因此，BIM師資力量的匱乏也成為制約高等院校培養(yǎng)BIM人才的重要因素。

四、改善BIM技術教學培養(yǎng)的措施與建議

將BIM技術教學融入環(huán)境工程本科課程教學體系中，目前還處在探索完善階段，通過文獻調研和企業(yè)考察[7， 10， 11]，筆者提出了以下幾個方面的措施與建議。

（一）借助信息化平臺加強校企合作

校企合作在解決BIM專業(yè)人才供需信息不對稱問題方面發(fā)揮著重要作用。高校通過與企業(yè)合作，能夠更直接地了解社會對BIM專業(yè)人才的需求情況，從而更精準地調整本科教學培養(yǎng)體系，培養(yǎng)適應市場需求的專業(yè)人才。與此同時，校企合作也可以彌補高校教師在BIM領域師資力量不足和缺乏工程實踐經驗的劣勢，提高高校的人才培養(yǎng)質量。對企業(yè)而言，校企合作可以有效提升高校畢業(yè)生的實踐經驗，縮短人才培訓周期，降低培訓成本，提高企業(yè)效益。通過與高校合作，企業(yè)可以直接參與到人才培養(yǎng)過程中，為教學提供實際案例和工程項目，并與學生進行互動交流，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維和實踐能力。在“互聯(lián)網+”背景下，校企合作也需要與時俱進地調整合作方式。除了傳統(tǒng)的實地考察和企業(yè)互動，借助信息化平臺和大數據作為橋梁，可以為學生、教師和企業(yè)提供更便捷的信息交流和合作機會。通過信息化平臺，學生和教師可以獲取最新的行業(yè)動態(tài)和崗位需求，企業(yè)也可以更輕松地與學校對接，實現更廣泛的校企合作。

（二）加強教師自身培訓

高等院校的師資是人才培養(yǎng)和教學的關鍵。只有提高教師在BIM技術方面的專業(yè)水平，他們才能在教學過程中游刃有余，使學生更好地學習和掌握BIM技術。因此，針對高等院校存在的BIM技術師資不足和教師對新技術學習積極性不高的問題，高等院校應制定相應的激勵機制。例如提供專業(yè)培訓機會、經費支持或獎勵教師參與相關學術研究和項目開發(fā)等，這樣可以激發(fā)教師對BIM技術學習的積極性，提高他們的專業(yè)水平。

（三）完善課程體系與教學模式

為了更好地保障BIM技術的教學效果，高等院校需要科學地將BIM技術教學融入課程體系中。相較于傳統(tǒng)的“PPT+板書”教學模式，在BIM技術學習中，教學實踐是不可或缺的。因此，高等院校應該針對BIM技術教學的特殊性重新思考教學模式，將BIM實踐教學有機地融入課程體系中，實現課堂教學和實踐教學的有效結合。同時，還應根據環(huán)境工程專業(yè)的特點制定相應的人才培養(yǎng)方案，以充分發(fā)揮BIM技術在該領域的應用價值。這包括安排實踐課程、教學項目或實習，在實際項目中引導學生運用BIM技術解決實際問題，并提供實時的指導和反饋。通過這樣的教學模式，高等院校可以更好地培養(yǎng)學生的BIM技術能力。

（四）保障BIM技術教學基礎資源

為了提升BIM技術人才的工程實踐能力，高等院校應加大對BIM技術教學所需軟硬件設施的投入，完善BIM技術實踐教學平臺，并盡可能地建設專門的BIM實訓基地，以確保BIM技術的實踐教學環(huán)節(jié)能夠有效進行。在實踐教學過程中，教師應結合實際工程項目，將教學內容更直觀地呈現給學生，以提升學生的學習效果。這樣的教學方式可以使學生更好地理解BIM技術的應用，增加他們在實際工程中運用BIM技術的能力。

（五）增加企業(yè)工程師講座與培訓

掌握和熟練運用BIM技術與積累工程實踐經驗密不可分。相比高等院校教師，校外工程師在工程實踐經驗和軟件實操方面具有更大的優(yōu)勢。因此，在BIM技術課程教學體系中，納入校外企業(yè)工程師的講座和培訓能夠有效促進學生的學習興趣和實踐能力提升。通過校外工程師的講座和培訓，他們可以分享自己在實際工程項目中遇到的問題與解決方法，并提供真實的案例和經驗。這樣的實踐經驗和實例可以幫助學生更好地理解BIM技術在實際項目中的應用，并學習到解決問題的方法和技巧。

五、結束語

在信息化、數字化時代的大背景下，BIM技術在環(huán)境工程項目中的應用成為行業(yè)發(fā)展的趨勢。這意味著未來需要大量熟練掌握BIM技能的人才。作為專業(yè)人才培養(yǎng)的搖籃和基地，高等院校應當緊跟時代的步伐，完善人才培養(yǎng)體系，根據社會需求培養(yǎng)專業(yè)技術人才，以促進行業(yè)的發(fā)展。

盡管目前高等院校在將BIM技術融入環(huán)境工程教學體系中面臨一些困難與挑戰(zhàn)，但引入BIM技術對環(huán)境工程行業(yè)的發(fā)展具有重要的推動作用。因此，在信息化背景下，對BIM技術在環(huán)境工程中的課程教學進行實踐探索和改革是非常有意義的。

作者單位：蔣敏敏 韋巧艷 鄭君健 張媛媛 桂林電子科技大學 生命與環(huán)境科學學院

參? 考? 文? 獻

[1]李政道，張麗梅，賴旭露，等. 新工科背景下高校BIM技術課程建設的實踐與思考 [J]. 工程經濟， 2021，31（1）： 46-50.

[2]許劍峰， 李立. 基于BIM技術的教學改革模式研究 [J]. 實驗技術與管理， 2020，37（11）： 218-221.

[3]G.-D. Kim， Ahn B.-K.， Kim J.-H.， Lee C.-S. Improved hydrodynamic analysis of marine propellers using a B-spline-based higher-order panel method [J]. Journal of Marine Science and Technology， 2015. 20（4）： 670-678.

[4]梁曉丹， 黃天榮. 校企深度合作下土木專業(yè)BIM課程與人才崗位需求的適配性研究 [J]. 現代職業(yè)教育， 2021（32）： 34-35.

[5]李文盛. 基于BIM土木專業(yè)畢業(yè)設計改革的研究與實踐 [J]. 輕工科技， 2022，38（6）： 181-183.

[6]劉元芳. 供熱工程課程教學改革與創(chuàng)新——基于OBE理念及BIM技術 [J]. 黑龍江科學， 2022，13（21）： 84-86+89.

[7]李明， 于秋潔. 建筑類高校BIM技術應用和人才培養(yǎng)存在問題與對策建議 [J]. 當代教育實踐與教學研究， 2020（8）：71-72.

[8]穆蒙蒙. BIM技術背景下工程造價管理課程的改革與實踐 [J]. 天津職業(yè)院校聯(lián)合學報， 2023，25（1）：56-61.

[9]謝信永. BIM技術在工程教育實踐教學中的應用研究 [J]. 當代教育實踐與教學研究， 2019（15）：170-171.

[10]杜麗敏， 王聰， 柳志萍. 建筑業(yè)BIM的發(fā)展與教育改革新思路 [J]. 四川建材， 2018，44（3）：233-235.

[11]蔣亞龍. BIM技術在土木工程課程教學中的應用探索 [J]. 西部素質教育， 2022，8（16）：134-137.

蔣敏敏（1989.10-），男，漢族，廣西全州，講師，研究生，博士，研究方向：環(huán)境科學與工程教學研究。