基于BIM技術(shù)的應(yīng)用型高校土建類跨專業(yè)聯(lián)合畢業(yè)設(shè)計探索與實踐

萬軍 吳浪 先知平

摘要：通過分析土木類專業(yè)畢業(yè)設(shè)計現(xiàn)狀，在數(shù)字化背景下，結(jié)合行業(yè)需求，將BIM技術(shù)應(yīng)用于畢業(yè)設(shè)計實踐教學環(huán)節(jié)，構(gòu)建聯(lián)合畢業(yè)設(shè)計教學實施體系，實現(xiàn)跨專業(yè)協(xié)同設(shè)計，各專業(yè)的同學都能充分演繹本專業(yè)工程師的角色，學生大工程意識、溝通能力、創(chuàng)新能力、團隊協(xié)作能力得到很好的鍛煉，使學生能適應(yīng)信息化時代下工程建設(shè)行業(yè)對人才的需求。

關(guān)鍵詞：BIM；土建類；跨專業(yè)；畢業(yè)設(shè)計

Exploration?and?Practice?of?Cross-disciplinary?Collaborative?Graduation?Design?in?Civil?Engineering?Based?on?BIM?Technology?in?Applied?Universities

Abstract：?By?analyzing?the?current?situation?of?graduation?design?in?civil?engineering?majors?and?combining?with?industry?demands?in?the?digital?context，?BIM?technology?is?applied?to?the?practical?teaching?of?graduation?design，?and?a?collaborative?graduation?design?teaching?system?is?constructed?to?achieve?cross-disciplinary?collaborative?design.?Students?from?different?majors?can?fully?embody?the?role?of?engineers?in?their?respective?fields.?This?approach?allows?students?to?develop?a?better?understanding?of?engineering?consciousness，?communication?skills，?innovation?ability，?and?teamwork?ability.?It?helps?students?adapt?to?the?talent?requirements?of?the?construction?industry?in?the?information?age.

Keywords：?BIM;?civil?engineering;?cross-disciplinary;?graduation?design

現(xiàn)今，我們處于一個信息和技術(shù)飛速發(fā)展、知識迅猛增長的時代，建筑工程行業(yè)也得到重新定義。在數(shù)字時代景下，新技術(shù)不僅對傳統(tǒng)建筑工程設(shè)計提出了新的要求，而且當今建筑學科的發(fā)展伴隨著多學科領(lǐng)域如社會、經(jīng)濟、能源、人文、地理的結(jié)合，正朝向跨學科的“大融合”趨勢發(fā)展。

社會在不斷發(fā)展，建筑工程行業(yè)也不斷地演變，需要工程師與建筑師應(yīng)對不斷變化的工作環(huán)境和工作內(nèi)容，以滿足社會的需求。這就要求土建類人才的職能也在持續(xù)拓展，原來根系化、碎片化和原子化的知識結(jié)構(gòu)，與以分析式思維為主導(dǎo)的時代發(fā)展越來越不相適應(yīng)，受到業(yè)界的批評[1]。許多國家正在實踐多學科融合的“大工程觀”教育運動，以增強學生的協(xié)同能力、交流表達能力和系統(tǒng)的工程訓(xùn)練，使工程教育重回其真實性，得到業(yè)界廣泛關(guān)注。

通過結(jié)合國際上比較先進的工程教育理念，本文基于BIM（Building?Information?Modeling建筑信息模型）技術(shù)可以實現(xiàn)多專業(yè)協(xié)同設(shè)計，使畢業(yè)設(shè)計更加符合現(xiàn)代教育的系統(tǒng)性和實踐性要求[2]，使得學生不僅能夠充分體現(xiàn)出本專業(yè)工程師的角色，同時也可以鍛煉解決問題能力、團隊協(xié)作能力、并熟練掌握項目實施流程、節(jié)點控制等領(lǐng)域的相關(guān)知識，從而更好地融入即將開始的職業(yè)領(lǐng)域。

1土木類專業(yè)畢業(yè)設(shè)計現(xiàn)狀

地方高校土木工程類專業(yè)長期采用傳統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計模式，存在諸多弊端。比如選題有單一或相近的主題，大部分題目都是老師設(shè)計的，雖然結(jié)合了工程背景，但與實際工程情況有很大差異。目前土木工程專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計主要集中在建筑設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工組織設(shè)計、給排水工程設(shè)計、電氣工程設(shè)計、工程造價和工程招標等方面。各個專業(yè)方向相互隔絕，相互之間的合作和交流較少。因此在設(shè)計的實施中缺乏系統(tǒng)的思考，在解決具體問題時往往會遺漏一些細節(jié)，影響了設(shè)計過程的效率，學生的綜合應(yīng)用能力得不到提高。

設(shè)計任務(wù)書由指導(dǎo)教師制定，一般指導(dǎo)8個學生左右，一人一題，選題多是多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計，較少選高層或超高層建筑，主要原因是復(fù)雜選題可能會導(dǎo)致大多數(shù)學生無法按時完成全部設(shè)計任務(wù)[3]。

此外，師生畢業(yè)設(shè)計過程缺乏有效溝通。一方面，學生在畢業(yè)設(shè)計的過程中缺乏向指導(dǎo)老師及時反饋的習慣，另一方面，指導(dǎo)老師也可能對學生設(shè)計工作沒有及時把控，這都可能導(dǎo)致最終的設(shè)計成果不盡如人意。

上述出現(xiàn)的問題導(dǎo)致畢業(yè)設(shè)計同質(zhì)化現(xiàn)象極其嚴重，創(chuàng)新不足，工程實踐與實際工程要求差距較大。學生對工程的系統(tǒng)性和整體性缺乏理解，實踐技能落后于現(xiàn)代數(shù)字化的要求，不能滿足工程實踐和用人單位的需求。

BIM作為近幾年快速發(fā)展起來的建筑信息化的核心技術(shù)，是一種應(yīng)用于工程設(shè)計建造管理的數(shù)據(jù)化工具。通過參數(shù)模型整合各種項目的相關(guān)信息，在項目策劃、運行和維護的全生命周期過程中進行共享和傳遞[4]。通過引入BIM技術(shù)，為土木類專業(yè)學生提供接近實際工程的學習環(huán)境，加強實踐能力，為將來從事BIM技術(shù)相關(guān)工作做好準備；同時也能夠幫助教師提高工作效率，促進BIM技術(shù)的使用和推廣，為社會培養(yǎng)更多實用性強的專業(yè)人才。

2聯(lián)合畢業(yè)設(shè)計教學實施

江西科技師范大學土木工程學院以區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展和行業(yè)需求為導(dǎo)向，以強化工程實踐能力為核心，為地方和國家培養(yǎng)了一大批土木工程專業(yè)技術(shù)人才和管理人才。為了適應(yīng)數(shù)字時代需求，學院已逐漸將BIM技術(shù)納入課程體系中。本文基于BIM技術(shù)實現(xiàn)土建類跨專業(yè)聯(lián)合畢業(yè)設(shè)計。

2.1課程目標

創(chuàng)新畢業(yè)設(shè)計模式，實現(xiàn)多專業(yè)聯(lián)合畢業(yè)設(shè)計，踐行?CDIO?教學理念。對學生按照專業(yè)分組，對應(yīng)工程參與主體完成相關(guān)工作，建立并充分應(yīng)用?BIM?云平臺，發(fā)揮信息技術(shù)優(yōu)越性實施聯(lián)合畢業(yè)設(shè)計，培養(yǎng)學生的大工程意識和協(xié)同工作、系統(tǒng)思維能力。

2.2構(gòu)建項目組織機構(gòu)

聯(lián)合畢業(yè)設(shè)計是以項目建設(shè)全過程為目標，課題負責人作為項目設(shè)計總負責人，將不同專業(yè)的老師、學生集合在一起構(gòu)建一個項目設(shè)計部，來完成一個項目多專業(yè)設(shè)計任務(wù)。具體由建筑學、土木工程、建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程、工程造價四個專業(yè)的同學協(xié)同完成項目中建筑、結(jié)構(gòu)、空調(diào)、給排水、施工組織、造價等設(shè)計任務(wù)。

設(shè)計總負責人制訂項目設(shè)計總工作計劃，統(tǒng)籌安排、確定設(shè)計總目標，協(xié)調(diào)各方需求，完成畢業(yè)設(shè)計階段性審查和最終審核工作；各專業(yè)老師細化各專業(yè)設(shè)計任務(wù)、下達設(shè)計任務(wù)書，明確責任描述和交付成果，負責各專業(yè)方案制定、模型構(gòu)建和施工圖設(shè)計全過程指導(dǎo)；各專業(yè)學生分別承擔相應(yīng)專業(yè)的設(shè)計任務(wù)，根據(jù)設(shè)計總?cè)蝿?wù)的進度計劃適時提交設(shè)計成果。

考慮到聯(lián)合畢業(yè)設(shè)計對學生的專業(yè)知識和軟件運用有較高要求，因此根據(jù)自愿參與的學生人數(shù)對學生進行擇優(yōu)選拔。最后確定建筑學專業(yè)1名同學，土木工程專業(yè)1名同學，建環(huán)專業(yè)1名同學和工程造價2名同學組成畢業(yè)設(shè)計團隊，協(xié)同完成一個項目全過程設(shè)計任務(wù)。

2.3畢業(yè)設(shè)計流程

本項目采用中心文件的方式進行協(xié)調(diào)，團隊中每個專業(yè)的修改都實時的進行更新，構(gòu)件的扣減比較準確。為了實現(xiàn)快速定位，提高裝配效率和精度，團隊采用了共享坐標系。此外，所有模型文件應(yīng)采用統(tǒng)一的高程系統(tǒng)，以避免組裝后不同專業(yè)高程不一致的問題。

建筑學專業(yè)同學可以利用BIMSpace來進行系統(tǒng)的模型搭建。土木專業(yè)在廣廈當中進行結(jié)構(gòu)計算然后導(dǎo)進Revit中來進行局部調(diào)整完成結(jié)構(gòu)模型。機電專業(yè)利用BIMSpace當中的模型樣板文件來進行標準化的模型管理。機電專業(yè)整合鏈接建筑和結(jié)構(gòu)模型的方式進行協(xié)調(diào)。依據(jù)設(shè)計完成的完整模型數(shù)據(jù)，造價專業(yè)完成工程量計算提交完整的全專業(yè)的招標工程量清單。工程管理方向完成總平面圖布置、施工場地布置模型、施工進度計劃、工序動畫、施工組織設(shè)計文件、施工模擬動畫、BIM5D相關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容。

3?BIM技術(shù)在畢業(yè)設(shè)計中的應(yīng)用

案例項目為學校新建的藥學樓，建筑面積5800平方米，層數(shù)為5層，框架結(jié)構(gòu)。土木工程學院BIM中心機房提供軟件和硬件支持，本項目主要采用的軟件有Revit、AutoCAD、鴻業(yè)BIMSpace、Navisworks、SketchUP、Fuzor、Lumion。Revit為本項目的核心BIM軟件平臺，AutoCAD、Naviswork、Fuzor、Lumion、SketchUP分別用于本項目數(shù)據(jù)查看輸出、碰撞檢查、虛擬漫游、視覺處理、以及局部三維表達。此外，廣聯(lián)達BIM土建計量平臺GTJ2021圖形算量軟件，廣聯(lián)達?BIM?安裝算量?GQI2021，廣聯(lián)達云計價平臺?GCCP6.0，廣聯(lián)達?BIM?施工現(xiàn)場布置軟件，廣聯(lián)達斑馬進度計劃編制軟件，廣聯(lián)達BIM工序動畫制作軟件，廣聯(lián)達BIM5D，BIM?云空間，BIMMAKE、BIMFACE軟件，造價和工程管理方向同學必須掌握。

3.1全專業(yè)模型搭建

利用所見即所得的形式，項目設(shè)計、建造過程中的溝通、討論、決策都在可視化的狀態(tài)下進行。各專業(yè)通過BIM軟件建筑出平面圖后合模，相應(yīng)各專業(yè)立面、剖面、三維視圖隨即生成，過程可視化，結(jié)果同樣可視。

3.2設(shè)計查錯優(yōu)化及凈高分析

運用Navisworks軟件對模型進行碰撞檢查，發(fā)現(xiàn)碰撞后BIM各專業(yè)同學將碰撞記錄并整理成文，轉(zhuǎn)給其他設(shè)計專業(yè)進行復(fù)核，進行優(yōu)化設(shè)計，然后在模型中進行修改。

通過BIM各專業(yè)綜合管線優(yōu)化，合理排布管線，有效控制凈高，保證裝修施工完成面，減少后期返工及現(xiàn)場各專業(yè)糾紛問題。本項目核查碰撞部位逾千個，通過凈高分析，更加形象、直觀、準確的表現(xiàn)每個區(qū)域的凈高，為后期裝修設(shè)計提供數(shù)據(jù)支撐，可以有效降低層高。

搭建設(shè)計階段全專業(yè)BIM模型，發(fā)現(xiàn)設(shè)計圖紙問題共計46處，可以減少施工階段的設(shè)計變更，避免材料浪費。通過模型匯總核查，共計發(fā)現(xiàn)預(yù)留預(yù)埋洞口35處，可以減少施工階段二次開洞，保證主體結(jié)構(gòu)的美觀性，減少浪費。

3.3造價階段

通過BIM模型精確獲取實物工程量共計12種類型，主要包括三通一平、混凝土、管道及管路附件、預(yù)埋預(yù)留洞口、防火門等實物工程量。將模型和數(shù)據(jù)直接接入專業(yè)預(yù)算軟件廣聯(lián)達，利用BIM可以實現(xiàn)模型的實時工程量統(tǒng)計，在保證使用功能的前提下，減少工程量可以最大限度的控制成本。

3.4施工階段

將建筑Revit模型及GTJ模型導(dǎo)入BIMMAKE轉(zhuǎn)換成為施工BIM模型，創(chuàng)建真實的主體結(jié)構(gòu)模型，為精細化的場布奠定基礎(chǔ)。通過這種直接導(dǎo)入的方式，實現(xiàn)模型一模多用，避免重復(fù)建模。

對施工場地各階段布置的三維模擬，使場地布置方案得到事先預(yù)演，明確各施工機械空間位置，場內(nèi)道路布置走向，提高現(xiàn)場機械的覆蓋率，降低運輸費用及材料的二次搬運，保證各施工階段施工場地的高利用率，合理優(yōu)化空間、提高安全性及便捷性。

BIMMAKE自帶渲染引擎，可以完成高質(zhì)量渲染圖片與動畫，模型上傳云端，可輕量化瀏覽模型，方便交流。

3.5項目BIM管理平臺

利用BIM5D平臺進行施工管理，可以利用3D、4D?（3D模型+時間）、5D?（3D模型+時間+費用）模型在投資者、業(yè)主、設(shè)計師、施工方、預(yù)制方、設(shè)備提供方等項目參與方之間進行溝通，從而節(jié)省決策時間，減少誤解造成的錯誤。

通過BIM技術(shù)引入設(shè)計過程中，使設(shè)計變成一個系統(tǒng)化、規(guī)范化的過程，從而提高設(shè)計效率和水平。設(shè)計可以采用多種方式進行，不僅可以在建筑模型上進行操作，還可以在模型中直接進行詳細分析和批量修改，大大提高了設(shè)計效率。

同時，畢業(yè)設(shè)計工作量也可減少，可以將過去耗費大量時間的設(shè)計圖紙繪制及管理的工作量減少，圖紙繪制時可以直接從模型中生成，節(jié)省了操作時間。此外，還可以更好地及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計問題，找到解決設(shè)計問題的方法，避免設(shè)計失誤。最后，可以為學生提供一個客觀可靠的設(shè)計成果評價標準，幫助指導(dǎo)老師更好地把握學生畢業(yè)設(shè)計的進度。

4存在的問題及改進建議

1.小組成員缺乏實際項目經(jīng)驗，對施工現(xiàn)場實際情況了解不夠深入，導(dǎo)致很多工作開展進度緩慢。例如對于工地現(xiàn)場臨時設(shè)施的布置，使用軟件模擬得出的工程現(xiàn)場效果與實際場地存在差距，電腦模型的觀察效果與現(xiàn)場實際也無法做到匹配，學生往往在進行場地布置時只能做到從書本上的理論知識出發(fā)。對此指導(dǎo)老師應(yīng)加強與學生的交流，在前端課程加強現(xiàn)場實訓(xùn)，加強校企合作。

2.應(yīng)用的軟件較多，軟件間的數(shù)據(jù)傳輸會不同程度地導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，加大工作量。聯(lián)合畢業(yè)設(shè)計使用各種?BIM?類軟件共計?20種，其中不同品牌軟件之間進行模型傳遞只能借助?IFC?插件，但是往往會出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的情況，甚至出現(xiàn)一些構(gòu)件移位或者消失。對此問題，只能要求學生加強軟件操作的細節(jié)把控。

3.時間安排困難。各專業(yè)工作從工作程序上來講存在時間先后關(guān)系，而按照學校統(tǒng)一的教學安排，各個專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計時段是一樣的。對此問題，團隊設(shè)計了詳細的工作計劃，并把畢業(yè)設(shè)計工作提前至大四上學期，建筑方案統(tǒng)一提供，從而保證了各專業(yè)都能及時開展工作。

結(jié)語

BIM技術(shù)已成為建筑業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵技術(shù)，目前行業(yè)對BIM人才的需求逐年增大，地方高校理應(yīng)積極響應(yīng)國家政策的倡導(dǎo)，重視BIM人才的培養(yǎng)，為地方企事業(yè)單位輸送大量掌握BIM技術(shù)的人才，填補高校在BIM人才培養(yǎng)方面的“缺位”。本次基于BIM技術(shù)跨專業(yè)聯(lián)合畢業(yè)設(shè)計契合了現(xiàn)代工程教育的要求，學生既掌握為了新技術(shù)，又實現(xiàn)一次全專業(yè)，全過程真實案例預(yù)演。學生解決問題的能力、專業(yè)協(xié)作能力、關(guān)鍵節(jié)點把控能力得到了很好的鍛煉。畢業(yè)設(shè)計過程中學生熱情很高，順利完成畢業(yè)設(shè)計任務(wù)，達到了預(yù)期效果，為大規(guī)模聯(lián)合設(shè)計提供了經(jīng)驗。

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基金項目：2021年江西省教育廳高等學校教學改革研究課題“基于BIM-CDIO的地方高校土建類跨專業(yè)聯(lián)合畢業(yè)設(shè)計模式探索與實踐”（JXJG-21-10-31）

作者簡介：萬軍（1979—??），男，漢族，江西南昌人，碩士，講師，主要從事土木工程專業(yè)教學與科研。