基于BIM虛擬建造技術的土建類專業人才培養模式研究

張現林 賈俊禮 趙志平

（河北工業職業技術學院 河北 石家莊 050091）

建筑信息模型（Building Information Modeling，簡稱BIM），是在CAD技術基礎上發展起來的多維模型信息集成技術，是以三維數字技術為基礎，集成了建筑工程項目各種相關信息的工程數據模型，是對工程項目設施實體和功能特性的可視化表達。我們利用BIM技術開發了門式鋼架廠房、鋼筋混凝土結構建筑等項目，通過虛擬建造，創新了CDIO工程教育模式在土建類專業的應用，開發了三維可視化教學資源庫，使土建類專業所需教學資源從兩維平面變成三維可視，實現了教學手段創新。

以BIM為載體的虛擬建造技術為人才培養模式的創新提供了條件

以建筑業信息化建設需求為導向，形成以BIM為特色的課程體系 《2011～2015年建筑業信息化發展綱要》明確了我國加快建筑信息模型（BIM）技術應用等主要總體目標。探索基于BIM技術的三維設計技術，提高參數化、可視化和性能化設計能力，并為設計施工一體化提供技術支撐，可以減少信息在傳遞過程中的流失。在廣泛調研的基礎上，我們及時調整了2012版土建類專業人才培養方案，在課程體系中增加了《BIM技術應用》專業課程。2012年5月10日，在進行《2012版土建類專業人才培養方案》論證時，專業建設委員會與會企業專家對于在課程體系中增加《BIM技術應用》專業課程給予了充分肯定和高度評價。

以基于BIM的虛擬建造技術為抓手，實現CDIO工程教育模式創新 我院土建類專業從2010年開始進行CDIO工程教育模式改革，制定了12條CDIO標準，通過基于BIM技術的三維數字化建造技術，設計了門式鋼架廠房、鋼筋混凝土結構建筑等項目，通過虛擬建造，創新了CDIO工程教育模式在土建類專業的應用。下面以門式鋼架廠房項目為例加以說明。

1.方案構思 （C）。以國家建筑標準設計圖集04SG518-3為藍本，考慮到項目的典型性及模型大小等因素，引導學生整體構思跨度為12m、鋼架間距為6m的門式剛架廠房。

2.項目設計（D）。根據鋼結構設計規范，完成柱腳節點、鋼架柱與鋼架梁的楔形節點、鋼架梁與鋼架梁的連接節點、加勁肋設置等。

3.虛擬建造（I）。依據設計藍圖，通過BIM應用軟件，完成門式鋼架廠房的虛擬建造，如圖1所示。

圖1 門式鋼架廠房圖

4.碰撞檢查（O）。整體搭建結束后，進行碰撞檢查，發現設計中存在的錯、漏、碰、缺等問題。經碰撞檢查，鋼架柱牛腿的下翼緣和加勁肋發生了碰撞，加勁肋的板件已深入到了下翼緣內。對所有碰撞都進行處理后，完成此教學項目，如圖2所示。

圖2 碰撞檢查結果圖

深化了三級能力遞進的課程體系，提升了人才培養質量 土建類專業以發展職業能力為主線，以專業人才培養方案為抓手，形成了特色鮮明的“123”人才培養模式：“1”指建設一個四方聯動的多元合作平臺；“2”指完善畢業證書和職業資格證書的“雙證”融通；“3”指實現基礎能力→核心能力→職業綜合能力三級能力遞進。以BIM技術為支撐，在教學中推廣應用可視化教學資源庫，實施項目化教學，深化了“123”人才培養模式及三級能力遞進體系，提升了人才培養質量。BIM技術在三級能力遞進課程體系中發揮的作用如下。

1.基礎能力。在《建筑工程制圖》、《房屋建筑構造》、《施工圖識讀與會審》、《鋼結構構造與識圖》、《建筑材料檢測與應用》、《建筑模型制作》等專業基礎課教學中，發揮數字化教學資源庫從兩維平面圖紙轉化為三維圖形的優勢，極大地提高了學生學習的積極性，學習效果顯著提升，為專業綜合能力培養奠定了基礎。

2.專業綜合能力。通過在《鋼結構設計》、《公共空間設計》、《建筑工程計量與計價》、《地基與基礎工程施工》、《磚混結構主體施工》、《現澆結構主體施工》、《防水與裝修工程施工》等項目課程中采用CDIO工程教育模式，學生可運用BIM技術進行項目構思、設計、建造、檢查，最后完成整個項目。

3.職業綜合能力。在頂崗實習階段，學生可在企業完成真實的工程項目設計、項目建造、質量檢查、交付使用等工作，有助于培養學生的綜合職業能力，實現“零距離”就業。學生在企業完成的真實項目如圖3所示。

圖3 辛集皮革城二期工程景觀設計項目圖

三維可視化教學資源庫在教學中的應用

我們依據國家建筑標準設計規范圖集，開發了土建類專業基于BIM技術的可視化教學資源庫，實現了傳統兩維圖紙的三維可視，提高了學生學習積極性和教學質量。

可視化資源庫的基本情況 可視化教學資源庫按建筑、結構、設備等專業分類，由以公共建筑、民用建筑、工業廠房等典型工程項目為代表的案例組成。下面以混凝土結構為例加以介紹。我們以某教學樓為案例，開發了鋼筋混凝土結構三維教學項目，再現了混凝土三維結構，可通過調整混凝土的透明度，使隱蔽在其中的鋼筋顯露出來，展示基礎、框架柱、框架梁、樓面板、屋面板、樓梯、雨篷等鋼筋的構造；展示各類鋼筋節點構造，包括框架柱鋼筋的接長、箍筋加密區的構造、變截面的實現、框架梁鋼筋在框架柱內的錨固、負筋的截斷與接長、抗扭鋼筋、梁側構造鋼筋、拉結筋的設置、吊筋及附加箍筋的設置等。通過該模型的使用，可使學生深入理解國家標準系列圖集11G101-X的含義，掌握鋼筋混凝土結構的構造要求，熟悉平法制圖規則，能進行混凝土施工縫的設置，有助于提高學生識讀平法施工圖紙的能力、繪制鋼筋下料單的能力以及工程量計量的能力。可視化資源庫的使用界面如圖4、圖5、圖6所示。

圖4 基于BIM技術的鋼筋混凝土實體結構——整體圖

圖5 基于BIM的鋼筋混凝土框架結構——局部放大圖

圖6 上部通長鋼筋的接長、負筋的截斷圖

可視化教學資源庫在教學中的應用 我們開發的可視化教學資源已應用在土建類7個專業、13門課程中，實現了教學手段創新。通過在《建筑工程制圖》、《建筑結構》、《房屋建筑構造》、《建筑材料檢測與應用》、《建筑效果圖》、《建筑模型制作》、《施工圖識讀與會審》、《鋼結構構造與識圖》、《地基與基礎工程施工》、《現澆結構主體施工》、《鋼結構施工技術》、《鋼結構詳圖設計》、《建筑工程計量與計價》等課程中推廣使用可視化教學資源庫，提高了教學質量。下面以《施工圖識讀與會審》課程“框架結構基礎施工圖的識讀”為例，說明BIM技術在教學過程中的應用。《施工圖識讀與會審》是土建類專業的一門核心課程，課程的中心任務就是使學生能夠熟練識讀建筑工程的土建專業施工圖，能夠收集與圖紙相關的技術資料，正確領會并執行國家建筑結構設計規范與標準，具備參與圖紙會審的工作能力，學會處理施工中的有關結構設計與構造問題，逐步提高學生理論聯系實際的綜合應用能力。框架結構基礎施工圖的識讀通過直接調用可視化教學資源庫中的混凝土結構模塊，在閱讀基礎施工圖紙和國家標準圖集11G101-3（獨立基礎條形基礎筏形基礎及樁基）的同時，通過旋轉、移動、設置剪切面、調整混凝土的透明度等自主操作，逐一核對每根鋼筋，形象地完成基礎圖紙的識讀，如下頁圖7、圖8所示。

圖7 -1.150米基礎梁平面整體配筋圖

圖8 基礎部分BIM模型，除墊層外混凝土已隱藏圖

教學手段創新效果 通過整體設計，在我院土建大類7個專業推廣應用基于BIM的虛擬建造技術及三維可視化教學資源庫后，2009年，《地基與基礎工程施工》被評為高職高專土建教育師資培訓基地（教指委）精品課程，2011年被評為河北省精品課程。我院學生在2012第一屆全國“魯班杯”建筑工程識圖技能競賽，2011、2012年全國高等學校廣聯達軟件算量大賽，2012年全國高職高專教育建筑設計類專業優秀畢業設計大賽等賽事中榮獲特等獎兩項、一等獎兩項以及其他獎項二十余項，人才培養質量進一步提高，畢業生就業質量逐年提高。

[1]趙志平，賈俊禮，張現林.基于BIM的鋼筋混凝土框架結構的虛擬現實表現[J].土木建筑工程信息技術，2011（12）.

[2]張現林，尹素花，薛勇.淺談高職建筑工程技術專業實訓基地建設[J].職業教育研究，2011（4）.

[3]張現林，趙志平，史瑞英.數字化三維建筑結構的研究[A].工程三維模型與虛擬現實表現——第二屆工程建設計算機應用創新論壇論文集[C].2009.