BIM對建筑環境與能源應用專業的教學影響

李孔清，鄒聲華，張坻

(湖南科技大學 能源與安全工程學院，湖南 湘潭 411201)

住房城鄉建設部在《建筑業“十二五”發展規劃》中提出，要基本實現建筑企業信息系統的普及應用，加快建筑信息模型(BIM)、基于網絡的協同工作等新技術在工程中的應用，推動信息化標準建設［1］。BIM技術已是大勢所趨，將成為建筑業發展的核心競爭力。BIM在建筑行業中有超前的引領性。與時俱進地結合市場對BIM人才的需求開展教學改革是必然趨勢。

面對BIM的迅猛發展，很多高校開始在專業教學中引入BIM，進行相關教學改革嘗試。如李涵霖等探討了BIM在方案優化、工程量計算等7個方面對教學帶來的改變［2］。劉玉在建筑CAD 制圖教學中增加BIM相關內容進行了探討［3］。張尚等介紹了美國BIM教育改革模式，并探討了工程管理專業BIM教改的目標、模式、設置時間和方法等具體問題［4］。李建成分析了BIM對建筑設計帶來的影響，認為培養具有BIM素質的學生方可適應建筑行業形勢［5］。田江永探索了BIM在建筑施工技術課程中的教學方法［6］。齊岳探討了房屋建筑學課程與BIM技術結合的教學改革［7］。陳柯達等探討了建筑工程計算機應用類課程的改革中關于BIM技術運用的一些問題。

1 對BIM的理解

1.1 BIM顛覆建筑從業者的思維方式

每次技術創新都會更新人們對事物的認知，而當這種認知狀態集聚至一定程度時，人們的意識形態就會發生相應改變，完成從量變到質變的過程。創新在最初一般是以工具的形式出現。如不具有可擴展性或擴展性不強的時候，可能永遠停留在工具層面。反之，如果擴展性足夠強大，使人們工作與生活方式、思維問題的角度都會為之改變的時候，就會超出工具范疇，成為思維方式。

BIM首先是以工具的形式為人們所熟知，強大的建模功能吸引了人們的關注。它在三維模型基礎上實現協同工作，補充二維不能夠提供的空間及其它信息。在三維(3D)空間信息基礎上，加入時間信息變成了4D，加入成本等信息就變成了5D，可預計今后還會不斷有意想不到的擴展功能加入進來。這些無限擴展的信息可讓人們能夠通過越來越多的維度去看待同一個建筑。傳統的建筑設計、施工、運行維護之間的裂痕如今可通過BIM模型得以彌補，網狀的管理模式有望通過統一的BIM模型實現中心化管理。這種變化無窮的信息組織方式便賦予了BIM的思維方式特質。

1.2 BIM是完整的技術體系

美國BIM標準對BIM的定義:(1)BIM是一個設施物理和功能特性的數字表達;(2)BIM是一個共享的知識資源，是一個分享有關這個設施的信息，為該設施從建設到拆除的全生命周期中的所有決策提供可靠依據的過程;(3)在項目的不同階段，不同利益相關方通過在BIM中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映其各自職責的協同作業。因此BIM不僅是建筑3D 圖紙，還包括非圖形化的信息，是一個完整的技術體系。

BIM的核心理念是“一處更新，處處更新”，是以參數化方式進行設計，更符合設計規律和便于修改，降低重復勞動。在協同的平臺下，各方面的人員可以實時得到修改后的方案。

1.3 BIM是建筑行業的技術革命

建筑項目管理面臨的困難或挑戰主要包括:資金周轉與工期控制;圖紙問題多易造成返工;工程復雜，技術難度高;投資管理復雜程度高;項目協同產生較多錯誤且效率低下;施工技術、質量與安全管理難度大等。

BIM是建立在建筑全生命周期的基礎之上，涵蓋了規劃、設計、施工、竣工后運營及拆除等過程。建筑物運營階段的投入是全生命周期中最大的投入。盡管建筑竣工后的運營管理不在傳統的建筑業范圍之內，但建筑運營階段所發現的問題大部分可以從前期規劃、設計和施工階段找到原因。由于建筑的復雜性以及專業分工化的發展，傳統建筑業生產方式下，規劃、設計、施工、運營各階段存在一定的割裂性，整個行業普遍缺乏全生命周期性的理念，存在著大量的返工、浪費與其他無效工作。

BIM中可以與項目管理、項目群管理、企業管理相結合。BIM是已逐漸成為企業成功的關鍵要素。BIM模型中的數據是海量的，大量BIM模型的積累構成了建筑業的大數據時代，通過對數據的挖掘、研究，形成知識庫，在此基礎上形成智能化的應用，可以有效用于預測、分析、控制與管理等。

2 BIM對技術人才的需求特點

2.1 BIM技術要求復合型人才

暖通項目傳統設計一般包含負荷計算，系統布置，設備選型，冷熱源等主要環節的設計。但現代的設計對聲、光、熱、能耗及人文環境等得要求越來越高。通常一個優秀的設計都會在這些方面綜合進行考量。因而會涉及到聲光熱等環境的綜合計算與預測。這就要求設計人員具備有相當高的學科知識綜合運用能力。因此建筑設備工程師應該是一個橫向思考者，而不僅僅是縱向思考者，需要橫向整合、跨界。一個建筑設備工程師如不理解當地的人文習慣和當地的經濟發展水平，已無法做現代化設計了。

2.2 BIM需求大量從事咨詢方向人才

BIM技術的發展一方面給工程圖紙復用帶來了新的契機，優秀設計成果復制的效益將逐漸顯現。建筑商可在優秀的項目設計中選擇性進行復制，僅需要付出知識產權與項目咨詢顧問的費用。另一方面，BIM思維的結果必然導致計算機替代諸多的重復性勞動，最終使設計制圖成本趨于零，設計師在工程項目過程中的顧問價值將高于生產設計圖紙價值。如2015 新年伊始北京某老牌國營設計院簽的5A級寫字樓，設計費僅28元/m2。建筑設計費用大幅度相對貶值，是人類發展代際更替時的正常現象。與其他產品一樣，暖通項目的設計成本也可以分成感性成本和理性成本兩個部分。通常理性成份越高的產品，發展到成熟階段，其中的理性部分就會被剝離出來，逐步邏輯化、程序化、機械化、標準化，最后通過大規模制造降低成本。暖通項目設計是訂制產品，整體而言不可能完全免費，但內部的很多工作還是近乎無成本了。比如負荷、水力計算、管線布置，如沒有計算機的輔助，暖通項目的這些計算應該還是設計的關鍵工序。但現在對于一個常規項目只要輸入必要的參數，就可完成繁雜的計算，導出施工圖，理性成本非常低。通過對過去積累的大量設計方案合理處理，仍可低成本復制出新項目的設計，實現“薄利多銷”的利潤模式。在此形勢下，勢必減少人員需求，也使暖通設計師更看重項目設計費用中的感性成本，逐漸提高融入用戶體驗與情感的成本比例，成為獲利的新的渠道。學生專業選擇將會發生改變，人才培養需要適當調整。這一點從學生就業在施工行業占據的比列逐年提高和設計人員需求飽和可看出一些端倪［8］。

2.3 BIM技術需求能進行綜合性能分析和大數據處理的人才

當前工程師面臨的最嚴重的BIM問題是:不同的創作建模工具，模型在各項目參與方之間的傳遞，BIM的軟件工具的復雜性，以及對碰撞檢查結果的跟蹤、記錄和解決。目前的處理大數據的技術水平不足以支持他們高效項目管理的需求。

BIM技術前身是CAD技術。BIM技術比CAD技術復雜的多，BIM技術到目前為止只用了12年，10年內BIM技術會有很大的發展［9］。建環專業的教學也不斷探索培養學生從海量數據整合提取歸納有用數據的能力。

3 BIM技術對建筑環境與設備工程教學的影響

建環專業受BIM技術的發展直接影響的課程主要有暖通CAD、施工組織與管理、工程經濟、計算機在暖通的應用等。

3.1 BIM技術的對工程經濟類課程的影響

BIM位居第一的應用是工程量計算。BIM的核心價值可用成本、進度、質量、管理、協調5個關鍵詞來概括［10］。在建筑環境與能源應用專業中，工程經濟類的課程開設了建筑設備安裝經濟與管理。主要講述安裝工程定額，概預算編制方法，招投標程序與方法，項目合同訂立及管理等內容。其先導課程是建筑設備施工技術。基于BIM平臺的工程經濟類課程則相對而言降低了對建筑設備施工的先導性要求。傳統的工程量計算是在二維設計圖紙上進行。但二維設計很難表達空間的三維復雜形態。計算過程中除了要熟悉設計圖紙及國家政策，還必須參考相應的施工詳圖(標準圖集)，具備一定的施工經驗或知識。BIM是通過參數化實體造型技術使計算機可以表達真實建筑所具有的信息，真實再現未來建筑的空間布局、管線走向及位置，具有可視、具象、完整、關聯和互用性等特征，是原始二維設計技術根本性的提升。借助于BIM技術平臺，建筑設備安裝經濟與管理課程教學中可以一個完整工程的真實案例為核心，通過暖通制圖、暖通空調、施工組織與管理、SNS 詢價模式等課程講授案例中與本課程相關的知識點，以面到點，從實踐到理論，通過案例將知識點串接起來，進而由點到面逐漸深化，在BIM平臺上，讓學生系統、全面、可視化的了解設計、造價、施工、運營等一系列內容。

因此，在BIM技術平臺下講述比傳統授課更具系統性和層次性和可操作性，從實際真實案例中學習專業理論知識，再從理論知識的學習到實踐動手能力的培養。

3.2 BIM技術對暖通制圖類課程的影響

畫法幾何(或工程制圖或機械制圖)主要的是講述立體幾何的投影關系和表達手法，充分利用二維的圖紙表達出三維的信息。BIM技術實現的是三維的空間模型信息，是可互動的活模型。借助可視化技術可以實時操作與修改模型，情景互動，是浸入式的設計。人們可直觀感知建筑模型、設備等的空間形態，所見即所建。在畫法幾何等課程教學過程中很大一部分課時是在講述正確處理投影關系，利用標準和規范進行抽象表達。設計師很難將所有的精力放在系統的整體設計上，這實際上是本末倒置，也很容易造成系統設計考慮不周，更不容易將系統節能和建筑綜合系統和諧一致，設計出優秀的工程項目。

因此，可以適當減少畫法幾何等課程教學時數，把這部分課時放置于講述三維實體建模上，讓大學生在校期間至少掌握一門三維建模軟件的熟練使用。同時要求適當講述BIM標準體系、圖紙交付體系的具體要求，BIM模型生成二維視圖的工作模式，初步掌握建筑信息庫的建立，持續更新的大數據的設計模式。

3.3 BIM技術的對施工組織與管理等課程的影響

BIM可以優化項目進度，實現動態、完整的施工模擬，可以演示建筑設備安裝的過程。可以實現協同設計、碰撞檢查、虛擬施工和智能化管理等從設計到施工到運維工程生命的全過程的可視化，可以精確測算實物量從而進行成本控制，可以把目標值精確地分解到每個時間節點和空間部位，可以進行可視化精細化智能化集約化管理。通過施工模擬還可以預先發現施工過程中存在的問題從而優化施工進度［10］。

在該課程教學中主要實現對給定項目能夠利用所學知識，在BIM平臺下檢查沖突，完成施工工序分析、編制施工作業組織圖、計劃表等。通過BIM技術平臺，學生可以在可視化的環境中檢查按照擬定的施工作業的效果與不足，自查自糾，及時發現所學所編的不足，可以激化學生的主觀能動性和角色參與感，提高學習興趣，改善教學效果。

4 結論

BIM技術是建筑行業的一次技術革命，對建筑相關專業的影響是持續和深遠。本文初步探討了BIM技術對建環專業的一些教學影響，提出了在簡化專業一些課程中進行BIM教學的具體內容和目標要求，期待能起拋磚引玉的作用，引起建環專業對BIM技術教學的重視，加快教學改革的步伐以適應建筑技術的發展，培養適合市場需求的專業技術人才。

［1］住房及城鄉建設部.2011－2015年建筑業信息化發展綱要［EB/OL］.(2011－05－17)［2011－5－10］.http://www.mohurd.gov.cn/zcfg/jsbwj_0/jsbwjgczl/201105/t20110517_203420.html.

［2］李涵霖.論BIM技術對工程造價管理的作用［J］.企業科技與發展，2013(11):87－89.

［3］劉玉，孫振明.建筑CAD 制圖》課堂教學改革［J］.教書育人，2012(15):128－129.

［4］張尚，任宏，Albert P C Chan.BIM的工程管理教學改革問題研究(一)——基于美國高校的BIM教育分析［J］.建筑經濟，2015，(1):113－116.

［5］李建成.適應BIM時代的建筑教育對策［J］.西部人居環境學刊，2014，29(6):1－5.

［6］田江永.BIM技術在建筑施工技術課程教學中的探索［J］.科技資訊，2014(22):172.

［7］齊岳，張俊華，趙文軍.結合BIM技術的房屋建筑學課程改革探討［J］.高等建筑教育，2014，23(6):147－149.

［8］倪龍，姚楊.建筑環境與設備工程專業人才需求及發展趨勢［J］.黑龍江教育，2010(8):39－41.

［9］陳柯達.從CAD到BIM——建筑工程計算機應用類課程的改革思考［J］.科教導刊，2014(12):68－69.

［10］袁正剛.BIM的深入理解和實用指南［J］.中國建設信息，2012(20):26－28.