基于BIM技術的土木工程專業實踐教學體系構建

李楠　賈宏俊

摘要：本文首先對BIM技術進行了一個全面的介紹，結合土木工程專業培養的實際，對如何在土木工程實踐教學體系中應用BIM技術作了全方位規劃和探討，對今后BIM技術在高校土木工程專業中的進一步應用必將起到很好的促進作用。

關鍵詞：土木工程 BIM 實踐教學 體系

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）09（c）-0000-00

1.BIM技術簡介

BIM稱為建筑信息模型（Building Information Modeling），是CAD技術出現后建設工程領域又一重要的計算機核心應用技術，BIM利用數字技術表達建設項目幾何、物理和功能信息以支持項目生命周期建設、運營、管理決策的技術、方法或者過程。BIM對整個工程建設行業的帶來了巨大的技術沖擊。

原有的CAD技術在工程中雖然有了廣泛的應用，但在工程實踐中顯現出參與項目的各相關專業間無法實現高效合作（見圖1）。而建筑信息模型技術的推廣應用可以為建設項目提供實時、集成信息，促進工程建造過程中不同參與者之間提供相互協作的標準，便于數據信息更新和修改處理（見圖2）[1]。

圖1：傳統的建設信息交流模式 圖2：基于BIM的建設信息交流模式

我國《2011-2015 年建筑業信息化發展綱要》已經把BIM作為工程施工、勘察設計類企業“十二五”信息化發展必須具備的核心技術。但國內大學對BIM教學改革進行實踐或研究的成果還較少。隨著建設項目越來越復雜以及現代計算機圖形技術的發展，三維BIM模型的工程應用會更加廣泛。

2.BIM技術對土木工程專業教育的影響

在國內外對BIM技術不斷推廣應用的大環境下，高等教育應做出及時的調整，從課堂教學到實踐教學環節加大對建筑信息模型技術的認知。高校畢業生掌握BIM技術，對工程建設行業的快速發展會產生很好的促進作用[2]。一般高校在土木工程人才培養方案中，對專業課程的設置分為公共基礎課、專業基礎課和專業課程三類，而專業課的教學目的是使學生掌握專業技能，重要一環是對土木工程的建造全過程包括勘察、設計、施工等工藝進行教學。由于教師指導學生在現場實習受現場條件限制影響大，考慮施工現場安全，不可能使學生觀察到完整全面的建造過程，同時很多高校青年教師都是直接從學生轉變為教師，不具備現場工作的實踐經驗，造成指導教師現場知識缺乏。而應用建筑信息模型技術，可以直觀、方便模擬項目的整個建造過程。土木工程各個建造環節均可在BIM模型上進行演示，保證了這一教學手段的可行性和準確性。

3.基于BIM技術的土木工程專業實踐教學體系規劃及構建方案

目前，高校土木工程專業實踐教學體系中引入BIM技術比較少，現在正處于良好的發展階段，我校定位于應用型人才的培養，從長遠發展角度考慮，適時引入BIM技術，有助于學生實踐技能的培養創新，基于此，計劃在新的專業培養計劃中進行有益的探索與實踐。重點從以下幾個方面進行規劃和建設：

3.1將BIM技術相關內容逐步引入專業課程教學

根據各高校人才培養方案不同，BIM技術的學習可先滲透到土木工程專業相關專業課程中，使每個學期相關課程都安排有BIM教學內容（見表1）。課程深度可在大體分為基本課程和提高課程，BIM基本課程針對大學一年級和二年級的學生開設，主要介紹BIM的發展歷程和工程應用。學生對BIM知識體系有一個全面基礎的認知。BIM提高課程主要面向大學三年級和四年級的學生開設[3]。學生在學習新知識時能夠有一個循序漸近的引入過程，如組建BIM課程教學小組[4]，溝通協調相關任課老師的授課內容，植入部分BIM技術的內容以及建筑信息模型基本層面的知識。

表1 土木工程專業的BIM課程體系

學年 主要課程 BIM內容深度 選/必修 組織方式

第一學年 土木工程概論 3D 必修 課堂教學

工程制圖 3D 必修 課堂、上機操作

第二學年 房屋建筑學 3D 必修 課堂、上機操作

建筑材料 3D 必修 課堂教學

建筑結構 3D 必修 課堂教學

第三學年 建筑施工 3D 必修 課堂教學

基礎工程 3D 必修 課堂教學

工程項目管理 3D、4D、5D 必修 課堂、上機操作

BIM技術 3 D 選修 課堂、上機、專家講座

第四學年 BIM軟件及應用 3D、4D、5D 選修 課堂、上機、專家講座

畢業設計 3D、4D、5D 必修 上機操作

在BIM的教學過程中，目前部分高校主要采取三種課程組織方式：（1）課堂教學。屬于傳統的教學方式。講授的主要內容包括：BIM技術的內涵、模型構建、建筑信息存貯、進度計劃編制、造價控制與管理等。（2）上機軟件操作。BIM重視強調知識的應用，實踐性更強，在具體的授課過程中，重要的BIM知識點應該設置相應的上機試驗內容，學生通過應用BIM軟件來解決工程中遇到的實際問題。BIM的上機軟件操作主要有：工程量計算、工程造價計算、進度計劃編制、施工環節模擬、造價控制與分析等。此外，可以通過跨專業的、有針對性的BIM課程設計和畢業設計，提高學生動手實驗能力的培養。（3）工程建設行業專家講座。專家講座能夠為土木工程專業BIM教學提供新的視角，通過講授BIM的發展前沿、BIM的虛擬管理等專題講座，學生可以了解BIM最新的工程應用及對建筑業發展的影響等，激發學生學習和應用BIM的興趣，使學生進一步明確學習BIM的目標，BIM課程的三種組織方式是相互關聯、相互促進的，通過三種教授方式的有機搭配，顯著提高BIM 教學及應用的效果。另外，在設置BIM技術講授內容時，必須首先立足于現有的專業課程。

3.2可將BIM技術作為一門獨立實踐教學課程

學校土木工程專業圍繞BIM技術的推廣應用，可單獨開設一門課程來講授，至于課程選擇必修還是選修，可根據學校的具體情況來設定。對課程的內容可分兩個階段來設計，第一階段是BIM的基礎教學，主要講授BIM相關軟件界面及基本原理、梁柱等基本構件的繪制、工程管線模型的搭建等，旨在讓學生熟悉BIM軟件操作方法，可進行簡單的基礎建模，另一階段主要集中在BIM軟件功能的延伸教學上，對BIM的提高訓練，結合前面學習的BIM建模，加上成本管理和項目管理的知識，繼而由3-D延伸至4-D、5-D層面，這樣學生就能對BIM軟件有一個簡單系統的學習。對于該課程的考核，可以采取平時考核和期末考核相結合的方式，平時考核加強對學生平時所學每一部分知識的考察和督促，期末考核可以安排學生做一個小的項目，以期考查學生對這部分知識的綜合應用能力。由于這門課程或技術的應用前景較好，建議學校可以將這門課程的考核與學生考證相結合，目前在這一領域可考取建筑信息模型職業資格水平證書，學生查以從初級開始準備。

3.3適時開設與BIM技術應用相關的專家講座

具有豐富實踐經驗的BIM行業專家，能夠為土木工程專業的BIM教學提供新的視角、補充新的知識。BIM課程教學過程中，如果能夠用盡可能多的真實案例，實現項目的從設計、施工、造價計算、進度計劃、成本管理的全過程仿真模擬，將能加強學生對BIM技術知識的理解，提高實踐動手能力。近年來，學校邀請業界專家學者所作的報告主要涉及大型公共項目施工現場管理、高層住宅項目設計與施工管理、大型商業單體設計管理等，通過對這些專業報告的學習，使學生對這一領域的前沿知識有了更加深入的了解，同時學校也邀建設工程行政管理部門的管理人員來校做講座，使學生及時了解國家在工程建設領域的一些推廣政策及要求，對畢業生今后較好的從業提供了必要的指導。

3.4加強專業師資培養和教學環境改進

為做好建筑信息模型課程方面的教學改革，首先要提供一個適宜的教學平臺。鑒于此，學校近年來加強了青年師資的培養和儀器設備的投入。一方面，學校重視BIM專業師資的培養，先后到省內外高校及培訓機構調研和學習，不定期參加全國層面的BIM學術交流會及BIM應用技術培訓和講座，及時領會前沿知識，積極參加BIM師資培訓，使更多的專業教師能夠掌握這個工具；另一方面，不斷改進實驗教學環境，配備高性能計算機和相應的BIM軟件，目前主要有Revit，Graphisoft等，利用BIM相關軟件實現數字化工程設計和虛擬施工、調試及運行，BIM軟件更加適合對工程施工建造進行虛擬仿真，借助這一技術，學校土木工程專業整合并建立了工程仿真模擬實踐教學平臺，學生通過此平臺，并充分利用BIM軟件，實現對土木工程關鍵施工過程模擬動畫，收到了較好的工程模擬仿真效果。專業教師利用這一平臺對真實的項目進行虛擬設計，與此同時，通過安排學生操作，使其真正接觸到工程實施過程中可能出現的問題、借助BIM技術提出行之有效的解決措施。

3.5加大培養學生的自主創新能力

高校土木專業引入并推廣BIM知識體系，目的是對學生應用能力的培養，實現應用型人才的培養目標。所以，在教學實施中，積極鼓勵土木工程、工程管理、工程造價專業學生自主學習BIM知識及相關軟件，同時借助教師有關課題帶動學生實踐，此外，專業教師指導學生積極參加相關BIM技能大賽也是很好的方式。由于BIM是在我國高校屬于新生事物，相關專業的研究剛剛起步，全國范圍的學生競賽主要在兩個方面：大學生工程項目管理沙盤[5]比賽和建筑信息模型（BIM）技術應用比賽。工程項目管理沙盤模擬一定程度上克服了學生對工程項目管理實踐環節認識較為抽象和模糊的現象，一定程度上改善了學生對這部分知識的認知效果。BIM技術應用比賽主要側重學生BIM軟件技能的掌握，主要包括六塊技能內容，分別是建筑設計、綠色建筑分析、結構設計、設備設計、三維算量與清單計價、項目管理與投標，通過參加BIM技術應用比賽對提升學生BIM有很大的促進作用。今年省內組織開展了首屆大學生建筑信息模型大賽，也是一個新的開端，學校積極組織學生訓練，在比賽中取得了綜合和單項一等獎的優異成績，這也說明有了這樣的一個平臺，加之教師的專業引導，對學生在創新能力培養將會收到較好的效果。

4結語

建筑信息模型技術作為建筑行業的新興技術，在降低建造成本，提高建造效率方面發揮了巨大的作用，建設工程領域對具備BIM技術的專業人才的需求不斷加大，對專業人才的培養提出了更高的要求，高校作為專業應用型人才的培養基地，更應在BIM技術方面加強應用研究，適應工程建設行業的發展，及時調整和創新，逐步建立起基于BIM技術的科學完善的實踐教學培養體系，使專業人才培養更加適應現階段行業發展的需求。

參考文獻

1.劉照球，李云貴.土木工程專業BIM技術知識體系和課程架構[J]，建筑技術2013，44（10）.

2.柳鋒，何燕.基于BIM技術的土木工程教育改革， 2010 Third International Conference on Education Technology and Training （ETT）.

3.張尚.任宏，Albert P.C. Cha.BIM的工程管理教學改革問題研究（二）—BIM教學改革的作用、規劃與建議.2015，36（2）.

4.劉紅勇等.普通高等院校BIM實踐教學路徑探索[J]，土木建筑工程信息技術，2013.10.

5.劉成.基于BIM的工程項目管理沙盤模擬實踐教學研究[J]，實驗室研究與探索，2012，31（10）.

作者簡介：

李楠（1977-），博士，講師，主要從事土木工程仿真模擬實驗教學方面研究。

基金資助：

山東省教學改革研究項目“工程仿真模擬實踐教學平臺”（（No.2012248）