工程管理專業BIM畢業設計學習效果測評

張靜曉， 趙陳影， 李 慧， 李殿維

(1. 長安大學 經濟管理學院， 陜西 西安 710064； 2. 長安大學 建筑工程學院， 陜西 西安 710061；3. 遼寧工程技術大學 工商管理學院， 遼寧 葫蘆島 125105)

BIM(building information modeling，基于模型的信息化管理或者building information management，建筑信息化管理)在國內外的建筑業中越來越受到重視，行業需要大量能夠熟練掌握BIM的人才[1-4]。學習效果測評結果是教育教學改革的重要依據。本文立足學習者(學生)視角，研究BIM學習在工程管理專業畢業設計實踐中的成效、BIM帶來的機遇和挑戰以及采取什么樣的方式進行學習效果評價，為工程管理專業教師提供一個較為完善的BIM學習效果評價機制，指導工程管理專業BIM教學改革。

1 BIM教學研究現狀

國外高校正逐步將BIM技術融入到高校工程管理教學中，并進行了一系列課程研究和改革。如奧本大學(Auburn University)在本科生課程中開設面向施工專業學生的BIM軟件課程，伍斯特理工學院(Worcester Polytechnic Institute，WPI)將BIM應用到土木和環境工程專業的一些課程中，提高了學生完成作業的速度和效率[2]。與發達國家相比，中國BIM技術的應用范圍比較局限，BIM理念還沒有完全貫穿到高等院校建筑與工程專業中。到目前為止，中國只有少部分高校開設了完整的BIM課程[3]。BIM課程設置方式多種多樣，比如交叉設置、單一課程、畢業設計等，其中畢業設計是專業知識融合的重要一環，不僅可以評價學生的BIM知識掌握情況，還能依據學生的學習效果反饋調整和改進教學中的不足。

基于BIM的工程項目管理畢業設計具有非常明顯的優勢，如圖1所示。在圖1中，BIM設計階段的圖紙會審可以提前發現圖紙的缺陷并解決問題，避免返工，節約工期。BIM招標時獲取更為準確的工程量，特別是在商務標方面，對內進行成本測算，提前了解利潤空間，便于決策；在技術標方面，可以提前展示BIM在施工階段的價值，碰撞檢查、虛擬施工、進度管理、材料管理、運維管理等，提高技術標分數，從而提升項目中標概率。BIM施工階段，利用BIM的可視化，幫助施工人員判斷方案的合理性，或者通過模擬多項方案，幫助制訂最佳方案決策，對于后續的成本管理與現金流管理有巨大的作用[5]。

圖1 BIM畢業設計相關階段應用優勢

綜上所述，BIM教學改革、BIM技術在工程中的應用和BIM技術融入工程管理教學等受到學者的關注[6-11]，特別是學生對BIM學習效果的認知評價[12]，需要更多教學案例的研究分析。BIM學習效果測評是學生學習BIM后對教師教學成果的一個反饋，教師通過測評了解BIM教學存在哪些不足。工程管理BIM教學通過BIM學習效果評價可以制訂更加精準的培養方案和教學設計，提升專業人才培養質量[13]。

2 工管專業BIM畢業設計流程與任務

2.1 工管專業BIM畢業設計流程

基于BIM的畢業設計流程需要與其任務分類相對應，對應關系如圖2所示，左側為BIM畢業設計流程，右側為BIM畢業設計階段。畢業設計是學生4年所學課程系統綜合的運用，經過4年專業基礎課、核心專業課及其他相關課程的學習，加之一體化案例課程實踐，學生已經具備一定的專業素養，具備組建BIM團隊的條件，之后獲取信息、技術、設備等資源，利用廣聯達軟件應用基礎，再經過自學其他軟件，制訂詳細的組織計劃，分配任務后展開建模、算量、投標報價、虛擬建造等一系列工作。在BIM應用環節，指導教師或隊長進行指揮控制，使畢業設計的整個過程能夠順利進行，實現畢業設計目標，提交相應成果文件[14]。

2.2 工管專業BIM畢業設計任務

BIM畢業設計團隊成員分別擔任該工程的設計專員、招標專員、投標專員、施工專員以及安裝專員，在BIM設計、招標、投標、施工管理及應用等5個主要階段進行分工合作，完成工程案例的BIM畢業設計任務。BIM畢業設計任務分類和主要內容如下:

(1) 模型設計階段。利用Revit、MagiCAD以及廣聯達等軟件創建工程項目模型，包括土建、鋼筋和安裝等，進行模型交互、碰撞檢查、設計審圖等，發現問題做出改善調整。

(2) 招標階段。利用計價軟件編制招標控制價。

(3) 投標階段。利用Project編制進度計劃，建立三維施工現場平面布置模型、模板腳手架模型，并對案例工程進行項目管理虛擬化案例設計。

(4) 施工模擬階段。將建筑、結構及設備安裝模型導入到BIM5D，并與計價文件、進度計劃、場布模型、模架模型等進行掛接，模擬施工現場建造。

圖2 BIM畢業設計流程與階段

因為畢業設計用到的軟件較多，對計算機的配置要求比較高，要求計算機能運行Win7 64位操作系統、獨立顯卡，內存建議16 GB以上。BIM畢業設計各階段可采用的軟件如表1所示。

表1 各階段應用軟件對應表

根據各階段任務，BIM畢業設計要求學生提交的文件清單如表2所示。

3 BIM畢業設計學習效果問卷設置

工程管理專業將BIM融入教學體系改革至今，相關課程的考核主要以傳統考試為主，軟件操作能力的檢驗主要以提交作業為主，難以檢驗學生的真實水平。采取問卷形式調查學生BIM學習效果，從多方面、多角度深入研究學生BIM學習的真實效果。

工管專業BIM畢業設計學習效果主要針對6個層面[12]進行調查:基本信息以及學生學習BIM的動機、學習BIM的先備知識、論文期間學習BIM軟件工具、學生完成BIM論文的百分比、BIM論文的整體體驗、對BIM論文的評論和建議。基于BIM畢業設計學習效果問卷框架[12]、結合文獻的學習效果測評框架[15]，對BIM畢業設計學習效果從5個維度進行分析:綜合信息與BIM學習動機、學習BIM先備知識工具、學習BIM的途徑與相關軟件的付出、BIM畢業設計論文質量、學習BIM的感受與體會。BIM畢業設計學習效果的問卷設計，既包含封閉式問題，又包含開放式問題，目的是利于統計的同時能夠讓回卷者自由發揮，盡可能提高調查效果。BIM學習效果調查問卷框架及具體內容如表3所示。

調查方法:推薦以調查問卷為主，結合訪談法，就調查問卷涉及的5個方面問題進行深入調查，以保證調查問卷的有效性。

調查對象:以參加高校工程管理專業BIM方向畢業設計學生為樣本。

調查過程:在BIM畢業設計結束后，邀請參加工程管理BIM畢業設計的學生集合在一間教室，完成封閉性調查問卷后，以面對面的形式進行開放性問題調查，可以有效確保問卷回收率100%。

整理與統計:針對回收的有效問卷進行整理統計，統計方法采用絕對數和相對數進行趨勢分析[16]。

表2 BIM畢業設計要求學生提交的文件清單

表3 BIM學習效果調查問卷內容框架

表3(續)

4 BIM畢業設計學習效果問卷分析

本次BIM畢業設計學習效果測評主要采用調查問卷和訪談法相結合的形式，以參加BIM畢業設計的30名學生為樣本。

4.1 BIM畢業設計的學習動機

在接受調查的30名學生中，認為BIM能夠提升專業素質的有3人，能夠提升實踐能力的有2人，能夠提升溝通和協作能力的有2人，能夠提升職業競爭力的有2人，但是70%的人認為選擇BIM畢業設計綜合考慮了這4個方面因素，因為BIM是一項綜合性強、復雜程度高的技術，這4個方面均能有所獲益。30名學生學習BIM動機的統計結果顯示，學習BIM動機95%的置信區間為(1.45，3.05)，樣本標準誤差為0.250，抽樣誤差較小，表明所抽取的樣本能夠較好地代表總體。學習動機調查的均值為2.25，中值為2.00，眾數是2，均值>中值=眾數，調查數據屬于右偏分布。

4.2 BIM畢業設計的先備知識

絕大部分學生認為應用BIM學好項目管理、建筑制圖與CAD、房屋建筑學、建筑結構、建筑施工技術、建筑施工組織與管理、工程計量與計價、安裝工程計量計價與BIM建模基礎、招標與投標實務模擬實訓、計算機輔助工程管理實驗等專業課程是至關重要的，這些是最基本的先備知識。此外，少數學生認為法律法規的學習也應作為必不可少的先備知識。而本次畢業設計研究體現出電氣專業知識比較薄弱，在以后的教學中應該加強。另一方面，多數學生表示雖然學過廣聯達、魯班等相關軟件，但BIM技術涵蓋了廣泛的軟件系統，并且種類繁多，在本次畢業設計中體現出軟件基礎相對落后，在畢業設計過程中耗費了較多的時間精力，軟件操作能力有待加強。

4.3 BIM畢業設計的學習途徑

BIM學習途徑是多種多樣的：通過網絡教學視頻自學BIM相關軟件，主要有百度傳課、建材網校等方式；課堂學習到的BIM軟件主要有廣聯達系列軟件、魯班系列軟件、Project、夢龍網絡計劃等；另外也有學生在實習期間應建筑單位要求學習BIM或參加BIM培訓學習BIM。各種學習方式中，網絡教學視頻自學占75%，教師課堂教學占10%，實習期建筑單位習得占5%，參加BIM培訓占10%。

4.4 BIM畢業設計的軟件分配

按照本次畢業設計要求，建筑與結構模型采用Revit建模、機電安裝采用MagiCAD建模、計量計價等應用廣聯達系列軟件，學習各類軟件消耗時間所占百分比為：Revit 占30%，MagiCAD 占25%， GQI、GCL、GGJ和GBQ占10%，廣聯達場布占10%，模板腳手架占5%，BIM5D占20%。

4.5 BIM畢業設計的論文質量

參加BIM畢業設計的30名學生均順利通過畢業答辯，優良率在70%以上，及格率高達100%。以95%的概率檢驗參加BIM畢業設計的學生是否全部合格，SPSS分析結果如下:由于P=0.054>，因此有95%的把握認為BIM畢業設計學生成績全部合格。

4.6 BIM畢業設計建模期間遇到的困難

(1) 應用Revit建立土建模型，對于初學者來說重難點在于各種構件族的建立；

(2) MagiCAD協同方式選擇；

(3) MagiCAD導入GQI會出現不能導入對應專業中的情況，需要后續進行優化；

(4) 互導過程出現構件丟失、重疊布置和參數化的情況；

(5) 將多專業模型導入BIM5D，進行模型匹配以及清單的匹配與關聯；

(6) GBQ項目特征的描述。

4.7 BIM畢業設計建模經驗

(1) 組成BIM團隊的成員應具備較好的專業知識；

(2) 具備設施完善的實驗室便于團隊工作；

(3) Revit建模先把建筑圖紙按樓層分給不同的小組成員；

(4) 按照專業分配MagiCAD機電建模；

(5) 建模過程中及時做筆記記錄重點難點疑點，要對圖紙足夠了解，做到準確識圖，多與團隊成員探討，充分發揮團隊效益。

5 BIM畢業設計學習障礙

通過調查問卷對BIM學習效果的統計分析，歸納總結得到BIM畢業設計的障礙如下:

(1) BIM知識體系方面。BIM知識體系龐大，難以分解融入到工程管理專業課程體系，而對于哪些知識或內容應該納入BIM的課程體系，在教育界和行業內都還沒有達成共識。由于沒有可以參照的標準，增加了大學創建BIM課程體系的難度。按照教學的基本規律，如何把復雜的BIM知識體系進行分解，融合到工程管理專業大學一年級到四年級的課程體系中，形成有機的知識體系是比較困難的[17]。

(2) BIM教學方面。BIM涵蓋范圍的廣泛性與現有課時難以壓縮給BIM教學改革帶來一系列難題。由于不同的院系有不同的人才培養目標和培養特色，因此，BIM知識體系在專業知識內的覆蓋范圍和學習要求也有很大的差異，需要編制適合專業特色的培養目標體系和BIM教材體系，這給BIM教學改革增加了一定的困難。一般而言，非新建專業的培養方案經過多年的修改完善，各類課程已經進行了充分的實踐檢驗，很難壓縮現有的課時、提供部分課時給BIM的課程內容。而工程管理專業教學改革的大方向是進一步壓縮課堂總學時，這給增加BIM課程內容提出了更多的挑戰。

(3) 學校、學院支持方面。跨院系的BIM教學需求給學校、院系造成協調不便。BIM的知識體系是跨專業的，一個專業院系的教師很難懂得BIM的所有知識。BIM教學過程中，只能依賴于跨專業(或者院系)、多個教師的協作，而跨專業知識體系的銜接和配合，給院系協調帶來了很大的困難。

(4) 學生學習方面。在現有的課程體系中設置BIM課程，增加了工程管理學生學習的難度。特別是對很多軟件知識基礎薄弱的學生而言，應用BIM軟件解決工程的設計、施工和管理問題，成為很多學生學習BIM的障礙[17]。

(5) 教師教學方面。把BIM知識體系納入現有的課程給授課教師帶來了更大的挑戰。一方面，部分教師可能會對課程中納入BIM內容存在抵觸情緒；另一方面，BIM教學改革增加了教師的工作量，例如，學習BIM軟件和知識，需要花費大量的時間和精力[17]。同時，目前的工程管理專業評估指標中，還沒有提出設置BIM課程內容的相關要求，大部分的學校也就缺乏了BIM教學改革的動力[17]。

6 提升BIM畢業設計學習效果建議

(1) BIM團隊組建。團隊成員需具備過硬的專業素質和良好的溝通協作能力。組建團隊時，將BIM涉及的專業知識體系進行合理的分解，分配給不同的成員，以便任務高效快速開展。

(2) BIM教學。高校應繼續開展BIM融入工程管理教學的研究，緊跟行業發展步伐，加大BIM教學投入，改善BIM應用實踐教學環境。將復雜的BIM知識體系進行分解，融入到大學4年課程體系中[18]。

(3) 學校支持、教師教學、學生學習。與BIM知識體系相關的專業、院系以及教師之間加強交流合作，教師做到與時俱進、銳意改革，組建先進的教學團隊，對此學校要給予充分的資金支持和獎勵。一方面，定期舉行專業前沿講座，增加學生對BIM的重視程度，提高其對自身的要求，利用課余時間加強BIM學習。另一方面編制適合專業特色的培養目標體系和BIM教材體系，調整專業課程安排，編寫或者選用合適的BIM教材，適當縮減一些陳舊教學內容的課時分給BIM課程。對于教學環境而言，必須配備完善的實驗室，有真實的項目進行虛擬設計、施工和管理，提供仿真的工程環境，讓學生能夠真正地感受到工程實施過程中可能出現的問題以及基于BIM的有效解決措施。BIM課程應盡量多地采用案例教學方法來增進學生對BIM知識的理解，提高知識的應用能力[1]。

(4) 教學評估。將BIM教學納入教育評估指標、教師教學評價機制中，制定有關BIM課程的要求，修訂指導性、規范性大綱，完善有關教學管理文件等，為BIM教學開展提供必要的指導。

7 結語

(1) 提供了一套較為完整的BIM學習效果評價方法。該方法有效檢驗了學生BIM學習效果，為工程管理專業BIM教學提供了經驗和借鑒方向，充分激發學生的學習動機，提高學生自主學習能力，以畢業設計論文質量檢驗BIM學習效果，為高校教師的BIM教學考核提供了一種新的模式。這種模式可進一步借鑒

BIM標準與實際情況為BIM融入教學體系后學習效果的測評建立更加合理的、完善的、全方位的評價體系。

(2) 明確指出BIM學習效果的障礙因素和提升對策。BIM融入工程管理教學體系目前還不夠成熟完善，在BIM本身、學校及院系、教師、學生等方面仍然存在一系列挑戰，這就需要各方努力做出改善與調整，建議對各方面的障礙因子有針對性地采取BIM體系合理分解、校系加強投入與合作、教師提高重視、學生加緊學習等應對措施。工程管理專業BIM畢業設計學習效果的研究對其他高校可起到案例示范的作用，提供了案例背景下BIM畢業設計的任務分配及實施流程，具有一定的借鑒意義。

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