專業交叉，協同創新的BIM實踐教學探索

繆 盾

(同濟大學浙江學院 土木工程系，浙江 嘉興 314051)

0 引 言

建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)作為建筑信息化的核心技術近幾年迅速發展起來。以建筑工程項目的各項相關信息數據作為模型基礎，進行建筑模型的建立，通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息，具有可視化、可協調，模擬性，優化性和可出圖等特點[1-3]。國家住建部分別在2011年～2015年發布了關于推進建筑信息模型等技術在工程設計、施工和運行維護全過程的應用，促使BIM技術滲透到建筑工程項目的各階段[4]，自2017年7月正式頒布并實施《建筑信息模型應用統一標準》，又使我國建筑信息化技術提高到了一個新的階段。

可見BIM技術已成為從事建筑工程技術和管理人員的必備技能之一。為了實現BIM技術在建筑工程領域的廣泛應用，Autodesk公司研發了Revit軟件，在軟件中又根據不同專業工程設計設置了Revit Arch、Revit Structure以及Revit MEP模塊，用以解決建筑空間、建筑結構和設備管線等綜合問題[5]。BIM帶來的不僅僅是技術上的革命，更為重要的是工程設計及管理上的先進理念。仿真平臺搭建能夠直接還原設計者的創造，除此還具有高度的集成化，實時三維，信息共享和專業協同等顯著特點，各專業的設計和信息管理聯動，節約了成本[6-7]。

1 國內高校BIM課程開設情況

目前將BIM課程納入正常教學環節的高校還較少，BIM在高校主要存在的形式有3種，①以研究BIM技術為主，通過項目或課題的方式立項研究，如清華大學軟件學院BIM標準研究課題和同濟大學的BIM技術研究項目；②以BIM技術應用為主，通過短培集訓課程形式，如哈爾濱工業大學在國內高校中首次開設的“BIM技術應用短課”[8]和華南理工大學開設的“BIM工程師培訓課程”；③以介紹推廣BIM概念為主，一般是在相關專業課程，課程設計和畢業設計中引入BIM知識點，如BIM在建筑設計中異型屋面設計、BIM在鋼結構復雜節點處的設計方法，BIM在建筑施工中的應用等。這些新開設的BIM教學都存在以下幾種問題。

1.1 信息孤立，專業間不能協同

高校的各個學院各個專業在開設BIM課程的時候往往各自為營，相互孤立，信息不能共享，多專業之間難以協同，BIM信息模型也失去了本來的價值。一個建筑物，是由建筑、結構、設備、能源、環保、管理等多個專業和系統構成的有機協調的統一體，各專業彼此融合，相輔相成，在一個總的目標下既獨立又合作地開展工作[9]，但學校一般是分專業開展教學，很少對學生安排多專業集成設計的訓練環節，即使是畢業設計，也是在各專業獨立選題，自行完成本專業內的設計，這實際上并不能真實反映設計單位和施工企業各專業知識和設計技能間的協調與配合的整體要求。

1.2 教學資源不共享

對于模型中基礎信息共享化不夠，每個專業在進行設計時都對基礎信息部分重復操作，一旦有一個專業的該部分出現誤操作還會影響到后期的各專業間的協同。而在本專業內各門專業課程中引入的BIM部分，通常教師都選擇最能突顯本門課程知識點的教學案例，但對于學生則需要熟悉這個特定工程案例的諸多特征和所有過程，甚至還需要花費大量的時間去建一個完整的BIM模型，造成專業教學課時緊張[10]，同時還使得類似的建模工作在不同專業課程中重復教學，極大地浪費了有限的教學資源[11]。

1.3 應用層面不深入

大部分高校BIM教學主要講解建模方法，對于專業間的協同作業方法和BIM模型的應用都簡略帶過，致使學生對于BIM的理解出現偏差，認同BIM是與AutoCAD類似的繪圖軟件，激發不起學習興趣。

因此在高校開設BIM課程要聯合建筑工程中的各個專業，在同樣的要求下統一實踐，為了后續專業課程應用的需要，更需設置一個能服務于不同專業課程的統一的實踐教學案例，這樣可以節約教學資源，還能促進專業間，專業課程間的有機性和整體性。

2 BIM實踐課程建設

2.1 BIM實踐課程建設思想

BIM技術具有兩個特點：實踐性強和綜合性強。在課程建設時從3個方面改革：教學組織模式上，由專到綜，專綜互通；教學內容設計上，橫向聯合，縱向整合；教學效果表達上，由真到仿，協同創新。

由專到綜，專綜互通。打破以教學單位為主的專業界限，根據一個建筑工程設計案例，整合不同專業的學生，成立BIM建模綜合小組，克服單一專業進行實踐時專業知識局限帶來的弊病及建模的不完整性。由綜合小組建立的模型，反饋到各專業的后續專業課中進行教學演示和應用分析，如建筑施工預算，施工組織和管理，綠色建筑評價等，完成專業與綜合之間的雙向聯通，如圖1所示。

圖1 教學組織模式框圖

橫向聯合，縱向整合。一直以來，有關建筑的相關專業有建筑、土木、給排水、暖通、電氣等專業，在課程和實踐教學上都分別獨立，這種信息孤島式的方式讓學生不能明確各自專業知識在整個建筑項目中的位置和承上啟下的作用，在設計過程中也帶來了太多的返工修圖，浪費了資源，甚至出現很多不合理的設計。故在進行教學內容設計時，明確每個專業同學進入的時間節點和其上下游專業的聯系，在橫向聯合中，根據各專業的特性和最終成果形式也統一了建模要求，避免多規造成模型誤差。實現單專業課程的縱向整合，將多門相關、相似、甚至關聯較遠的課程有機聯系在一起，強化教學工作中課程體系的完整度與一體化程度[11]，提高學生綜合知識能力。以土木工程專業學生為例，在整個建模過程中，需要運用到工程圖學、建筑工程概論、建筑結構、建筑力學、工程估價、項目管理學等多門課程知識，將這些碎片式的知識串聯在同一工程項目的信息化模型下，通過實踐教學，學生能全面、系統地將專業基礎和專業課內容整合到實際操作中，達到理論為實踐所用，更加透徹理解理論知識的目的。

由真到仿，協同創新。所構建的BIM模型都是已建建筑，通過對真實項目的翻模得到仿真模型，對仿真模型進行系列測試，再加上學生到真實建筑中的直接體驗，讓學生對模型進行綜合優化，這種體驗式的優化能讓學生更理解設計合理的內涵，且在優化中，各專業學生相互辯論，能激發創新思維[12-13]。

2.2 實踐課程實現平臺構建

為了將BIM實踐課程很好的開展起來，設置了3個層次的教學平臺[14]。如表1所示。

表1 BIM實踐課3層平臺

除此，還建立了BIM師資技術中心，從各院各系各教研室將相關資質的老師整合到技術中心，為BIM實踐課順利開展提供了必要條件。

2.3 模型共享數據庫建設

為了能將前期所建BIM模型應用到后期專業課的教學中，建立一個通用的、完整的、可擴的BIM共享數據庫是非常必要的，存貯在數據庫中的每個案例建筑都是從規劃到拆除的全部信息，信息數據在存貯中也遵循統一的標準[15-16]，方便后續專業課教師的調用和演示。由于BIM模型體量較大，采取工作站或云平臺方式存貯比較方便。

3 教學試點成果展示

本次實踐教學試點在小規模學生組中采用分年級遞進式進行，首先學生在設計圖紙的輔助下進行建模練習，模型見圖2。模型進入數據庫后，根據不同專業特性進行應用分析，見圖3。分析報告同步傳至數據庫，各專業學生根據分析報告和實地體驗提出綜合優化方案及算量統計，并進行模擬施工等研究，見圖4。

圖3 場地空間規劃分析、風環境測試、碰撞檢測

圖4 算量統計表

本次參與BIM實踐訓練的15名學生中，有10名應屆畢業生由于具備過硬的BIM技能受到了多家單位的青睞，其中土木工程專業的一同學畢業后創業成立了BIM咨詢有限公司，還有一同學工作半年即榮升中建四局上海項目部BIM工程中心主任。

4 結 語

通過專業交叉、協同創新式BIM實踐課程的教學探索，為BIM教學積累了多樣化教學經驗。對學生而言不僅掌握了BIM建模技能，還能拓展相關專業知識，尤其是對已有建筑物建模后的綜合優化，提升了學生的設計大局觀，并且加深了臨場分析和設計的經驗。

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