新工科背景下高校BIM教育教學(xué)改革研究★

王 猛 崔釗瑋 雷麗恒

(江蘇大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

1 概述

回顧歷史，人類經(jīng)歷了四次重要的科技革命。第一次科技革命，開創(chuàng)了以機(jī)器代替手工勞動(dòng)的時(shí)代，生產(chǎn)方式較為落后的自耕農(nóng)階級(jí)消失了，工業(yè)資產(chǎn)階級(jí)和工業(yè)無(wú)產(chǎn)階級(jí)逐漸發(fā)展壯大起來(lái)，人類進(jìn)入了“電氣時(shí)代”。第二次科技革命，計(jì)算機(jī)的發(fā)明與原子能的利用，對(duì)人類的生產(chǎn)和社會(huì)活動(dòng)產(chǎn)生了極其重要的影響，并且以強(qiáng)大的生命力高速發(fā)展。第三次科技革命，是一場(chǎng)互聯(lián)網(wǎng)的革命，大大刷新了產(chǎn)業(yè)革命的速度[1]。當(dāng)前，隨著第四次科技革命的發(fā)生，信息化和科技創(chuàng)新鞭策著人類的生產(chǎn)方式不斷地進(jìn)行自我調(diào)整與升級(jí)，這就對(duì)工程教育的改革和發(fā)展提出了新的挑戰(zhàn)。作為積極地回應(yīng)提出了新工科建設(shè)的概念，這一概念源自于吳愛華等[2]在2017年發(fā)表的文章《加快發(fā)展和建設(shè)新工科 主動(dòng)適應(yīng)和引領(lǐng)新經(jīng)濟(jì)》，使得工科專業(yè)教育自“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”“北大指南”之后進(jìn)入全新階段。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，新工科是指在工程學(xué)科的基礎(chǔ)上，對(duì)工科注入新的內(nèi)涵，適應(yīng)當(dāng)前新的經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要而產(chǎn)生的一種新的工程形態(tài)，面向高校、面向未來(lái)布局新工業(yè)建設(shè)，探索更為人性化和多樣化的培養(yǎng)模式，培育出更具有創(chuàng)新能力的復(fù)合型全能人才。

為適應(yīng)新形勢(shì)下土木工程專業(yè)的發(fā)展，抓住新工科建設(shè)機(jī)遇，緊跟國(guó)家新工科建設(shè)要求，智能建造專業(yè)應(yīng)運(yùn)而生。智能建造專業(yè)，是在土木工程專業(yè)的基礎(chǔ)之上，面向國(guó)家戰(zhàn)略需求和建筑業(yè)的升級(jí)轉(zhuǎn)型，融合機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化、電子信息及其自動(dòng)化、工程管理等專業(yè)發(fā)展而成新工科專業(yè)。在本專業(yè)的課程設(shè)置上，除了基本的數(shù)學(xué)類、工程力學(xué)類、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理等傳統(tǒng)課程外，還開設(shè)了BIM工程基礎(chǔ)和BIM工程應(yīng)用等特色課程，推動(dòng)國(guó)家新工科建設(shè)不斷深入，培養(yǎng)更多智能建造專業(yè)人才，以滿足未來(lái)人才市場(chǎng)需求。BIM技術(shù)，即“建筑信息模型(Building Information Modeling)”，是指通過(guò)建立虛擬的三維建筑模型并結(jié)合數(shù)字化手段，在系統(tǒng)中形成一個(gè)與實(shí)際情況相一致的建筑信息庫(kù)，使設(shè)計(jì)方、施工方和業(yè)主及各方人員根據(jù)虛擬模型進(jìn)行項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、改造，協(xié)調(diào)解決各個(gè)專業(yè)的設(shè)計(jì)師因溝通導(dǎo)致的管線布置碰撞問(wèn)題，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，推進(jìn)建筑業(yè)變革。基于多種因素，目前BIM專業(yè)技術(shù)人才培養(yǎng)數(shù)量和質(zhì)量與實(shí)際崗位需求仍存在較大的差距。高校作為人才培養(yǎng)的后備基地，就如何進(jìn)一步提高BIM人才培養(yǎng)數(shù)量和質(zhì)量成為當(dāng)前高校教育探究的課題。

2 BIM發(fā)展的必要性分析

建筑行業(yè)是我國(guó)的支柱性產(chǎn)業(yè)，發(fā)展好建筑行業(yè)，強(qiáng)化建筑業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)于社會(huì)發(fā)展具有重大意義。近十年來(lái)，BIM技術(shù)在建筑業(yè)中取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，它可以有效實(shí)現(xiàn)建筑信息的集成，將建筑工程的整個(gè)生命周期的所有信息都整合到一個(gè)三維模型信息中，具有可視化、協(xié)同性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性等優(yōu)點(diǎn)，以方便參與者進(jìn)行協(xié)同工作，從而可以提高工作效率，降低造價(jià)成本，達(dá)到節(jié)省資源的目的。目前BIM已初步應(yīng)用于建筑行業(yè)，并彰顯出其強(qiáng)大的商業(yè)價(jià)值，在國(guó)外應(yīng)用較為廣泛，但在我國(guó)仍局限于一些大型設(shè)計(jì)院或少數(shù)咨詢類企業(yè)在開展應(yīng)用，隨著BIM飛速發(fā)展，許多企業(yè)和高校逐漸增強(qiáng)了發(fā)展BIM學(xué)科的意識(shí)。

3 新工科背景下BIM課程建設(shè)遇到的問(wèn)題

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)很多高校開始重視BIM技術(shù)，越來(lái)越多的學(xué)校陸續(xù)開設(shè)了BIM課程。但發(fā)展前期，BIM技術(shù)課程也暴露出很多問(wèn)題。

首先，各高校相關(guān)師資力量?jī)?chǔ)備不足。BIM課程的授課老師往往在其求學(xué)期間并未接觸過(guò)BIM概念，或者沒有經(jīng)過(guò)系統(tǒng)地專業(yè)培訓(xùn)，在摸索中開設(shè)BIM課程，缺乏經(jīng)驗(yàn)沉淀，對(duì)于開展BIM教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)的目的和意義認(rèn)識(shí)不夠深刻。另外，缺少互相交流的平臺(tái)，導(dǎo)致信息不能及時(shí)共享，形成“信息孤島”現(xiàn)象。BIM課程同時(shí)也涉及到多個(gè)專業(yè)，例如建筑學(xué)、結(jié)構(gòu)工程、機(jī)電、水暖、消防等，開設(shè)BIM課程時(shí)，需要協(xié)調(diào)好前修課程，做好必要的綜合知識(shí)的儲(chǔ)備。

其次，在軟件問(wèn)題上，BIM類的軟件品種較多，Autodesk公司的Revit，Tekla軟件公司的Tekla Structures，Bentley系、Gehry Technologies系、Nemetschek AG系等幾十款軟件，導(dǎo)致高校在選擇上無(wú)法做到統(tǒng)一，軟件之間的兼容問(wèn)題也存在，阻礙了相互的交流。硬件問(wèn)題上，BIM要求計(jì)算機(jī)擁有較高的配置，而一般高校機(jī)房里現(xiàn)有計(jì)算機(jī)往往無(wú)法滿足硬件需求，需要投入大量資金購(gòu)置機(jī)器，也就增大了BIM課程開設(shè)的難度。

再次，在教學(xué)方面，配套的BIM課程教材雖然較多，但是大多都是單純地介紹BIM軟件相關(guān)操作命令，缺乏案例與實(shí)踐，針對(duì)性不強(qiáng)，教材的廣度和深度差強(qiáng)人意。學(xué)生在學(xué)會(huì)了基本操作之后，拿到真實(shí)的案例卻表現(xiàn)出無(wú)從下手的尷尬局面。此外，各個(gè)高校BIM教學(xué)還面臨著沒有形成完善的體系、教材與教學(xué)大綱的匹配度不高、學(xué)生學(xué)習(xí)效果的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)模糊等問(wèn)題。

4 BIM課程在土木工程專業(yè)教學(xué)中開設(shè)的建議

4.1 加快課程體系建設(shè)，探索系統(tǒng)精品課程

盡早完成BIM概念的導(dǎo)入課程，尤其是上土木工程導(dǎo)論課程時(shí)，可以邀請(qǐng)著名BIM技術(shù)專家、大型設(shè)計(jì)院及建設(shè)單位的專業(yè)技術(shù)人員開設(shè)專題講座，讓學(xué)生意識(shí)到BIM技術(shù)對(duì)未來(lái)建筑行業(yè)的發(fā)展的重要推動(dòng)作用，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，改進(jìn)BIM技術(shù)的教學(xué)體系[3]。

BIM技術(shù)涵蓋內(nèi)容豐富，所涉及到的課程眾多，為了BIM內(nèi)容實(shí)現(xiàn)與各專業(yè)知識(shí)體系的融合，應(yīng)挖掘并加強(qiáng)各相關(guān)課程之間的內(nèi)在聯(lián)系，科學(xué)設(shè)置本科四年中BIM課程同各課程之間的銜接，以綜合能力訓(xùn)練為主體，有效提高學(xué)生對(duì)各環(huán)節(jié)之間的知識(shí)關(guān)系系統(tǒng)化，一邊學(xué)習(xí)專業(yè)課，一邊進(jìn)行與專業(yè)課程相匹配的BIM技術(shù)教學(xué)的方法，使得專業(yè)課程的學(xué)習(xí)與BIM課程相輔相成，達(dá)到融會(huì)貫通的目的[4]。

4.2 借鑒高職教育校企合作模式，產(chǎn)學(xué)結(jié)合，建立校內(nèi)外BIM學(xué)習(xí)環(huán)境

校企合作作為近些年新興人才培養(yǎng)手段得到了較為廣泛的應(yīng)用。這種模式讓學(xué)生在課堂教學(xué)之外能夠接觸到企業(yè)參與現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)實(shí)踐，提高學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)應(yīng)用能力。同時(shí)，也可以向企業(yè)輸出優(yōu)秀專業(yè)人才，達(dá)到雙贏的局面。學(xué)校在設(shè)置BIM課程時(shí)，可考慮增加部分實(shí)踐課程，建立產(chǎn)教融合和校企協(xié)同育人的培養(yǎng)機(jī)制，同軟件開發(fā)公司、設(shè)計(jì)公司、科研院校展開合作，共同建立校外BIM實(shí)踐基地。校內(nèi)指導(dǎo)老師與校外企業(yè)BIM工程師共同制定實(shí)踐方案，完善理論與實(shí)踐相結(jié)合的開放性評(píng)價(jià)體系，以企業(yè)人才需求為基礎(chǔ)，進(jìn)行相關(guān)專業(yè)知識(shí)和技能的培訓(xùn)。

4.3 引進(jìn)或培養(yǎng)“雙師型”教師，開發(fā)工學(xué)結(jié)合特色的教材

首先，組建實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)更豐富的教學(xué)團(tuán)隊(duì)。可以加大優(yōu)秀的BIM師資人才引入，既有理論基礎(chǔ)又能勝任實(shí)踐教學(xué)。也可通過(guò)校企合作，組織優(yōu)秀骨干教師進(jìn)入企業(yè)深入了解企業(yè)在實(shí)際案例中可行性分析、施工模擬、碰撞檢測(cè)、進(jìn)度控制、成本控制、質(zhì)量控制等活動(dòng)過(guò)程，增加實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)；經(jīng)常參加相關(guān)課程的培訓(xùn)，論壇或會(huì)議，掌握BIM技術(shù)發(fā)展的前景和前沿動(dòng)態(tài)。其次，開發(fā)與實(shí)際工程案例相匹配的特色教材，并將3D模型引入課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)踐中。依托實(shí)際工程案例，促使學(xué)生通過(guò)運(yùn)用Revit軟件設(shè)計(jì)完成“建筑建模+造價(jià)+進(jìn)度”的BIM(5D)模型，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)BIM概念的理解和BIM技術(shù)的運(yùn)用能力。

4.4 創(chuàng)建BIM資源庫(kù)，建立一站式教學(xué)云平臺(tái)

傳統(tǒng)的教學(xué)模式已越來(lái)越不能滿足社會(huì)的需求，網(wǎng)絡(luò)教育的種種優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到人們的青睞。教師以實(shí)際工程為對(duì)象，進(jìn)行創(chuàng)建、查閱、調(diào)用、審核、更新維護(hù)，建立起包含本專業(yè)BIM教學(xué)資源庫(kù)，利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)向?qū)W生傳遞教學(xué)信息，為學(xué)生提供自學(xué)的渠道，學(xué)生通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可隨時(shí)隨地獲取相關(guān)專業(yè)知識(shí)，再結(jié)合常規(guī)的課堂教學(xué)達(dá)到深化拓展的目的。另外，隨著開放式教學(xué)理念的深入，結(jié)合開放的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，尋找更為優(yōu)秀的教學(xué)資源，教師可以預(yù)設(shè)教學(xué)目標(biāo)、布置課堂任務(wù)，碎片化式教學(xué)，學(xué)生通過(guò)自主學(xué)習(xí)，交流討論、網(wǎng)絡(luò)測(cè)試等方式掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容，最后達(dá)到構(gòu)建BIM知識(shí)體系的目的[5]。

5 結(jié)語(yǔ)

BIM技術(shù)在建筑行業(yè)正獲得越來(lái)越廣泛的發(fā)展和推廣應(yīng)用，行業(yè)需求持續(xù)旺盛，高校培養(yǎng)BIM專業(yè)人才亦是適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的潮流，而建立以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)的土木工程專業(yè)教學(xué)體系還處于探索階段，需要我們高校老師共同去面對(duì)難題，相互探討、借鑒，積極地進(jìn)行BIM教學(xué)改革，尋找出一個(gè)適應(yīng)新工科要求的BIM技術(shù)教學(xué)育人方案。