基于BIM的土木工程課程體系改革研究

劉梅 王彥明 衣振華

[摘 要]高校是培養(yǎng)與輸送行業(yè)后備人才的基地，隨著BIM技術(shù)逐步推廣和深入建筑行業(yè)各個領(lǐng)域步伐的加快，社會和建筑類專業(yè)對BIM人才需求量不斷增加?；趪鴥?nèi)外BIM教學(xué)經(jīng)驗，針對在土木工程專業(yè)建立完善的建筑信息模型技術(shù)BIM課程教學(xué)體系和與企業(yè)及軟件公司共建BIM課程實踐教學(xué)平臺等關(guān)鍵問題，提出了一系列BIM教學(xué)改革建議。

[關(guān)鍵詞]BIM技術(shù);教學(xué)改革;建筑行業(yè)

[基金項目]2020年山東大學(xué)教育教學(xué)改革研究項目、土建與水利學(xué)院教育體系“創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展”規(guī)劃項目“基于BIM的土木工程課程體系改革研究”（2020Y063）

[作者簡介]劉 梅（1978—），女，山東淄博人，博士，山東大學(xué)土建與水利學(xué)院副教授，研究方向為BIM技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用;王彥明（1968—），男，山東臨沂人，博士，山東大學(xué)土建與水利學(xué)院教授，研究方向為防災(zāi)減災(zāi)先進(jìn)技術(shù);衣振華（1972—），女，山東濟(jì)南人，博士，山東大學(xué)土建與水利學(xué)院講師，研究方向為鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計與疲勞損傷。

[中圖分類號] G642[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A[文章編號] 1674-9324（2020）46-0-03[收稿日期] 2020-09-30

一、研究意義

BIM作為一項新技術(shù)，創(chuàng)新了傳統(tǒng)土木工程行業(yè)的設(shè)計和施工方法，帶來了新的思路。實踐證明，在工程中應(yīng)用BIM技術(shù)，可創(chuàng)造極大的經(jīng)濟(jì)效益，并促使土木工程行業(yè)符合建筑業(yè)信息化、自動化發(fā)展的要求。將BIM技術(shù)引入土木工程教學(xué)，推廣BIM技術(shù)的應(yīng)用，這對于提高專業(yè)教學(xué)質(zhì)量和專業(yè)課程的教學(xué)效果有很大的幫助，可以培養(yǎng)更多的高端應(yīng)用型人才，以適應(yīng)社會發(fā)展的需要。土木工程專業(yè)BIM教學(xué)改革已在國內(nèi)部分高校開展，但多數(shù)仍處于探索階段[1]。

建筑業(yè)采用BIM最大的限制因素是缺乏足夠?qū)I(yè)的BIM技術(shù)人才，因此在高校開展基于BIM的教學(xué)改革符合行業(yè)發(fā)展大背景，具有重要的現(xiàn)實意義。

（一）緊跟行業(yè)發(fā)展，利于學(xué)生就業(yè)

一名合格的BIM人員，首先要具有豐富的建筑專業(yè)背景知識，對BIM技術(shù)有良好的理解和社會實踐應(yīng)用能力，能夠與不同的專業(yè)工程師進(jìn)行溝通和協(xié)調(diào)。開展BIM教學(xué)改革是為緊跟行業(yè)發(fā)展趨勢，可以適當(dāng)添加教學(xué)內(nèi)容和實踐內(nèi)容，有利于優(yōu)化擴(kuò)展學(xué)生的知識面，激發(fā)學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力，培養(yǎng)出適應(yīng)社會需求的高端人才，同時促進(jìn)學(xué)生就業(yè)。從學(xué)生角度出發(fā)，學(xué)好BIM技術(shù)有利于提高就業(yè)競爭力和職業(yè)發(fā)展前景[2]。有利于優(yōu)化學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，擴(kuò)大知識范圍，增強(qiáng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)符合社會需求的高端人才，促進(jìn)學(xué)生就業(yè)。從個體學(xué)生的角度看，學(xué)好BIM技術(shù)有利于提高就業(yè)競爭力和職業(yè)適應(yīng)性。

（二）教學(xué)促進(jìn)作用明顯，利于學(xué)校優(yōu)化培養(yǎng)方案

BIM作為目前土木工程行業(yè)最為流行的多維虛擬現(xiàn)實技術(shù)，具有較強(qiáng)的視覺渲染和空間表現(xiàn)能力，可以幫助空間想象力較弱的學(xué)生理解和使用。

土木工程專業(yè)社會實踐是教學(xué)環(huán)節(jié)中不可缺少的內(nèi)容，但工地現(xiàn)場實習(xí)也面臨困難，或路途遙遠(yuǎn)，或受氣候條件影響，或保證學(xué)生安全僅在安全區(qū)域觀察，而且現(xiàn)場實習(xí)所觀察的僅是項目某個階段的建造過程，不能全面體驗設(shè)計施工運(yùn)營的完整流程。BIM技術(shù)可以對施工現(xiàn)場進(jìn)行直觀、方便的模擬，將施工過程生動形象地展示出來，同時實現(xiàn)成本和工期的可視化控制。另外AR和VR技術(shù)的應(yīng)用，使施工過程中的施工誤差等更直觀清晰，BIM技術(shù)彌補(bǔ)了現(xiàn)場實習(xí)的不足[3]。

（三）校企合作順暢，利于企業(yè)選拔人才

BIM技術(shù)方便校企共建培訓(xùn)平臺，校企聯(lián)合可以為企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供高質(zhì)量的后備人才，縮短企業(yè)新員工的適應(yīng)期，實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)訓(xùn)的校園化，節(jié)省人力資源的管理成本。目前，根據(jù)BIM行業(yè)發(fā)展需求，BIM的人才主要分為BIM建模人員、BIM管理人員、BIM專業(yè)人員。根據(jù)行業(yè)需求，在高校培養(yǎng)模式中增加校企合作共建BIM技術(shù)培訓(xùn)，有針對性的培養(yǎng)不同類型的BIM技術(shù)人才。

二、國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀

美國是BIM技術(shù)和虛擬設(shè)計與施工VDC的國家。近十年來，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界進(jìn)行了許多探索和應(yīng)用，并取得了很好的研究成果。斯坦福大學(xué)、佐治亞理工大學(xué)等知名高校都設(shè)置了BIM課程體系，在BIM課程的開設(shè)、教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置和BIM實踐教學(xué)實驗室的建設(shè)幾個方面不斷進(jìn)行探索與創(chuàng)新，有較為突出的表現(xiàn)與成果[4]。斯坦福大學(xué)分別開設(shè)了BIM和VDC的本科和研究生課程體系，以土木與環(huán)境系為主導(dǎo)，與建筑系和計算機(jī)系合作開設(shè)了BIM與VDC的相關(guān)課程，通過研討會、比賽、實踐等方式，為學(xué)生提供BIM和VDC的實踐學(xué)習(xí)機(jī)會。

新加坡高校的BIM課程推進(jìn)工作得到了教育部門的大力支持，在BIM人オ的教育培養(yǎng)方面也取得了一定的成績。根據(jù)《2016年全球BIM教育報告》，新加坡有8所高等院校一共開設(shè)了30個全日制BIM課程，均以BIM的基本概念與理論，以及模型創(chuàng)建為課程核心內(nèi)容;14個以實訓(xùn)為主的BIM課程。這類課程以實際工程項目的規(guī)劃、設(shè)計、施工、運(yùn)營以及項目管理過程中的BIM技術(shù)為核心內(nèi)容。截至2018年，新加坡三分之二的大學(xué)在本科和碩士課程中設(shè)置了BIM課程教學(xué)，以BIM的基本概念和理論為教學(xué)研究內(nèi)容。南洋理工大學(xué)和新加坡國立大學(xué)也成立各自的BIM中心，致力于提升有關(guān)BIM方向的教學(xué)與科研能力。

國內(nèi)部分高校對實施BIM的教育體系的響應(yīng)也十分熱烈，尤其是在2010年以后，很多高校都相繼成立了與BIM教育教學(xué)相關(guān)的研究組織與團(tuán)隊，致力于BIM課程的學(xué)習(xí)與課程體系的研究。目前全國各地很多高校成立了BIM技術(shù)及BIM教學(xué)研究中心，例如同濟(jì)大學(xué)和上海交通大學(xué)的BIM研究中心、重慶大學(xué)的BIM教學(xué)研究中心和BIM工程中心、華中科技大學(xué)的BIM工程中心，等等。此類研究型組織一般是由具備學(xué)術(shù)研究能力的BIM專家或教授發(fā)起成立，兼具教學(xué)和科研的功能。

目前國內(nèi)部分高校已經(jīng)開設(shè)BIM相關(guān)課程，本科階段土建類專業(yè)的BIM教學(xué)主要有以下模式：新開設(shè)一門有關(guān)BIM的課程;在現(xiàn)有的課程體系中融入BIM的內(nèi)容。如重慶大學(xué)開設(shè)的BIM概論課程;哈爾濱工業(yè)大學(xué)開設(shè)的BIM技術(shù)應(yīng)用課程;同濟(jì)大學(xué)在工程管理專業(yè)單獨(dú)開設(shè)的虛擬設(shè)計與施工課程，還在工程管理專業(yè)的其他專業(yè)課程中嵌入BIM模塊，結(jié)合多種BIM軟件就工程造價電算化教學(xué)及BIM技術(shù)進(jìn)行研究;中南大學(xué)、四川大學(xué)、湖南大學(xué)等開展了BIM技術(shù)與虛擬仿真實驗教學(xué);大連理工大學(xué)開設(shè)了BIM軟件課程等。

三、研究內(nèi)容和目標(biāo)

（一）研究內(nèi)容

本文研究內(nèi)容主要是建筑信息模型技術(shù)BIM課程教學(xué)內(nèi)容的建設(shè)和BIM相關(guān)課程體系的建設(shè)。BIM相關(guān)課程體系建設(shè)可以分為兩種方式，一種是獨(dú)立的BIM課程，比如山東大學(xué)土建與水利學(xué)院土木工程專業(yè)在大三下學(xué)期開設(shè)的BIM建模基礎(chǔ)、大四上學(xué)期開設(shè)的BIM與5D施工課程等。另一種是在既有的專業(yè)基礎(chǔ)課或?qū)I(yè)選修課等課程中植入BIM知識和技能模塊。在既有課程中植入BIM知識與技能有多種方法，如將BIM知識模塊嵌入課堂教學(xué)中;把BIM的技能模塊納入到課程大作業(yè)、課程設(shè)計、畢業(yè)論文或畢業(yè)設(shè)計等教學(xué)環(huán)節(jié)。具體可植入的課程包括工程制圖、工程概預(yù)算、工程施工等課程。

BIM課程教學(xué)內(nèi)容應(yīng)符合培養(yǎng)綜合性相關(guān)專業(yè)人才的培養(yǎng)目標(biāo)，遵循理論與實踐并重的原則。課程內(nèi)容方面，除了融入BIM的基礎(chǔ)應(yīng)用課程內(nèi)容和相應(yīng)的專業(yè)應(yīng)用課程的內(nèi)容之外，對于綜合性較強(qiáng)的課程[5]，還應(yīng)在綜合性較強(qiáng)的專業(yè)培養(yǎng)方案中融入BIM的綜合應(yīng)用知識與技能模塊;課程組織形式應(yīng)以課程教學(xué)與實踐教學(xué)為主。BIM專業(yè)應(yīng)用課程的BIM知識與技能植入方式建議如表1。

（二）研究目標(biāo)

本課程體系建設(shè)應(yīng)緊密結(jié)合學(xué)科前沿及BIM技術(shù)熱點(diǎn)問題，在教學(xué)與專業(yè)建設(shè)方面，著力進(jìn)行課程教學(xué)內(nèi)容的建設(shè)，通過課程講解、上機(jī)實驗、案例操作、理論與實踐考核等環(huán)節(jié)，旨在實現(xiàn)以下目標(biāo)。

1.全面涵蓋BIM在建筑領(lǐng)域的前沿理論知識。通過該課程體系的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠探討B(tài)IM在當(dāng)前和未來建筑施工企業(yè)的作用，掌握BIM的相關(guān)技術(shù)及管理理論。

2.推廣普及BIM相關(guān)軟件在土木工程專業(yè)領(lǐng)域各方面的應(yīng)用。使用BIM軟件工具建立、分析、設(shè)計，建立通用的建筑、結(jié)構(gòu)的BIM模型，通過使用行業(yè)公認(rèn)的BIM設(shè)計、規(guī)劃、施工、管理軟件，用于工程建設(shè)規(guī)劃設(shè)計、施工現(xiàn)場、造價控制等方面。

3.與實際工程相結(jié)合的BIM實踐教學(xué)。與校內(nèi)外工程企業(yè)及BIM軟件公司合作共建BIM實訓(xùn)課程內(nèi)容，使學(xué)生具備組織實施和管理項目應(yīng)用BIM的能力，實現(xiàn)BIM價值點(diǎn)的應(yīng)用。在BIM模型中，實現(xiàn)專業(yè)建模、翻模、整合模型、4D和5D等多個應(yīng)用點(diǎn)的價值，掌握BIM軟件中施工組織設(shè)計的理論與方法，達(dá)到工程項目施工過程模型管理與虛擬建造應(yīng)用的目的。

四、基于BIM的土木工程課程體系的改革建議

（一）在土木工程專業(yè)建立完善的建筑信息模型技術(shù)BIM課程教學(xué)體系

由于BIM具有很好的交互性和更高的繪圖效率，以及與各專業(yè)的相互協(xié)作性，所以BIM課程體系以獨(dú)立開設(shè)的BIM課程和現(xiàn)有的專業(yè)課程中植入BIM技術(shù)兩種方式建立[6]。BIM課程體系根據(jù)不同的教學(xué)目標(biāo)、不同的課程特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置。

（二）與企業(yè)及軟件公司共建BIM課程實踐教學(xué)平臺

BIM擁有一項強(qiáng)大的模塊就是協(xié)同工作，通過與建造工程設(shè)計和施工過程中涉及的不同主體，如建造設(shè)計師、結(jié)構(gòu)設(shè)計師、施工方、機(jī)械工程師、監(jiān)理工程師等協(xié)作，才能真正理解實際工程的構(gòu)建過程。通過企業(yè)提供的實際案例工程，結(jié)合軟件公司提供的技術(shù)支持進(jìn)行BIM實踐工程項目教學(xué)，提高學(xué)生BIM技術(shù)的操作技能。例如，廣聯(lián)達(dá)公司的施工模擬軟件可以實現(xiàn)教學(xué)、資源共享、作業(yè)提交、作業(yè)批改等操作，增加了學(xué)習(xí)的趣味性。

五、結(jié)束語

土木工程是一門應(yīng)用性極強(qiáng)的學(xué)科，需要豐富的實踐經(jīng)驗與科學(xué)理論有機(jī)結(jié)合?；贐IM的土木工程課程體系改革旨在為在校學(xué)生搭建一個良好的應(yīng)用實踐型創(chuàng)新平臺，使其充分掌握和熟練應(yīng)用所學(xué)知識，在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、管理等專業(yè)基礎(chǔ)課的基礎(chǔ)上，掌握信息模型BIM技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生有效地從事BIM技術(shù)應(yīng)用的能力。BIM的發(fā)展和應(yīng)用對學(xué)校人才培養(yǎng)提出了新的需求，創(chuàng)建信息模型技術(shù)BIM課程體系及課程實訓(xùn)教學(xué)體系有利于學(xué)校人才培養(yǎng)，具有較高的推廣意義。

參考文獻(xiàn)

[1]田莉梅，尹歡歡，張景華.BIM技術(shù)在土建專業(yè)的課程改革研究[J].土木建筑工程信息技術(shù)，2020（4）：114-118.

[2]史靖塬.建筑類專業(yè)BIM教學(xué)實踐創(chuàng)新基地建設(shè)思路探索[J].高教學(xué)刊，2020（24）：30-33.

[3]張啟照，張景威，焦艷菲.BIM技術(shù)在建筑類專業(yè)教學(xué)改革中的應(yīng)用研究[J].四川建材，2020（7）：233-234+236.

[4]尹素仙.BIM技術(shù)融入建筑工程技術(shù)專業(yè)課程的教學(xué)改革與實踐[J].居舍，2020（20）：193-194.

[5]井珉，劉陽冰.基于BIM的實踐教學(xué)體系研究[J].教育教學(xué)論壇，2020（10）：279-280.

[6]張尚，任宏，Albert P.C.Chan.BIM的工程管理教學(xué)改革問題研究（二）—BIM教學(xué)改革的作用、規(guī)劃與建議[J].建筑經(jīng)濟(jì)， 2015（2）：92-96.

Abstract： As BIM technology is gradually recognized by domestic and foreign construction markets， the BIM era needs more talents to master BIM technology. Colleges and universities are the bases for training talents in the industry. With the gradual promotion and deepening of BIM technology in various fields of construction industry， the demand for BIM talents by society and construction industry is increasing. The reform of training high-quality professional BIM talents in colleges and universities has become the development trend. Based on BIM teaching experience at home and abroad， this article puts forward a series of BIM teaching reform suggestions for key issues such as establishing BIM course teaching system for building information modeling technology in civil engineering and building BIM course practice teaching platform with enterprises and software companies.

Key words： BIM technology; teaching reform; construction industry