淺談高校土木類專業(yè)的BIM教學體系的設(shè)置與改革

朱紅光 尹地仙 易 成 龐 森 楊 瀚

（中國礦業(yè)大學（北京）力學與建筑工程學院 北京 100083）

0 引言

建筑信息模型（Building Information Modeling），簡稱BIM技術(shù)，是一種應(yīng)用于工程設(shè)計、建造、管理的數(shù)據(jù)化工具，其核心是通過建立虛擬的建筑工程三維模型，利用數(shù)字化技術(shù)構(gòu)建完整的、與實際情況一致的建筑工程信息庫，從而為工程項目的相關(guān)利益方提供了一個信息交換和共享的平臺。在此平臺上各方人員可以協(xié)同工作，進行相應(yīng)的數(shù)字化設(shè)計、計算、分析和模擬試驗等等，有效地提高工作效率、節(jié)省資源、降低成本、以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。2003年原住建部首次將BIM寫入“十五”科技攻關(guān)項目建議書，2011年又在《2011-2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》文件中將BIM技術(shù)設(shè)定為行業(yè)“十二五”信息化發(fā)展重點，2013年中國建筑標準研究院與多家國內(nèi)甲級設(shè)計院聯(lián)合編撰并出臺了《建筑信息模型技術(shù)試用規(guī)范》，到目前各地方政府都出臺了相應(yīng)的BIM技術(shù)標準規(guī)范，并推進BIM在智能化方面的應(yīng)用比如BIM自動審圖等。BIM作為一種新型理念發(fā)展到今天，是一系列軟件的有機集成，包括建筑設(shè)計，綠色建筑分析，結(jié)構(gòu)設(shè)計，設(shè)備設(shè)計，三維算量與清單計價，項目管理和建筑工程VR仿真系統(tǒng)等。而當前BIM領(lǐng)域人才短缺成為了阻礙其快速發(fā)展的桎梏。為了適應(yīng)國家新形勢，新戰(zhàn)略下的土建人才培養(yǎng)的需要，土建行業(yè)需形成“設(shè)計公司—施工單位—高校”三方聯(lián)動，共同推進BIM技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展。而作為高校，積極探索與改進BIM教學體系和培養(yǎng)模式成為當下的重點。

1 國內(nèi)外BIM教學與應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀

BIM概念源自美國，由Autodesk公司于2002年提出，之后迅速發(fā)展。而對于BIM的教學，國外大學甚至在BIM軟件產(chǎn)生之前就已經(jīng)開設(shè)了相關(guān)課程，分不同階段設(shè)置教學目標，如：本科第一年學習分析圖紙，理解基于BIM的規(guī)范和術(shù)語；第二年開始進行建模實操，包括建筑模型與施工方法、材料與設(shè)備的實操；第三年開設(shè)選修課深化學習利用BIM軟件進行計價與項目管理。與此同時，設(shè)立BIM方向的碩士，博士培養(yǎng)計劃，創(chuàng)辦BIM競賽，在單獨的BIM課程基礎(chǔ)上再與建筑設(shè)計，結(jié)構(gòu)設(shè)計工程管理等專業(yè)相關(guān)課程結(jié)合起來，使得BIM理念得以在學生中貫穿與熟練掌握。

國內(nèi)高校BIM教學也有了一定的發(fā)展。如同濟大學，哈爾濱工業(yè)大學，武漢大學，重慶大學等985高校已經(jīng)開設(shè)《建筑信息概論》、《BIM原理與應(yīng)用課程》等課程，有的為必修課，有的為選修課，很大部分都集中開設(shè)在低年級或集中開設(shè)在高年級。另外，諸如清華大學，上海交通大學，武漢大學，深圳大學等高校先后成立了BIM研究中心，進行系統(tǒng)化地研究、二次開發(fā)與教學。

相對于國外，國內(nèi)BIM的發(fā)展呈現(xiàn)出一定滯后性，主要體現(xiàn)在以下幾點：

（1）BIM技術(shù)是近年來出現(xiàn)的新事物，多數(shù)高校教師其自身并未接受相關(guān)的教育。并且由于沒有相關(guān)的應(yīng)用實踐或研究課題，高校教師普遍對于BIM技術(shù)的了解較少，缺乏對BIM技術(shù)重要性的認識；

（2）缺乏有效的管理機制來引導(dǎo)專業(yè)教師在教學方面要結(jié)合本專業(yè)的新技術(shù)、新發(fā)展，并投入精力和時間來更新或完成一套新的實踐教學體系的建設(shè)工作。“更多的高校對教師教學工作缺乏相對公平、有效的評價體系，亦缺乏足以支持教學工作高效開展的獎勵制度，一定程度上抑制了高校教師在提高教學水平與質(zhì)量上的積極性”。沒有BIM相關(guān)的科研效益，而單純的開展BIM教學又得不到回報，自然沒有動力去將現(xiàn)有的平面CAD教學更新到BIM層次；

（3）國外BIM軟件有Revit，Navisworks，Tekla，Bentlay系列，ArchiCAD系列軟件，而國內(nèi)可供選擇的只有廣聯(lián)達，盈建科，斯維爾，魯班等等，國內(nèi)的軟件公司在通用性方法還缺乏核心技術(shù)。加之引進軟件和軟件所需配置的電腦費用高昂，國內(nèi)高校教學只能有選擇性投入；

（4）BIM與傳統(tǒng)CAD建模的思維有著本質(zhì)的區(qū)別，一個基于空間，而一個依附于平面。這就導(dǎo)致先接觸并且很熟練CAD的工作者在重新認識BIM的時候思維不易轉(zhuǎn)換，從而對此產(chǎn)生抵觸，少了這些使用者的推動，BIM發(fā)展自然要放緩。

2 對高校BIM教學模式的探索與建議——進行“短學時-長周期”、多手段相結(jié)合的BIM教學模式

傳統(tǒng)上人們用2D的方式來表達3D的建筑物；而BIM則是從2D到nD的表達模式。比如，完善的建筑設(shè)計一般采用3D，當項目復(fù)雜性的加大，如規(guī)模的增大以及建筑系統(tǒng)數(shù)量和復(fù)雜性的增加等，此時就會出現(xiàn)縮短工期的要求（4D）；控制造價的壓力（5D）等等，因此，BIM技術(shù)的合理有效應(yīng)用與實踐遠比簡單的掌握操作技巧重要。BIM技術(shù)是建筑行業(yè)一項重大的改革，可以為學生今后的工作積累技術(shù)基礎(chǔ)，提升競爭力，通過合理的設(shè)置BIM的課程及實踐來掌握BIM技術(shù)和相關(guān)軟件的操作應(yīng)用對于土建類的本科生非常必要。

對于采用寬口徑的培養(yǎng)模式的工科教學，四年的時間要學習的通識基礎(chǔ)知識與專業(yè)知識是比較多的，這就要求我們在新引進BIM課程的時候要采用多手段的方式“融入式”教學，這樣不會打亂教學計劃，使得每學期的教學課程得到合理安排，既給老師減壓，又給學生減負。

（1）早期介入普及BIM理念和技術(shù)知識，提高學生對BIM重要性的認識和學習興趣。

具體來說，可以在本科一年級階段的“專業(yè)導(dǎo)論”中增設(shè)2學時左右 BIM 章節(jié)。由于學生在這個學年基本不會學習到專業(yè)知識，所以只教授BIM理念，啟發(fā)學生學習BIM的興趣，學生可以課后通過在線學習比如微課等繼續(xù)加強了解。

在低年級階段還可以結(jié)合實習來進一步提升學生對BIM的認識，比如在一年級的認識實習環(huán)節(jié)，高校應(yīng)該聘請知名的BIM專家或者著名設(shè)計院、施工單位，特別是本專業(yè)主要就業(yè)方向上相關(guān)單位的BIM工程師，為本科生開展BIM知識講座，探討B(tài)IM在實際工程中的應(yīng)用，讓學生意識到BIM對其就業(yè)乃至以后工作的重要影響，進一步激發(fā)學生學習BIM的熱情。

（2）以短學時-長周期模式、結(jié)合現(xiàn)有課程體系合理的設(shè)置BIM教學內(nèi)容與實踐學時，提高學生的BIM應(yīng)用能力。

二年級階段，一般高校均開設(shè)CAD制圖課程，可以通過調(diào)整教學內(nèi)容，將原來主講CAD操作的學時換成用前半階段講CAD和天正CAD，后半階段講解主要BIM軟件-Revit的“族”應(yīng)用與參數(shù)化建模。這樣有明顯的好處，學完CAD后學生很容易理解Revit里面建筑樣板的建模思路，只需課后布置一些小的建模任務(wù)學生便可學會如何利用Revit建立建筑模型；但是“族”與參數(shù)化卻是Revit獨有且精髓的部分，需要重點講解。

對于土木工程專業(yè)的BIM教學，老師除準備課堂授課外，還可以錄制相應(yīng)的在線學習資料，比如《建筑信息模型理論與應(yīng)用》的微課等，里面應(yīng)有很詳細的理論介紹、操作流程與應(yīng)用舉例。微課的好處在于每段視頻很短，其教學內(nèi)容可以隨著技術(shù)的發(fā)展隨時更新，能很好的適用于BIM技術(shù)這種更新?lián)Q代很快的課程教學。但是微課錄制需要老師將知識點進行合理拆分，詳略得當，要完成整個課程微課需要很長的時間。它能在很長的教學周期內(nèi)對教學計劃的完成提供巨大的幫助，便于課后學習或掌握到不同階段的同學回顧或繼續(xù)深入學習。當然，與之相應(yīng)的課后練習與結(jié)課考核環(huán)節(jié)也應(yīng)該側(cè)重于Revit應(yīng)用。

三年級階段，學生陸續(xù)完成了專業(yè)課的學習，對本科生階段的專業(yè)知識初步形成體系，這時在學習《房屋建筑學》后可以鼓勵他們用BIM軟件完成課程設(shè)計，學習《土木工程施工》過程中教師同樣可以增加4-6學時講解Navisworks施工模擬與動畫漫游，講解過程中可以讓學生同步進行操作，同時增強了課堂的趣味性。最后，在四年級畢業(yè)設(shè)計階段，教師可以出一些與BIM相關(guān)的選題讓學生選擇，以此來檢驗學生的學習成果以及教師的教學質(zhì)量。比如在中國礦業(yè)大學（北京）土木專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計中，每年的選題有40%以上均設(shè)置了BIM相關(guān)的專題或者內(nèi)容要求；本科生創(chuàng)新訓(xùn)練選題中，與BIM相關(guān)的選題也能達到30%以上。

3 結(jié)語

BIM是實現(xiàn)建筑業(yè)數(shù)字化、智能化的關(guān)鍵技術(shù)，其自身目前處于飛速發(fā)展和完善的過程中。它可以將建筑設(shè)計、施工管理及運營等整個生命周期很好的整合起來，便于處于不同階段的相關(guān)人員從項目一開始就參與進來，極大的促進建筑業(yè)的節(jié)約增效。作為土建專業(yè)新一代的大學生，掌握BIM技術(shù)非常必要。應(yīng)該看到，BIM在高校土建專業(yè)的教學實踐中得到了一定的應(yīng)用，但是仍需進行大量的改革和探索以推動BIM技術(shù)在教學中更好的發(fā)展，助力于教學質(zhì)量的提升和學生能力的培養(yǎng)。

致謝：

本文得到北京市教委及中國礦業(yè)大學（北京）課程建設(shè)項目的資助，在此深表感謝。