BIM可視化技術(shù)在土木工程專業(yè)教學改革的應用

洪秀君 朱永甫

摘? 要：傳統(tǒng)的教學理念與教學模式已難以滿足土木工程專業(yè)人才綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的需要。BIM可視化技術(shù)，具有虛擬仿真功能，將其運用到土木工程專業(yè)課程的教學中，能較好地解決傳統(tǒng)教學過于抽象理論，缺乏實踐操作的問題。文章以“土木工程施工課程改革實踐”為案例闡述BIM可視化技術(shù)在土木工程專業(yè)教學中的應用，為后續(xù)高等學校土木工程專業(yè)教學改革實踐提供一些參考。

關(guān)鍵詞：BIM可視化技術(shù);土木工程;教學改革

中圖分類號：G642? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2020）06-0141-03

Abstract： The traditional teaching concept and teaching mode have been unable to meet the needs of cultivating the comprehensive quality and innovative ability of civil engineering professionals. BIM visualization technology， with virtual simulation function， can be applied to the teaching of civil engineering courses， which can better solve the problem that traditional teaching is too abstract theory and lacks practical operation. This paper takes "practice of civil engineering construction curriculum reform" as a case to illustrate the application of BIM visualization technology in the teaching of civil engineering specialty， and provides some references for the teaching reform practice of civil engineering specialty in colleges and universities.

Keywords： BIM visualization technology; civil engineering; teaching reform

引言

土木工程專業(yè)綜合性強、實踐性高，其專業(yè)核心課程如土木工程施工、工程項目管理、工程招投標、工程概預算等課程的學習， 是學生掌握土木工程施工技術(shù)、培養(yǎng)項目管理思維的重要途徑[1]，對于土木工程專業(yè)學生創(chuàng)新能力的發(fā)展具有重要的地位和作用。

目前土木工程專業(yè)課程在教學中存在的問題：

1. 土木工程專業(yè)課程教學內(nèi)容涉及面廣，教學課時偏少，教師很難在短時間內(nèi)充分講解相應理論知識。如何在較少的課時內(nèi)，將土木工程專業(yè)課程內(nèi)容講解透徹，使學生掌握有關(guān)土木工程施工技術(shù)及管理知識值得探討。

2. 傳統(tǒng)課堂教學手段多以“粉筆+黑板+多媒體”為主，教師“滿堂灌”，沒“親列”工程案例，效果不佳。課程知識點、重點及邏輯結(jié)構(gòu)難以直觀表達，部分學生空間想象力較差，無法很好理解課程內(nèi)容，學習難度很大。

3. 工程項目具有施工周期長，單件性和固定性特點，學生在校難以完整實現(xiàn)實踐教學，操作難度大，教學工地由于實習時間周期短、工程跨度大而滿足不了學生實踐需求。同時，大量學生分布到工程現(xiàn)場實習存在安全隱患，現(xiàn)場施工單位擔心安全問題不愿意接納，這樣就造成很多課程的實習受限，只能流于形式，影響了學生創(chuàng)新、實踐能力的培養(yǎng)[2]。

綜上，傳統(tǒng)的教學理念與教學模式已難以滿足土木工程專業(yè)人才綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的需要。

一、BIM可視化技術(shù)土木工程專業(yè)教學改革的意義

BIM的可視化技術(shù)，具有虛擬仿真功能，將其運用到土木工程各專業(yè)課程的教學中，能較好地解決土木工程專業(yè)課程教學中存在的問題，具有以下實踐意義[3-5]：

1. 課程教學中充分使用BIM可視化技術(shù)解決教師教學輔助手段不足、疑難知識點或者結(jié)構(gòu)難以直觀表現(xiàn)、講解困難等問題，將學習的決定權(quán)從教師轉(zhuǎn)移給學生，培養(yǎng)學生主動學習的能力。

2. 學習過程中使用BIM仿真教學軟件中模型庫和虛擬操作功能，可以給學生直觀、形象的學習感受，激發(fā)學生的學習興趣。

3. 實訓實踐環(huán)節(jié)利用BIM協(xié)同虛擬技術(shù)，設計出虛擬仿真項目，模擬項目施工現(xiàn)場進行現(xiàn)場操作，解決土木工程施工課程實訓形式化的弊端，真正提高學生的創(chuàng)新應用能力，并減少許多需要到現(xiàn)場實踐實習帶來的安全隱患。

二、BIM可視化技術(shù)在土木工程施工課程教學改革的創(chuàng)新與實踐

（一）改革任務和主要改革舉措

1. 可視化教學，仿真視頻講解，解決《土木工程施工》授課難點。基于BIM可視化技術(shù)，針對土木工程施工課程中的疑難知識點或結(jié)構(gòu)部分采用BIM仿真視頻進行教學，解決傳統(tǒng)授課中抽象理論的問題，理論內(nèi)容配合形象直觀的視頻講解，提高學生的學習效率。

2. 以賽促教，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力。多門課程融合應用BIM技術(shù)，提高學生綜合應用專業(yè)知識的能力，鍛煉學生統(tǒng)籌協(xié)調(diào)能力。通過指導學生參加BIM競賽，模擬全過程施工管理，鍛煉學生通過BIM技術(shù)融合貫通《土木工程施工》、《工程概預算》、《土木工程招投標》、《工程項目管理》等多門課程的內(nèi)容，培養(yǎng)學生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新意識。

3. 實驗環(huán)節(jié)采用BIM虛擬仿真軟件輔助操作，滿足實踐教學環(huán)節(jié)改革要求。以《土木工程施工》課程試點改革，部分重難點章節(jié)模擬項目施工現(xiàn)場進行虛擬流程操作，由學生進行上機操作，結(jié)合實訓環(huán)節(jié)設計不同的虛擬仿真項目，達到實踐與理論的結(jié)合，提高學生動手實踐能力。

4. 多專業(yè)聯(lián)合畢業(yè)設計，提高學生綜合應用能力。結(jié)合閩南理工學院數(shù)字圖書館等實際工程項目，利用暑期培訓學生BIM技術(shù)，進行建筑、結(jié)構(gòu)、機電建模及應用，培養(yǎng)學生的項目管理思維能力。

（二）實踐過程簡述

1. 以《土木工程施工技術(shù)》為試點課程進行教改方案論證及仿真翻轉(zhuǎn)教學方案設計。利用BIM可視化技術(shù)結(jié)合《土木工程施工技術(shù)》課程中的重點、難點章節(jié)進行仿真翻轉(zhuǎn)教學，比如土方開挖、降水排水施工、樁基工程施工這些章節(jié)的內(nèi)容涉及的大部分是地下工程，實際施工過程大多隱蔽在地表下，無法直觀了解;機械設備施工原理的講解及地下工程在施工中的變化是這些章節(jié)的難點內(nèi)容。

如圖1BIM仿真視頻《深井降水施工》所示，施工降排水章節(jié)輔助BIM仿真視頻，動畫效果配套理論知識介紹，使施工過程變化一目了然，降低學生學習難度。

采用超星爾雅線上課程輔助課堂教學，如圖2超星爾雅《土木工程施工技術(shù)》線上課程所示。

通過在線上課程中上傳BIM仿真視頻、章節(jié)教案、學習資料，布置學習任務，搖一搖式點名簽到，搶答環(huán)節(jié)設置等能活躍課堂氛圍，實現(xiàn)移動式教學，方便學生隨時隨地學習，加強學生對施工重難點知識的鞏固，解決《土木工程施工技術(shù)》課時有限，課程內(nèi)容較多，學生無法在有限的課堂時間里理解透徹的問題。

2. 指導學生參加各類BIM大賽，通過學生參賽過程中的指導總結(jié)BIM技術(shù)對學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的影響，作為研究報告的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，指導學生發(fā)表相應論文。

期間取得成果有：

（1）2018年10月教改項目成員老師指導學生參加《2018年全國高等院校BIM應用技能比賽》榮獲“金牌項目部獎第二名”，并發(fā)表CN論文一篇《虛擬仿真技術(shù)對土木工程實習的影響》榮獲第十四屆“挑戰(zhàn)杯”福建省大學生課外學術(shù)科技作品競賽優(yōu)秀獎。

（2）2019年1月至6月期間教改項目成員老師指導參賽學生根據(jù)《2018年度福建省建筑信息模型（BIM）技能大賽》掌握的BIM造價應用能力完成造價專業(yè)BIM方向畢業(yè)設計，二人成果均榮獲“校級優(yōu)秀畢業(yè)設計成果”，并發(fā)表CN論文一篇《淺談BIM技術(shù)在工程造價算量軟件中的應用》。

（3）2019年5月教改項目成員老師指導學生參加《第十屆全國高等院校學生“斯維爾杯”建筑信息模型（BIM）應用技能大賽》，分別獲得一個“團隊綜合二等獎”及多個“專項三等獎”。2019 年8月教改項目成員老師指導學生參加“首屆全國大學生智能建造與管理創(chuàng)新競賽”獲得三等獎。

3. 結(jié)合學院現(xiàn)有的BIM實驗中心、仿真實驗室等專業(yè)實驗室，在原配置的仿真系列軟件基礎(chǔ)上，開發(fā)設計BIM虛擬仿真教學項目，并增加《土木工程施工實驗》上機實踐環(huán)節(jié)，如圖3鋼筋混凝土工程實驗課仿真軟件上機照片所示。鋼筋混凝土工程是《土木工程施工技術(shù)》重點章節(jié)，目前很多建筑采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土施工，但鋼筋工程屬于隱蔽工程，混凝土工程養(yǎng)護耗時較長，實際工程施工工地無法滿足學生實踐學習的需求。通過BIM仿真軟件的上機操作，學生能在有限的課堂時間內(nèi)系統(tǒng)且形象的掌握鋼筋從材料下單、進場驗收、加工連接等整個流程的內(nèi)容，并能區(qū)分不同部位的鋼筋施工要點。同理，混凝土的攪拌、運輸、澆筑、養(yǎng)護等內(nèi)容也能實現(xiàn)直觀簡便的模擬實踐操作。

總結(jié)實踐環(huán)節(jié)的改革經(jīng)驗，2019年5月教改項目成員老師開發(fā)完成《土木工程施工翻轉(zhuǎn)課堂仿真軟件V1.0》，并于2019年9月登記取得軟件著作權(quán)。

4. 開展“智慧校園”跨專業(yè)聯(lián)合畢業(yè)設計暑期培訓班，指導輔助50名畢業(yè)生初步掌握BIM應用技術(shù)，并完成閩南理工學院部分宿舍樓與教學樓的建筑模型。通過暑期BIM技術(shù)培訓，鍛煉學生項目整體統(tǒng)籌能力，提前模擬畢業(yè)后的就業(yè)崗位內(nèi)容。如圖4培訓前后BIM能力對比所示，50名畢業(yè)生在參加培訓前57.14%的學生不具備BIM基礎(chǔ)，通過培訓，100%學生能掌握BIM結(jié)構(gòu)建模，93.88%學生掌握BIM建筑建模，75.51%學生掌握機電建模，基本具備把二維圖紙轉(zhuǎn)化成三維模型的能力。42.86%學生能進行多專業(yè)碰撞，81.63%具備渲染漫游能力，初步具備建筑多專業(yè)融合應用能力。

三、結(jié)束語

《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020）》中提出關(guān)于“促進教育公平、實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教育資源共享”的訴求，隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的到來，在與工程實踐、現(xiàn)行規(guī)范聯(lián)系密切的土木工程施工課程教學過程中，應用BIM的可視化技術(shù)，能創(chuàng)新性地做好教育信息化要求，優(yōu)化教育質(zhì)量。

使用BIM虛擬仿真教學軟件，虛擬技術(shù)輔助教學，解決教學中輔助手段不足、不夠直觀、綜合訓練缺乏等問題。利用BIM技術(shù)仿真土木工程專業(yè)課程的實踐教學安排，減少土木工程專業(yè)許多需要到現(xiàn)場實踐實習安排帶來的安全隱患等困擾。教學模式改革，采用翻轉(zhuǎn)教學模式形成土木工程施工在線課程，改進專業(yè)課程教學中抽象枯燥、課程沉悶等現(xiàn)象，激發(fā)學生學習興趣，推進教育信息化及大數(shù)據(jù)技術(shù)在教育教學中的應用，共享優(yōu)質(zhì)教學資源，提高教學質(zhì)量，同時解決土木工程專業(yè)課程課時少、內(nèi)容多的教學難題。采用“以賽促學，以賽促教”的方式結(jié)合BIM競賽進行土木施工專業(yè)課程的授課，通過競賽的方式識別和定義學生的學習需求，使學生實現(xiàn)專業(yè)技術(shù)綜合訓練，從而成為專業(yè)應用型人才，滿足建筑行業(yè)發(fā)展對人才的要求，提高學生專業(yè)創(chuàng)新能力。

參考文獻：

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[2]韋麗嫻.論土木工程施工技術(shù)的教學改革與實踐[J].四川水泥，2019（02）：190.

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[4]付亞靜，楊華，李書陽.基于BIM的虛擬仿真技術(shù)在教學領(lǐng)域的應用與實踐[J].土木建筑工程信息技術(shù)，2019，11（06）：70-75.

[5]于本福.BIM技術(shù)在土木工程專業(yè)課程體系建設研究[J].教育教學論壇，2019（37）：207-208.