基于BIM技術的土木工程專業人才培養體系創新與實踐

胡夢玲 吳迪 張輝 陳興周 曹萍

摘?要：BIM技術是繼二維 CAD圖紙代替手工制圖之后在土木工程領域掀起的又一次信息技術革命，在不久的將來必將成為工程項目全壽命周期管理的重要技術手段。當前，我國土木工程領域的BIM技術應用尚處于初級階段，掌握BIM技術的工程技術人員遠遠不能滿足企業和市場的人才需求，因此高校土木工程專業亟待培養掌握堅實的專業知識和系統的BIM技術的高素質應用型專業人才。本文分析了當前土木工程專業實踐教學現狀，總結了BIM技術在國內高校的應用現狀，提出構建融入BIM技術的土木工程專業教學體系，組建BIM技術教學師資隊伍、搭設BIM教學平臺，建設BIM技術土木工程專業應用教材，成立BIM技術企業實訓基地等創新性措施來建立融入BIM技術的土木工程專業人才培養體系，為培養高水平的土木工程應用型技術人才提供新的思路。

關鍵詞：BIM技術;土木工程;人才培養;創新與實踐

中圖分類號：G 642.0

文獻標識碼：A?文章編號：1672-7312（2020）05-0527-06

Innovation and Practice of Talent-cultivation System of Civil Engineering Specialty Based on BIM Technology

HU Meng-ling，WU Di，ZHANG Hui，CHEN Xing-zhou，CAO Ping

（College of Civil and ArchitecturalEngineering，Xian University of Science and Technology，Xian 710054，China）

Abstract：The application of BIM in the field of civil engineering is another information technology revolution after the two-dimensional CAD drawing replacing with the hand drawing.It will become an important technique for the whole life cycle management of engineering projects in the near future.In current，the application and development of BIM in the field of civil engineering in our country is still in the primary stage.Engineers who master BIM technology are far from enough to meet the talent demands in enterprises and market.So a large number of qualified and applied talents with solid professional knowledge and systematic BIM application skills are needed urgently.In this paper，the present situation of practical teaching in civil engineering is analyzed，and the application conditions of BIM technology in domestic colleges and universities is summarized.The innovative measures for establishing the talent-cultivation system of civil engineering specialty integrated with BIM are also put forward，such as establishing the civil engineering specialty teaching system incorporating BIM technology，cultivating specialized teaching faculty，building BIM teaching platforms，compiling civil engineering professional application textbooks of BIM technology and establishing BIM training bases in enterprises，which would provide new ideas for training high-level civil engineering applied technological talents.

Key words：BIM technology;civil engineering;talent-cultivation;innovation and practice

0?引言

BIM是英文Building information Model的簡稱，意思是建筑信息模型，最早是由美國工程技術人員基于“虛擬施工技術”的理念提出[1-2]。BIM技術的實質是通過對三維建筑虛擬模型賦予空間、時間、材料、成本等相關工程信息來建立一個大型信息數據平臺，基于該平臺可方便地調用各種信息數據以模擬建筑物在建設過程中各個階段的形態，分析可能出現的問題，實現建筑信息的快捷共享與傳輸，從而為工程項目建設過程各專業協同配合、質量檢查、運營管理等多項工作的順利進行提供技術保障。

BIM技術自2000年左右提出以來，由于其具有將土木工程建設項目從策劃、設計、施工、運維及管理這一全過程以多維形式呈現出來的顯著優勢，在國外便引起了業界人員的關注和認可。BIM技術最初應用于美國，到2012年為止，美國土木工程建設項目采用BIM技術覆蓋率已達到 71%[3];英國在 BIM技術誕生初期也較早發布了詳細的 BIM技術應用與推廣計劃，并明確提出在 2016年之前全面實現應用BIM技術進行工程項目協同化管理;韓國也于2010年制定了 BIM技術應用與推廣的十年規劃，計劃于十年之內建立系統的大型公共建筑BIM技術應用體系[4]。我國BIM技術起步較晚，2005年，華南理工大學與 AUTODESK公司合作率先在國內建立了我國第一個BIM實驗室。2010年，清華大學科技人員創造性地提出了中國BIM技術標準框架，并進一步提出面向技術層和應用層的實施標準，隨后還將最新的BIM技術（時間4D/成本5D）研究成果應用于北京奧運會場館的設計建造與運維管理之中[5]。2015年以后，BIM在國內獲得快速發展，被廣泛應用于多個大型工程建設項目中，例如北京“中國尊”、港珠澳大橋、雄安大興機場、天津117大廈等工程。分析國內外應用BIM技術的工程案例可知，在設計與施工過程中應用BIM技術可使工程變更與返工減少60%～70%，不同專業的工程技術人員之間的協同作業與技術對接時間節省 20%～30%，工期提前5%～10%，工程成本降低1.5%左右[6]。隨著近二十年BIM技術在土木工程領域的應用和發展，運用二維平面圖紙進行工程項目的全壽命周期管理的時代將一去不復返。與此同時，BIM的產生和應用也標志著建筑信息化時代的到來，它將給土木工程行業及其相關產業帶來深刻的技術變革，在不久的將來必將成為土木工程項目進行“項目全壽命周期”管理的重要技術手段。可見，BIM技術在我國土木工程行業的應用與推廣勢在必行。

然而，BIM技術在我國的應用與發展僅有十余年，尚處于初級階段，掌握BIM技術的工程技術人員遠遠不能滿足當前土木工程專業市場的人才需求[7]。而大學作為培養社會與企業需要的應用型工程技術人才的基地，必須承擔起培養掌握BIM技術的土木工程專業技術人才的職責。因此，如何在當前的本科教學體系中融入BIM的教學內容，并通過BIM技術提高學生的綜合專業素養是當前各大土木工程專業高校迫切需要解決的問題。文中分析了高校土木工程專業實踐教學現狀，總結了BIM技術在高校的應用現狀，在此基礎上提出了融入BIM的土木工程專業實踐教學改革措施，以期培養出企業急需的掌握BIM技術的高素質應用型創新人才。

1?高校土木工程專業實踐教學現狀

土木工程是一門專業性與實踐性較強的工科專業。該專業人才培養的目標是：通過四年的專業學習，全面掌握堅實的學科基礎理論和系統的專業知識，具備運用專業知識分析土木工程復雜工程問題并提出解決方案的實踐能力，能夠勝任土木工程項目規劃、勘察、設計、施工、管理及科研等多項任務。為了達到以上的培養目標，我國土木工程專業高等院校普遍采用理論課程教學、課程設計、專業實習和畢業設計等四大模塊對學生進行培養。然而，當前在專業實踐教學過程中多數高校存在課程教學模式與內容陳舊、課程設計和畢業設計與工程實踐嚴重脫節、現場實習實施過程形式化等問題。例如，土木工程專業教學課程體系多年未有變動，相應的課程大綱也未有修改，教師的教學內容與方法也沒有變化，這就導致學生無法學習甚至說了解到當前信息化時代快速發展的各種先進技術，缺乏對當前行業發展和需求的認識。培養方案中為房屋建筑學、混凝土結構基本原理、鋼結構基本原理、施工組織與概預算等土木工程專業核心課程設置了相應的課程設計，但在實踐過程中，課設題目與內容多年不變，學生很容易找到相同的案例照搬整個設計過程即可完成，導致學生只知其然不知其所以然，對專業知識沒有進行深入理解。在專業現場實習方面，按照學生接觸專業的深入程度，各大高校都分別在第二學期、第六學期和第八學期設置有認識實習、生產實習和畢業實習，但由于時間有限、聯系企業生產工地存在困難以及考慮學生人身安全等多種因素，實施過程很難按照實習大綱的要求開展，多數流于形式，實施效果差強人意。而在畢業設計方面，畢業設計內容過于陳舊，大多采用的是工程實踐生產在十余年前采用的設計方法或施工技術，與當前行業所運用的先進的建筑信息化管理、綠色可持續發展、多專業協同設計等新理念和優化施工方案、提升生產效率的新技術和新工法嚴重脫節，導致學生耗費一個學期完成的也只是套路式的設計與計算，不符合實際工程應用的要求，因而對其掌握專業理論知識和提高專業實踐能力作用不大。更為嚴重的問題是，雖然土木工程專業本科教學持續4年，學生按照培養方案完成所有學習計劃，但大多數學生對專業的認識是零星的、片面的，他們仍然無法剖析工程問題來建立理論模型，也無法應用所學的理論知識去分析工程問題。

2?BIM技術在高校教學中的應用現狀分析

BIM技術具有三維動態可視化、多專業協同設計和全面數字信息化等特點，對工程優化設計、可持續性綠色設計、減少設計與施工變更、模擬施工與運營管理起到強有力的促進作用。近年來，BIM技術在國內許多重大工程項目的建設過程中進行了應用，國家住建部也多次發布指導性文件以推進BIM技術在土木工程行業的應用與推廣。為了培養滿足企業和市場需求的土木工程專業技術人才，國內許多高校建立了BIM技術研究中心，并開展了基于BIM技術的專業實踐教學改革與研究。曾文海等通過調查研究深刻剖析了當今高校課程教學的現狀，提出在專業實踐教學中融入BIM課程體系[8];趙雪峰等在研究國外 BIM教育模式的基礎上提出適合國內高校教育應用的BIM課程教學體系[9];郝麗結合本校土木工程專業的實踐教學現狀，提出了切實可行的將BIM技術融入教學的多種形式[10];劉紅勇等系統分析了在高校開始 BIM課程教學的可行性，并從開展BIM課程的教學內容、目標、方式及方法等方面提出了多種建議[11];邢棟等[12]分析了進行BIM教學改革所面臨的問題，并提出了在土木工程專業教學體系中融入BIM知識的實施建議[12]。綜合分析以上的研究可知，目前國內僅有幾所重點大學開設了 BIM 技術相關的專業，在土木工程專業教學中融入BIM技術應用也處于摸索階段，且真正將BIM技術引入專業人才培養體系也不多見。

2.1?高校對BIM技術教育不夠重視

目前BIM技術在我國主要應用于大型工程建設項目，還未曾普遍應用到一般工程項目之中，因此，很多土木工程專業院校對BIM技術的專業教育重視程度不足。當前各大高校的職稱晉升和各種榮譽都偏向于科研成果，導致教師普通存在“重科研、輕教學”的現象，高校教師把大部分時間用于科研工作，投入教學工作的時間非常有限，投身于教學改革的熱情和積極性大為降低。此外，大多數高校教師欠缺工程實踐經驗，對當前國內工程建設的新技術和新成果缺乏了解，認為BIM技術只是一個構建建筑實體三維模型的工具，沒必要專門設置課程來講解相關內容。另外，部分高校還沒有配置BIM技術應用所需要的計算機硬件設施和軟件系統，這也嚴重限制了BIM技術教育在高校的實施。

2.2?缺乏系統的BIM技術應用教材

BIM技術在我國的應用和發展主要依賴于BIM相關軟件開發公司的技術推廣和應用培訓，以及一些介紹BIM理念和BIM建模軟件操作的書籍，還有一些介紹國內重點工程應用BIM技術的應用案例等。但這些資料要么是通過幾個簡化的工程案例來簡單地介紹BIM建模軟件的操作，要么是引用國內重大工程案例來粗略地介紹BIM相關軟件的應用，將其作為本科教學教材用于系統學習BIM技術顯然是不夠的，而專門用于土木工程專業人才培養的BIM技術應用教材更為匱乏。

2.3?BIM技術師資嚴重不足

高校教師大多從事理論研究，真正參與到工程實際中能夠應用BIM技術的并不多。高校“重科研、輕教學”的現象，也使得教師在沒有承擔相應教學任務時不會花費時間去主動學習BIM技術用于本科教學。而BIM技術應用涉及到土木工程眾多相關專業，各專業對BIM相關軟件應用的要求各不相同，這就需要大量掌握BIM技術的專業師資。當前各大高校都急需培養大量掌握BIM技術應用的專業教師，一方面用于BIM技術的教學，另一方面將BIM技術用于土木工程專業其他核心課程的教學。

3?融入BIM技術的土木工程專業人才培養體系創新措施

3.1?構建融入BIM技術的土木工程專業教學體系

由于BIM技術建立的三維建筑信息模型可以不間斷地服務于建筑的全壽命周期，因此在土木工程專業教學體系中，除了專門開設講解BIM技術的軟件應用課程以外，還可以在土木工程概論、房屋建筑學、工程施工技術、項目管理和施工組織等各門專業課程中結合課程內容有針對性地滲透BIM技術，利用BIM技術三維動態可視化的特點服務于專業教學，使學生更加深入系統地理解專業知識。

3.1.1?土木工程概論課程中應用BIM技術

土木工程概論是土木工程專業在大一上學期開設的一門學科認識課。在教學時可應用BIM技術將土木工程領域的多個經典案例以三維信息模型呈現出來，讓學生直觀地認識土木工程專業的發展趨勢和從業范圍，思考工程建設所涉及的主要問題，并初步了解BIM的概念、用途和重要性。

3.1.2土木工程制圖與計算機輔助設計課程中增加BIM技術教學內容

建筑信息化時代已經到來，BIM技術是當前也是今后土木工程專業從事人員必備的工程技能之一。因此各大高校都開始了如何在課程體系中增加BIM技術教學內容的探索。當前土木工程專業教學存在專業課程設置較多而總學時非常有限的情況，在現在的課程體系中很難刪掉已經開設的課程而換取BIM技術教學學時。BIM技術的核心思想是建筑實體的三維模型信息表達，相對于當前企業在設計與施工中所用的二維CAD圖紙能夠更直觀地表達工程信息。從BIM技術在工程中所發揮的作用來看，可歸納到計算機輔助設計當中。因此，可以將《畫法幾何與工程制圖》與《土木工程CAD》這兩門專業基礎課融合為《土木工程制圖與計算機輔助設計》一門課。在這門課中，系統介紹畫法幾何、工程制圖、AUTOCAD二維制圖和BIM技術等工程制圖基礎理論與應用知識，課程具體安排見表1。這種課程改革一方面可以在不增加學時和學分的情況增加BIM教學內容，另一方面通過BIM模型出圖可以增加學生的空間想象力，降低邏輯思維難度，從而加深對制圖理論的理解，全面系統地掌握計算機二維和三維制圖技術。

3.1.3?房屋建筑學課程中應用BIM技術

《房屋建筑學》這門課程主要介紹建筑設計從總體到細部，從平面到空間的設計程序和方法。傳統的教學是分章節介紹工業民用建筑的各種結構構件，如樓面和地面、墻與基礎、樓梯、屋頂等的構造原理和常用方法，并以二維圖形的方式呈現讓學生理解。這種教學模式導致學生對各種結構構件的認識停留在個體上，不能系統地掌握相關知識。因此，可以在房屋建筑學課程教學中借助BIM技術，將典型的工業和民用建筑用三維信息模型呈現出來，通過實體模型來講解各個結構構件在模型的位置和發揮的作用，幫助學生理解民用與工業建筑設計的基本原理和基本方法，實現教學質量的提升。

3.1.4?施工技術課程中應用BIM技術

土木工程各個方向的施工技術課程教學中，需要介紹多種施工技術或方法。教材上基本是通過文字描述和圖片展示相結合的方式來進行介紹的，但實際上原本非常簡單的施工技術在教材上卻介紹不清楚，學生很難理解。因此，可以借助BIM技術的三維建模功能將各種施工過程進行模擬，并以立體模型的形式分步地展示給學生觀看，有助于學生系統掌握各種施工技術。在此過程中，還可以向學生展示運用BIM技術對施工過程實施碰撞檢查，從而在施工前期模擬出各個施工環節或工序之間可能出現的銜接問題，及時進行調整，避免施工變更和返工的情況出現。

3.1.5?工程項目管理課程中應用 BIM技術

工程項目管理的內容包括項目施工過程中的物料管理、成本管理、質量管理和安全管理等。在該課程教學中，可以介紹運用BIM技術建立建筑信息模型實現對項目施工過程的全面管理。在物料管理方面，基于BIM建筑模型中對各種構件和材料的信息化表達，可以直接生成能夠直觀表達三維空間效果的構件加工圖以及施工設備、加工構件和建筑材料的數量表，實現物料管理的數字化。在成本管理方面，在BIM模型中納入時間和成本維度，形成成本的5D信息數據庫，從而可對各個施工階段和多個關鍵時間節點進行成本的快速核算，實現對工程造價的持續追蹤管理。在質量管理方面，通過將各種材料、構件或施工產品的BIM三維模型與工程實體三維激光掃描模型在項目建設不同階段進行跟蹤對比，分析工程質量是否符合要求。在安全管理方面，通過BIM建筑開展模擬過程施工，可以分析出施工過程可能存在的風險，提前采取措施規避或消除潛在的安全隱患。

3.1.6?畢業設計中應用BIM技術

根據工程設計基礎資料建立三維信息模型，基于模型的數字信息可以進行結構構件的碰撞檢查與設計方案優化、施工過程中不同階段的工程計量與計價、施工場地布置模擬以及施工進度計劃安排的分析。通過BIM技術在畢業設計中的應用，幫助學生全面了解工程項目從策劃、設計、施工到運維管理的整個建設過程，弄清各個建設階段需要完成的內容和應該注意的問題，強化學生對專業的系統認識，進一步提升人才培養的綜合質量。

通過以上在課程設置和課程內容方面的改革與創新，形成融入BIM技術的土木工程專業教學體系，如圖1所示。該課程體系的實踐教學，可以使學生全面掌握BIM技術在土木工程專業的應用，成為企業需要的BIM技術應用人才。

3.2搭設BIM教學平臺

良好的教學師資隊伍和完善的BIM教學平臺是BIM本科教學的硬件基礎。BIM技術是一種新型建筑信息化技術，考慮到對軟件應用的接受能力，BIM教學師資隊伍的培養對象主要選擇40歲以下青年教師。通過參加BIM技術學習培訓和專題講座、到企業實踐全面參與BIM工程案例應用等方式，加強授課教師的專業知識面及實踐操作能力，通過3～5年的持續培養，逐步形成穩定的BIM技術教學師資隊伍。另外，學校應投入相應的教學經費，用于購置BIM技術教學所需的各種建模與分析軟件，如Revit，PKPM-PC，Navis Works等，搭設完備的BIM教學平臺，保障BIM教學工作的正常開展。

3.3?建設BIM技術土木工程專業應用教材

在引入BIM這種新技術的教學改革中，建設教學應用教材是保證BIM技術教學效果和專業改革的必要措施。在教學應用教材建設方面，鼓勵教師根據課程目標，結合學生學習情況認真研究BIM技術的教學大綱和課程教學內容，成立BIM教學研討小組聯合編寫一套能夠全面介紹BIM技術應用于土木工程專業的工民建、道路與橋梁、巖土與地下等多個學科方向的通用性教材，用于含有多個專業方向的土木工程專業高院的基礎教學。

3.4?成立BIM企業實訓基地

考慮到高校教師的BIM技術工程應用經驗不足，學生在校內學習到的BIM技術可能與實際應用存在差異，高校可以與企業建立長期合作關系，將企業建設成高校的BIM技術實訓基地，在假期或實習期間安排學生進入企業，通過1～2個月的實踐讓學生全面地參與到企業的BIM技術應用當中，系統地了解BIM技術在工程建設項目全壽命周期管理中發揮的信息化作用，為學生畢業之后走向工作崗位適應企業需求打下堅實基礎。

由此，通過開展融入BIM技術的土木工程專業教學體系創新，組建BIM技術教學師資隊伍、搭設BIM教學平臺，建設BIM技術土木工程專業課程應用教材，成立BIM企業實訓基地等措施來建立融入BIM技術的土木工程專業人才培養體系，如圖2所示。

4?結語

1）BIM技術在土木工程行業的廣泛應用和快速發展，表明我國已經進入建筑信息化時代。土木工程專業高校必須緊跟行業發展的步伐，結合BIM技術進行土木工程專業人才培養體系創新與實踐，開展融入BIM技術的專業實踐教學改革，培養出滿足企業和市場需求的掌握BIM技術的土木工程專業人才。

2）開展融入BIM技術的土木工程專業教學體系創新。將《畫法幾何與工程制圖》與《土木工程CAD》融合為《土木工程制圖與計算機輔助設計》這一門課，系統介紹畫法幾何、工程制圖、AUTOCAD二維制圖和BIM技術等工程制圖基礎理論和應用，使學生全面掌握計算機二維和三維制圖技術;在土木工程概論、房屋建筑學、工程施工技術、項目管理和施工組織等專業課程中有針對性地滲透BIM技術，使學生系統掌握BIM技術在工程項目全壽命周期管理中的應用。

3）通過開展融入BIM技術的土木工程專業教學體系創新，培育BIM技術教學師資隊伍、搭建BIM

教學平臺，建設BIM技術土木工程專業應用

教材，成立BIM企業實訓基地等措施，進行土木工程人才培養體系創新與實踐改革，以期培養出掌握堅實的專業知識和系統的BIM應用技術的高素質應用型專業人才。

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