基于BIM技術(shù)的高職裝配式建筑課程教學(xué)改革研究

劉文吉

(長沙職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410217)

1 引言

2016年9月，國務(wù)院辦公廳印發(fā)了《關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見》，提出力爭用10年左右的時間，使裝配式建筑占新建建筑面積的比例達(dá)到30%[1]。2021年是“十四五”開局之年，各省市關(guān)于住建領(lǐng)域“十四五”規(guī)劃的意見征集和“十四五”規(guī)劃的主要提綱也是圍繞綠色建筑、建筑能效提升和裝配式建筑發(fā)展等重點方向展開編制。裝配式建筑是用預(yù)制部品部件在工地通過可靠的連接方式裝配而成的建筑,這種建筑的優(yōu)點是工業(yè)化水平高、受自然條件影響小、節(jié)約勞動力，有利于提高生產(chǎn)效率、提高建筑質(zhì)量、實現(xiàn)節(jié)能減排和保護(hù)環(huán)境的目的。形勢表明，加大裝配式建筑發(fā)展力度，己上升為行業(yè)轉(zhuǎn)型升級、社會經(jīng)濟(jì)進(jìn)步的國家戰(zhàn)略。在這一社會背景下，對裝配式建筑課程進(jìn)行教學(xué)研究和教學(xué)改革，提高裝配式人才培養(yǎng)質(zhì)量，具有非常重要的現(xiàn)實意義。本文根據(jù)高職院校土建類專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，結(jié)合近幾年來的裝配式建筑的教學(xué)經(jīng)驗和BIM技術(shù)，對裝配式建筑課程進(jìn)行教學(xué)研究和教學(xué)改革。

2 BIM技術(shù)的發(fā)展概況

BIM(Building Information Modeling)建筑信息模型，是以建筑工程項目的各項相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，集成建筑從設(shè)計、生產(chǎn)、施工到使用階段的各類信息數(shù)據(jù)，具有參數(shù)化、可視化、模擬性、優(yōu)化性、一致性和關(guān)聯(lián)性等特征，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)在項目不同階段的有效傳遞[4]。目前BIM技術(shù)得到了全球政府、學(xué)者及建筑行業(yè)從業(yè)者的廣泛關(guān)注，應(yīng)用優(yōu)勢己得到建筑行業(yè)的高度認(rèn)可。

在國家相關(guān)政策的大力推動下，我國已初步形成BIM技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和政策體系，BIM技術(shù)在很多大型項目中得到了應(yīng)用并取得了不菲成效，如上海中心大廈由于應(yīng)用了BIM技術(shù)，在施工過程中大約減少了85%的施工返工比率，節(jié)能至少超過1億元；海南鋪前大橋則是海南省首個采用BIM技術(shù)進(jìn)行建造管理的橋梁工程，該工程將BIM的二維碼技術(shù)引入到現(xiàn)場施工，簡化了施工現(xiàn)場的管理，提高了施工效率和生產(chǎn)效率。長沙地鐵2號線、4號線、5號線等多條線路通過BIM技術(shù)實現(xiàn)了地鐵工程的可視化、形象化、信息化、精細(xì)化，取得了良好成效，大大縮短了工期，節(jié)省了成本和造價，施工質(zhì)量得到顯著提高。

3 BIM技術(shù)在高職土建類專業(yè)課堂中的應(yīng)用

在建筑專業(yè)的課堂教學(xué)中，部分高職院校積極探索將BIM技術(shù)融入課程的教學(xué)改革，現(xiàn)將湖南省部分高職院校建筑專業(yè)BIM技術(shù)的應(yīng)用情況匯總?cè)绫?所示。

表1 高職院校BIM技術(shù)應(yīng)用一覽

由表1可知，高職院校強調(diào)實踐教學(xué)及校企合作，重點培養(yǎng)掌握BIM技術(shù)的技能型人才?，F(xiàn)階段基于BIM技術(shù)的教學(xué)方式主要有以下3種模式:一是新開設(shè)一門BIM課程，如目前湖南省的大部分高職院校的土建類專業(yè)都開設(shè)了BIM技術(shù)應(yīng)用的核心建模軟件--revit軟件，該軟件能夠創(chuàng)建建筑、結(jié)構(gòu)、機電專業(yè)的三維模型，并能基于創(chuàng)建的三維模型快速生成平面圖、立面圖、剖面圖和建筑詳圖，同時不同專業(yè)可以通過鏈接或工作集的方式，協(xié)同完成項目的設(shè)計工作。 二是將BIM知識融入到現(xiàn)有的課程體系中，如長沙職業(yè)技術(shù)學(xué)院在工程項目管理課程中，引入BIM項目管理電子沙盤，通過項目管理電子沙盤課程的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生熟悉了實際工程項目施工階段的全過程，還可以通過BIM項目管理電子沙盤的學(xué)習(xí)讓學(xué)生了解BIM技術(shù)在工程項目管理上的應(yīng)用方法和原理。三是設(shè)置BIM教學(xué)平臺及BIM技術(shù)與虛擬仿真實驗教學(xué),如湖南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院積極開展BIM技術(shù)與虛擬仿真實驗教學(xué)取得了良好的教學(xué)效果。但總的來說，現(xiàn)階段大部分高職院校土建類專業(yè)關(guān)于BIM技術(shù)教學(xué)改革都還只在起步階段，對于如何將復(fù)雜的BIM知識體系進(jìn)行分解并融入到專業(yè)教學(xué)中的問題還不是很明晰。

4 高職裝配式建筑課程教學(xué)現(xiàn)狀

長沙職業(yè)技術(shù)學(xué)院裝配式建筑課程選用的教材為長沙遠(yuǎn)大教育科技有限公司和湖南城建職業(yè)技術(shù)學(xué)院編著的《裝配式混凝土建筑施工技術(shù)》，該教材系統(tǒng)地闡述了裝配式混凝土建筑從構(gòu)件生產(chǎn)到建筑產(chǎn)品實現(xiàn)的全過程的生產(chǎn)工藝和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，書中的生產(chǎn)技術(shù)、施工技術(shù)及管理經(jīng)驗均來自實際的工程實踐，具有很強的實用性。但在教學(xué)過程中，仍然存在一些問題。

4.1 高職裝配式建筑課堂教學(xué)中存在的問題

4.1.1 教學(xué)方法問題

在目前的裝配式建筑課程教學(xué)中，常用的教學(xué)方法是教師講學(xué)生聽，配合多媒體或板書，練習(xí)題以概念題、理論題居多。在這種教學(xué)模式下，由于大多數(shù)時間授課是以教師占主體實施，學(xué)生是被動地接受知識，師生之間的交流溝通不夠，容易導(dǎo)致課堂氣氛冷清，課程內(nèi)容不夠生動形象，甚至出現(xiàn)教師一人“唱獨角戲”的情況，學(xué)生的課堂參與度不夠，積極性不高。學(xué)生在課堂上只能通過書本中的文字或者圖片去理解知識，在此過程中難免會出現(xiàn)理解偏差的情況，知識掌握得不夠牢固。

4.1.2 學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)

高職學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)一般比較薄弱，筆者整理了近幾年長沙職業(yè)技術(shù)學(xué)院與本省其他幾所本科院校的高考湖南省錄取成績對比，見表2。通過表2的分析可以發(fā)現(xiàn)：一方面，近幾年來湖南省高職院校學(xué)生錄取分?jǐn)?shù)逐年有所上升，生源質(zhì)量逐年提高，但與本省的一本、二本院校高考成績相差較大，學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)較為薄弱；另一方面，學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度不夠端正，對待學(xué)習(xí)缺乏積極主動性，學(xué)習(xí)方法有待改善。學(xué)生對專業(yè)課程的重要性認(rèn)識不夠，特別是施工理論課程，認(rèn)為畢業(yè)后大概率在施工單位從事一線施工工作，理論和技術(shù)沒那么重要，缺乏求知欲[5]。

表2 高考入學(xué)成績一覽(建筑類專業(yè)理科最低分)

4.1.3 理論與實際結(jié)合情況

裝配式建筑課程的教學(xué)基本是知識講解與練習(xí)相結(jié)合的方式，效果不太理想，主要是因為學(xué)生面對練習(xí)題會產(chǎn)生厭煩心理甚至逐漸產(chǎn)生排斥心理。另外，練習(xí)題與工程實際結(jié)合的不太緊密，使學(xué)生誤認(rèn)為裝配式建筑課程的實用性不高，喪失了學(xué)習(xí)的積極性。為了使裝配式建筑課程與實際工程緊密聯(lián)系，有必要結(jié)合學(xué)生的實際學(xué)習(xí)情況和職業(yè)技能培養(yǎng)要求，優(yōu)化教學(xué)方法，調(diào)整授課內(nèi)容和知識框架體系[3]。

4.1.4 考核制度

我校裝配式建筑課程的考核方法主要是平時成績和期末考試成績按百分比折算，平其中時成績占比40%，考試成績占比60%。這種考核方法不能突出學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，難以發(fā)揮平時成績的有效作用，同時也忽視了學(xué)生對裝配式建筑課程的實際動手能力的培養(yǎng)，需要加以改進(jìn)。

4.2 調(diào)查研究過程

本次調(diào)查研究由我校裝配建筑課程教學(xué)團(tuán)隊編寫問卷報告，經(jīng)過可靠性和有效性分析，適合本次調(diào)研。調(diào)研方法為網(wǎng)上問卷調(diào)查和現(xiàn)場訪談相結(jié)合的方式，調(diào)研對象為長沙職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程技術(shù)專業(yè)2017級、2018級學(xué)生。

4.3 調(diào)查研究結(jié)果分析

通過本次調(diào)查研究，得到以下結(jié)論。

4.3.1 學(xué)習(xí)興趣情況

根據(jù)調(diào)研報告，對裝配式建筑課程的學(xué)習(xí)感興趣的學(xué)生占18.3%，對裝配式建筑課程學(xué)習(xí)持有隨意或者無所謂的態(tài)度的學(xué)生占13.5%，對裝配式建筑課程的學(xué)習(xí)興趣較低或不感興趣的學(xué)生占68.2%，見圖1。以上結(jié)論說明學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性不高，對裝配式建筑課程的學(xué)習(xí)感到無趣、枯燥，甚至有一定的抵觸情緒。

圖1 學(xué)生對于裝配式建筑課程的學(xué)習(xí)興趣情況

4.3.2 對裝配式建筑課程的認(rèn)識情況

在本次調(diào)查研究中,了解本課程的重要性的學(xué)生占7.3%，并且能在學(xué)習(xí)的過程中將本課程的知識點與其他相關(guān)聯(lián)專業(yè)課程的知識聯(lián)系起來，學(xué)習(xí)效果較好。不清楚本課程的重要性的學(xué)生占80.1%，認(rèn)為本課程與建筑施工技術(shù)課程區(qū)別不大，都是講如何施工的理論和概念課。對本課程有初步的認(rèn)識的學(xué)生占12.4%，這部分學(xué)生認(rèn)為本課程與建筑施工技術(shù)課程有區(qū)別，但具體區(qū)別還是不太清楚。調(diào)查研究結(jié)果表明，多數(shù)學(xué)生對裝配式建筑課程的作用不清楚，不太了解裝配式建筑在建筑行業(yè)中轉(zhuǎn)型升級的地位作用，在學(xué)習(xí)中存在誤區(qū)，認(rèn)為所學(xué)的知識在今后的工作中可能用不上。

4.2.3 作業(yè)完成情況

在問卷調(diào)查中，有19.2%的學(xué)生能獨立完成作業(yè) ，80.8%的學(xué)生不能獨立完成作業(yè)，其中有部分學(xué)生完全抄襲他人作業(yè),有部分學(xué)生需要尋求他人幫助后才能完成作業(yè)。調(diào)查結(jié)果表明部分學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度不端正，積極性、主動性方面需要加強，學(xué)習(xí)效率需要提高。

5 基于BIM的高職裝配式建筑課堂教學(xué)改革途徑

課程團(tuán)隊結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)現(xiàn)狀和職業(yè)技能培養(yǎng)要求，調(diào)整授課內(nèi)容和知識框架體系，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)技能，并將BIM技術(shù)引入裝配式建筑課程的教學(xué)改革過程中[3]。

5.1 教學(xué)模式改革

本課程開設(shè)于大學(xué)第二學(xué)年，學(xué)生已經(jīng)具備一定的專業(yè)基礎(chǔ)，在裝配式建筑課堂教學(xué)中，可將BIM三維建模仿真軟件引入教學(xué)中。將教材中的裝配式建筑現(xiàn)場施工技術(shù)、生產(chǎn)工藝流程、關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點以BIM三維模型的形式生動、靈活、動態(tài)、直觀地呈現(xiàn)出來，可以讓學(xué)生通過可視化的三維立體建筑信息模型了解裝配式建筑從構(gòu)件生產(chǎn)到建筑產(chǎn)品實現(xiàn)的全過程(圖2)，使學(xué)生增加感性認(rèn)識，更好地培養(yǎng)學(xué)生解決實際工程問題的能力。

圖2 學(xué)生運用BIM軟件了解預(yù)制柱構(gòu)造

5.2 授課內(nèi)容的調(diào)整

在本課程的授課過程中，授課團(tuán)隊以實際項目為載體，以職業(yè)能力培養(yǎng)為重點，與湖南省最大的裝配式建筑企業(yè)遠(yuǎn)大住工進(jìn)行深度校企合作，合作打造符合高職學(xué)生學(xué)情的培養(yǎng)方案。根據(jù)裝配式建筑各施工環(huán)節(jié)中不同崗位的標(biāo)準(zhǔn)及要求，確定學(xué)習(xí)目標(biāo)及學(xué)習(xí)任務(wù)內(nèi)容[2]。本課程采取理論教學(xué)和案例教學(xué)相結(jié)合的模式，以學(xué)生為主體，以實際工程為導(dǎo)向組織教學(xué)及考核，合理布置教學(xué)任務(wù)。并增設(shè)機房實訓(xùn)課程，讓學(xué)生以小組為單位，使用BIM軟件建立三維實體模型，模擬裝配式建筑從構(gòu)件設(shè)計、生產(chǎn)到安裝的全過程，來理解和掌握各個環(huán)節(jié)的知識點，熟悉裝配式混凝土建筑施工的各階段內(nèi)容(表3)。

表3 裝配式建筑課程部分章節(jié)內(nèi)容與進(jìn)程安排一覽

5.3 考核方式的改革

裝配式建筑課程采用多樣化的考核制度，增加學(xué)習(xí)過程環(huán)節(jié)的考核比重，重點考核內(nèi)容為裝配式建筑基本概念、基本施工工藝流程的能力考核，并將熟練使用BIM軟件來建立三維裝配式建筑模型納入考核范圍[5]?？己说母鞑糠謨?nèi)容具體占比為:期末考試重在考察學(xué)生對所學(xué)理論和知識的理解程度及應(yīng)用其解決問題分析問題的能力，該部分成績占總成績的40%[7]；平時階段考核成績及課堂表現(xiàn)情況占總成績的20%；熟練運用BIM三維實體模型來進(jìn)行施工模擬情況占總成績的20%；實際工程案例學(xué)習(xí)情況占總成績的20%(表4)。

表4 裝配式建筑課程考核方式

5.4 與傳統(tǒng)教學(xué)方式對比

近兩年學(xué)校進(jìn)行了基于BIM的裝配式建筑課程的教學(xué)改革，取得了一定的教學(xué)效果，圖3為我校2017、2018、2019級建筑專業(yè)學(xué)生不及格率和優(yōu)良率的統(tǒng)計數(shù)據(jù)對比，從圖3中可知，2017級學(xué)生的數(shù)據(jù)為傳統(tǒng)的裝配式建筑課堂教學(xué)效果，不及格率為21.3%，優(yōu)良率僅為8.2%。而進(jìn)行基于BIM的裝配式建筑教學(xué)改革后，優(yōu)良率得到了明顯提高，而不及格率呈現(xiàn)下降趨勢，2018級的學(xué)生的不及格率為16.2% ,優(yōu)良率為10.5%，2019學(xué)生不及格率為14.3% ,優(yōu)良率為12.5% ，優(yōu)良率呈逐年上升趨勢。由此可知，基于BIM的裝配式建筑課程教學(xué)改革效果良好，應(yīng)用前景廣泛。

圖3 2017～2019級建筑專業(yè)學(xué)生不及格率和優(yōu)良率數(shù)據(jù)對比

6 結(jié)語

近些年，BIM技術(shù)在建筑行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，本文對基于BIM技術(shù)的裝配式建筑課程教學(xué)改革進(jìn)行了研究，研究分析表明，在高職院校建筑類專業(yè)課程的教學(xué)過程中，將BIM技術(shù)與裝配式建筑的教學(xué)過程結(jié)合起來，可以加強學(xué)生對裝配式建筑課程的理解，提高學(xué)生對裝配式建筑課程的學(xué)習(xí)興趣，有效地培養(yǎng)學(xué)生的綜合知識運用能力，能夠有效地提高教學(xué)質(zhì)量，對培養(yǎng)基于BIM技術(shù)的裝配式建筑技能人才[6]具有重要意義。