基于BIM技術的實訓教學模式和方法研究

杜歡歡 林志豪 張津津

摘?要：BIM技術作為建筑行業“互聯網+”的創新動力，其發展需要大量的人才基礎。在培育社會亟需的人才同時借用新技術對高校專業教學活動中現存的問題進行探索。對基于BIM技術的實訓教學模式的課程內容與方法進行討論研究，通過設置不同深度的課程讓學生引發對專業學習的興趣，掌握BIM技術的實操能力，提升參與生產實習的代入感。同時推動專業教學與時俱進，為高校培養具有相應專業素養的BIM技術人才提供借鑒參考。

關鍵詞：BIM技術;實訓教學;實訓基地

中圖分類號：G642.0??????文獻標識碼：A

建筑信息模型（Building?Information?Modeling）是在2002年被提出的一種可以貫穿建筑設計、施工以及運營等各個階段的技術，因其可以有效提高建筑各項工作的效率、降低設計誤差的發生、節省資源節約成本，廣受全球業界內的認可和使用。BIM技術是涵蓋幾何、空間關系、地理信息、建筑構配件的綜合性技術[1]，并且具有可視化、仿真優化等特點。2020年8月，我國多個部門聯合提出的《關于加快新型建筑工業化發展的若干意見》指出應大力發展BIM技術，推進其在新型建筑工業化全周期的集成應用[2]，維護標準化部件庫，增強交互共享，建立BIM審圖和BIM報建審批試點等等意見。隨著我國的現代化建設繼續推進，越來越多的新型建筑、復合型建筑對從業人員提出了新的要求，BIM技術正是一種亟需專業人才去發展的創新技術。所以，作為培育高等專業人才的高校來說，需要緊跟社會行業的要求去發展了解并掌握BIM技術的土木類專業的學生。但目前的情形是許多高校未能將BIM全面引進教學，部分院校雖然認識到其重要性并引進了這一技術，卻沒有開發配套的課程和設計相應的教學環節。

實訓教學通過實際的項目背景，模擬相應的工作環境，讓學生充分了解一個實際項目所需要的專業技能以及工作方法，并通過組建團隊提升合作能力。基于BIM技術開展實訓教學可以有效轉化本專業內各學科的理論知識，通過實踐培養符合行業新要求的專業人才。

1??BIM技術在國內外的教學應用現狀

1.1國外教學應用現狀

BIM技術起源于國外，且由于信息技術發展較早，世界上許多的高校都已經將BIM引入到教學課堂中作為開展工程實踐課程的輔助手段，讓學生進行項目化學習，了解建筑全周期對從業人員的各種要求。例如美國的Arizona?State?University（亞利桑那州立大學），他們采用理論講授與實訓結合的方式，除了職業教師的課堂，學院還會邀請相關技術人員對實際工程應用中的重點進行講演，讓學生充分了解到所需要具備的職業素養[3]。而Texas?University?School?of?Engineering?Science（德克薩斯大學工程科學學院）在2004年就注意到了這一技術的發展，并在之后設立了本科學習和研究生學習兩種不同深度的BIM課程，在該課程中要求學生們掌握使用Revit、Sketch-Up、Navisworks等相關軟件，最終實現模型的構建[4]。美國高校建筑工程相關專業學院對BIM課程的設置模式大致可分為四類，第一種為單一課程模式，如西伊里若斯大學的《住宅和商業建筑設計》、威斯康星大學的工程類課程選修課、懷俄明大學的《建筑工程制圖》。第二種為交互教學模式，如加州州立理工大學的《建筑機電和管道課程》、科羅拉多州立大學的《材料和方法》、加州州立大學的《進度計劃》。第三種為多課程聯合模式，如科羅拉多州立大學的多專業聯合課程、肯特州立大學的集成工作室以及懷俄明大學的建筑設計工作室。最后一種為畢業設計模式，即用BIM技術進行畢業設計[5]。這幾種教學方式中，從教學角度出發最簡單的是單一課程模式，只要有相應的課件配套即可，而另外幾種對教學者的要求較高，需要本身有系統的BIM知識。

由國外的BIM技術于教學中的應用現狀可知，他們較早地注意到了該技術的重要性，并發展出了較為多元化的教學方式。通過借鑒這些經驗，可以更好地推動BIM教學在我國的發展。

1.2國內教學應用現狀

我國由于信息技術發展起步稍晚，對于BIM技術同教學應用相結合的研究也相對稍晚。但近年來我國建設速度加快、強度加大，日新月異的城市化對建筑專業發展提出了越來越高的要求，從產業需求推動了教學活動地快速發展，相當多的國內高校尤其是土木專業重點高校也開設了BIM及相關課程。如東南大學的《BIM技術及應用》、哈爾濱工業大學的《BIM技術理論與方法》、浙江大學的《建筑信息模型》、河海大學的《BIM技術》、湖南大學的《BIM技術原理與應用》、中南大學的《BIM技術及其應用》、西南交通大學的《橋梁結構CAD與BIM技術》等，以上所羅列的課程皆為理論授課。而綜合了理論與實際軟件操作的有山東大學的《BIM基礎-Revit》、華中科技大學的《基于BIM的工程項目管理軟件》、長沙理工大學的《BIM技術基礎及應用》等等[6]。通過所列舉的部分高校，可以發現我國目前主要的BIM技術相關課程設置形式還是課件講解、理論傳授，即使有上機操作的軟件課程也局限性較大，僅使用單一的某個建模軟件。這主要是因為我們對專業人才培養的最終目標還未明確，單從理論進行講解或局限于較淺的軟件應用水平難以構建一個完整的學習體系。

2?建筑與土木類工程學科人才培養的問題

現有的建筑與土木類工程學科的課程體系中，基本可以概括為基礎理論的講授、習題作業練習、期末考試考核這三個方面[7]，包括一些畫圖與計算軟件的課程，基本形式就是學生跟隨老師進行機械地重復學習。課堂上教師單方面進行理論講解、算例分析，課后通過作業與報告進行鞏固，將對實踐性與實操性有較強要求的專業內容變成了應試學習，難以引發學生主動學習主動探索的興趣，且因缺乏實際項目背景與見識，導致對知識的理解困難加大。而作為課程和專業水平考核的期末考試、課程設計與實際工程項目所要求的差異較大。許多課程會設置期末考試或課程設計作為學科考核的方法，而題目的設置往往與實際應用關聯不大，通常為某一兩個公式的計算題，不會體現實際工程中問題與問題之間的復雜關聯性，考核流于形式并增加了成果雷同與抄襲的現象。

3?基于BIM技術的實訓教學內容探索

BIM技術作為覆蓋了建筑工程全周期的綜合型信息模型，其應用內容較為綜合性、應用路徑多元化，成為教學活動后可以將“知識、技能、素質”教育融為一體，創新教學組織形式，以工程為導向的協作學習為高校的產學研協同創新提供了新思路，根據項目案例進行實訓教學活動的展開，可以讓學生更好地了解工程項目需要如何管理，也在多次的實訓過程中檢驗了現有產業活動的科學性和合理性。

3.1課程內容的設置

培育出符合行業標準的專業人才是高校教育的最終目的，建筑與土木工程行業對人才的要求都需要具備一定的工程項目管理能力[8]。從工程實際出發，一個工程實體從設計到施工再到運營，這三個階段不是獨立存在的，故具備工程項目管理能力需要有堅實的技術知識儲備，還對經濟和法律知識具有一定要求。除此之外還要有長短期計劃的編制能力，以及相互溝通與組織能力，建設工程是系統性的工作，要求具備較強的團隊合作意識和責任感。所以課程內容的設置也需要根據這些要求有針對性地開設，根據不同專業和年級的特點，由易到難，梳理現有的BIM資源，形成一個漸進的系列學習模塊，設計教學內容，安排相應的配套教材、視頻、微課程形成合力，完成教學資源的整合。在此基礎上，明確教學組織，完善學生之間的協同分工。

BIM學習的熟練度可以分成四個層次，第一個層次即入門時主要接觸二維模型，看懂圖紙;第二個層次開始接觸三維模型，整合部分數字信息，學會各方面的協同工作;第三個層次時已經掌握三維模型，有基本的數字信息，基本了解協同工作;第四個層次除了模型外還熟悉完整的數據庫，做到熟練掌握協同工作。按照這種分級，首先應在其他專業知識的基礎上對BIM技術的關鍵概念、原理等進行詳細教學，利用如Revit、Navisworks等軟件進行實際建筑模型和關鍵構配件細節的講解，模擬出項目場地與建筑表現，提高學生對建筑各部位設計的理解，識讀設計圖紙并在此基礎上對模型進行分析及優化設計，相互糾錯，發現問題，加深專業課程的學習和實踐。

高等院校作為國家建設人才培養的主要基地，一直不斷為社會輸送多學科的建設人才。溫州大學甌江學院在土木工程及建筑學兩個專業中通過增設BIM課程，將BIM課程教學納入培養方案中。在機房建設過程中通過產學合作、協同育人項目，與國內知名建筑科技公司合力打造新型BIM工程應用實踐基地，推動落地的BIM應用教學。為學生提供更好的學習實踐平臺，增強溫州區域BIM人才建設。

3.2建立科學的BIM教學方法體系

建筑與土木工程類專業是實踐性很強的專業，特別是想要成為具有較高職業素養的人才，需要對理論有深刻的理解和豐富的實操經驗，而實操經驗則需在擁有一定理論基礎的情況下通過多次實踐訓練，加以總結和繼續對理論知識的吸收學習才能得來。因此，教師要側重于學習資源地開發與分享，讓學生從機械跟隨與模仿轉變成自主掌握學習節奏、選擇學習內容、制訂學習進度，激起學生的興趣，擁有內驅力。將BIM技術應用在教學活動中，應該把注意力放在學生實踐和應用的能力，而不是實踐成果。通過安排一些工程應用軟件的教學內容如：Revit、HiBIM、施工策劃軟件、腳手架工程設計軟件等進行仿真建模，可以培養學生從設計數據出發，進行全過程模擬。這種利用了BIM可視化及工程模擬的特點的學習方式相比較普通的模仿更能激發學生的學習動力，讓理論學習聯系實際工程，進行深度學習。

基于BIM技術的教學活動要達成的教學目的應符合雙圈學習（double-loop?learning）規則，這種規則起源于組織學習，也被稱為變革型學習，所以在實行項目化學習的課堂中也適用該理論[9]。當學生發現某一建模或某一單個管理效果與預期有差異時，通常會回顧自己的操作或管理策略然后不斷進行修正，到最后達到預期為止，這被稱為單圈學習，在新接觸學習時是一種重要的能力，但在學習深入的過程中應當從單純地試錯得到答案轉變成改變自身思維模式，即達成雙圈學習。在思考如何達成預期的前提下，優化該預期在整體中的定位，這種靈活變通的學習方式和思考更適應目前社會對于人才的新要求。

3.3?構建BIM技術實訓基地

從產學研協同創新的角度，合理搭配軟硬件設備的投入，建立基于BIM技術的實訓平臺，對學生進行多層次建筑模型、機電管線模型分析、BIM施工階段模擬訓練，為理論知識向實踐成果的轉化提供充沛動力，發揮BIM技術可視化、可協同性、模擬性、優化性的特點與優勢。

同時引入BIM科技公司的力量。國內目前已有多家BIM技術上市公司，高校的教學不能與社會實踐脫節，在建設實訓基地時，應結合資源豐富的科技公司力量，將現有分散的BIM教學串聯起來，打通四年的分散教學。實踐基地建設引入這些“新資源”將現有積累的教學資源分層、分類、打包，形成針對不同專業、不同年級的從基礎到初級再到中高級的BIM示范教學模塊。另外近年來許多軟件公司研發了自主軟件，希望通過主辦賽事進行推廣，組織學生參與相關競賽可以進一步鍛煉學生的競爭合作意識、團隊信任能力、創新創業能力。通過選拔與競爭，建立模范團隊，在校內推廣團隊模式與團隊培養方法。實訓基地建設可運用互聯網思維通過企業學校線上線下教學整合對接BIM實踐。引進BIM技術培訓團隊，幫助提升現有BIM教學內容，將企業優勢轉化為教學優秀，提升專業教學質量。

最后讓學生有機會在依托實際項目的環境中模擬進行建筑工程建設的全過程模擬，從圖紙設計到工程造價預算，施工現場管理和項目運營維護等。通過增強不同院系不同專業的學習交流，統一培養目標，共同設計相應課程，增強教學活動中不同專業知識的呼應。增強校企聯合，聯系建立校外的實訓基地，積極邀請企業中的BIM技術工程師作為校園講師，通過線上線下的會議講座、實訓模擬課堂指導等方式將一線工作人員的實際經驗進行講授，再帶領學生到實訓基地進行觀摩學習。相比于普通的建設工地參觀學習課程，這種有前期知識儲備、BIM全過程模擬施工經驗后，再進行工地實踐，學生能夠有針對性地提出更多有意義的問題，更好地掌握專業知識。

4?結語

BIM技術作為一種建筑行業實行“互聯網+”的可行路徑，正慢慢破除原先行業中的信息壁壘與隔閡，各專業學科相互融合的需求越來越大，這是人才培養的大方向之一。基于BIM技術開展教學活動，可以讓學生在學習階段接觸新興技術所需要的前置知識，并將課堂內容同工程項目實際操作相結合，讓學生體驗從業后所需具備的職業素養。教育須具有前瞻性和創造性，新技術的引入推動了教學上的與時俱進。實訓實驗教學與最新的行業趨勢相結合開展實訓課程，能夠更好地培養既有專業知識又有實踐能力的專業人才。

參考文獻：

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[2]中華人民共和國住房和城鄉建設部.關于加快新型建筑工業化發展的若干意見[2020-8-28].

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[9]周曉，謝飛，朱強，范慶春，林琴.新工科背景下軟件項目管理課程教學模式和方法研究[J].合肥師范學院學報，2020，38（06）：87-91.

基金項目：?2020年產學合作協同育人項目（項目號：202002129039）

作者簡介：杜歡歡（1987—??），男，漢族，浙江衢州人，碩士，實驗師，研究方向：綠色建筑、建筑信息化（BIM）、組合結構等。