BIM4D技術在施工組織與管理課程實訓中的應用

梁巧真， 葉 飛， 李正焜

(安徽糧食工程職業學院，安徽 合肥 230011)

施工組織與管理是土建類的核心課程，該課程的實訓目的，是讓學生掌握施工組織設計、施工進度管理、施工質量和安全管理等內容，旨在提高他們在施工現場的綜合組織與管理能力。針對該傳統課程實訓中存在的理論知識枯燥乏味，施工現場布置及施工過程抽象化等問題，文章將安徽糧食工程職業學院學生4號宿舍樓工程項目實例引入到該實訓課程，通過BIM4D施工策劃等軟件，模擬施工現場情境、施工過程，使該實訓內容立體化，施工現場由二維向三維、四維轉化，讓學生置身于施工現場體會復雜的施工情境，真正學會施工組織與管理，提升專業知識的應用能力及專業技能。

1 傳統施工組織與管理課程實訓存在的弊端

1.1 實訓教學實踐性差

傳統的施工組織與管理課程實訓，主要包括工程項目的工程量、資源、工期的手算，進度計劃的手繪，施工平面圖的繪制，實訓成果主要通過手寫施工組織設計書呈現，成果單一；

學生對虛擬的工程項目施工組織紙上談兵，難以體現施工現場環境的復雜性，缺少有效實踐性。

1.2 實訓內容抽象

實訓工程項目案例一般為網上資源，沒有實體依托，較為抽象。實訓過程中，學生通過案例對比，在計算工程量、資源消耗量時，沒有可視化材料，生搬硬套，準確率差。繪制進度計劃，進行進度管理設計時，憑空想象施工過程，與實際相差甚遠。生活區、辦公區、施工區劃分隨意，擬建建筑物、宿舍及辦公樓臨時設施、材料堆場、施工機械等布置，只能手繪或CAD繪制在施工平面布置圖上，二維圖紙較為抽象，缺乏可視化載體，難以判斷施工現場布置的合理性。

1.3 考核方式單一

在傳統實訓中，首先教師描述工程項目的工程概況，給定設計任務，而后學生對照案例完成施工組織設計書，內容較為枯燥，抄襲現象嚴重。且成績評定僅以設計書為依據，實訓結果的評定過程全由教師一人定奪，學生難以參與，不能發現實訓過程存在的不合理現象，互動性差、學生積極性不高。

2 基于BIM4D技術的施工組織與管理課程實訓過程

2.1 情境模擬、分發任務

(1)劃分模擬團隊。首先，班級成員自由組隊，組成5個團隊，每個團隊8人，分別模擬5個建筑施工單位，學生根據不同的崗位要求分別扮演施工單位技術負責人、項目經理、項目技術負責人，施工技術員。然后給定10分鐘，由每隊成員設置公司名稱、標志、標語進行展示，活躍課堂氣氛，提高學生興趣。

(2)引入實體案例。引入安徽糧食工程職業學院學生4號宿舍樓，組隊完成后由專業教師帶領學生實地參觀，觀察周圍環境、外部構造及內部結構。發給的實訓資料，其中包括4號宿舍樓的工程概況、建筑圖、結構圖、建筑施工圖、實訓任務書等。

2.2 運用BIM軟件模擬

(1)CAD繪制施工平面圖。每個團隊分析給定的4號宿舍樓的資料，基于項目的地形、周邊環境、按照安全文明、利于環境保護的施工要求，布置生活區的餐廳、勞務宿舍和廁所，辦公區的辦公樓，施工區的擬建建筑物、砂石庫房、水泥庫房、模板庫房、鋼筋原材庫房、砂石堆場、鋼筋加工棚、木模板加工棚、施工機械、攪拌廠、臨時道路及設施等，并確保其分布合理。利用CAD繪制項目的施工總平面圖如圖1所示。

圖1 施工總平面圖

(2)施工進度計劃圖的繪制。利用斑馬夢龍網絡計劃繪圖軟件進行鼠標拖拽繪制出橫道圖或網絡圖，軟件根據繪制的進度圖自動建立各工作的緊前緊后關系、自動生成關鍵線路、自動調節圖例，將橫道圖、雙代號網絡圖、單代號網絡圖、時標網絡圖相互轉化，使圖形簡單靈活布局。通過時標網絡圖里的前鋒線功能，可動態跟蹤實時進度，與施工策劃軟件模擬的進度情況相結合，及時發現進度偏差，進行預測及調整。

(3)將二維施工平面圖可視化。將CAD施工平面圖導入品茗BIM施工策劃軟件，依次繪制地形、臨時道路、圍墻、生活區、辦公區、施工區。立體化展示各團隊施工現場的布置情況如圖2所示，繪制觀察路線、視頻展示成果，團隊成員從各崗位的角度出發，和教師一起討論布置情況，改善現場布置。

圖2 施工現場布置BIM模擬圖

(4)BIM4D模擬施工現場工作過程。按階段分別進行土方階段、地下室階段、結構階段、裝修階段建模，設置基坑開挖、基坑支撐構件、地下室構件組成、首層柱梁板構件、其他樓層結構階段復制，裝修階段構件導入；在材料統計板塊設置施工所需的材料及施工機械設備種類，輸入各構件的用量及單價；在模擬施工板塊，關聯時間，根據進度計劃圖，建立開工、竣工日期，設置各階段各構件的起止時間，形成橫道進度計劃圖，與斑馬夢龍網絡計劃軟件繪制的進度計劃圖相比較，調整優化，構成4D模型；設置漫游路線，生成動畫模擬形式，模擬宿舍樓施工過程及施工現場機械車輛的運作情況。通過設置，也可分別模擬不同階段的子動畫，如土方開挖子動畫，支撐梁子動畫，擬建建筑物施工子動畫、塔吊、井架、施工電梯運作子動畫、裝修外立面子動畫等，模擬過程中發現問題，及時與教師溝通、與隊員協商修改。在運行良好的情況下，教師針對不同組別階梯式增加不利因素，提高難度，讓學生仿佛置身于施工現場解決突發問題。

2.3 課程考核

基于BIM4D技術的實訓課程，摒棄以成果論成績的方法，注重過程及參與度。將成績分布于團隊參與度、實訓過程的熟練度和挑戰難度、施工現場布置的合理性及小組成員互投排名。

3 施工組織與管理課程的實訓教學實施結果分析

3.1 課程實訓特色

(1)身邊案例，體驗感強。引入的案例是本校的實體工程項目，貼近生活，來源現實，學生居住在里面，能觀察外觀和內部結構，使得學生能夠理論聯系實際,在實訓過程中的現實體驗感更加深刻，案例詳情如表1所列。

表1 實訓工程案例詳情

(2)內容創新，實踐性好。學生自組團隊，以團隊為單位親自設計施工組織設計書，應用CAD軟件繪制施工總平面圖，利用斑馬夢龍網絡計劃軟件繪制網絡圖，可動態追蹤施工進度，發現偏差及時調整；該軟件繪制進度計劃圖，能根據實時情況進行任意快速修改，縮短傳統手繪修改時間，且可使學生較短時間內掌握進度管理的相關知識。通過品茗BIM4D施工策劃軟件，進行施工現場布置，通過關聯時間建立4D可視化施工過程，使得施工現場真實化，可以進行塔吊、垂直升降機等各種機械施工模擬，觀察是否存在機械碰撞或機械與建筑物碰撞等問題，模擬車輛進出場流線，確保施工現場實施的有序進行。通過4D技術，模擬施工過程，模擬過程中出現進度問題可及時修正進度計劃；以動畫的形式展現，可辨別施工過程存在的不利風險因素，便于制定安全防護措施,減少事故發生，改進人員組織方式或施工方法以確保工程質量，確定最優的施工組織方式。實訓過程中，學生如身臨施工現場，更加深刻地體驗了施工現場管理情況，對施工現場布置及施工過程有了更加深切的理解，提高了該實訓課程的實踐性，為學生適應信息化建筑類職業鋪墊了基礎。

(3)分設難度，互動性好。實訓過程中，教師根據每隊的進展情況及學習水平，分別設置不同難度的問題，使其具有一定階梯式挑戰性，各小組間直接形成競爭關系，激發學生的求知欲；各小組組長組織商討，專業教師作為隊員參與討論，由以教師為中心的實訓形式轉變到以學生為中心，增加了實訓互動性。

3.2 實施效果

分別調研我院應用BIM4D技術實訓的200名土建專業學生和未應用BIM4D技術的200名學生，調研數據統計如表2所列。通過調研結果表明，利用品茗BIM施工策劃軟件，引入我校學生4號宿舍樓案例進行實訓，可提高學生的積極性和興趣性，提升他們對施工組織及管理的理解，增加師生互動性。

表2 應用BIM技術前后的調研對比表

4 結束語

利用BIM4D技術進行施工組織與管理課程實訓，創新了教學方法，改變了考評方式，使課堂上學生被動接收知識轉化為主動求知；建立4D模型模擬動畫，使抽象的二維圖片立體化呈現，增強了學生對專業知識的理解，提高了學生的應用能力，教學效果得到廣大師生認可。