BIM+VR在高職工程造價教學(xué)中的應(yīng)用研究

摘?要：基于BIM+VR虛擬仿真技術(shù)，探索高職院校工程造價虛擬教學(xué)體系，構(gòu)建高職院校工程造價專業(yè)教育應(yīng)用平臺；以完全仿真的形式再現(xiàn)建筑施工場景和工藝，展現(xiàn)實體建筑建造過程和各類工程節(jié)點，使專業(yè)知識教學(xué)具象化，提高課程教學(xué)和實訓(xùn)效率，實現(xiàn)理、實、虛教學(xué)的完美結(jié)合。

關(guān)鍵詞：BIM+VR；工程造價；實踐教學(xué)

一、概述

建筑信息模型（BIM）是近年來建筑領(lǐng)域發(fā)展最有前景的技術(shù)，是一種在計算機輔助設(shè)計（CAD）等技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的多維模型信息集成技術(shù)，是對建筑工程物理特征和功能特性信息的數(shù)字化承載和可視化表達。BIM作為建筑產(chǎn)業(yè)信息化進程的重要思想和技術(shù)工具，可以對建設(shè)工程項目的設(shè)計、建造和運營全過程進行管理和優(yōu)化，已成為當(dāng)前高等院校數(shù)字化研究領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。

近年來隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，教育技術(shù)領(lǐng)域出現(xiàn)了諸于多媒體、超媒體、虛擬現(xiàn)實、流媒體等多種教學(xué)媒體，其中虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）使傳統(tǒng)教學(xué)從二維平面變成三維立體交互。VR能夠構(gòu)建一個虛擬的、境界逼真的教學(xué)環(huán)境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新意識，啟發(fā)學(xué)生發(fā)揮自己的想象能力［1］，對傳統(tǒng)的教學(xué)模式和教學(xué)方法產(chǎn)生重大的影響。建筑行業(yè)作為傳統(tǒng)行業(yè)，在當(dāng)前以大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、云計算為特征的信息化發(fā)展大趨勢下，其信息化發(fā)展和技術(shù)革新是必然趨勢，高職教育在人才培養(yǎng)體系和各類實踐課程中融入信息化教學(xué)手段也是必然要求。當(dāng)前，眾多的學(xué)者和研究機構(gòu)著眼于BIM和VR技術(shù)如何應(yīng)用到現(xiàn)代化教學(xué)，從而改善當(dāng)前實踐教學(xué)中存在的諸多問題，優(yōu)化現(xiàn)有實踐教學(xué)運作機制，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量［2］。廣東科學(xué)技術(shù)職業(yè)學(xué)院是“國家示范性骨干高職院?！绷㈨椊ㄔO(shè)單位，建筑工程造價專業(yè)作為省重點專業(yè)建設(shè)群之一，對BIM+VR仿真實踐教學(xué)也進行了相關(guān)的探索和研究。

二、造價工程實踐教學(xué)傳統(tǒng)模式

（一）教學(xué)方式落后教學(xué)效果差

高職造價工程專業(yè)通常設(shè)置有建筑工程識圖、建筑施工技術(shù)、建筑構(gòu)造、建筑安裝工程計量與計價等專業(yè)課程，傳統(tǒng)的教學(xué)模式多以黑板配合多媒體、注重基礎(chǔ)理論知識的講解、以“灌輸式”教學(xué)為主，課堂教學(xué)模式單調(diào)，教學(xué)方法比較落后，實踐教學(xué)實際占比比較小［3］；另外，高職院校學(xué)生對純理論的知識興致和接納程度相對較低，學(xué)生被動吸收知識，學(xué)習(xí)效果不盡如人意。

例如高職院校工程造價專業(yè)的核心課程“建筑工程識圖”課程，以培養(yǎng)學(xué)生熟練、準確識讀建筑施工圖及其配套文本文件的能力為目的。傳統(tǒng)教學(xué)主要通過圖片、幻燈片、視頻等形式給學(xué)生傳授知識，內(nèi)容止步于二維圖紙，部分學(xué)生空間思維較弱，對于工程實體也無直觀認知，學(xué)生難以將二維施工圖紙的點、線、面等圖元、符號與相對復(fù)雜的建筑物實體聯(lián)系在一起［4］，在頭腦中通過二維圖紙構(gòu)造出真實的建筑物模型則更為困難。

（二）實訓(xùn)條件落后不能滿足實訓(xùn)需求

建筑類專業(yè)實訓(xùn)場地建設(shè)成本高、占地廣，場地內(nèi)的布置成本高，很多機械布置不完善，實訓(xùn)內(nèi)容非常有限。受到科研經(jīng)費投入限制，除少數(shù)骨干院校外其余大多數(shù)高職院校對實訓(xùn)室、實訓(xùn)設(shè)備、教學(xué)軟件的資源投入遠遠不足；而校外實訓(xùn)基地數(shù)量及規(guī)模有限，或者由于教學(xué)實踐環(huán)節(jié)較短，而實際工程施工工期比較長，建筑工程施工進度與教學(xué)進度不能適時匹配；另外考慮到工地安全、出行管理及成本等因素，學(xué)生很少有機會到工程現(xiàn)場親身體驗，對工程項目無法形成全面的、真實的認知，無法切實感受工程現(xiàn)場實況。實訓(xùn)條件的落后狀態(tài)不能滿足眾多學(xué)生的實踐需求，有待進一步提升改造。

（三）師資水平有待提升

當(dāng)下建筑行業(yè)信息化蓬勃發(fā)展，日新月異，而師資隊伍建設(shè)逐漸脫節(jié)，未能跟上信息化發(fā)展步伐。高職院校建筑類專業(yè)教師僅少部分具有“雙師”資格，其余多數(shù)缺乏建筑行業(yè)一線生產(chǎn)、實踐經(jīng)驗；學(xué)校對教師進行培訓(xùn)多以企業(yè)輪崗實訓(xùn)的模式進行，培訓(xùn)時間短、輪崗規(guī)模也有限，受訓(xùn)教師通常只接觸工程全過程中的某一階段，仍然缺乏全面的實踐經(jīng)驗，教學(xué)過程中很難做到理論與實踐并重。

三、BIM+VR實踐教學(xué)的優(yōu)勢與挑戰(zhàn)

高職教育工程造價專業(yè)BIM+VR實踐教學(xué)的探索與研究有助于改善當(dāng)前實踐教學(xué)中存在的諸多問題，優(yōu)化現(xiàn)有實踐教學(xué)運作機制，提升工程造價專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量。與傳統(tǒng)教學(xué)方式比較，BIM+VR教學(xué)方式有著諸多優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在如下幾點：

（一）提升教學(xué)效果

BIM+VR教學(xué)方式區(qū)別于傳統(tǒng)的實踐教學(xué)方式，教師不再簡單運用二維圖紙或是多媒體圖片資料來描述比較抽象的圖形和建筑物場；BIM+VR實踐教學(xué)憑借虛擬仿真沉浸性、交互性等特點［5］，以逼真、立體的表現(xiàn)形式演示抽象的施工過程和建筑構(gòu)造，學(xué)生無需去工地即可獲得現(xiàn)實的體驗，從而更好地理解和認識建筑實體；同時還有機會探索多樣性選擇及其不同后果，實踐教學(xué)的延展性得以充分體現(xiàn)，進而提升教學(xué)效果。不同個體學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)以及理解能力有較大差異，對教師傳遞的信息也有著不同的理解。而利用BIM+VR技術(shù)，生成一個逼真的虛擬環(huán)境，使學(xué)生親自進入空間，產(chǎn)生身臨其境的感覺，學(xué)生可以近距離觀察目標建筑，并與設(shè)計圖紙進行比對，從而提高對相關(guān)專業(yè)知識的認知，優(yōu)化實踐教學(xué)效果。

（二）豐富教學(xué)資源

當(dāng)前社會信息技術(shù)發(fā)展日新月異，教學(xué)資源越來越豐富。紙質(zhì)書籍、多媒體、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)呈現(xiàn)方式相對簡單，信息傳遞為單向傳遞，學(xué)生獲取知識的主動性差，學(xué)習(xí)帶入感不強。通過BIM+VR仿真技術(shù)模擬出的虛擬現(xiàn)實，是一種三維動態(tài)的教學(xué)資源，逼真的學(xué)習(xí)場景帶給學(xué)生多重感官刺激，生動地表達知識要點，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生還可以選擇個性化、定制化的學(xué)習(xí)資源，來適應(yīng)自己的學(xué)習(xí)方式。

（三）改變課堂教學(xué)形式

BIM+VR融入實踐教學(xué)，使得教學(xué)過程更加豐富高效。借助BIM+VR虛擬仿真系統(tǒng)，學(xué)生可以直接體驗工程構(gòu)件的組成及工程實體的建造過程。在這一過程中，學(xué)生通常不再被動接受知識，而是主動獲取知識、發(fā)現(xiàn)問題并進行解答。在模擬項目實訓(xùn)過程中，學(xué)生可以對不同情況下的模擬結(jié)果進行對比，從中選擇最優(yōu)方案；另外，學(xué)生也可以對實訓(xùn)課題進行拓展，進行更深入的工程體驗。同時借助實訓(xùn)中心信息化平臺，指導(dǎo)教師可以不受時間和空間限制，隨時隨地對學(xué)生進行指導(dǎo)。

（四）促進教學(xué)改革

傳統(tǒng)的實踐教學(xué)以教師課堂講授為主，采用“任務(wù)導(dǎo)向型”模式，從布置項目、項目實施、過程指導(dǎo)到成果的提交，各個過程均是在線下完成。而將BIM+VR融入實踐教學(xué)，有助于促進實踐教學(xué)從傳統(tǒng)方式向混合式教學(xué)轉(zhuǎn)型。實踐教學(xué)的項目布置、過程指導(dǎo)、資料獲取以及項目考核等都可以借助互聯(lián)網(wǎng)、職教云、智慧校園等信息化教學(xué)共享平臺展開。另外，BIM+VR融入實踐教學(xué)不再局限于時間和空間，為教師更適時、充分地指導(dǎo)學(xué)生提供便利。學(xué)生可在實踐教學(xué)的基礎(chǔ)上，自主開展學(xué)科探索，有助于學(xué)生從實踐課程學(xué)習(xí)拓展提升到第二課堂、學(xué)科競賽或自主創(chuàng)新。

然而，作為一種新的教學(xué)模式，BIM+VR技術(shù)融入課程實踐教學(xué)有著諸多優(yōu)勢，但在實踐應(yīng)用層面還面臨著許多挑戰(zhàn)：BIM與VR的結(jié)合應(yīng)用在軟硬件技術(shù)上有待突破，現(xiàn)有系統(tǒng)在信息傳遞、參數(shù)控制、互動體現(xiàn)等方面仍有不足。現(xiàn)階段，BIM+VR的硬件配置水平較低，與學(xué)科教育契合度不足，教師進行虛擬仿真實踐教學(xué)的資源開發(fā)難度大，技術(shù)起點高。為了滿足教學(xué)需求，需要專業(yè)教師和軟件技術(shù)人員相互配合，由專業(yè)教師對土建類各專業(yè)教學(xué)內(nèi)容和知識點進行分析，準確把握教學(xué)重點、難點，再由軟件開發(fā)人員設(shè)計、開發(fā)相關(guān)的虛擬教學(xué)資源。

BIM+VR技術(shù)為專業(yè)學(xué)科教學(xué)提供了新的發(fā)展方向，利用BIM+VR技術(shù)，課堂學(xué)習(xí)環(huán)境別開生面、教學(xué)模式推陳出新等。但教師在設(shè)計教學(xué)過程、學(xué)習(xí)過程中師生交互、督促學(xué)生按時自主完成學(xué)習(xí)、評價學(xué)生學(xué)習(xí)效果等方面都需要做更深入的研究。

四、BIM+VR虛擬仿真實踐教學(xué)體系建設(shè)及應(yīng)用

我校工程造價專業(yè)，依托BIM實訓(xùn)中心的軟硬件基礎(chǔ)，進行相關(guān)核心課程的實踐教學(xué)體系設(shè)計，建設(shè)虛擬仿真信息化教學(xué)平臺，通過虛擬仿真實踐教學(xué)的探索和研究，工程造價專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量得到明顯提升。

虛擬仿真實踐教學(xué)體系建設(shè)采用主流的BIM和VR軟件，應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)，再現(xiàn)土木建筑施工場景和工藝流程，展現(xiàn)建筑物主體結(jié)構(gòu)、裝飾裝修、設(shè)備安裝等施工工藝和節(jié)點細節(jié)；教學(xué)過程采用全新五大員角色扮演游戲模式，講授施工細節(jié)剖切展示、材料器具匯總、項目小結(jié)等工程造價專業(yè)技能知識。

我們組建了BIM+VR課程教學(xué)改革團隊，對歷屆畢業(yè)生、相關(guān)用人單位、相關(guān)院校進行訪談和調(diào)研，了解獲取工程造價專業(yè)崗位職業(yè)能力結(jié)構(gòu)信息，研究行業(yè)、企業(yè)對工程造價人才的需求，從而分析人才的素質(zhì)目標和核心技能，商討制定實踐教學(xué)組織形式和內(nèi)容。組織形式和內(nèi)容包括制定BIM+VR技術(shù)與現(xiàn)有實訓(xùn)課程結(jié)合的基本框架，編制課程目標、課程教學(xué)大綱及教案，制訂BIM+VR技術(shù)實踐教學(xué)的實施方案及考評方案。

針對“建筑工程識圖”“建筑施工技術(shù)”“建筑構(gòu)造”“工程造價管理”“建筑安裝工程計量與計價”等工程造價專業(yè)核心課程，在實踐課程教學(xué)體系設(shè)計時，以人才需求為導(dǎo)向，同時在專業(yè)實訓(xùn)、畢業(yè)設(shè)計、頂崗實習(xí)等各大模塊中融入BIM+VR技術(shù)，配套完善教學(xué)教材，引入“互聯(lián)網(wǎng)+教育+建筑”理念，將目前建筑行業(yè)的實際情況與教學(xué)相結(jié)合，以實體建筑為中心載體，最大限度地涵蓋土木建筑工程所有節(jié)點；通過節(jié)點智能掃描系統(tǒng)新媒介，實訓(xùn)學(xué)習(xí)與專業(yè)知識節(jié)點一一對應(yīng)；借助虛擬現(xiàn)實技術(shù)，使抽象的專業(yè)知識學(xué)習(xí)具象化，猶如身臨其境；同時運用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將所有建筑節(jié)點知識內(nèi)容統(tǒng)一儲存在云端后臺，使學(xué)生隨時隨地讀取學(xué)習(xí)建筑結(jié)構(gòu)相關(guān)知識，改善專業(yè)教學(xué)效果，提升實訓(xùn)效率，實現(xiàn)理、實、虛教學(xué)的完美結(jié)合。通過虛擬仿真實踐教學(xué)的探索和研究，工程造價專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量得到明顯提升。

本文以工程造價專業(yè)三門核心課程為例探討B(tài)IM+VR在課程教學(xué)中的應(yīng)用，如下圖。

BIM+VR在課程教學(xué)中的應(yīng)用圖

（一）建筑工程識圖

工程識圖課程的素質(zhì)目標為著重培養(yǎng)學(xué)生的識圖、圖形算量、計價能力，實踐教學(xué)中就針對性選擇不同類型構(gòu)件的節(jié)點大樣進行三維建模，隨后通過VR技術(shù)觀察模型，支持學(xué)生在虛擬場景中漫游，逼真的視覺效果可以使學(xué)生更清楚地了解構(gòu)件各部分的相關(guān)知識，或者通過點擊提示點查看構(gòu)件信息；模型還可以設(shè)置工程計量規(guī)則，利用諸如廣聯(lián)達的BIM插件，快速生成工程量表。BIM+VR融入課程后，課堂氣氛活躍、生動有趣，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升了實踐教學(xué)效果。

（二）建筑施工技術(shù)

建筑施工是一種較為復(fù)雜的實踐工程，包括土方與地基工程、結(jié)構(gòu)工程、裝飾裝修工程、機電安裝工程等，每一類分部工程還包括多道工序，是一門實踐性和綜合性強的課程。傳統(tǒng)的“建筑施工技術(shù)”課程主要通過圖片、PPT講義等形式向?qū)W生介紹建筑施工技術(shù)，這種形式學(xué)生互動較少，很難全面掌握多種建筑施工工藝；另外受實訓(xùn)場地、安全等條件限制，學(xué)生只能進行極少數(shù)項目的施工工藝實訓(xùn)，其他施工知識主要依靠傳統(tǒng)教學(xué)方式。在教學(xué)中融入BIM＋VR技術(shù)，通過BIM模擬各項施工工藝，再通過VR呈現(xiàn)模擬的場景、施工工藝，展示施工技術(shù)的每一個重點工程步驟，展示建筑實體的材料和具體構(gòu)造，使學(xué)生有最直觀的感知和理解；還可以通過BIM擬定不同技術(shù)方案，進行比較展示，使學(xué)生更全面了解多種施工工藝，為后續(xù)的工程計量與計價等課程打好堅實的基礎(chǔ)。

（三）工程造價管理

工程造價管理是一門綜合性管理學(xué)科，包括建筑技術(shù)和管理，本課程的素質(zhì)目標為培養(yǎng)學(xué)生領(lǐng)會、理解建筑工程造價管理的相關(guān)基礎(chǔ)理論，掌握建筑工程項目造價的確定原理和控制方法。課程涉及工程項目全過程各階段的造價控制，包括投資決策階段、設(shè)計階段、招標投標階段、施工階段，學(xué)習(xí)難度相對較大；采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式教學(xué)，學(xué)生容易產(chǎn)生畏難情緒。在課程中融入BIM+VR技術(shù)，可以使學(xué)生更全面掌握工程造價管理的多個過程；決策階段融入BIM技術(shù)可以對多個投資方案進行綜合比較，選出最優(yōu)方案，同時可以對整個項目的總體造價進行估算；設(shè)計階段融入BIM技術(shù)，可直觀生成工程概預(yù)算及明細，使工程造價管理更加清晰、明確；施工階段融入BIM+VR技術(shù)，對施工過程進行仿真模擬，有助于學(xué)生系統(tǒng)了解施工組織，分析施工過程中人員、材料、機械的管控措施，正確處理工程造價和工期、質(zhì)量的辯證關(guān)系。BIM+VR融入工程造價管理課程后，教學(xué)以學(xué)生為中心，師生互動明顯增加，課堂氣氛活躍，學(xué)生變得自主學(xué)習(xí)、樂于學(xué)習(xí)，獲得更好的學(xué)習(xí)體驗。

結(jié)語

伴隨著互聯(lián)網(wǎng)信息化技術(shù)的飛速發(fā)展，高職院校作為技術(shù)和管理人才培養(yǎng)的重要基地，對新技術(shù)的研究和教學(xué)應(yīng)有足夠的前瞻性［6］。BIM技術(shù)作為當(dāng)前建筑產(chǎn)業(yè)信息化進程的重要思想和技術(shù)工具，也成為高等院校數(shù)字化、信息化研究領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。高職院校應(yīng)加速開展BIM+VR實踐教學(xué)改革，進行技術(shù)人才培養(yǎng)的模式創(chuàng)新，讓更多學(xué)生學(xué)習(xí)并運用BIM與VR技術(shù)，提高學(xué)生實踐能力，培養(yǎng)創(chuàng)新精神，適應(yīng)我國社會發(fā)展對高質(zhì)量創(chuàng)新型人才的需求。

參考文獻：

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基金項目：廣東省高等教育科學(xué)研究項目（項目編號：2021GXJK657）

作者簡介：張艷芬（1980—?），女，漢族，河北衡水人，研究生，講師，研究方向：工程造價管理、BIM技術(shù)。