BIM技術植入高職水利工程專業課程建設研究

關莉莉 李瑞

摘 要：作為培養BIM技術技能人才的重要陣地，高職院校應結合水利行業需求和人才培養實際，以融合的方式開展“基礎課程改造+核心課程植入”模式研究，形成水利工程專業課程BIM技術教學的閉環體系。一方面，通過對專業基礎課程水利工程制圖課程進行重構，創設以BIM技術為核心的制圖建模基礎課；另一方面，按照水利工程建設的全生命周期理念，將BIM技術植入水利工程專業的六門核心課程中，培養學生的BIM應用技術和BIM思維。

關鍵詞：BIM技術；水利工程；課程建設；高職

作為建筑工程管理領域的新興技術和工具，建筑信息模型（Building Information Modeling，簡稱BIM）已成為當前工程管理理論和實踐研究領域的熱門課題。BIM技術發源于美國，如今在北美以及歐洲已得到普遍應用。Autodesk認為BIM是對傳統的以二維圖紙為主的信息載體模式的顛覆，代表了一種新的思維方法和工作方式；美國建筑師學會（AIA）認為，BIM是一項結合工程項目信息數據庫模型的技術，能夠結合工程項目提供數字化表達；而美國國家建筑科學院（NAS）則認為，BIM既可以認為是信息建筑模型（Building Information Model），也可以被理解為建筑信息建模（Building Information Modeling），即信息模型和信息建模過程的統一。這就是說，BIM技術不僅是一個系統或者軟件，更像是一個基于信息技術的業務流程。

隨著BIM技術研究和應用的深入，其將給建筑管理領域帶來深刻變革，相關行業對BIM技術人才的需求十分旺盛。然而，既懂專業又具備BIM技術的人才十分匱乏，這成為影響BIM技術在相關行業深入應用的因素之一。英國作為BIM技術運用較為領先國家，其大量的實踐經驗表明，諸多BIM項目實施失敗甚至很多項目不采用BIM技術的重要原因之一是，他們缺少這方面的專家資源和外部支持，沒有相應的培訓，不懂得如何正確使用BIM技術。國內一些調查也顯示，相關行業中存在BIM技術人才缺乏、BIM技術投資不足、BIM技術關鍵軟件缺乏、單位領導不重視等問題。其中，缺乏BIM技術人才占到統計數據的61.28%。課題組認為，高職院校作為培養BIM技術技能人才的重要陣地，應盡快在相關專業課程建設中植入BIM技術，為相關行業提供人才支撐。

一、BIM技術植入工程類專業課程概述

BIM技術在工程領域的迅速運用對高校課程改革提出了新的要求，在課程建設中融入BIM技術已成共識。國內不少高校積極探索將BIM技術植入專業課程教學體系，主要有三種模式：一是在原有專業課程中植入BIM技術，二是利用BIM技術的三維可視化等特點輔助教學，三是新開設BIM實訓課程。課題組認為，這三種模式并非替代關系，而是可以結合專業特征和人才培養實際同步開展。從國外高校來看，大多數高校在工程類課程中植入了BIM技術，有的將BIM技術植入相關核心課程，有的基于原信息類課程開發全新的BIM課程。例如，美國高校有一半以上的工程類專業開設了BIM類課程，開設方式大體涵蓋以上類型。從國內高校來看，如哈爾濱工業大學、同濟大學、重慶大學、天津大學等部屬高校，大多開設了BIM相關課程，對BIM技術基礎知識、BIM技術工程施工應用及BIM軟件研發等進行教學研究。這些高校具有較強的教學科研能力，一些工程單位也同這些高校開展技術合作，運用BIM技術解決了實際工程中的問題，不僅推動了BIM技術在工程領域的應用，還通過工程項目的實施培養了一批BIM技術人才。

近年，一些應用型本科高校和高職院校也將BIM技術植入課程建設，對培養BIM技術人才起到了較大的推動作用。然而，由于大多數高校在BIM師資隊伍、教學資源、教學改革等方面存在不足，尚未形成一套完善且普遍適用的教學體系，造成BIM課程改革進展緩慢。從認識上看，是因為沒有厘清BIM課程建設與BIM培訓的關系。比如，有些高校將BIM技術歸為社會培訓內容，認為BIM技術應由專業的BIM工程師來講解指導，出現了BIM教學與專業知識“兩張皮”的現象；學生在知識維度上往往注重軟件操作，沒有深入學習工程專業知識、軟件實現邏輯和工程應用方法。從實踐上看，是因為沒有形成系統的BIM課程建設理念。比如，部分高校專業BIM師資匱乏，BIM課程建設處于個別教師“單打獨斗”的狀態，其他專業課教師接受BIM技術培訓的積極性不高，造成BIM技術教學的系統性較差，很難與其他課程自然銜接。特別是在高職院校的工程專業類課程教學中，一些教師雖然很想植入BIM技術，但無論是學校的重視程度還是客觀的教學條件，都無法滿足。總體而言，高職院校基于BIM技術的課程改革進展緩慢，培養的技術人才與相關行業對BIM技術人才的需求相脫節。這不僅是高職院校工程類專業培養高技能人才的瓶頸，也在一定程度上滯緩了BIM技術在我國工程領域的應用。

二、BIM技術植入高職水利工程專業課程建設的必要性

當前，水利工程領域BIM技術的應用越來越廣泛，急需具備扎實BIM技術的水利工程技能人才。高職院校水利工程專業在課程建設中植入BIM技術，可以有效解決當前水利行業BIM技術運用方面的問題，培養出既掌握水利工程專業知識又具備BIM技術應用能力的高素質人才。

（一）水利工程BIM技術應用引領課程改革方向

近年，我國水利工程逐漸邁向三維設計研究領域。比如，天津大學的鐘登華教授研究團隊開發了DamVSIS混凝土拱壩施工可視化仿真系統；華北水利水電大學魏群教授研究團隊提出以數字圖形為介質，將BIM技術應用于水利工程全生命周期的理論方法，開發了武都水庫虛擬仿真系統等虛擬現實系統。專家和學者還基于BIM技術的核心特征并結合水利工程的特點，提出了水利水電工程數字圖形信息模型（Hydraulic-project Building Information Modeling，HBIM）的概念。在我國南水北調工程設計建設中，長江勘測規劃設計研究院將建筑信息模型BIM的理念引入工程的勘察設計工作中，利用Civil 3D快速完成勘察測繪、土方開挖、場地規劃和道路建設等方面的三維建模、設計和分析工作，提高了設計效率，簡化了設計流程。中國水電顧問集團昆明勘測設計研究院在云南金沙江阿海水電站的設計過程中，水工專業部分利用Revit完成大壩及廠房的三維形體建模；利用Autodesk Revit MEP軟件平臺，機電專業建立完備的機電設備三維族庫，最終完成整個水電站的BIM設計工作。總體而言，我國水利工程BIM技術的開發和應用正在提速，這就要求高職院校水利工程專業以水利工程BIM課程建設改革為切入點，緊跟行業需求培養高素質人才。

（二）BIM技術植入水利工程專業課程成為必然選擇

在我國，BIM技術應用于基礎設施建設主要集中在土建、交通及市政等行業，在水利行業的應用正處于上升期。因此，高職院校普遍開設了建筑類專業BIM技術應用課程，而水利工程專業開設BIM課程的卻不多見，個別院校也僅在相關課程中融入了BIM技術的教學內容。也就是說，目前尚沒有滿足水利工程專業需求的BIM課程，在相關專業課程中植入BIM技術也僅是零碎的和初步的，但BIM技術融入水利工程專業人才培養已是必然。一方面，2019年的全國水利行業技能大賽，首次將BIM技術內容融入水利工程成圖技術項目競賽大綱中，這在一定程度上反映了將BIM技術盡快植入高職院校水利工程專業課程建設，培養學生的BIM技術水平意義重大。另一方面，2019年國家啟動了高職院校“雙高”建設計劃，“雙高”建設中突出“專業—產業—職業”協同發展理念，提出了專業群建設概念，并將專業群建設作為推進高水平高職院校內涵建設的關鍵。高水平專業群建設的核心內容可以歸納為三項，產教對接的組群邏輯、校企合作的教學組織構建和能力本位的課程建設。課程建設作為高水平專業群的重要支撐，需要回應產業發展的人才需求，結合群內各專業的特色進行綜合考慮。因此，BIM課程改革要解決的關鍵問題是依據產教對接的基本原則，回應水利行業對BIM技術應用人才的需求，打造基于BIM技術培養的專業課程體系，使BIM技術真正融入人才培養方案中。具體來說，就是將BIM技術植入課程教學全過程，讓學生能夠將工程項目的全部知識進行整合應用，將所學內容變成一個有機的知識體系，而不是獨立零散的知識碎片。

三、BIM技術植入高職院校水利工程專業課程建設實施策略

基于目前高校BIM技術課程改革的三種模式，課題組認為應以融合的方式進行借鑒，采用“基礎課程改造+核心課程植入”模式，打造水利工程專業BIM技術應用教學的閉環體系。一方面，通過對基礎課程水利工程制圖課程進行重構改造，創設以BIM技術為核心的制圖建模基礎課程；另一方面，按照水利工程建設的全生命周期將BIM技術植入水利工程專業的六門專業核心課程中，培養學生的應用技術和BIM思維。

（一）創設水利工程BIM技術制圖建模課程

工程制圖是工程界的技術語言，水利工程制圖課程也是水利工程專業的基礎課程。從現代水利工程中的應用實踐來看，BIM技術是從繪圖和建模開始的，具有基礎性地位，這與水利工程制圖課程的教學內容具有同源性和相似性。而從繪圖和建模邏輯來看，BIM技術則是對CAD技術的超越。BIM技術將二維圖形向三維圖形轉換，是嵌入了真實數據的轉換，不但更加直觀、更加準確，而且可以通過數據編輯實現三維和二維圖形的循環轉換，形成設計思維、實體效果、工程出圖的統一。基于此，高職院校可將BIM技術作為主線，改造水利工程制圖課程，創設一門水利工程BIM技術制圖課程，更新水利工程制圖課程教學理念和教學內容，將其作為水利工程專業BIM技術與制圖建模技術相結合的基礎課程。打造水利工程BIM技術制圖課程的關鍵，在于融入BIM技術的教學內容和改進教學方法。在教學內容上，按照BIM技術在水利工程項目全生命周期應用的理念，采用循序漸進的方法，以BIM技術全面引領水利工程制圖課程的基礎投影、專業圖識讀、計算機繪圖等教學模塊。在教學方法上，基于BIM技術實踐性較強的特點，增加多元化教學平臺和技術平臺的使用，增設大量的實踐教學環節，尤其是要將企業真實的BIM水利工程項目案例引入課堂教學，以提升人才培養質量。

（二）將BIM技術植入水工建筑物課程中

水工建筑物課程是水利工程專業的核心課程，其主要內容是介紹各種水工建筑物的工作原理和設計方法，包括重力壩、拱壩、支墩壩、土石壩、溢洪道、水工隧洞、水閘、水利樞紐等。按照BIM在水利工程項目全生命周期應用的理念，該課程內容對應的是水利工程的初始階段即設計階段，因此BIM技術的植入十分關鍵。具體來說，就是要圍繞水工建筑物的設計建立BIM軟件應用系統，使水利工程的設計方案能夠與BIM模型進行切換，做到水利工程設計方案的信息化、可視化。在教學過程中，教師可以引入BIM水利工程項目真實案例，分析BIM技術如何在設計階段模擬展示水利工程建設成果，如何依據設計思路、設計目標的變化實時進行設計修改和建設效果展示，如何直接表達不同空間位置的詳細的水利工程設計圖紙，從而大大提升水利工程設計的效率。

（三）將BIM技術植入水電站課程中

水電站課程是水利工程專業的綜合性核心課程，其教學目標主要有了解水電站的主要功能和原理、掌握水電站建筑物的基本設計方法、完成一般水電站的初步布置和優化設計三個方面。按照BIM在水利工程項目全生命周期應用的理念，該課程的教學內容主要對應的是水利工程設計階段。隨著水電站建設新技術的運用，傳統二維平面圖紙方案已經難以滿足水電站課程教學的需要，將BIM技術植入水電站課程迫在眉睫。課題組認為，應重點將BIM技術植入水電站規劃設計與運行的教學環節，利用BIM技術的可視化性、可模擬性、可優化性、可出圖性等優勢，培養學生的BIM思維，為學生解決水電站設計中的復雜問題提供理論與實踐支撐。在教學過程中，教師可基于BIM軟件系統，創設水電站設計的復雜情境，通過BIM技術對這些問題進行協調和處理，幫助學生探索復雜環境下水電站設計的最優思路，從而提升學生的BIM技術設計能力。

（四）將BIM技術植入水利工程施工課程中

水利工程施工課程是水利工程專業的主干核心課程之一，教學目標主要是使學生掌握水利工程施工的基礎知識，解決水利水電工程施工的相關問題。在水利工程施工中使用BIM技術，能夠將整個工程以三維實體建模的形式展示出來，讓施工人員更加直觀地了解整個施工過程、設計圖紙與施工方案的合理性等。在水利工程施工中使用BIM技術已較為普遍，如利用BIM技術擬定施工方案，使用BIM網絡進行施工進度計劃編制，使用BIM技術進行三維施工場地布置等，從而減少返工情況，有效進行項目綜合管理。基于這樣的應用實踐，教師應在該課程原有的教學內容中植入BIM技術，貫穿水利工程施工全過程，重點對應施工方案擬定、施工進度規劃、建造過程模擬、施工場地管理等方面，使學生建立基于BIM技術的施工思維，幫助他們在水利工程施工項目中提高工作效率。

（五）將BIM技術植入水利工程造價與招投標課程中

水利工程造價與招投標課程是水利工程專業的主干核心課程之一，教學目標是使學生掌握編制水利工程概預算、工程量清單、施工投標報價等知識和技能。在當前的水利行業項目運作中，利用BIM技術進行水利工程造價和招投標已較為常見。采用BIM技術的水利工程造價與招投標，利用了項目設計的BIM數據和成本預算軟件，大大減少了工程算量和計價的工作量，提升了工程概預算工作的效率。而對于招投標來說，準備投標的周期一般都很短，工程算量和計價效率的提升可以為施工單位贏得更多的機會。將BIM技術植入水利工程造價和招投標課程可從以下三個方面進行改進。一是完善BIM建模中的工程造價和工程項目管理部分。選取市場上流行的Revit等建模軟件，完善包含建筑工程各項信息共享知識模塊，引導學生利用BIM技術的優勢，進行建筑工程造價和工程項目管理。二是創建BIM技術算量知識模塊。以項目工程量的計算為主，基于BIM建模軟件應用的實際案例項目，使學生學會利用BIM建筑數字模型和工程項目各階段的信息內容，實現對鋼筋算量、土建算量和安裝算量的基本操作訓練。三是創建BIM技術計價和招投標知識模塊。該知識模塊可以使學生在BIM技術的輔助下，學會更加科學有效地控制總價，掌握月、季、年度的工程報量方法，同時能夠運用BIM技術模擬招投標評審階段的工作。

（六）將BIM技術植入水利工程經濟課程中

水利工程經濟課程是水利工程專業一門較新的核心課程，該課程的教學目標主要是介紹水利工程經濟評價基礎知識，使學生能夠運用工程經濟原理，分析解決工程建設和運行管理過程中的經濟問題，從而以最小的投資獲取最大的效益。高職院校開設這門課程，主要是從水利工程開發、設計、施工、經營管理過程中遇到的相關經濟問題以及對已建成水利工程的經濟后評價問題角度，對學生進行水利工程經濟評價方面的培養。水利工程經濟是一門煩瑣的課程，教學內容既具有較強的理論性，又與工程建設和生產實踐緊密相連，特別是在實踐操作方面，需要借助經濟學理論進行各方面的數據計算，而BIM技術的應用能夠大大提升水利工程經濟評價的效率。比如，利用BIM模型中構件的可運算性，使得煩瑣耗時耗力的工程量計算高效完成，為經濟評價提供數據支撐；利用BIM模型的歷史數據，能夠快速、準確地獲取工程基礎數據拆分實物算量，適時進行多角度、多層面的經濟評價分析；運用BIM技術對水利工程進行信息化管理，能夠優化管理流程，提高工程的經濟性。因此，在水利工程經濟課程中植入BIM技術是對接產業的需要，教師要多方面挖掘真實的工程項目案例，通過案例教學提升學生運用BIM技術輔助水利經濟評價的能力和素養。

（七）將BIM技術植入水利工程管理技術課程中

水利工程管理技術課程的教學目標主要包括以下兩部分內容。一是對工程建造過程的管理，包括建設前期準備、工程建設控制、合同管理與環保安全、工程建設項目評價等。二是對工程運維的管理，主要是對水庫、水壩、水閘、溢洪道等水利工程的日常維護與管理。在實際教學過程中，該課程側重對第二部分內容的講解。目前，行業內利用BIM技術對水利工程的維護與管理仍處于初期階段，但這恰是基于BIM技術水利工程全生命周期理念的拓展方向。實踐中，一些企業基于BIM模型構建的運維管理平臺，能夠準確定位事故發生點，并通過調用BIM模型集成工程設計、建造的數據信息，在未進行現場勘測前便可在系統中分析事故原因、擬定解決方案。尤其是集成物聯網和GIS技術構建的綜合BIM運維管理平臺，不斷實現運維管理的流程化、標準化、便捷化和智能化，甚至可以實現水利工程運維在虛擬和現實中的深度融合，這將是水利工程運維管理的發展趨勢。教師要基于行業應用現狀，在課程教學中植入真實的案例，以開放的、動態的理念分析BIM技術對于水利工程運維的重要價值，推動學生強化BIM技術水利工程全生命周期理念。

當前，大多高職水利工程專業BIM課程建設存在一定的滯后性，僅是概括性或碎片化地介紹BIM技術，已無法適應水利行業的人才培養需求。黃河水利職業技術學院水利水電建筑工程專業群是教育部、財政部立項建設的國家級專業群，面對水利行業BIM技術應用的趨勢，學校通過BIM師資培訓、BIM課程開發、BIM技術社會培訓、中小企業BIM技術服務等方式，在人才培養中全方位融入BIM技術，初步打造出符合實際工程建設需要的水利工程BIM課程體系，在服務全生命周期水利水電工程建設方面邁出了堅實的步伐。

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責編：初 心

基金項目：2020年度河南省高等職業學校青年骨干教師培養計劃項目“‘雙高背景下水工專業（群）BIM課程建設應用研究”（編號：2020GZGG059）；黃河水利職業技術學院2021年教學改革研究與實踐項目“職業教育水工專業（群）共享專業基礎課標準及課程體系研究與實踐——以BIM技術課程為例”（編號：2019-HJGYB-023）

作者簡介：關莉莉（1981— ），女，黃河水利職業技術學院水利工程學院副教授，研究方向為水利工程、計算機繪圖和BIM技術；李瑞（1994— ），女，黃河水利職業技術學院水利工程學院助理講師，研究方向為水文水資源。