新工科背景下土木類專業BIM教學實踐創新★

羅 征，王文軍，高洪江

(浙大寧波理工學院,浙江 寧波 315000)

0 引言

BIM(建筑信息模型,Building Information Modeling)指在建筑全生命周期內,對其物理和功能特性的數字化表達及依次進行設計、施工、運營的總稱[1]。該技術具有三維動態可視化、專業內及專業間的有效協同、全面數字信息化等特點,對優化設計、可持續性綠色設計、模擬施工、減少后期工程變更起到強有力的促進作用。2018年,全國兩會代表委員王美華提出了“關于高校土木專業增加BIM技術課程”的提案,指出高校作為BIM技術應用型人才培養的主要承擔者,其BIM人才的培養遠遠不能滿足行業發展的需要。2019年1月,BIM技術員被列入了人社部公示的15個新職業之一[2]。BIM技術應用作為推動建筑業信息化的重要手段,因此探討BIM教學體系構建將是新工科背景下土木類專業改革的重要內容和切入點之一。

從實踐上看,已有不少高等院校[3-5]基于對構建BIM技術融入土木類教學體系進行了有益嘗試,但對BIM技術人才畢業能力要求相比,土木類專業的BIM教學仍處于初級階段,以下問題亟需解決:1)僅開設專門的BIM類課程,屬于“碎片式”BIM學習,學生無法真正掌握和理解BIM的內涵,既有的BIM人才培養目標定位和課程體系需要優化調整,需要加強傳統工程技術類課程與BIM的融合。2)BIM課程體系與學生工程基本能力、工程系統能力和工程創新能力培養的融合度不夠,沒有實現基于BIM的專業課程協同教學以及協同畢設。3)未形成系統的、多維度的BIM實踐教學體系,難以有效提升學生的BIM綜合應用能力。

基于上述問題,從2016年開始,浙大寧波理工學院(以下簡稱寧理工)BIM教學團隊開始探索面向行業發展新趨勢的BIM[6]教學體系構建,以此推進土木類專業建設改革與人才培養特色凝練,構建并實踐了土木類專業多維度遞進式BIM教學體系,如圖1所示,并已在實際教學中取得了良好效果,可為同類院校土木工程專業建設提供借鑒參考。

1 應用型高校土木類專業BIM教學目標

在大學四年的學習過程中,土木類專業應該以培養符合BIM技術內涵與特征、社會對BIM人才的需求、學校辦學定位與人才培養目標、專業的人才培養特色等四大原則為前提,合理地定位BIM專業應用人才的培養層次。

寧理工秉承培養“德智體美勞全面發展,具有人文精神和科學素養的高素質應用型創新人才”的教育理念,深知培養BIM專業應用人才的重要性。在土木類專業中,積極倡導“新工科”建設[7-8],意在培養能夠適應當今土建行業智能建造與運營維護人才需求的新時代人才。這不僅要求學生掌握傳統土木工程學科的基礎理論和實踐技能[9],更需要他們具備對新興技術的了解和應用能力。

在綜合考慮以上原則的基礎上,寧理工土木類專業的BIM教學目標被明確定位為:培養具備BIM模型應用能力的學生,他們初步具備BIM協同工作能力與業務集成能力,同時具有中、高端型BIM人才的發展潛力,成為未來土木領域中不可或缺的BIM專業應用人才。通過系統化的學習與實踐,他們將掌握BIM技術的核心概念與運用方法,能夠在建筑信息模型的開發、管理和優化方面發揮重要作用。同時,他們也將具備團隊合作與溝通能力,能夠與其他領域的專業人員高效協作,為智能建造的推動與發展做出積極貢獻。

2 基于能力導向的三層次遞進式BIM課程體系

2.1 三層次遞進式BIM能力體系

近年來,寧理工土木類專業堅持以新工科和工程教育認證為引領推動專業建設,按照能力導向教育理念以及我校BIM人才培養定位,提出構建“BIM基本能力、BIM系統能力和BIM創新能力”三層次遞進式能力體系。

2.2 三層次遞進式BIM課程體系

為與上述三層次遞進式BIM能力相適應,從大一到大四的不同學習階段,提出了三大類遞進式BIM課程體系,即BIM驅動的專業課程體系,見圖2。

2.2.1 BIM基礎類課程

大一、大二獨立開設《BIM軟件應用》,并在部分專業基礎課程中融入BIM,見表1。

表1 融入BIM的部分專業基礎課

2.2.2 BIM應用類課程

在現有專業基礎課的理論和實踐教學環節中增加相應的BIM應用,實現結構深化設計、模擬建造、優化管理、控制成本等。部分融入BIM的課程舉例如表2所示。

表2 融入BIM的部分專業主修課和專業模塊課

2.2.3 BIM綜合類課程

以實際工程案例為主線,任務為驅動,構建“以專業知識為基礎、BIM技術作支撐、實際工程作載體”的綜合實訓課程——《BIM技術綜合應用實訓》。同時,也可結合其他獨立設置的實習實訓課程進行BIM應用學習,部分舉例見表3。

表3 融入BIM的部分實習實訓課程

3 多維度BIM實踐能力培養體系

3.1 基于解決復雜工程問題目標,構建多維度BIM實踐教學體系

BIM的內涵和特點決定了BIM教學需要面向復雜工程問題,強化學生BIM綜合應用能力培養,為此從“時間維度、模式維度、空間維度”構建BIM實踐教學體系,實現了課內+課外、線上+線下、校內+校外相結合以及課程實驗、課程設計與綜合與創新實踐的融合(見圖3)。規劃建設了BIM實訓平臺,組建了學生BIM研習社,以創新創業訓練和學科競賽為主要載體,貫通第一、第二課堂,建立BIM線上教學資源庫,開展校企協同育人,通過跨課堂的課內理論實踐以及課外實踐途徑,讓學生進行全生命周期的工程案例實訓,提升了解決復雜工程問題的能力。

3.2 基于多維度協同教育理論,構建了跨專業方向的多設計模塊BIM協同畢設工作體系

基于多維度協同教育理論,打造了跨專業方向的協同畢業設計工作體系(見圖4)。首先組建跨專業方向的學生畢設團隊和教師指導團隊,形成人員協同合作;其次,充分利用BIM系列軟件的優勢,形成BIM軟件協同應用;最后,以團隊為畢設主體,通過土木建(構)筑物的設計、造價和施工等專業畢設任務的協同開展,共同完成畢業設計,系統培養和提升學生的BIM綜合應用能力。結合BIM畢設大賽開展協同設計,學生在全國高校BIM畢業設計創新大賽、“魯班杯”全國高校BIM畢業設計作品大賽中獲獎。

4 結語

當前建筑業逐漸從傳統建造方式轉移到以現代信息技術為平臺的智能建造時代,BIM是推進建筑業數字化轉型的關鍵。為了培養面向智能時代“掌握智能建造技術、精通建筑信息管理、具有時代家國情懷”的土木類創新性應用型人才,堅持“能力本位”觀念,寧理工BIM課程組創建了面向“BIM工程基本能力BIM工程系統能力、BIM工程創新能力”培養的三層次遞進式BIM課程體系,體系涵蓋并且貫穿工程全壽命周期的“時間維度、模式維度、空間維度”相融合的多維度BIM實踐教學,課內+課外、線上+線下、校內+校外相結合的BIM實踐能力培養的六大途徑,保障了學生多元化、個性化的BIM學習需求。此外,基于多維度協同教育理論,圍繞土木工程多專業方向畢業設計,提出了跨專業方向的協同畢業設計工作體系。通過人員協同合作和BIM軟件協同應用,提出協同畢設的選題和任務書,利用BIM模型信息共享與傳遞、模型參照與智能提資等優勢,通過BIM軟件的協同應用,開展多專業方向的協同畢設工作和指導,最終以團隊形式完成土木建(構)筑物的全專業協同設計和建造策劃,有效提升學生的BIM綜合應用能力和創新能力。