基于BIM 與CDIO―S 的建筑經管專業實驗教學體系研究

紀凡榮，王德東，張俊卿

（1.山東建筑大學管理工程學院 山東 濟南 250101；2.德州建設項目管理有限公司 山東 德州 253000）

1 基于BIM 的實驗教學框架

BIM（Building Information Model）實驗教學方法是基于模型結構分解，根據實驗需求建立專業BIM子模型或總模型應用的實驗教學方法。BIM 模型體系構成包括項目（Project）分析、專業（Professional）分析、應用模型（Playwell）、產品數據管理PMD（Product Data Management）、專業標準（Proprietary）、多方參與（Public）等部分[6]。

1.1 項目分析

項目分析主要是對經管類專業實驗進行分類，形成技術、經濟及管理三類實驗群，及實驗群內的實驗項目。專業培養方案不同，所進行的實驗群就不同。例如工程造價通常進行經濟類實驗群的實驗。

1.2 專業分析

專業分析的目的是為滿足專業教學要求確定建立BIM模型的類型。例如，工程造價專業要建立造價BIM 模型，工程管理專業需要建立施工BIM 模型等。

1.3 應用模型

BIM 模型建立的目的是開展專業實驗。學生可根據任務書或實驗方案將靜態模型變為動態模型或者導入其他軟件進行實驗。

1.4 數據管理

PDM 是一體化集成技術[7]。在實驗過程中應用PMD對BIM 實驗的數據、過程、資源進行管理。

1.5 多方參與

BIM 是一個協同工作平臺。學生可根據實驗目的進行分工合作。基于學生個體的團隊協作更具有意義。

國外很早就開展了鋼軌磨耗的預測研究，早在1895 年就有人提出鋼軌波浪磨損這一概念，至今已有百年歷史[1]。目前主要形成了基于能量觀點的計算摩擦功的磨耗預測模型和基于磨耗指數的磨耗預測模型，通過在線路上進行相關試驗，對預測模型計算結果和試驗數據進行比對分析。德國通過引入波長確定機理和破壞機理，對波磨進行分類，將波磨分為長波波磨和短波波磨。日本自1986年起為解決新干線上日益嚴重的波磨現象，利用小波分析對波磨進行探測，并通過在模型試驗臺上的試驗，研究采用高性能合金制造鋼軌對減少波磨形成的影響。

1.6 標準要求

建模標準不同會導致BIM 實驗結果存在差別性。需要在實驗準備階段統一建模標準、實驗步驟及成果要求。

2 基于CDIO―S 的實驗教學流程

CDIO（Conceive，Design，Implement，Operate）是歐美工程教育理念，更注重實踐能力的培養，讓學生以主動的、實踐的方式進行學習，達到工程能力與學科知識的完美結合[8-9]。其系統地提出了具有可操作性的能力培養、全面實施以及檢驗測評的標準。

在全球化和創新時代，高校沒有一成不變的辦學理念，也沒有放之四海而皆準的教育模式[10]。CDIO―S 體系是在上述四個環節的基礎上，增加總結S（Summary）環節后提出的教學體系。具體包括項目實驗構思、實驗設計、建模實現、模擬運作、交流總結五大模塊。

2.1 實驗構思

在實驗構思時需要考慮BIM實驗入課方式、可選的軟件方法等內容。BIM 入課包括單一課程模式、交互教學模式、多課程聯合模式等多種方式。在選擇軟件時要根據方便實驗的原則選取相應的BIM 軟件及輔助軟件。

2.2 實驗設計

在方案構思確定后就要進行詳細的實驗方案設計，包括確定實驗的目標、操作流程、考核成果及成績評定等考核機制內容。該階段成果往往形成實驗任務書或指導書。

2.3 建模實現

根據實驗目的的不同可以重新建立或者根據既有模型進行分解，獲得將要使用的實驗模型。對于需要團隊合作的實驗，還需要將模型進行整合或分解，形成總模型或子分模型。

2.4 模擬運作

建筑經管類實驗往往側重于過程或運營，需要進行進度管理、安全管理、質量管理或運營模擬等實驗。在模擬運作后即可得到實驗結果，最終可形成實驗報告。

2.5 交流總結

不同學生因操作過程不同可能導致不同的結果。通過對不同實驗結果的交流與點評，可起到鞏固BIM相關知識的作用。

3 基于BIM 的CDIO―S 實驗體系構建

3.1 實驗教學體系

基于BIM 與CDIO-S 的建筑經管類專業實驗教學體系是以工程項目全生命周期為時間導向，根據總―分建模形式，利用BIM 技術，以BIM 為實施方法、以CDIO―S 為實踐環節，模擬項目參與方在全生命周期間工作內容的經濟管理類實驗教學體系，其體系如圖1 所示（p48）。

圖1 基于BIM 與CDIO-S 的實驗教學體系

3.2 實驗教學內容

工程項目的全生命周期劃分為項目立項、項目規劃、項目設計、項目施工、項目交付運營及項目后評價等階段。建筑經管類學生畢業后多從事工程管理、建設咨詢、房地產營銷策劃等工作。因此主要從建設方、施工方、咨詢方角度，模擬項目規劃階段、施工階段及項目運營階段的工作[11]。

項目規劃階段，模擬建設方的學生根據課堂基礎學習的內容以及教師下發的任務要求，使用軟件完成規劃階段的規劃概念BIM 模型，提高學生規劃策劃的能力。

項目施工階段，完成建筑BIM 模型、結構BIM 模型和機電安裝BIM 模型的碰撞檢測驗證，使用NAVISWORKS等軟件完成項目費用、進度等模擬，并利用AR等工具進行虛擬現實展示，使學生更直觀、更立體地了解施工過程。

在項目交付運營階段，模擬施工方、咨詢方和建設方的學生可將項目實施過程中產生的信息數據使用NAVISWORKS 和REVIT 等軟件導入分BIM 模型中，形成施工方、咨詢方和建設方的BIM 模型，模擬基于BIM 的信息管理。

3.3 實驗教學實現

3.3.1 前期準備

依據建筑經管類專業課程群的分類，為實現構建基于BIM 與CDIO―S 的建筑經管類專業課程體系的要求，可在最大限度保留原有課程的基礎上，先完成核心課程的學習。培養學生基本的管理思維和能力，為學生快速、系統地形成知識體系打下堅實的理論基礎。

3.3.2 實驗教學方案的編制

實驗教學體系普遍以理論教學課程體系為基礎進行構建。根據實驗教學方案，將教學課程分為理論類教學課程和實踐類教學課程兩部分進行編排。對于理論類教學課程的安排，可按學校既有的理論類課程教學編排體制進行。實踐類教學課程編排依據各門課程形成認知性、設計性、綜合性和創新性等類型的實驗教學方案[12]，編制具體的操作性文件，包括實施內容與要求、相互研討的問題及參考資料等內容。

3.3.3 實驗實施

基于BIM 與CDIO―S 教學體系理論，開設工程項目管理、建設工程進度管理以及工程造價等實驗，讓學生從不同參與方的角度，進行總―分BIM 建模，并對費用管理、進度管理、質量管理等內容進行BIM 實驗。

3.3.4 實驗后總結

實驗報告上交后，教師找出實驗報告中的突出問題，在課堂上與學生互動交流，并做出點評總結，使學生對所學課程做到融會貫通。

4 實踐案例

4.1 實驗體系

根據已構建的基于BIM的CDIO―S 實驗教學體系引導教學改革，某學院形成了BIM335 實驗教學改革方案：依托學院的BIM實驗室、造價算量坊及國家級建筑工程管理虛擬教學仿真試驗中心形成3 個實驗平臺；依靠REVIT、廣聯達及斯維爾三種軟件形成BIM 的3 種軟件平臺；在CDIO 體系上增加S 總結（Summary）環節形成CDIO―S的5 個實驗教學環節。

4.2 實驗群

為滿足教學要求，根據BIM Project 的內容，構建了滿足工程管理、工程造價、房地產等專業的實驗群，如表1所示（p49）。保證學生有接觸實驗的機會，有互動操作的環節，實現實際工程與虛擬教學的聯動。并根據逐步推進與專業需求的原則，開展具體的實驗項目。

表1 實驗群

4.3 實驗方案

課程組為每一個實驗都編制了指導書。每個實驗指導書包括實驗介紹、實驗目的、實驗步驟、實驗要求、實驗討論、參考資料等內容。部分線上實驗有引導視頻。基本涵蓋了BIM 的Professional 和Proprietary 的專業要求及實施標準等內容。

4.4 實驗實施

課程組在實驗過程中，教師根據BIM 的Play―well、PMD、Public 的內容，要求學生上機實驗并提交實驗報告。實驗后，教師根據CDIO―S 體系，對實驗進行點評總結，保證教學質量持續改進。

5 結語

基于BIM 與CDIO―S 的建筑經管類專業實驗教學體系是將BIM 理論應用到教學中，通過現代化的虛擬仿真平臺解決建筑經管類專業教學周期長、實踐危險大、知識整合難等教學難題，旨在培養具備良好的專業素質和實踐能力的復合型建筑經管類專業人才，契合我國高校建設的發展趨勢，順應了國內外高等教育改革的潮流和方向。