新興交叉專業(yè)中融入大數(shù)據(jù)和人工智能的BIM技術(shù)教學(xué)實踐

摘要：BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）是智慧城市基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化的關(guān)鍵技術(shù)，其人才缺失嚴重制約了建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級、智慧城市建設(shè)和數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展。而現(xiàn)有的BIM課程及教學(xué)體系主要面向建筑設(shè)計與施工管理，已無法滿足國家、行業(yè)和市場對大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)和“建筑+城市”BIM復(fù)合型人才的需要。為此，構(gòu)建了面向BIM技術(shù)的教學(xué)平臺，設(shè)計了面向大數(shù)據(jù)和人工智能的BIM應(yīng)用的綜合教學(xué)方案，在建筑電氣與智能化國家一流專業(yè)進行了教學(xué)實踐，學(xué)生課程體驗值較高，達到了提升BIM教學(xué)水平的目的，為同類專業(yè)在BIM復(fù)合型人才培養(yǎng)方面提供了參考。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；大數(shù)據(jù)；人工智能；教學(xué)體系

中圖分類號：G642.0 """""文獻標志碼：A """""文章編號：1005-2909（2024）01-0093-09

建筑業(yè)是我國國民經(jīng)濟的重要支柱產(chǎn)業(yè)。長期以來，我國建筑業(yè)一直存在工業(yè)化信息化水平較低、生產(chǎn)管理方式粗放、科技創(chuàng)新能力不足等問題，迫切需要集成BIM、大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，推進智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展。BIM人才缺失已經(jīng)成為建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級和智慧城市建設(shè)的制約要素之一。傳統(tǒng)的BIM教學(xué)體系已經(jīng)不能適應(yīng)新時代的行業(yè)需求。高校作為人才培養(yǎng)的搖籃，必須緊跟市場的迫切需求，結(jié)合大數(shù)據(jù)、人工智能等信息技術(shù)調(diào)整BIM教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)更多適應(yīng)行業(yè)發(fā)展需要的BIM人才。

一、BIM技術(shù)在國內(nèi)外的教學(xué)現(xiàn)狀

BIM是建筑設(shè)施物理與功能特征的數(shù)字化表達，并為參與建筑全生命周期的各利益相關(guān)方的所有決策提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。BIM技術(shù)是建筑數(shù)據(jù)的載體，也是建筑信息化和智慧城市大數(shù)據(jù)的重要內(nèi)容。近幾年，國務(wù)院、住建委、發(fā)改委、交通運輸部、水利部和各省市相繼推出了BIM實施指南、標準和指導(dǎo)意見等。住建部《關(guān)于推進建筑信息模型應(yīng)用的指導(dǎo)意見》中提出，“到2020年末，以國有資金投資為主的大中型建筑，以及申報綠色建筑的公共建筑和綠色生態(tài)示范小區(qū)，在新立項勘察設(shè)計、施工、運營維護中，集成應(yīng)用BIM的項目比率達到90%”^［1］。這一過程對BIM人才需求的持續(xù)時間長、應(yīng)用范圍廣，需求數(shù)量大。

BIM人才缺失已成為建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級和智慧城市建設(shè)的制約因素之一。2018年全國兩會代表提出：BIM技術(shù)人才需求旺，高校培養(yǎng)卻“缺位”，高校土木專業(yè)應(yīng)增設(shè)“BIM技術(shù)”課程^［2］。2019年人社部在《新職業(yè)—建筑信息模型技術(shù)員就業(yè)景氣現(xiàn)狀分析報告》中指出，預(yù)計未來五年我國各類企業(yè)對BIM技術(shù)人才的需求總量將達到130萬^［3］。

國內(nèi)外大中專院校相繼開設(shè)了BIM相關(guān)課程，并且出版了配套教材。例如：中國工程院丁烈云院士主編的《BIM應(yīng)用·施工》，中國工程院李建成院士編著的《BIM應(yīng)用·導(dǎo)論》，廣州優(yōu)比建筑咨詢有限公司CEO何關(guān)培主編的《BIM總論》，以及上海磐晟建筑工程有限公司主編的《Revit構(gòu)件制作實戰(zhàn)詳解》，墨爾本大學(xué)數(shù)字建筑高級講師Dominik Holzer編寫的《The BIM Manager's Handbook》，南加州大學(xué)建筑學(xué)院的Karen Kensek和Douglas Noble編著了《Building Information Modeling-BIM in Current and Future Practice》。現(xiàn)有的課程和教材主要涉及BIM基本概念、BIM建模、BIM在建筑全生命周期中的價值和BIM應(yīng)用案例四大方面。表1總結(jié)了國內(nèi)外部分具有代表性的BIM教材。這些著作適用于設(shè)計、工程管理、土木施工等專業(yè)的學(xué)生和教師參考使用。

綜上可知，現(xiàn)有國內(nèi)外的教材和課程偏向于培養(yǎng)學(xué)生的BIM建模能力、BIM管理理念等^［4］。然而，實現(xiàn)BIM真正價值的技術(shù)關(guān)鍵是協(xié)同推進BIM、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)在設(shè)計、施工、運營維護全過程的集成應(yīng)用。將BIM與大數(shù)據(jù)、人工智能相融合，實現(xiàn)工程和運維全過程的海量異構(gòu)數(shù)據(jù)的融合、存儲、挖掘和分析，從數(shù)據(jù)到信息、知識、決策和智慧，支持智慧建造和管理。由于學(xué)科交叉性，現(xiàn)有的BIM教材和課程很少涉及BIM與大數(shù)據(jù)、人工智能等協(xié)同應(yīng)用開發(fā)^［5］，難以培養(yǎng)既掌握BIM又精通新一代信息技術(shù)的復(fù)合型人才。這極大地制約了BIM技術(shù)在建筑全生命周期的集成應(yīng)用，成為建筑業(yè)現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型升級和智慧城市建設(shè)的人才瓶頸。當前，建筑電氣與智能化專業(yè)迫切需要培養(yǎng)建筑與信息化技術(shù)交叉復(fù)合型實踐人才。

北京建筑大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院開設(shè)了BIM技術(shù)與應(yīng)用和建筑信息模型（BIM）技術(shù)課程，使學(xué)生具備利用大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)開展面向BIM的程序設(shè)計和建設(shè)智能化系統(tǒng)的能力，響應(yīng)了國家、行業(yè)和市場對BIM人才的需求。同時，課程也培養(yǎng)了學(xué)生的計算思維，教會其利用計算解決實際問題、探索新問題。學(xué)校電氣與信息工程學(xué)院將BIM技術(shù)課程教學(xué)進行模塊化，分為BIM建模、BIM與大數(shù)據(jù)、BIM與人工智能等模塊。每個模塊對應(yīng)一個系統(tǒng)的知識體系，設(shè)計理論教學(xué)內(nèi)容和綜合性實驗項目，在建筑電氣與智能化國家一流專業(yè)的培養(yǎng)計劃中進行實踐。學(xué)生的調(diào)查問卷表明，課程體驗值較高，學(xué)生對于模塊化的BIM技術(shù)課程非常滿意。

二、BIM技術(shù)教學(xué)體系

BIM技術(shù)課程是建筑土木、計算機和管理等學(xué)科的專業(yè)課程^［6］。電信學(xué)院依據(jù)建筑電氣與智能化專業(yè)課知識模塊，形成面向大數(shù)據(jù)和人工智能的BIM應(yīng)用的綜合教學(xué)體系。該教學(xué)體系可以使學(xué)生系統(tǒng)地學(xué)習(xí)建筑電氣與工程項目全過程相關(guān)的綜合知識并加以運用；通過課程大作業(yè)、畢業(yè)設(shè)計^［7］等提高學(xué)生協(xié)同工作和實踐能力；了解行業(yè)與大數(shù)據(jù)、人工智能等前沿技術(shù)發(fā)展情況，理解和掌握最新科學(xué)技術(shù)；課程內(nèi)容安排鍛煉了學(xué)生計算思維，培養(yǎng)了學(xué)生獨立思考，以及運用計算思維解決問題的能力。

根據(jù)國內(nèi)外BIM教學(xué)研究成果和自身經(jīng)驗，在教學(xué)過程中將理論教學(xué)和實踐教學(xué)相結(jié)合，增加項目類作業(yè)，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用知識的能力，協(xié)同人工智能和大數(shù)據(jù)等前沿理論、方法和技術(shù)，實現(xiàn)BIM技術(shù)課程教育教學(xué)質(zhì)量提升。根據(jù)課程的教學(xué)要求，研究了課程知識點先后關(guān)系和重點內(nèi)容，構(gòu)建了完整的理論和實驗教學(xué)體系。首先，進行理論教學(xué)和實驗教學(xué)的分塊，研究如何將課程分塊，各塊獨立作為一個完整內(nèi)容；其次，完成理論教學(xué)體系內(nèi)容設(shè)計，研究每個模塊的主要內(nèi)容及具體的授課內(nèi)容和學(xué)時安排；隨后，完成實驗教學(xué)體系項目設(shè)計，研究每個板塊綜合性項目的具體要求及主要考查學(xué)生哪些方面的能力；最后，實現(xiàn)在線BIM技術(shù)應(yīng)用平臺建設(shè)。BIM技術(shù)教學(xué)大綱的主要內(nèi)容，如圖1所示。

對于BIM技術(shù)應(yīng)用的學(xué)習(xí)，需要強大的實踐環(huán)境。通過產(chǎn)學(xué)研結(jié)合建設(shè)的BIM應(yīng)用平臺，能夠為在校師生的BIM實踐教學(xué)提供大量的教學(xué)案例和項目設(shè)置，彌補了學(xué)校教學(xué)資源的不足。同時，也可以使學(xué)生參與實際項目模擬，了解BIM技術(shù)在項目實施過程中遇到的問題和解決辦法。除此之外，電信學(xué)院還不定期地邀請相關(guān)專家前來舉辦BIM技術(shù)專題講座。

在實際教學(xué)活動中，教師首先需要明確教學(xué)目標、任務(wù)和內(nèi)容；其次將課程內(nèi)容以問題形式進行呈現(xiàn)，設(shè)計實際問題情景，提出問題的切入點；接著將問題進行分解，劃分出重點和難點，并給予學(xué)生解決問題的一些信息。學(xué)生需要進行課前預(yù)習(xí)，查閱相關(guān)內(nèi)容；課上明確課程問題；運用計算思維分析并解決問題。學(xué)生將運用計算思維解決問題過程中遇到的難題及時與教師展開互動，教師針對問題進行講解并根據(jù)反饋適當作出調(diào)整。將計算思維貫穿整個BIM與大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)結(jié)合的知識體系中，輔助學(xué)生解決領(lǐng)域問題，使得知識掌握、思考過程和解決問題能力相互促進、共同提高。

三、BIM技術(shù)教學(xué)應(yīng)用平臺

產(chǎn)學(xué)研結(jié)合所建設(shè)的BIM技術(shù)教學(xué)應(yīng)用平臺，圍繞“BIM大數(shù)據(jù)并行計算框架與方法”“BIM數(shù)據(jù)融合”“BIM數(shù)據(jù)知識發(fā)現(xiàn)”“BIM數(shù)據(jù)可視化”等展開研究，能夠為在校師生提供面向BIM模型快速、簡易的數(shù)據(jù)服務(wù)。

（一）"BIM并行計算框架與方法

隨著項目的不斷推出和實施，BIM數(shù)據(jù)規(guī)模不斷擴大。BIM技術(shù)教學(xué)應(yīng)用平臺集成了一種BIM數(shù)據(jù)三角化方法，稱為BIMTriSer^［8］。該方法將原始IFC文件拆分為若干小的獨立IFC文件，并將這些文件分配到不同的硬件設(shè)備中進行解析，以減少解析時間和降低內(nèi)存需求。平臺基于該方法對學(xué)生上傳的模型實現(xiàn)自動解析，如圖2所示。如上傳文件為ifc，"txt，"doc等格式，則可以進行解析；反之，無解析狀態(tài)。

（二）"BIM全過程數(shù)據(jù)融合

BIM模型外輪廓提取是BIM數(shù)據(jù)分層、分級的重要途徑，可以滿足智慧城市建設(shè)對GIS和BIM融合的需求。平臺利用一種外輪廓檢測算法OutDet^［9］，選擇具有代表性的觀測點，將BIM模型投影在相同的坐標系中，檢測可見構(gòu)件。學(xué)生和教師利用平臺基于OutDet算法實現(xiàn)的功能，完成對上傳模型的外輪廓提取，如圖3所示。

（三）"BIM全過程知識發(fā)現(xiàn)

BIM是建筑大數(shù)據(jù)價值和知識發(fā)現(xiàn)重要組成。BIM技術(shù)應(yīng)用教學(xué)平臺以一種綜合柵格和拓撲特征的BIM室內(nèi)路網(wǎng)新模型及其路徑規(guī)劃方法^［10］為基礎(chǔ)，滿足BIM模型室內(nèi)路網(wǎng)提取和最短路徑規(guī)劃的教學(xué)需要，如圖4所示。

（四）"BIM全過程數(shù)據(jù)可視化

針對多終端BIM數(shù)據(jù)可視化所存在的問題，平臺綜合^［11］數(shù)據(jù)復(fù)用、壓縮等技術(shù)實現(xiàn)WebGL的多終端BIM可視化，滿足學(xué)生隨時隨地查看BIM模型的需求。用戶進入“我的模型”，點擊文件名稱，就可以在線預(yù)覽模型，如圖5所示。

BIM教學(xué)應(yīng)用平臺可以為師生提供BIM二次開發(fā)服務(wù)，對于編程基礎(chǔ)強弱的學(xué)生均適用。平臺的三維可視化引擎支持加載大體量模型并且不卡頓，加載速度較快，良好的視圖效果與UI交互模式給學(xué)生和教師提供了更加流暢完美的模型操作體驗。該引擎對資源庫進行了整體封裝，減少了開發(fā)代碼量。同時，平臺還為學(xué)生和教師提供了構(gòu)件高亮、透明、隱藏、模型分解、修改背景顏色等可視化功能。在實際使用中，學(xué)生只需要將模型Key和開發(fā)密鑰替換為自有的，就可以實現(xiàn)任意BIM模型可視化、操作和二次開發(fā)。下面介紹使用平臺研發(fā)的三維可視化引擎創(chuàng)建BIM模型可視化界面的過程。

（1）創(chuàng)建html頁面：創(chuàng)建模型容器viewport，設(shè)置顯示模型的窗口寬度為1 000像素，高度800像素。

（2）引入css：引入依賴的庫，BOS3D可視化層疊樣式表。

（3）引入js：引入依賴的庫，BOS3D可視化引擎。

（4）初始化：配置初始化參數(shù)option及實例化對象viewer3D。

（5）加載模型：設(shè)置用戶開發(fā)密鑰與模型Key參數(shù)，加載模型實現(xiàn)三維可視化。

四、BIM技術(shù)實踐教學(xué)實現(xiàn)

（一）"BIM原理與概念

1974年，Chuck Eastman提出的“building description system”^［12］是BIM原型，該系統(tǒng)在考慮建筑屬性基礎(chǔ)上，利用信息技術(shù)對圖形進行編輯和元素組成處理。目前，國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界對BIM并沒有形成統(tǒng)一定義。相比較而言，美國BIM標準委員會對BIM的定義更具有代表性，“BIM is a digital representation of physical and functional characteristics of a facility. A BIM is a shared knowledge resource for information about a facility forming a reliable basis for decisions during its life-cycle；"defined as existing from earliest conception to demolition”^［13］。

針對美國給出的BIM定義中的幾個關(guān)鍵詞：設(shè)施（facility）、數(shù)字化表達（digital representation）、功能和物理性質(zhì)（physical and functional characteristics）、共享知識資源（shared knowledge resource）、可靠基礎(chǔ)（reliable basis）、決策（decision），讓學(xué)生自由發(fā)言，談?wù)勛约簩@些詞的理解。為什么定義中并沒有涉及建筑一詞，BIM卻被定義為建筑信息模型？定義中使用facility一詞的原因？傳統(tǒng)的CAD也被用于三維設(shè)計，它與BIM有什么本質(zhì)區(qū)別？傳統(tǒng)的CAD也是涉及3D，與BIM有什么本質(zhì)區(qū)別？BIM的核心價值是什么？通過這一系列問題引導(dǎo)學(xué)生從BIM的定義中，更深層次地理解BIM定義及其中的幾個關(guān)鍵詞，糾正學(xué)生關(guān)于BIM只是建模的錯誤認識，激發(fā)學(xué)生探討B(tài)IM相關(guān)內(nèi)容的興趣。教師通過展示BIM技術(shù)全過程集成應(yīng)用的落地項目，直觀地讓學(xué)生理解BIM數(shù)據(jù)的感知、管理和使用。教師圍繞如何實現(xiàn)BIM感知數(shù)據(jù)融合、語義消歧、不同業(yè)務(wù)決策、小數(shù)據(jù)的獲取等問題，帶領(lǐng)學(xué)生明確BIM同CAD、數(shù)據(jù)和建筑等的內(nèi)在區(qū)別與聯(lián)系。

（二）"BIM建模

傳統(tǒng)的建筑電氣設(shè)計教學(xué)效果并不理想，主要是實際施工項目和教學(xué)中使用的是二維施工圖紙，教學(xué)方式是利用PPT展示施工現(xiàn)場的照片或者視頻，需要學(xué)生有一定的空間想象能力。BIM技術(shù)作為一種新型的建筑技術(shù)，可以將二維的圖紙轉(zhuǎn)換為三維建筑模型，改變了傳統(tǒng)的教學(xué)模式^［14］。BIM用于建筑電氣設(shè)計模塊教學(xué)內(nèi)容如下。

（1）建模軟件使用：完成Autodesk Revit軟件安裝，熟悉用戶界面、常規(guī)編輯命令、新建標高、軸網(wǎng)等操作；

（2）電氣系統(tǒng)建模及管線綜合優(yōu)化：進行CAD圖處理及鏈接導(dǎo)入與對齊；創(chuàng)建電纜橋架類型與過濾器，橋架建模；創(chuàng)建管線類型與過濾器，線管建模；碰撞檢測修改優(yōu)化模型；

（3）工程算量及注釋出圖：創(chuàng)建電氣系統(tǒng)、電氣設(shè)備、管線明細表；創(chuàng)建樓層平面；可見性/圖形設(shè)置，標記和尺寸標注；添加圖紙，出圖；

（4）MEP族設(shè)置：熟悉族編輯界面；添加族類別和族參數(shù)；設(shè)置族類型、參照平面和參照線；完成族構(gòu)件建模與驗證。

將BIM技術(shù)融入專業(yè)課程教學(xué)中，主要培養(yǎng)學(xué)生的BIM模型建造能力，通過模型加深學(xué)生對建筑電氣設(shè)計專業(yè)課程的掌握^［15］。在此基礎(chǔ)上，開設(shè)BIM技術(shù)課程設(shè)計，涉及BIM模型建立，供配電、照明、消防系統(tǒng)設(shè)計，最終學(xué)生既掌握了建模軟件的使用，還掌握了電氣圖紙的識圖與繪制等。更重要的是，學(xué)生通過建模可以更加清晰地了解BIM數(shù)據(jù)來源，并利用這些數(shù)據(jù)進行分析和研究。

（三）"BIM與大數(shù)據(jù)

BIM模型不僅包含空間幾何數(shù)據(jù)，還包含在建筑物各個工程階段積累的海量工程數(shù)據(jù)^［16］。隨著項目不斷推進，BIM模型的數(shù)據(jù)規(guī)模愈加龐大。如何在有限的計算資源和可接受的時間內(nèi)對BIM數(shù)據(jù)進行有效解析、計算和分析？解決這一問題需要BIM與計算機領(lǐng)域相結(jié)合，因此對擁有大數(shù)據(jù)處理技術(shù)的BIM人才需求直線上升。

BIM模型信息的利用是充分發(fā)揮BIM價值的重要途徑，信息檢索是信息獲取的重要手段。火災(zāi)發(fā)生時，消防人員需要快速定位建筑內(nèi)的消防栓和最近的逃生出口；設(shè)備故障時，對BIM模型所包含的信息進行實時、高效的檢索，是推廣BIM應(yīng)用場景下亟待解決的一個問題。

北京建筑大學(xué)智慧城市數(shù)字化研究室設(shè)計了一個BIM集成應(yīng)用平臺，將模型數(shù)據(jù)解析方法封裝為一個API，利用相應(yīng)的API接口對BIM模型導(dǎo)出的IFC（Industry Foundation Classes）文件進行處理。通過相關(guān)實踐課程內(nèi)容設(shè)計，使學(xué)生掌握利用Python程序如何調(diào)用已有API的能力，以獲取BIM相關(guān)數(shù)據(jù)信息。BIM數(shù)據(jù)處理結(jié)果如圖6所示。

Elasticsearch是一個基于Lucene的搜索服務(wù)器，提供了一個分布式多用戶能力的全文搜索引擎^［17］。學(xué)生通過項目實踐過程，利用Elasticsearch將BIM模型信息進行分布式實時存儲，并將每一個字段都編入索引，使其可以被索引，完成對BIM信息實時檢索與分析，便于處理海量建筑大數(shù)據(jù)。BIM與大數(shù)據(jù)模塊的實踐項目是設(shè)計BIM構(gòu)件檢索終端，包括網(wǎng)頁和手機app。要求學(xué)生利用上課過程中所使用的BIM教學(xué)應(yīng)用平臺，結(jié)合Elasticsearch全文搜索引擎設(shè)計網(wǎng)頁。網(wǎng)頁可以實現(xiàn)BIM模型可視化、BIM構(gòu)件一對多查詢，以及相關(guān)性評分最高的構(gòu)件高亮顯示。移動端app的功能在網(wǎng)頁的基礎(chǔ)上添加語音識別查詢。BIM構(gòu)件檢索終端應(yīng)用，網(wǎng)頁版和app版如圖7（a）、（b）所示。學(xué)生通過BIM與人工智能模塊的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計，掌握了網(wǎng)頁前端設(shè)計、前端與后端數(shù)據(jù)交互技術(shù)，并且在app軟件開發(fā)和設(shè)計網(wǎng)頁的過程中，通過考慮網(wǎng)站風(fēng)格、顏色搭配、版面布局等，培養(yǎng)了學(xué)生的想象力和審美能力。與此同時，學(xué)生在實驗的過程中掌握了超文本設(shè)計語言（HTML）、層疊樣式表單（CSS）、javascript語言、flash等設(shè)計工具，學(xué)生不僅可以實現(xiàn)多終端的BIM數(shù)據(jù)可視化，而且還可以利用已有的搜索引擎解決BIM數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)安全管理、海量數(shù)據(jù)檢索等問題，培養(yǎng)了學(xué)生通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，在龐大的數(shù)據(jù)庫中輕松找出有價值信息的能力，提高了就業(yè)競爭力。

（四）"BIM與人工智能

BIM技術(shù)可以管理、匯總建筑全生命周期內(nèi)的所有數(shù)據(jù)，如何對這些數(shù)據(jù)進行分析并加以應(yīng)用？答案是人工智能（Artificial Intelligence，AI）技術(shù)。國家將人工智能作為科技的重要發(fā)展方向，要求在2030年中國的人工智能技術(shù)研究與應(yīng)用走在全球的領(lǐng)先地位^［18］。在工程監(jiān)測領(lǐng)域，通過BIM技術(shù)建立結(jié)構(gòu)大數(shù)據(jù)模型，并結(jié)合AI系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)分析，可以有效避免或降低自然災(zāi)害造成的破壞。據(jù)了解，德國RIB集團打造了一款建筑人工智能解決方案McTWO，可實現(xiàn)對建筑全生命周期的數(shù)據(jù)流通和價值應(yīng)用。BIM和人工智能技術(shù)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)形成潮流，二者的結(jié)合必將促進建筑行業(yè)的大發(fā)展。

隨著BIM技術(shù)的推廣，室內(nèi)設(shè)計與BIM技術(shù)開始融合，設(shè)計師設(shè)計的室內(nèi)三維模型基本可以與裝修后的實際效果相媲美。但是，當客戶拿到一個喜愛的室內(nèi)設(shè)計模型后，通常會面臨如何找到與模型類似的實物這一問題。一般情況下，客戶會拿著效果圖到家具城進行逐一挑選，這樣會耗費大量的時間和精力。隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，在線上商城購物成為了很多人的首選；因此，一個能夠自動識別構(gòu)件種類并推薦類似產(chǎn)品的系統(tǒng)必將給用戶帶來很大的便捷。商品檢索是綜合了物體檢測、圖像分類以及特征學(xué)習(xí)的技術(shù)。

BIM與人工智能模塊的實驗內(nèi)容設(shè)計是將BIM模型中的構(gòu)件與網(wǎng)上商城的商品圖片進行匹配，如圖8所示。將AI技術(shù)與BIM技術(shù)結(jié)合，可以提高數(shù)據(jù)分析的效率，從海量數(shù)據(jù)中找出共性、潛在的知識和規(guī)律，解決BIM數(shù)據(jù)深度應(yīng)用的困難^［19］。學(xué)生通過該模塊的學(xué)習(xí)，首先可以掌握網(wǎng)站爬蟲的能力，對網(wǎng)上的商品圖片進行批量獲取；其次訓(xùn)練學(xué)生利用預(yù)先訓(xùn)練好的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型提取圖像特征的能力；最后幫助學(xué)生加深對計算構(gòu)件圖像特征與商品圖像特征的相似度方法的理解。2018年4月，教育部在《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動計劃》^［20］中將完善人工智能領(lǐng)域人才培養(yǎng)體系作為三大任務(wù)之一。由此可見，BIM與人工智能模塊的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計，響應(yīng)了國家政策號召，為智能建筑發(fā)展培養(yǎng)了掌握新興信息技術(shù)的BIM人才。

五、BIM教學(xué)效果評價

本文所設(shè)計的教學(xué)體系及相關(guān)實踐內(nèi)容應(yīng)用于電信學(xué)院建筑電氣與智能化專業(yè)培養(yǎng)計劃中，旨在培養(yǎng)學(xué)生掌握BIM基本概念、培養(yǎng)學(xué)生協(xié)同大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)開展面向BIM的程序設(shè)計及應(yīng)用能力和建筑信息化、智能化系統(tǒng)的建設(shè)能力。該教學(xué)體系具有較強的創(chuàng)新性和應(yīng)用前景，課程目標完全符合建筑電氣與智能化專業(yè)建筑業(yè)務(wù)系統(tǒng)開發(fā)及數(shù)據(jù)應(yīng)用人才的培養(yǎng)目標，提高了BIM建筑與建筑大數(shù)據(jù)相關(guān)課程的教學(xué)能力，提升了建筑運維應(yīng)用相關(guān)專業(yè)的教學(xué)水平，并且能夠為建筑類高校推廣BIM教學(xué)提供經(jīng)驗。

教師在本文所設(shè)計的教學(xué)體系上，采用了與課程相適應(yīng)的教學(xué)方法，借助各種教學(xué)手段提高課堂教學(xué)效果，根據(jù)學(xué)生反映情況及時調(diào)整教學(xué)。教學(xué)過程中，課堂氣氛活躍，師生互動積極，學(xué)生表現(xiàn)出濃厚的學(xué)習(xí)興趣，課程體驗感較好。學(xué)生課程評價較高，多數(shù)學(xué)生在接受系統(tǒng)教學(xué)后，具有了一定的智能化系統(tǒng)建設(shè)能力，紛紛表示愿意繼續(xù)學(xué)習(xí)BIM技術(shù)課程。電信學(xué)院還增設(shè)了與BIM相關(guān)的畢業(yè)設(shè)計，以促進知識能力轉(zhuǎn)化。學(xué)生綜合運用所學(xué)知識，結(jié)合實際獨立完成課題，知識的掌握程度、運用理論解決實際問題的能力、實驗?zāi)芰Α⒂嬎銠C運用水平、書面及口頭表達能力，以及事業(yè)心與責(zé)任感大大增強，綜合素質(zhì)得到了全面提升。

六、結(jié)語

BIM技術(shù)是工程信息化的關(guān)鍵使能技術(shù)。高校有必要將先進的信息技術(shù)手段與BIM相結(jié)合，提出面向BIM的大數(shù)據(jù)和人工智能應(yīng)用的教學(xué)體系，合理地安排課程內(nèi)容，選擇合適的教學(xué)應(yīng)用平臺進行教學(xué)。通過改進和完善教學(xué)體系，有效緩解了BIM復(fù)合型人才的供需矛盾，有力地推動了建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級、智慧城市建設(shè)和數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展。

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Integrating BIM with big data and artificial intelligence： a teaching practice in the emerging interdisciplinary discipline

ZHOU Xiaoping，"WANG Mengmeng，"WANG Jia，"YANG Na

（School of Electrical and Information Engineering， Beijing University of Civil Engineering and Architecture， Beijing 102616， P.R.China）

Abstract： Building information modeling （BIM） is a key technology for the digitization of smart city infrastructure. Its lack of talent has severely restricted the transformation and upgrading of the construction industry and the construction of smart cities. However， the existing BIM courses and teaching system are mainly aimed at architectural design and construction management. They can’t meet the needs of the country， the industry and the market for BIM compound talents combining “building + city”"with the new generation information technologies such as big data， artificial intelligence. Therefore， this article has established a teaching platform for BIM technology and designed a comprehensive teaching scheme for BIM applications oriented to big data and artificial intelligence. The teaching platform and scheme have been practiced in the national first-class major—building electricity and intelligence. Students’"course experience is good， the purpose of improving BIM teaching level has achieved， and it can provide reference for the cultivation of BIM compound talents in similar majors.

Key words： BIM technology; big data; artificial intelligence; teaching system

（責(zé)任編輯""梁遠華）

修回日期：2022-07-12

基金項目：北京建筑大學(xué)研究生教育教學(xué)質(zhì)量提升項目（J202007）；北京建筑大學(xué)市屬高校基本科研業(yè)務(wù)費項目（X20116）

作者簡介：周小平（1985—），男，北京建筑大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院教授，博士，主要從事智慧建筑、機器學(xué)習(xí)、建筑與城市數(shù)字孿生研究，（E-mail）zhouxiaoping@bucea.edu.cn。