基于BIM技術的工程管理類人才建筑信息化技能培養研究

張 恒, 鄭兵云,王志遠,丁華軍,唐根麗

(安徽財經大學管理科學與工程學院,安徽 蚌埠 233030)

1 研究背景

隨著以數字經濟為代表的新業態、新模式、新理念等的不斷迭代與深入發展,制造業、建筑業等國民經濟支柱產業在不斷發生變革,新一代信息技術、數字技術在工程建筑領域也在不斷發展與融合,我國建筑行業信息化應用水平有了較大程度提高。眾多復雜工程與超級工程項目的設計建設管理都需要建筑信息化手段來實現,以智能建造與建筑產業化為代表的建筑信息化轉型發展模式已初露鋒芒[1]。建筑信息化是中國乃至世界未來十幾年工程建筑領域的重要變革方向之一,而形式變化多樣、結構設計復雜的現代建筑物產品特征決定了工程項目具有涉及部門人員較廣、信息資源要素較多、材料用量相對較大、組織結構相對繁雜等諸多特點,建筑信息化的快速推廣能夠保證工程項目在投資決策、規劃設計、施工建設、運營管理等各個環節的高效運行。

目前我國工程建筑領域的建造技術水平與項目數量已邁入世界建造大國行列,但建筑行業信息化投入水平仍然較低,工程領域信息化數字化轉型仍有較大空間。建筑信息化應用主要是指工業化生產模式與技術(以裝配式建筑為代表)和信息化技術與資源(以建筑信息模型技術為代表)的協同應用。要想邁入智能建造世界強國行列,仍需要一系列的政策幫扶引導、技術創新支撐與人才供給支持。建筑信息模型(BIM)技術作為實現建筑信息化的主要手段與關鍵技術,通過搭建包含工程項目所有數據信息的虛擬仿真模型,呈現出可視化、協同性、模擬性等特征,主要應用于工程設計、施工及運營管理等全生命周期階段[2]。

在智能建造與建筑產業化背景下,建筑信息化已成為不可避免的發展趨勢,行業與社會對信息化人才的技能水平要求也會越來越高,而現階段建筑信息化應用人才的匱乏成為阻礙建筑信息化快速發展的重要因素。近年來,雖然許多高校已開設了智能建造、BIM技術等新興專業,但仍難以彌補行業及崗位人才需求缺口。工程管理類專業人才培養目標與建筑信息化的契合度較高,且目前已有500多所高校開設了工程管理類本科專業,要想在短期內提升建筑信息化應用人才的數量與質量,融合BIM技術的工程管理類專業建筑信息化技能人才培養成為關鍵所在[3]。

2 工程管理類人才建筑信息化技能培養的現實困境

新一代信息技術與建筑信息化相關產業日益發展,迫切需要擁有建筑信息化技能的高素質應用型人才。相關建筑類本專科院校聯合協會學會、產業聯盟、BIM軟件公司等,充分結合學校自身的辦學特色與相關組織的資源優勢,紛紛開展了建筑信息化技能緊缺人才培養改革試點示范工作,積極探索工程管理類專業建筑信息化技能創新型人才培養模式,取得了一定的成效[4]。但目前高校工程管理類專業人才建筑信息化技能培養還存在以下幾個問題。

2.1 建筑信息化技能的專業知識邏輯體系亟待梳理

面對智能建造與建筑產業化所引發的建筑領域信息化技術變革,審視傳統工程管理類專業人才培養的知識結構體系,梳理出一套完善的建筑信息化技能專業知識邏輯體系是培養創新型工程管理類人才的首要任務[5]。在工程管理類專業人才的培養過程中,通過多學科知識的融合與相互嵌入,形成了全面而綜合的能力體系。其中,工程建造技術、經濟管理素養與信息化軟件應用技能的有機結合,構成了目前眾多高校工程管理類專業人才培養的核心能力架構,其目標是提升學生會使用信息化軟件、會操作信息化軟件、會應用信息化軟件,以此來解決工程建造及項目管理等實際問題,屬于建筑信息化技能的基礎能力。工程建造技術與BIM軟件系統開發技能的深度融合,使得工程管理類專業人才能夠在工程實踐過程中敏銳地識別核心技術問題,并提出創新性的信息化解決方案。專業人才不僅能夠與BIM軟件開發團隊進行高效溝通,甚至具備獨立進行軟件二次開發的能力,這種能力標志著其在建筑信息化領域的專業技能達到了一個更高的水平,屬于建筑信息化技能的高階能力,這是目前行業急需的建筑信息化人才應具備的知識能力,也是BIM軟件開發企業急需人才應具備的知識能力[6]。

2.2 建筑信息化技能的專業課程體系尚未完善

建筑信息化技能培養不僅需要傳統工程管理類專業課程,更需要增設融入BIM技術的建筑信息化專業課程和軟硬件開發類信息技術課程,不斷將專業課程體系圍繞建筑信息化技能進行更新,形成課程結構合理、課程模塊多元、課程內容協同的專業課程結構體系。目前,在工程管理方面,大多數高校的專業課程設置尚處于發展階段,僅僅是將BIM技術融入某些專業課程或教學案例中。應根據培養目標要求,重新規劃課程體系,將應用軟件與系統開發技術科學地引入課程教學,開設必要的新課,改革核心課程教學內容[7]。比如,要明確哪些原有專業課程需要增加BIM技術知識,專業課程間及課程群間如何通過BIM模型進行銜接,新增哪些BIM技術課程及信息技術開發類課程,進而形成科學的建筑信息化技能專業課程結構體系。

2.3 建筑信息化技術的實踐創新能力培育較為欠缺

實踐是工程的本質,是創新的基礎,也能促進多學科知識交叉融合。目前工程管理類專業的理論教學內容與實踐教學環節缺乏緊密聯系,實踐與創新能力培養環節缺少能夠適應建筑信息化技術的全真實訓環境,導致教學效果與培養目標、畢業要求、行業期盼等存在一定差距[8]。新工科建設背景下工程教育模式的最大特點在于注重對學生實踐創新能力的培養,而現階段的實體實驗室環境雖然能提供直觀與真實的實踐與創新環境,但難以實時跟蹤和反復模擬工程項目內外部環境變化所產生的動態影響過程,且潛藏著一定程度的安全風險。工程實踐訓練與創新能力培養等環節較為缺乏,導致專業學生的創造性思維與團隊協作能力相對缺失。而依托BIM技術的全真虛擬仿真教學環境能夠充分獲得基于物理真實環境的學習體驗與實踐成效,且具有較強的模擬性、動態性、反復性及真實性[9]。因此,地方高校在工程管理類專業改革建設過程中,應積極主動聯系建筑領域BIM技術類企業,整合校內外各類教學資源,通過多種形式打造課程共建、師資共育、項目共做的校企深度融合范式,形成有效的校企協同育人實踐創新能力培養機制。

2.4 建筑信息化技能的人才培養方案仍不清晰

目前高校工程管理類專業創新人才培養體系缺乏全面有效的供給保障,以信息技術與智能終端使用、真實情景與虛擬仿真教學結合為主的課程教學模式層出不窮,但仍未有明確的以建筑信息化技能培育為主體的專業課程教學模式的頂層規劃,相應的人才培養方案也不清晰[10]。現行人才培養方案中,BIM技術的應用程度相對較低,課程融合方式相對落后,作用效果相對欠缺。比如,BIM技術多用于項目決策設計階段的三維模型構建和招投標過程中的BIM技術方案設計,在施工質量控制、進度控制、安全管理和成本管控等方面運用BIM技術的課程教學案例不多。新的工程管理類人才培養模式應主要關注建筑信息化技能要素的養成,促使建筑信息化技能要素在專業課程實踐教學、創新能力培養、團隊協作創新等方面的有效落地,這要求新的人才培養方案緊密銜接和有機融合BIM技術,以滿足建筑信息化技能培養的需求。

3 基于BIM技術創新工程管理類人才建筑信息化技能培養模式

工程管理類人才建筑信息化技能要求從業者不僅能夠熟練高效地運用各種相關專業軟件完成工程項目實際業務工作,還需要具備建筑信息化軟件二次開發的思維與能力,以便將建筑信息化軟件與其他信息技術工具緊密集成,從而有效解決復雜的工程技術問題。因此,行業與產業對人才的建筑信息化技能提出了新要求,既要具備建筑工程領域的通識知識與技術,又要具備與建筑信息化技能相關的信息化軟件應用與技術開發能力,以及解決工程實際問題的團隊協作與實踐創新能力,以突破建筑信息化技術深度應用與產業快速變革所面臨的人才短缺壁壘。而BIM技術應用場景與建筑信息化技能需求具有顯著關聯性,以BIM技術為代表的數字化、網絡化、智能化、信息化技術,為高校工程管理類人才建筑信息化技能培養提供了切實可行的實現路徑[11]。

3.1 依托BIM技術開展建筑信息化技能培養的可行性

在智能建造及建筑產業化背景下,時代轉型發展、產業升級改造、崗位技能需求等都對工程管理類人才建筑信息化技能產生沖擊。工程項目的建筑信息化轉型指以“工程實體建設”和“數字化資產建設”為基礎,實現工程實體數據的實時性讀取、智能化操作、可視化顯示、集約化管理等,全面實現工程項目的動態化、可視化與智能化[12]。BIM技術作為一種直接應用于各種工程設計、建造、管理活動的數據信息化工具,可在項目全生命周期過程中進行數據資源共享以及項目動態管理,能夠有效實現項目各參與方的協作溝通和信息交流,在持續提高行業生產組織效率、節約管理成本開支和顯著縮短項目工期等方面具有重要作用。比如,在決策設計階段,通過利用數據模型進行模擬仿真和方案對比,實現設計方案智能分析與決策優化;在施工建造階段,能夠推進智慧工地建設、綠色裝配式結構施工、結構碰撞檢查分析等;在項目管理與運營服務階段,利用工程造價管理軟件進行項目全生命周期成本管控,利用BIM5D信息模型對工程項目進行安全監測、能耗檢測和日常維護管理等。

BIM技術具有模擬性、可視化和協調性等特點,可將BIM技術應用到工程管理類專業課程教學與實踐教學活動中。學生利用BIM技術進行模型構建、軟件應用與技術開發等工作,結合專業實踐實訓與學科競賽活動,掌握項目設計、施工與管理等階段的建筑結構設計、施工組織模擬、工程計量計價、工程項目管理等具體專業知識內容。基于此,對工程管理類專業人才培養目標與培養方案進行改革,使其適應智能建造與建筑產業化背景下的建筑信息化技能需求。重點進行專業課程體系與實踐教學創新,主要圍繞BIM技術入課、綜合實踐能力訓練、建筑信息化技能提升等方面開展專業教學改革,通過校企合作協同育人、混合式教學模式等進行教學內容達成與教學模式創新,促使建筑信息化技能培養能夠真正落地實現。

3.2 利用BIM技術構建“五位一體”的建筑信息化技能培養模式

BIM技術驅動下的工程管理類人才建筑信息化技能主要包括:工程技術建造能力,即掌握相關的工程施工工藝、項目建造技能、項目組織管理能力等;信息化技術運用與開發能力,即掌握包括BIM技術在內的信息化技術,注重主流BIM軟件的應用與二次開發能力培育;綜合實踐創新能力,即在項目實踐過程中培養團隊協作與綜合創新能力,尤其注重信息化技術與工程管理專業知識的融合協同應用;全過程項目管理能力,即具備利用BIM模型進行上下游專業協同、數據協同、知識協同、管理協同、過程協同的全過程項目管理能力[13]。

要想培育上述建筑信息化技能,必須進行工程管理類人才培養模式改革,總體實施思路是構建“五位一體”的建筑信息化技能培養模式。具體來說,以打造BIM綜合實訓創新平臺為人才培養基礎支撐,以優化專業實踐課程體系為能力實現核心路徑,以專業實踐與學科競賽訓練為關鍵教學環節,以項目實習與科研創新研究為能力進階方式,以校企合作與協同育人為技術資源支持,實現工程管理類人才建筑信息化技能的培養目標,培育出滿足時代要求、產業需求與行業訴求的高素質創新型建筑信息化人才。具體的“五位一體”培養模式如圖1所示。

圖1 工程管理類人才建筑信息化技能“五位一體”培養模式

4 融合BIM技術提升工程管理類人才建筑信息化技能的路徑

4.1 打造基于BIM技術的一體化綜合實訓創新平臺

BIM技術與工程建造技術深度融合背景下,高校更加注重培育學生工程建造能力、創新管理能力和信息化應用能力。BIM技術涉及建模設計、施工模擬、計量與計價、招投標與項目管理等項目全生命周期各環節,基于此,高校應以BIM軟硬件平臺為載體,以校企合作共建為抓手,以虛擬仿真技術與課程教學相結合為手段,將BIM技術、虛擬仿真、數字建筑等信息化技術應用到專業課程理論教學、實踐教學與課程設計、項目實踐與學科競賽、橫向課題與科研創新項目研究等環節,創建融合BIM技術的一體化專業教學模式。以此為基礎,打造基于BIM技術的一體化綜合實訓創新平臺,具體涵蓋建筑物理實體模型、虛擬仿真軟件、BIM技術軟件、BIM技術開發平臺等資源。可以利用平臺加強學生BIM軟件學習體驗,培養學生BIM綜合實踐與創新能力,滿足智能建造和建筑產業化背景下的工程管理類人才建筑信息化技能需求。

4.2 優化多學科交叉融合的專業實踐課程體系

利用BIM技術可以開展建筑結構設計、工程項目施工模擬、工程計量與清單計價、全過程項目管理以及VR全景仿真等專業課程教學,通過BIM技術資源優勢與專業技術課程教學環節的緊密結合,構建一個或多個融入BIM技術的真實工程項目教學案例模型,達到多學科專業知識與技能間協調發展的整體要求,從而形成基于BIM技術的多學科交叉融合的專業課程教學體系,最終打造出“all in BIM”的一體化專業課程教學模式[14],使學生系統了解工程項目實況,激發學生專業課程學習熱情,達到較好的實踐教學效果。總體來說,可以將專業課程體系分為工程技術類課程、工程管理類課程、BIM技術類課程以及信息技術類課程,具體如圖2所示。

圖2 融合BIM技術的工程管理類專業課程體系

4.3 形成專業實踐與學科競賽相貫通的實踐育人模式

專業實踐與學科競賽密切相關、相輔相成,是專業課程知識的進一步總結與凝練,能夠有效提高學生實踐創新能力。因此,要積極探索創新教育與專業教育融合模式,充分挖掘和不斷豐富創新創業教學資源,借助專業實踐與學科競賽等實踐育人方式進一步提升學生創新創業素養,促進知識與技能糅合、理論與實踐結合、專業與創新融合。具體來說,可以利用學生課程設計、生產實習、畢業實習、畢業設計等集中實踐實訓環節,與業界實際工程項目掛鉤,利用BIM軟件、BIM實訓平臺及BIM企業資源,組成“校—企—師—生”實踐共同體,校企雙方共同出題,師生共同答題,以此訓練學生的綜合實踐能力、創新思維、團隊協作意識等,促使學生真正掌握BIM技術[15]。此外,組織學生參加全國高校BIM畢業設計大賽、全國先進成圖與產品信息建模大賽等國內相關建筑信息化技術專業競賽。這些比賽主要圍繞實際工程項目,利用BIM軟件進行實踐操作和應用,提高學生對信息化知識的掌握與應用能力,踐行實踐育人的培養特色;組織學生參加“互聯網+”、挑戰杯等各類綜合性創新競賽,督促學生利用專業技術知識與建筑信息化知識,通過問題調查分析、團隊交流協作、模型設計與優化、軟件應用與技術創新等手段,培養學生的綜合實踐創新能力。

4.4 強化項目實習與科研創新研究訓練

建筑信息類企業作為高校與業界的溝通橋梁,往往更了解業界的崗位能力訴求與高校的人才培養短板,建筑信息類企業的BIM工程項目案例與BIM軟件二次開發更具有實際作用與創新意義。因此,應通過加強與建筑信息類企業的橫向課題合作,在企業訴求與專業培養的相互博弈中尋求突破點與落腳點,推進專業與企業產學研合作的強度與深度,鼓勵學生參與橫向課題項目的技術研發和實踐創新,在真實、復雜、開放的項目環境中不斷挖掘與培育學生的BIM創新能力。此外,專業教師要積極指導學生申報國家級、省級大學生創新創業項目和校級大學生科研創新基金項目等,提高學生的科研創新能力,在科研課題研究過程中鍛煉學生的工程實踐能力、軟件應用能力、團隊協作能力和科研探索能力,為培養領軍型工程技術人才奠定基礎。

4.5 深化校企合作協同育人機制建設

在校企合作協同育人的企業選擇層面,選擇廣聯達、品茗、斯維爾、魯班等國內BIM技術公司進行深度合作。這些企業主要從事信息化技術研發與工程教育,熟悉高校工程管理類專業人才培養模式,掌握行業前沿技術與工程實踐需求。在校企合作協同育人的合作內容層面,校企雙方共同擬訂人才培養目標并設計培養方案,共同開發與建設BIM技術類課程、信息技術類課程的教學資源與教學案例庫。此外,畢業設計選題、生產實習內容等原則上必須來自企業實際研發或工程實際項目[16],確保校企協同育人內容走深走實。在校企合作協同育人的創新渠道層面,與企業共建BIM綜合實踐創新平臺,共享平臺資源,積極開展產學研合作與橫向課題研究,合作開展工程管理咨詢與BIM技術等社會服務項目。

5 結語

長期以來,人才結構性缺乏是制約工程建筑領域信息化發展的內在因素之一。因此,針對建筑信息化技術的特征,探索面向建筑信息化技能的工程管理類專業創新型人才培養模式至關重要。本研究通過分析以BIM技術為代表的建筑信息化技術對工程建筑領域的沖擊,以及對工程管理類人才建筑信息化技能的影響,解決專業培養模式中建筑信息化程度融入不足、實踐教學與創新訓練不完善、校企協同育人融合不強等突出問題,結合工程管理類專業人才的培育目標與建筑信息化人才的市場需求,打造BIM綜合實訓創新平臺,重構融合BIM技術的專業課程體系,構建實踐教學與學科競賽相結合的實踐育人模式,開展項目實踐與科研創新活動,加強校企合作與產教融合機制,以此打造“五位一體”的建筑信息化技能培養模式,著力提高工程管理類人才建筑信息化技能。