基于BIM技術的應用型高校土建類跨專業聯合畢業設計探索與實踐

萬軍 吳浪 先知平

摘要：通過分析土木類專業畢業設計現狀，在數字化背景下，結合行業需求，將BIM技術應用于畢業設計實踐教學環節，構建聯合畢業設計教學實施體系，實現跨專業協同設計，各專業的同學都能充分演繹本專業工程師的角色，學生大工程意識、溝通能力、創新能力、團隊協作能力得到很好的鍛煉，使學生能適應信息化時代下工程建設行業對人才的需求。

關鍵詞：BIM；土建類；跨專業；畢業設計

Exploration?and?Practice?of?Cross-disciplinary?Collaborative?Graduation?Design?in?Civil?Engineering?Based?on?BIM?Technology?in?Applied?Universities

Abstract：?By?analyzing?the?current?situation?of?graduation?design?in?civil?engineering?majors?and?combining?with?industry?demands?in?the?digital?context，?BIM?technology?is?applied?to?the?practical?teaching?of?graduation?design，?and?a?collaborative?graduation?design?teaching?system?is?constructed?to?achieve?cross-disciplinary?collaborative?design.?Students?from?different?majors?can?fully?embody?the?role?of?engineers?in?their?respective?fields.?This?approach?allows?students?to?develop?a?better?understanding?of?engineering?consciousness，?communication?skills，?innovation?ability，?and?teamwork?ability.?It?helps?students?adapt?to?the?talent?requirements?of?the?construction?industry?in?the?information?age.

Keywords：?BIM;?civil?engineering;?cross-disciplinary;?graduation?design

現今，我們處于一個信息和技術飛速發展、知識迅猛增長的時代，建筑工程行業也得到重新定義。在數字時代景下，新技術不僅對傳統建筑工程設計提出了新的要求，而且當今建筑學科的發展伴隨著多學科領域如社會、經濟、能源、人文、地理的結合，正朝向跨學科的“大融合”趨勢發展。

社會在不斷發展，建筑工程行業也不斷地演變，需要工程師與建筑師應對不斷變化的工作環境和工作內容，以滿足社會的需求。這就要求土建類人才的職能也在持續拓展，原來根系化、碎片化和原子化的知識結構，與以分析式思維為主導的時代發展越來越不相適應，受到業界的批評[1]。許多國家正在實踐多學科融合的“大工程觀”教育運動，以增強學生的協同能力、交流表達能力和系統的工程訓練，使工程教育重回其真實性，得到業界廣泛關注。

通過結合國際上比較先進的工程教育理念，本文基于BIM（Building?Information?Modeling建筑信息模型）技術可以實現多專業協同設計，使畢業設計更加符合現代教育的系統性和實踐性要求[2]，使得學生不僅能夠充分體現出本專業工程師的角色，同時也可以鍛煉解決問題能力、團隊協作能力、并熟練掌握項目實施流程、節點控制等領域的相關知識，從而更好地融入即將開始的職業領域。

1土木類專業畢業設計現狀

地方高校土木工程類專業長期采用傳統的畢業設計模式，存在諸多弊端。比如選題有單一或相近的主題，大部分題目都是老師設計的，雖然結合了工程背景，但與實際工程情況有很大差異。目前土木工程專業的畢業設計主要集中在建筑設計、結構設計、施工組織設計、給排水工程設計、電氣工程設計、工程造價和工程招標等方面。各個專業方向相互隔絕，相互之間的合作和交流較少。因此在設計的實施中缺乏系統的思考，在解決具體問題時往往會遺漏一些細節，影響了設計過程的效率，學生的綜合應用能力得不到提高。

設計任務書由指導教師制定，一般指導8個學生左右，一人一題，選題多是多層鋼筋混凝土框架結構或鋼結構設計，較少選高層或超高層建筑，主要原因是復雜選題可能會導致大多數學生無法按時完成全部設計任務[3]。

此外，師生畢業設計過程缺乏有效溝通。一方面，學生在畢業設計的過程中缺乏向指導老師及時反饋的習慣，另一方面，指導老師也可能對學生設計工作沒有及時把控，這都可能導致最終的設計成果不盡如人意。

上述出現的問題導致畢業設計同質化現象極其嚴重，創新不足，工程實踐與實際工程要求差距較大。學生對工程的系統性和整體性缺乏理解，實踐技能落后于現代數字化的要求，不能滿足工程實踐和用人單位的需求。

BIM作為近幾年快速發展起來的建筑信息化的核心技術，是一種應用于工程設計建造管理的數據化工具。通過參數模型整合各種項目的相關信息，在項目策劃、運行和維護的全生命周期過程中進行共享和傳遞[4]。通過引入BIM技術，為土木類專業學生提供接近實際工程的學習環境，加強實踐能力，為將來從事BIM技術相關工作做好準備；同時也能夠幫助教師提高工作效率，促進BIM技術的使用和推廣，為社會培養更多實用性強的專業人才。

2聯合畢業設計教學實施

江西科技師范大學土木工程學院以區域經濟發展和行業需求為導向，以強化工程實踐能力為核心，為地方和國家培養了一大批土木工程專業技術人才和管理人才。為了適應數字時代需求，學院已逐漸將BIM技術納入課程體系中。本文基于BIM技術實現土建類跨專業聯合畢業設計。

2.1課程目標

創新畢業設計模式，實現多專業聯合畢業設計，踐行?CDIO?教學理念。對學生按照專業分組，對應工程參與主體完成相關工作，建立并充分應用?BIM?云平臺，發揮信息技術優越性實施聯合畢業設計，培養學生的大工程意識和協同工作、系統思維能力。

2.2構建項目組織機構

聯合畢業設計是以項目建設全過程為目標，課題負責人作為項目設計總負責人，將不同專業的老師、學生集合在一起構建一個項目設計部，來完成一個項目多專業設計任務。具體由建筑學、土木工程、建筑環境與能源應用工程、工程造價四個專業的同學協同完成項目中建筑、結構、空調、給排水、施工組織、造價等設計任務。

設計總負責人制訂項目設計總工作計劃，統籌安排、確定設計總目標，協調各方需求，完成畢業設計階段性審查和最終審核工作；各專業老師細化各專業設計任務、下達設計任務書，明確責任描述和交付成果，負責各專業方案制定、模型構建和施工圖設計全過程指導；各專業學生分別承擔相應專業的設計任務，根據設計總任務的進度計劃適時提交設計成果。

考慮到聯合畢業設計對學生的專業知識和軟件運用有較高要求，因此根據自愿參與的學生人數對學生進行擇優選拔。最后確定建筑學專業1名同學，土木工程專業1名同學，建環專業1名同學和工程造價2名同學組成畢業設計團隊，協同完成一個項目全過程設計任務。

2.3畢業設計流程

本項目采用中心文件的方式進行協調，團隊中每個專業的修改都實時的進行更新，構件的扣減比較準確。為了實現快速定位，提高裝配效率和精度，團隊采用了共享坐標系。此外，所有模型文件應采用統一的高程系統，以避免組裝后不同專業高程不一致的問題。

建筑學專業同學可以利用BIMSpace來進行系統的模型搭建。土木專業在廣廈當中進行結構計算然后導進Revit中來進行局部調整完成結構模型。機電專業利用BIMSpace當中的模型樣板文件來進行標準化的模型管理。機電專業整合鏈接建筑和結構模型的方式進行協調。依據設計完成的完整模型數據，造價專業完成工程量計算提交完整的全專業的招標工程量清單。工程管理方向完成總平面圖布置、施工場地布置模型、施工進度計劃、工序動畫、施工組織設計文件、施工模擬動畫、BIM5D相關數據內容。

3?BIM技術在畢業設計中的應用

案例項目為學校新建的藥學樓，建筑面積5800平方米，層數為5層，框架結構。土木工程學院BIM中心機房提供軟件和硬件支持，本項目主要采用的軟件有Revit、AutoCAD、鴻業BIMSpace、Navisworks、SketchUP、Fuzor、Lumion。Revit為本項目的核心BIM軟件平臺，AutoCAD、Naviswork、Fuzor、Lumion、SketchUP分別用于本項目數據查看輸出、碰撞檢查、虛擬漫游、視覺處理、以及局部三維表達。此外，廣聯達BIM土建計量平臺GTJ2021圖形算量軟件，廣聯達?BIM?安裝算量?GQI2021，廣聯達云計價平臺?GCCP6.0，廣聯達?BIM?施工現場布置軟件，廣聯達斑馬進度計劃編制軟件，廣聯達BIM工序動畫制作軟件，廣聯達BIM5D，BIM?云空間，BIMMAKE、BIMFACE軟件，造價和工程管理方向同學必須掌握。

3.1全專業模型搭建

利用所見即所得的形式，項目設計、建造過程中的溝通、討論、決策都在可視化的狀態下進行。各專業通過BIM軟件建筑出平面圖后合模，相應各專業立面、剖面、三維視圖隨即生成，過程可視化，結果同樣可視。

3.2設計查錯優化及凈高分析

運用Navisworks軟件對模型進行碰撞檢查，發現碰撞后BIM各專業同學將碰撞記錄并整理成文，轉給其他設計專業進行復核，進行優化設計，然后在模型中進行修改。

通過BIM各專業綜合管線優化，合理排布管線，有效控制凈高，保證裝修施工完成面，減少后期返工及現場各專業糾紛問題。本項目核查碰撞部位逾千個，通過凈高分析，更加形象、直觀、準確的表現每個區域的凈高，為后期裝修設計提供數據支撐，可以有效降低層高。

搭建設計階段全專業BIM模型，發現設計圖紙問題共計46處，可以減少施工階段的設計變更，避免材料浪費。通過模型匯總核查，共計發現預留預埋洞口35處，可以減少施工階段二次開洞，保證主體結構的美觀性，減少浪費。

3.3造價階段

通過BIM模型精確獲取實物工程量共計12種類型，主要包括三通一平、混凝土、管道及管路附件、預埋預留洞口、防火門等實物工程量。將模型和數據直接接入專業預算軟件廣聯達，利用BIM可以實現模型的實時工程量統計，在保證使用功能的前提下，減少工程量可以最大限度的控制成本。

3.4施工階段

將建筑Revit模型及GTJ模型導入BIMMAKE轉換成為施工BIM模型，創建真實的主體結構模型，為精細化的場布奠定基礎。通過這種直接導入的方式，實現模型一模多用，避免重復建模。

對施工場地各階段布置的三維模擬，使場地布置方案得到事先預演，明確各施工機械空間位置，場內道路布置走向，提高現場機械的覆蓋率，降低運輸費用及材料的二次搬運，保證各施工階段施工場地的高利用率，合理優化空間、提高安全性及便捷性。

BIMMAKE自帶渲染引擎，可以完成高質量渲染圖片與動畫，模型上傳云端，可輕量化瀏覽模型，方便交流。

3.5項目BIM管理平臺

利用BIM5D平臺進行施工管理，可以利用3D、4D?（3D模型+時間）、5D?（3D模型+時間+費用）模型在投資者、業主、設計師、施工方、預制方、設備提供方等項目參與方之間進行溝通，從而節省決策時間，減少誤解造成的錯誤。

通過BIM技術引入設計過程中，使設計變成一個系統化、規范化的過程，從而提高設計效率和水平。設計可以采用多種方式進行，不僅可以在建筑模型上進行操作，還可以在模型中直接進行詳細分析和批量修改，大大提高了設計效率。

同時，畢業設計工作量也可減少，可以將過去耗費大量時間的設計圖紙繪制及管理的工作量減少，圖紙繪制時可以直接從模型中生成，節省了操作時間。此外，還可以更好地及時發現設計問題，找到解決設計問題的方法，避免設計失誤。最后，可以為學生提供一個客觀可靠的設計成果評價標準，幫助指導老師更好地把握學生畢業設計的進度。

4存在的問題及改進建議

1.小組成員缺乏實際項目經驗，對施工現場實際情況了解不夠深入，導致很多工作開展進度緩慢。例如對于工地現場臨時設施的布置，使用軟件模擬得出的工程現場效果與實際場地存在差距，電腦模型的觀察效果與現場實際也無法做到匹配，學生往往在進行場地布置時只能做到從書本上的理論知識出發。對此指導老師應加強與學生的交流，在前端課程加強現場實訓，加強校企合作。

2.應用的軟件較多，軟件間的數據傳輸會不同程度地導致數據丟失，加大工作量。聯合畢業設計使用各種?BIM?類軟件共計?20種，其中不同品牌軟件之間進行模型傳遞只能借助?IFC?插件，但是往往會出現數據丟失的情況，甚至出現一些構件移位或者消失。對此問題，只能要求學生加強軟件操作的細節把控。

3.時間安排困難。各專業工作從工作程序上來講存在時間先后關系，而按照學校統一的教學安排，各個專業的畢業設計時段是一樣的。對此問題，團隊設計了詳細的工作計劃，并把畢業設計工作提前至大四上學期，建筑方案統一提供，從而保證了各專業都能及時開展工作。

結語

BIM技術已成為建筑業數字化轉型的關鍵技術，目前行業對BIM人才的需求逐年增大，地方高校理應積極響應國家政策的倡導，重視BIM人才的培養，為地方企事業單位輸送大量掌握BIM技術的人才，填補高校在BIM人才培養方面的“缺位”。本次基于BIM技術跨專業聯合畢業設計契合了現代工程教育的要求，學生既掌握為了新技術，又實現一次全專業，全過程真實案例預演。學生解決問題的能力、專業協作能力、關鍵節點把控能力得到了很好的鍛煉。畢業設計過程中學生熱情很高，順利完成畢業設計任務，達到了預期效果，為大規模聯合設計提供了經驗。

參考文獻：

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• 丁昶，王丹丹.多專業聯合畢業設計模式的思考[J].工業設計，2022（01）：39-41.
• 孫傳智，喬燕，郞?.BIM在土木工程專業畢業設計中的應用探索[J].教育教學論壇，2020（13）：248-249.
• 胡燕利.基于BIM技術的電力工程造價管理研究[J].通訊世界，2019，26（08）：231-232.

基金項目：2021年江西省教育廳高等學校教學改革研究課題“基于BIM-CDIO的地方高校土建類跨專業聯合畢業設計模式探索與實踐”（JXJG-21-10-31）

作者簡介：萬軍（1979—??），男，漢族，江西南昌人，碩士，講師，主要從事土木工程專業教學與科研。