BIM仿真在工程項目管理課程教學改革中的應用研究

鐘 煒 張馨文 姜騰騰

(天津理工大學管理學院，天津 300384)

1 概述

2 BIM技術在國外教學改革實踐應用

BIM是近年來在建筑行業(yè)廣泛推行的一種新型技術，國外很多高等院校也將其作為輔助手段引入教學當中，美國多所高校在BIM方面開設了相關工程實踐課程，使學生掌握綜合項目交付過程，以滿足建筑行業(yè)的要求。例如，美國亞利桑那州立大學是將BIM課程開展比較好的高校之一，他們善于利用講座與實驗室相結合的方式，注重學生的理論與實踐相結合的具體的動手能力，并且他們的講座不僅僅是由他們的老師進行講解，也會邀請一些專業(yè)人士進行更加富有實戰(zhàn)性的講解。使得學生充分了解從事這個職業(yè)所需要的基本素質和融入這個行業(yè)的具體內在和外在的要求，與此同時，在人際關系交往的鍛煉機會、企業(yè)實習機會、工作機會也都會接踵而來。

德克薩斯A＆M大學工程建設科學學院從2004年以來一直為學生開設關于BIM的兩門課程。一門課程是為了本科生開設的，另一門課程是為了研究生開設的。這些課程將BIM定義為3D－2D模型集成信息的過程。在這個班級里學習的學生們需要熟練地會使用 Autodesk Revit，Google Sketch-Up，Google Earth，Autodesk，Navisworks等相關軟件，最終實現(xiàn)一個4D集體建設序列模型。

賓夕法尼亞州立大學建筑工程系在BIM教學方法上也十分出色和富有成效。他們的優(yōu)勢之處在于將所有學生進行分組來實現(xiàn)IPD(集成產品開發(fā))操作。學生在這種實踐操作相互學習，相互學習，相互協(xié)作，最終及時的交付成果。通過團體工作的氛圍，使得學生懂得無論他們有多少知識、無論他們的工作有多艱難，但他們仍然是彼此的財富，相互不可分割，在學習到知識的同時也深刻理解了團隊協(xié)作的重要性。而BIM課程中重要的一部分就是學會團結協(xié)作的精神。雖然個人用軟件技能、知識、天賦能創(chuàng)造出一個獨特的設計，但是最終交付的成果仍然需要整個團隊的努力。

與之相比，中國高校運用BIM開展教學改革上還處于初步階段，就目前而言所面臨的瓶頸是，由于社會上很缺乏能教授BIM課程的專業(yè)教授，所以提供BIM課程的難度確實很大，從而導致國內大部分高校建筑及施工管理類專業(yè)沒有開設這門課程。根據(jù)現(xiàn)有幾所高校在BIM課程中的不斷摸索和改革中發(fā)現(xiàn)，解決問題的最好的方法就是將BIM可視化仿真技術應用到實際教學當中，運用其信息處理及動態(tài)仿真的特點，將課程中書面文字轉換為生動立體的可交互式施工現(xiàn)場模擬場景。

3 BIM可視化仿真教學方法實施方案模式設計

通過廣泛的調研及征求校內外意見，為了達到實際的應用效果將BIM可視化教學方法結合工程項目管理理論知識，設計該課程的教學改革思路應遵循如下原則:

1)模仿實際工程項目的工作環(huán)境和施工條件，培養(yǎng)分析和解決問題、協(xié)作和應變能力;

2)可視化工程動態(tài)仿真演示，對工程項目形成系統(tǒng)的、全面的、整體化的管理理念;

3)模擬自身所處的工程參與身份、工作內容、責任等，通過角色模擬，掌握工程項目建設全過程及整體系統(tǒng)。

要將BIM技術運用到《工程項目管理》課程教學工作中，就需要懂得課程范圍內基本知識，比如BIM的基本工作原理、基本的實現(xiàn)方式和常用的軟件等?？紤]到一定的自學能力是大學生都已經擁有的，因此在組織《工程項目管理》課程的BIM教學工作中作如下規(guī)劃安排:①對于項目管理和BIM方面的重點概念、技術、原則、理論和實踐分析方法，詳細的講授對教師們來說是必須的;②對于項目管理和BIM方面的基礎知識、操作方法和專業(yè)技能，扎實的基礎對學生來說是必須具備的，不能給將來的具體工作留下可能的隱患;③通過分析項目管理和BIM相結合的綜合性案例，搞清相關因素各方面的關系是學生必須實現(xiàn)的，使學生盡可能學會將定性分析方法與定量分析方法相結合;④由于這門學科涉獵知識范圍較廣，在教學過程中，學生難免會出現(xiàn)對專業(yè)知識困惑不解的情況，所以建議在教學條件允許的情況下，引入BIM技術手段輔助教學，通過模擬課外實踐環(huán)境，以達到更好的教學效果。在針對這門課程進行的教改中，我們在教學形式上進行一定的改革創(chuàng)新，具體實行“課堂結合案例進行講授+多媒體輔助教學+課程設計(可視化仿真建模)+現(xiàn)場實踐”的模式，如圖1，圖2所示。課堂教學，即是根據(jù)綜合實際項目工程案例，并加以強化各個章節(jié)的重點內容，有針對性講授專業(yè)知識。

綜上所述，在水利工程建設過程中一定要加強對水利工程建設質量與安全的監(jiān)督管理，并且根據(jù)存在的質量與安全問題采取相應的改進措施，構建有效的水利工程建設質量與安全監(jiān)督管理體系，促進我國經濟的發(fā)展，提高我國人民的生活水平。

圖1 辦公樓模擬

圖2 辦公樓部分施工階段模擬

在此階段中，學生們也鍛煉了邏輯水平及分析能力。教學內容不但包括工程項目的過程管理、質量、進度及造價管理、安全環(huán)境管理、信息管理、竣工驗收及后評價等，還包括BIM技術的基本原理、應用、常用軟件的掌握等。由于結合了BIM技術的多媒體教學具有形象生動逼真、虛擬和現(xiàn)實相結合的特點，學生們如身臨其境，對于教材的部分章節(jié)，將采用BIM模擬、多媒體錄像或實景拍攝相結合的新型教學方式，比如建筑施工現(xiàn)場管理、建筑施工料具管理、建筑施工現(xiàn)場健康、安全、環(huán)境的模擬等。

本課程除講授36課時理論知識外，還有12課時安排上機操作和做課程設計，課程設計的內容主要有:將學生們分組，以每一小組10人為單位，按照工程管理工作步驟，合作編寫工程概況、選擇施工部署及施工方案、施工進度計劃、施工平面圖設計、各種經濟技術指標等，并進行可視化仿真建模，通過該課程設計，使同學們大致了解單位工程施工組織設計的基本內容、組織設計的方法及步驟，也通過這個合作過程，使同學們深知團隊團結協(xié)作的重要性，培養(yǎng)學生們團隊意識。最終成績考核我們更注重對實踐動手能力的考察，因此采用532模式，即期末考試成績占總成績50%，日常實踐成果占總成績30%，課程設計占總成績20%，試卷考試的內容以教材上基本原理、案例分析題為基礎，進行一定的變動，以考察學生們是否對本學科知識基本掌握甚至在一定程度上能夠達到靈活掌握。

4 實施BIM仿真在工程項目管理課程教學改革中的探索

筆者所在單位一直在工程造價領域不斷地努力探索和創(chuàng)新，一直在嘗試如何將課堂教學更好地與實踐相結合，實現(xiàn)課堂實踐一體化，并于2002年在全國率先創(chuàng)辦了“工程造價”本科專業(yè)，并較早開設了《工程項目管理》課程，將其列為專業(yè)基礎課。其教學大綱中明確規(guī)定:通過本課程的教學使學生掌握工程項目管理的基本理論和方法，包括工程項目的前期策劃，工程項目系統(tǒng)分析，工程項目組織和計劃，實施控制，信息管理等，具有從事一般工程項目管理工作的能力。為更好地實現(xiàn)工程造價專業(yè)的特色和定位，在教學改革、科學研究、人才培養(yǎng)、教材建設等教學改革和學科建設方面努力耕耘，針對目前存在的工程造價專業(yè)人才培養(yǎng)與市場要求、行業(yè)要求、國際化要求等方面相比還有較大差距這個現(xiàn)狀，在《工程項目管理》的課程設置上突出學生學習的實用性和技能性就尤為重要了，教學目標一定要適應我國建設領域新的發(fā)展方向，促使本專業(yè)培養(yǎng)的畢業(yè)生的行業(yè)競爭力更強，更有韌性，更富有創(chuàng)新性。

針對以往課程過分偏重對學生們理論細節(jié)知識的教授而忽視了學生們的實踐能力及應用能力這個問題，我們在教學中實現(xiàn)必要的課程創(chuàng)新改革，著重將項目管理的基本原理思想、先進的管理方法和手段的學習與掌握當代計算機技術相結合，一方面新增了計算機技術輔助工程管理軟件實踐教學內容，使學生基本掌握工程管理領域相關軟件(如 AutoRevit2012，3DMax，Project2003、P3，Auto-Cad2012等)，安排具體工程仿真建模設計工作的學習和應用，培養(yǎng)學生們運用三維圖形軟件實現(xiàn)從工程項目管理的基礎信息建模到設計數(shù)據(jù)這一具體過程，再到具體交付實踐成果，為今后從事工程管理類工作及成為專業(yè)人士打下堅實的基礎，如圖3，圖4所示。另一方面，課程中還增加了涉及具體工程管理實例的三維可視化動態(tài)仿真工程的教學環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)中通過模擬不同工程案例，并配合了不同的項目管理工具(例如橫道圖、網絡計劃等)去解決虛擬工地環(huán)境下的實際問題，使得學生在課堂中的學習不是盲目無趣的，而是能在生動的教學模式下加深對工程項目管理理論和方法的理解，如圖5、圖6所示。實踐證明，學生對通過類似這樣的視頻動畫學習形式感到更有趣、也感到更好接受。從而激發(fā)了學生們的學習熱情，由被動灌輸知識變?yōu)橹鲃游罩R。

圖3 基于3DMAX的建筑工程仿真建模

圖4 建筑工程項目施工過程設計

圖5 工程項目施工過程三維可視化動態(tài)仿真教學

圖6 工程項目施工過程管理工具實現(xiàn)教學

除此之外，將國外工料測量專業(yè)實踐教學中的BIM虛擬可視化工作坊模式移植到《工程項目管理》課程中也能起到非常好的教學效果，該模式通過搭建工程項目管理BIM虛擬仿真工作坊來實現(xiàn)，通過BIM虛擬技術使“軟”、“硬”結合，更加逼真地呈現(xiàn)出工程項目施工過程，使每個學生身臨其境地感受到現(xiàn)場施工的氛圍。為學生提供咨詢事務所的BIM可視化模擬工作環(huán)境，使學生可以通過可視化仿真工程平臺從紙質圖紙上讀取數(shù)據(jù)，并研制大量三維可交互式的建筑信息模型，為學生提供工程項目動態(tài)逼真模擬現(xiàn)場的功能;選取典型建筑項目，搜集BIM信息，建立案例庫，為學生提供不同行業(yè)的大型工程可行性研究報告、工程項目建議書、施工過程演示、項目運行效果以及建筑標準和施工規(guī)范，達到看見即掌握的教學效果。

工程項目管理BIM虛擬可視化仿真工作坊作用如下:

1)更加逼真地模擬工程項目現(xiàn)場施工活動，使學生身臨其境，觀察到現(xiàn)場施工管理活動的運作流程、運作細節(jié)和書本中難以用文字體現(xiàn)的專業(yè)知識;

2)通過將具體施工過程進行虛擬現(xiàn)實，學生扮演實際工程角色進行現(xiàn)場組織和管理，切實理解和體會團隊協(xié)作的重要性，積累團隊協(xié)作的直接經驗;

3)BIM模型的最大特點是利用三維技術把施工管理中的信息集成優(yōu)化，對于節(jié)約工程造價有現(xiàn)實意義，可豐富和補充學生對于工程經濟、工程計價、施工組織等課程的認知度;

4)在課程中建立BIM工作坊可為學生提供一個可實地觀察的教學模型，使BIM建筑信息模型能夠提供給學生的不僅僅是圖形，更可以提供全方位的專業(yè)展示。

圖7 工程項目管理BIM虛擬可視化仿真工作坊系統(tǒng)圖

工程項目管理BIM虛擬可視化仿真工作坊包含兩部分內容，如圖7所示，一是引入項目管理BIM電子仿真沙盤，通過BIM電子沙盤使學生模擬項目各參建方項目管理的組織策略、溝通管理、決策能力、項目運作等環(huán)節(jié)，同時學生們還可利用電子沙盤實踐例如工程項目管理中的合同預算、施工預算、成本核算、竣工結算的過程，并設計方案對具體案例中的工期、費用、資源等進行優(yōu)化。這樣的教學方式對于學生深刻理解工程項目全壽命周期的工作內容及工作流程，并且認識了項目管理中物資流、現(xiàn)金流、工作流、信息流的本質;學生們可自選角色擔任項目經理、生產經理、經營經理、采購經理、財務經理等工作崗位，體驗項目團隊的組織結構及其各個部門的分工合作，由此極大提高了工程項目管理課程的趣味性和參與性，并收到了較好的學習效果。

圖8 教學軟件主要功能模塊

圖9 教學實踐大屏幕

將BIM技術應用到工程項目管理課程中的另一方面就是本專業(yè)與國內某建筑軟件公司聯(lián)合研發(fā)的工程項目管理虛擬仿真教學軟件，該軟件基本模塊如圖8所示。該軟件配以大屏幕，如圖9所示，可解決工程類課程所需要的視頻輸出，尤其是在建筑施工過程仿真單元中，包括了可行性研究、招投標、合同管理、項目管理等動態(tài)演示，具體且直觀地將現(xiàn)實信息傳遞給學生，增強了學生們的實踐工作能力。

5 結語

本文介紹了應用BIM中可視化仿真技術對《工程項目管理》課程改革的思想形成，改革的目的和原則以及改革的初步探索形式，從當前情況分析，提高《工程項目管理》課程的教學效果，確保學生在有限的時間內掌握更多的項目管理知識，是本課程專業(yè)教學改革中的一項重要內容。針對教學問題，我們應該從基礎著手，努力將教學和學生需要相結合。因此本文認為，今后對《工程項目管理》課程改革的具體目標和方向應遵循如下幾點:(1)建立與行業(yè)執(zhí)業(yè)能力要求相適應的精品課程，引入國內外同類專業(yè)核心課程的優(yōu)秀教材;(2)結合當前發(fā)展形勢，積極采用現(xiàn)代化教學手段，要充分利用多媒體、錄像及BIM可視化仿真等現(xiàn)代化教學手段，開展教學活動，增加教學的信息量;(3)在教學中要與時俱進，將行業(yè)最新動態(tài)與學生已學專業(yè)知識相結合，并用BIM技術手段進行輔助教學，注重理論與實踐相結合，力求培養(yǎng)一批專業(yè)知識與實踐能力兼?zhèn)涞膶I(yè)人士。

［1］閆文周，袁清泉．工程項目管理學［M］．西安:陜西科學技術出版社，2006．

［2］叢培經．工程項目管理［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2003．

［3］成虎．工程項目管理［M］．北京:高等教育出版社，2004．

［4］康鳳舉，華翔，李宏宏等．可視化仿真技術發(fā)展綜述［J］．系統(tǒng)仿真學報，2009，(17):58-61．

［5］徐彥，李琳．中國項目管理發(fā)展的熱點和趨勢研究［J］．項目管理技術，2013，(10):92-93．

［6］薛春芳．語教學可視化設計兼談應試的有效性［J］．基礎教育研究，2012，(14):43-45．

［7］張丹，楊月江．計算機圖形學的教學實踐及在煤礦安全中的應用［J］．中國安全生產科學技術，2012，(6)，208-211．

［8］白勇，黃一磊．美國施工工程與管理學科簡介［J］．工程管理學報，2013，27(1):114-118．