BIM技術在建筑環(huán)境與能源應用專業(yè)中的應用研究

任曉耕 王浩宇 楊志成 何林清

摘 ?要：文章通過分析BIM技術在高校教學應用現(xiàn)狀，進行了基于BIM的建筑環(huán)境與能源應用專業(yè)中的教學改革，通過對已有課程內容重構和改革，以及增設新的課程，把BIM技術有機融合到建能專業(yè)的教學計劃中，并結合實習，校企合作等環(huán)節(jié)，摸索出基于BIM的“科教融合”道路，為進一步深化BIM技術在高校教學改革中的應用提供寶貴經(jīng)驗。

關鍵詞：BIM技術;工程制圖;科教融合;課程群;教學改革

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2019）03-0127-04

Abstract： This paper analyzes the current situation of BIM technology in college teaching and application， and carries on the teaching reform in BIM-based building environment and energy application. Through the reconstruction and reform of existing curriculum content and the addition of new curriculum， the BIM technology is organically integrated into the professional teaching plan of Building Energy， and combining with the practice， school-enterprise cooperation and other links， the road of science and education integration based on BIM is explored， which provides valuable experience for further deepening the application of BIM technology in college teaching reform.

Keywords： BIM technology; engineering drawing; science and education integration; curriculum group; teaching reform

一、概述

十三五特別指出勘察設計類企業(yè)要加快BIM等信息技術在建筑業(yè)的普遍發(fā)展，我國政府對BIM大力推廣及建設行業(yè)應用BIM的政策不斷增多。[1]各地陸續(xù)推出促進BIM在相關行業(yè)應用的政策條文。住房城鄉(xiāng)建設部辦公廳關于國家標準《綠色建筑評價標準》公開征求意見通知中，應用建筑信息模型（BIM）技術，評價總分值為10分。在建筑的規(guī)劃設計、施工建造和運行維護階段中的一個階段應用，得5分;在兩個及以上階段應用，得10分。在“多業(yè)態(tài)地產(chǎn)的數(shù)字化建設路徑”的報道中，阿里云地產(chǎn)行業(yè)首席架構師郭世偉指出，利用高精度的地圖、BIM、GIS場景的應用，可視化的應用（AR/VR）實現(xiàn)多維度多樣性的企業(yè)應用融合。除了阿里，Israel、騰訊、intel等大公司開始介入BIM。助力全國各城市推廣BIM技術逐步開展，真正實現(xiàn)在全國范圍內的普及應用。

國內BIM技術應用經(jīng)典案例有水立方、國家會展中心、北京奧林匹克公園瞭望塔、北京鳳凰傳媒中心、中國尊、上海迪士尼、望京SOHO、武漢綠地中心等大型綜合體建筑。這些建筑無一例外均是施工技術難度大，與傳統(tǒng)的工作流程相比，削減了不少風險，節(jié)約時間的同時還提高了工程質量。同時實現(xiàn)了綠色環(huán)保、節(jié)能減排的成效。在這些案例中，BIM技術充分發(fā)揮了助力解決項目全生命周期難題、多部門多崗位協(xié)同應用的特點。尤其在可持續(xù)發(fā)展、協(xié)調合作、空間信息管理和設施管理三大方面發(fā)揮作用。隨著BIM的推廣和廣泛應用，國家需要大量的BIM人才， 我國目前BIM人才數(shù)量短缺，培訓BIM人才迫在眉睫。

二、高校BIM技術應用現(xiàn)狀分析

美國近年的BIM技術應用已經(jīng)高達80%，部分建設項目強制實施BIM技術，通過學術調查結果顯示，美國目前75%的學校已經(jīng)將BIM融入課程中，很多目前沒有設置BIM課程的學校，根據(jù)調查，也要很快把BIM納入其課程中。

BIM建筑行業(yè)中迅速普及和超前引領性，我國建筑業(yè)的信息化已經(jīng)提升到國家戰(zhàn)略位置，使得開展基于BIM的教學改革成為必然趨勢。我國很多高校開始在專業(yè)教學中引入BIM，進行相關教學改革嘗試。如，青島理工大學、哈爾濱工業(yè)大學在專業(yè)教學體系中增設BIM技術應用專業(yè)課程，吉林建筑大學、長春大學、北京工業(yè)大學開設了BIM創(chuàng)新實踐課和專業(yè)選修課，安徽工程大學在系列專業(yè)課中融入BIM技術，大連理工大學在畢業(yè)設計環(huán)節(jié)嘗試了BIM方向，大連民族學院增設了BIM實驗選修課程[2]。另外，還有練蘭英在BIM對高校應用型人才培養(yǎng)的作用研究中做了分析。劉潔在應用型高校的BIM教學改革問題探究中分析了高校課程體系融入BIM的制約因素，曹曦進行了BIM技術融入高校工程管理教學探究。章帥也在BIM技術在高校教學中的應用研究中提出了最大化使用BIM技術在高校進行教學的觀點，在BIM技術在水工程施工教學中的應用探索苗群介紹了如何把BIM特點和施工教學環(huán)節(jié)結合。李茜在基于BIM素質培養(yǎng)的高校建筑學專業(yè)教學研究中系統(tǒng)介紹了建筑學專業(yè)如何將BIM相關軟件結合到課程體系中。韓銳在基于BIM的多專業(yè)協(xié)同建筑設計教學模式探索中分析了傳統(tǒng)建筑設計教學中存在的問題，以及通過BIM實驗室集中各專業(yè)同學進行建筑設計項目模擬，得出三維設計相比傳統(tǒng)設計的深入性和直觀性，以及不能僅把BIM作為一門單純的軟件課程，必須加載在原有教學體系中的教學改革經(jīng)驗和結論。

三、BIM技術在我校建筑環(huán)境與能源應用專業(yè)中的改革

建筑類課程的設計從傳統(tǒng)的手工二維圖紙表達演變成CAD、天正CAD等計算機輔助設計，表達手法逐漸向技術信息化邁進。但設計本質卻依舊以二維設計為主，方案修改還要重復原先過程。（如圖1所示）而BIM 輔助設計是一個全新的立體設計體驗。在整個設計過程中，設計者將一直處于虛擬的三維建筑空間中，并將3D和2D技術與信息相結合，將建筑構件的技術信息與各門專業(yè)課程內容緊密結合，把設計階段出現(xiàn)的所有的問題先解決掉，大大縮短方案設計的進程，有效地提高建筑類課程的實用價值。同時利用BIM的可視性、協(xié)調性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性，可以和建能專業(yè)課程體系多門課程進行滲透、交叉、促進。隨著軟件升級，這種整個教學體系架構的教學改革可以進一步深入和持續(xù)。從以上信息可以看出，BIM既是一種新的三維新技術的理念，更是一種深化專業(yè)教學改革，提升建筑人才培養(yǎng)質量，重塑自身辦學特色的絕佳機遇。掌握BIM技術不僅能增強人才的競爭力，還能為職業(yè)發(fā)展提供很多新的機會和可能。因此高校從不同層面積極重視學生BIM 素質和能力的培養(yǎng)。

企業(yè)對BIM應用人才有迫切的需求。我校建筑環(huán)境與能源應用專業(yè)也抓住機遇，依托在北京的資源優(yōu)勢，及時在目前教學過程中加入BIM的教學內容。由于BIM的應用是全生命周期的，需要跨專業(yè)、甚至跨院校，多專業(yè)協(xié)同，單一教學難以滿足實踐要求，要改變現(xiàn)有課程高校體系存在較大困難。我院在BIM課程改革中進行了探索，找出了一套因地制宜的BIM教學改革模式。目前運行較為順暢。

新技術融入教學計劃主要有兩種途徑：新增BIM 技術相關課程和在建能專業(yè)原有專業(yè)課程中加入BIM內容。針對建環(huán)專業(yè)的教學計劃，在“房屋構造”課中引入BIM 標準體系和工具，將教學內容重新整合，以任務或項目驅動方式完成建筑制圖（Revit Architecture）的入門介紹。另外增設“建筑機電系統(tǒng)三維建模（MEP）”、“BIM工程應用強化訓練”兩門專業(yè)選修課。系統(tǒng)介紹建筑機電系統(tǒng)制圖（Revit Mep）、Navisworks等BIM系列軟件。具體改革思路和措施如下：

（一）Revit Architecture和“房屋構造”課程的無縫對接

“房屋構造”課為建筑環(huán)境與能源應用工程本科拓展類專業(yè)選修課。通過課程的學習，了解建筑的基本概念和一般設計方法，熟悉民用建筑和工業(yè)建筑的組成、構造原理和構造方法。該課程注重實踐， 而之前的教學主要以課堂教授為主， 通過圖片和視頻資料輔助介紹， 課程內容相對比較單一，課堂上老師的講解枯燥、空洞無物， 學生的學習興趣不大，主動學習的積極性也不高。

結合房屋構造課程特點，減少理論時數(shù)，穿插進去Revit Architecture教學內容，以一個小別墅為案例，在電腦上用REVIT軟件三維建模仿真建造房屋，從標高、軸網(wǎng)、柱、墻、門窗、樓板、屋頂、樓梯坡道、陽臺扶手、室內外常用構件……按順序一步步搭建三維模型。在這個過程中，原來用二維表達的圖形栩栩如生展現(xiàn)在學生面前，原來枯燥的理論課變得立體生動，幫助學生更好地理解抽象的內容， 既學了軟件的使用方法，同時仿真建造了一所小別墅，促進了對“房屋構造”這門課的主要知識點的理解掌握。

課堂上， 二維施工圖和三維模型一起使用、對比演示， 加深學生的理解。著重培養(yǎng)學生建筑工程意識和建筑工程思維方法，培養(yǎng)學生建筑環(huán)境與自然環(huán)境協(xié)調、互為辨證統(tǒng)一的發(fā)展觀。同時， 還可向學生進一步滲透BIM理念，介紹BIM的發(fā)展趨勢， 體會BIM技術的深化設計、優(yōu)化原始平面設計的優(yōu)勢， 引導學生將BIM技術應用到未來的工程實踐和工作中。

（二）增設“建筑機電系統(tǒng)三維建模（MEP）”、“BIM工程應用強化訓練”兩門專業(yè)選修課

借助教學計劃調整時機，增設“建筑機電系統(tǒng)三維建模（MEP）”、“BIM工程應用強化訓練”兩門專業(yè)選修課。通過“建筑機電系統(tǒng)三維建模（MEP）”學習，學生將學會在 Revit MEP 中進行 BIM機電模型（水暖、電氣、消防等專業(yè)）搭建，然后將模型輕量化后導入Navisworks進行碰撞檢查，確立協(xié)同工作方式和優(yōu)化方案。在“BIM工程應用強化訓練”中，將通過真實案例來強化暖通專業(yè)識圖和在 Revit中全專業(yè)建模的方法，同時加入?yún)?shù)化建族、BIM插件應用拓展及創(chuàng)新訓練。

“建筑設備與工程制圖”、“房屋構造”、“建筑機電系統(tǒng)三維建模（MEP）”、“BIM工程應用強化訓練”一共四門課，把建筑制圖-建筑設備工程制圖-CAD-天正CAD- Revit Architecture-Revit Mep這些知識點串在一起，同時將二年級、三年級、四年級的課程也有了銜接和深化遞進的設計，逐步形成“梯隊式BIM”人才培養(yǎng)方案。

（三）BIM技術促進師資隊伍建設

BIM課程體系建立的第一項任務便是BIM師資隊伍的建設。要求相關課程的專業(yè)教師都能夠掌握相應的BIM知識和相關工程經(jīng)驗。高校教師作為施行BIM 建筑教育改革的主體，首先要對BIM知識進行系統(tǒng)的培訓與學習。利用參加培訓班、去設計院實習等各種渠道增加建能教師的BIM學習機會，為學生學習BIM技術奠定堅實的師資基礎。確定課程方案之前，相關老師參加了為期三個月的“北京華茂BIM項目工程師/項目經(jīng)理建模到項目應用的培訓”，并獲結業(yè)合格證書。

在BIM理念的滲透之下，教師重新制定專業(yè)課程的教授順序與側重點。撰寫大綱、教學日歷、考核方案和模式、任務書等教學文件，調研搜集整理確定案例、電子課件、課外練習題，完成這四門課的課程建設任務。從2015屆畢業(yè)生中，和BIM相關的畢設課題也逐漸增多，并且BIM類畢設課題深度廣度在逐年增加，通過指導學生進行畢設，專業(yè)老師的BIM能力也得到提高。

（四）BIM技術促進了高校應用型人才培養(yǎng)的改革

借助于BIM技術平臺，在“房屋構造”和“建筑機電系統(tǒng)三維建模（MEP）”、“BIM工程應用強化訓練”課程教學中以一個完整工程的真實案例為核心，通過三維建模技術表達真實建筑所具有的信息，真實再現(xiàn)建筑的空間布局、管線走向及位置，具有可視、具象、完整、關聯(lián)和互用性等特征，是原始二維設計技術根本性的提升，也使原本“枯燥無味”的課堂教學變得生動起來，激發(fā)了學生學習專業(yè)課的動力。在BIM技術平臺下講述比傳統(tǒng)授課更具系統(tǒng)性和層次性和可操作性。

“梯隊式BIM”的培養(yǎng)模式進行教學，根據(jù)學生的學習程度和職業(yè)目標，按照初級的建模員、中級的工程師、高級的項目管理員分階段、分層次培養(yǎng)，本課題的基本培養(yǎng)目標是初級建模員，下一步準備在后續(xù)課程設計和預算施工實訓階段目標是工程師。

（五）結合創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，逐步形成科教融合的教學體系

借助BIM類課程在專業(yè)設置中的滲透，我校建能專業(yè)這幾年積極和北京住宅建筑設計研究院、北京市建筑設計研究院有限公司、中國建筑科學研究院等設計院進行聯(lián)系，輸送一批批學生到設計院進行暑期實習、畢業(yè)實習，設計院根據(jù)學生能力情況擇優(yōu)錄取，目前已經(jīng)有多名畢業(yè)生在以上設計院就業(yè)。結合暑期實習，畢業(yè)實習，用設計院真實項目進行強化訓練，對于設計院的工作流程、項目分工、工程經(jīng)驗等知識技能進行了培訓，老生帶新生，形成“梯隊式BIM”人才培訓。

2016年我校建筑環(huán)境與能源應用專業(yè)的畢業(yè)生已有15%從事與BIM相關的工作，這兩年有更多學生在BIM 崗位工作。通過這兩年學生在課程和實習過程中的學習磨練，積累聚集一批具備BIM建模技能的學生。響應大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)號召，于2017年底成立“BIM&CFD建模與分析工作室”，承接北京各大建筑設計院的基礎建模、綠建分析等外包工作。該工作室以學生為主體，教師輔助，和設計院資深建模師橫向交流合作，借助大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)為平臺，真正做到學以致用。

利用BIM平臺分別在企業(yè)委托課題、合作申報自然科學基金項目，共建“BIM&智慧城市”實驗室等方面進行深度合作，摸索出一條科教融合的“產(chǎn)學研”道路。

四、存在的問題與進一步研究設想

由于課程改革的進一步深化，師資隊伍的新知識和技術的培訓和教學管理工作的協(xié)調如何平衡，學生的日常學習和BIM工作室的活動如何平衡，這些問題有待于進一步協(xié)調解決。

BIM這個概念是基于工程的全生命周期的，目前學校的課程改革和應用也僅是完成最基本的一步。下一步準備在后續(xù)空調課程設計和施工預算等實訓環(huán)節(jié)進一步進行改革，階段目標是培養(yǎng)出BIM工程師。讓學生直接可以進行BIM正向設計，直接實現(xiàn)從平面二維設計到三維設計的飛躍。

參考文獻：

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[7]韓銳，劉大平，邵丹，等.基于BIM的多專業(yè)協(xié)同建筑設計教學模式探索[J].實驗室研究與探索，2017（4）.