BIM技術(shù)在新工科建設(shè)土木工程專業(yè)中的應(yīng)用研究與探索

李 昕

(黑龍江工程學(xué)院 土木與建筑工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150050)

我國的高等教育發(fā)展是與國家和時代發(fā)展同向同行的，網(wǎng)絡(luò)信息化進程的快速發(fā)展已經(jīng)改變了傳統(tǒng)的教學(xué)方式，從而實現(xiàn)了教育的個性化及學(xué)習(xí)的自主化，促進了教育的全面改革。近年來建筑信息模型(Building Information Modeling，簡稱BIM)技術(shù)在全國的土木工程行業(yè)掀起了一股學(xué)習(xí)浪潮。目前以Revit、Bentley為主流的BIM軟件已進入國內(nèi)市場，隨著BIM技術(shù)的推廣及其優(yōu)勢的凸顯，國內(nèi)土木行業(yè)也將出現(xiàn)嶄新的變化。在國家大力推行應(yīng)用技術(shù)型大學(xué)、新工科建設(shè)的背景下，把BIM技術(shù)運用到土木工程專業(yè)體系中勢在必行，對于高校土木工程專業(yè)的教育發(fā)展極其重要。當前高校培養(yǎng)的土木工程專業(yè)畢業(yè)生大多是工作在施工現(xiàn)場，具備符合行業(yè)特點的BIM技能，可以加大就業(yè)擇業(yè)面的廣度，也能提高工作中專業(yè)和BIM技能結(jié)合的深度。

1 BIM技術(shù)運用在土木工程專業(yè)教學(xué)現(xiàn)狀

為了適應(yīng)行業(yè)需求，高校建設(shè)也緊跟時代步伐，積極開展BIM技術(shù)的生產(chǎn)、教學(xué)、應(yīng)用等工作，在深化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革方面具有良好外部條件與領(lǐng)先技術(shù)基礎(chǔ)。目前國內(nèi)眾多高校已經(jīng)使用BIM技術(shù)開展建筑類專業(yè)的教學(xué)工作，并與企業(yè)合作成立了BIM研究中心，發(fā)揮自身專業(yè)特長，深化產(chǎn)教融合、校企合作、協(xié)同育人，推動傳統(tǒng)工科專業(yè)改造升級，積極開展地方高校新工科研究和實踐。我校的土木工程專業(yè)是在2015年才接觸BIM技術(shù)的，相比較其他學(xué)校起步較晚，與國內(nèi)外各高校在該領(lǐng)域的教學(xué)改革和研究水平存在一定的差距，因此如何將BIM技術(shù)運用到土木工程專業(yè)體系中的教學(xué)改革亟需開展。

1.1 BIM教學(xué)缺少配套的土木工程專業(yè)教材

初期BIM技術(shù)的推廣和發(fā)展，主要是通過BIM各大軟件公司舉辦的相關(guān)會議和軟件應(yīng)用培訓(xùn)等方式獲得的，得到行業(yè)各界和高校的認知。作為工科熟知的Autodesk公司率先和國內(nèi)相關(guān)高校展開合作，出版了一系列的BIM叢書，主要介紹了BIM理念以及開發(fā)出來的系列相關(guān)工具，這些工作在很大程度上對 BIM技術(shù)在工程領(lǐng)域的認識、應(yīng)用與推廣起到了重要作用。目前市面上有很多各個出版社的BIM技術(shù)相關(guān)書籍， 但是針對高校土木工程專業(yè)BIM技術(shù)的教育教學(xué)缺乏成熟完善的成果，高校規(guī)劃類系列配套教材極為少見。

1.2 每門課程的單獨設(shè)計使BIM教學(xué)缺乏連貫性

有些高校認識不夠，將BIM技術(shù)作為計算機基礎(chǔ)課程列入培養(yǎng)方案中。開設(shè)BIM課程的主要目的是使學(xué)生掌握BIM軟件的操作，輔助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)工作。目前針對不同的課程，采用的教學(xué)模式區(qū)別不大。每門專業(yè)課的講解中都會融入BIM的理念，普及率提高，但是不夠深入，尤其是相關(guān)專業(yè)課的課程設(shè)計沒有延續(xù)性，導(dǎo)致BIM的使用缺乏連貫性。

1.3 實踐教學(xué)中工程案例參與性不足

大部分高校的專業(yè)課程中會有認識實習(xí)，帶學(xué)生去施工現(xiàn)場參觀學(xué)習(xí)，這種方法可以使學(xué)生把理論和實踐結(jié)合在一起，但是施工現(xiàn)場一般較遠，除了路途時間因素、安全因素，還有現(xiàn)場干擾都很難達到滿意的教學(xué)效果。很多專業(yè)課的工程案例只靠教師在課堂上用板書和PPT的形式講解，對于某些工程細節(jié)的認知缺乏深入的理解。

1.4 畢業(yè)設(shè)計中的各專業(yè)BIM軟件缺少銜接性

畢業(yè)設(shè)計是學(xué)生展現(xiàn)大學(xué)四年學(xué)習(xí)知識積累的一個真實反饋，計算機輔助畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)是不可或缺的環(huán)節(jié)。但由于BIM技術(shù)的相關(guān)軟件較多，不同的生產(chǎn)商會造成各專業(yè)之間的“斷點”，落實到設(shè)計中就會出現(xiàn)學(xué)生重復(fù)建模、數(shù)據(jù)互換困難的現(xiàn)象，完成一個完整的畢業(yè)設(shè)計比較吃力，體現(xiàn)不出各專業(yè)之間的協(xié)同性、合作性，更培養(yǎng)不出來學(xué)生之間的團隊合作素質(zhì)。

2 土木工程專業(yè)課程協(xié)同教學(xué)改革思路

目前學(xué)院正在修訂2019版培養(yǎng)方案，培養(yǎng)方案以BIM技術(shù)為主線，實現(xiàn)了專業(yè)課程協(xié)同教學(xué)改革，讓土木工程專業(yè)本科學(xué)生主動適應(yīng)建筑工業(yè)化的需求，實現(xiàn)不同課程中的建筑模型、結(jié)構(gòu)模型、施工模型的有效銜接。BIM課程按深度分為基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程，BIM基礎(chǔ)課程針對低年級學(xué)生開設(shè)，主要介紹BIM的發(fā)展歷程和基礎(chǔ)操作。學(xué)生對BIM知識體系有了一個初步的認知后，BIM專業(yè)課程再面向高年級的學(xué)生開設(shè)，將BIM技術(shù)植入到每門專業(yè)課中，使學(xué)生在學(xué)習(xí)新知識時能夠有一個循序漸進的引入過程。

2.1 BIM技術(shù)在土木工程制圖中的運用

我校的土木工程專業(yè)從大一新生入校第一學(xué)期就開始學(xué)習(xí)“土木工程制圖及BIM”這門課程。該課程原名“土木工程制圖”，以畫法幾何、專業(yè)制圖結(jié)合AutoCAD為教學(xué)重點，抽象的畫法幾何教學(xué)內(nèi)容使大一新生對幾何形體的特性缺乏直觀的感受，無法滿足較早開展建模訓(xùn)練的需求。在進行大量的畢業(yè)生回訪、用人單位反饋意見的基礎(chǔ)上，該課程2019版大綱加入了BIM相關(guān)軟件的初級內(nèi)容，同時為了避免過度的激進改革和適應(yīng)部分中小型用人單位的實際需求，對二維CAD的教學(xué)內(nèi)容給予適當?shù)谋Ａ簟Ｆ浯?，“土木工程制圖及BIM”課程的BIM教學(xué)內(nèi)容學(xué)時不多，但BIM相關(guān)軟件的啟蒙教育，也為后續(xù)各專業(yè)方向的相關(guān)課程學(xué)習(xí)作出了鋪墊,這樣避免了其他課程還要重復(fù)教授BIM軟件的操作內(nèi)容。

2.2 BIM技術(shù)在橋梁工程中的運用

橋梁工程是一門實踐性非常強的課程，更是一門需要專業(yè)技能的課程，需要依托感性認識、經(jīng)驗和構(gòu)造圖示才能較好把握、理解其實際結(jié)構(gòu)。由于橋梁的各個構(gòu)件大多數(shù)屬于異性結(jié)構(gòu)，很難想象出立體效果，所以利用Revit建好的模型在課堂上展示教學(xué)，教學(xué)效果會大大提高。例如箱梁是橋梁工程中一種常用的梁，內(nèi)部為空心，上部兩側(cè)有翼緣。從邊跨到跨中，箱梁的截面尺寸還會發(fā)生變化，同時箱梁頂具有橫坡度。用Revit把箱梁模型建好后，可以360°任意旋轉(zhuǎn)查看各截面各節(jié)點的變化，相比圖片展示更加詳盡。BIM技術(shù)運用到橋梁工程這樣專業(yè)性非常強的課程中，利用BIM技術(shù)的可視性、虛擬性可以降低專業(yè)課的學(xué)習(xí)難度，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

2.3 BIM技術(shù)在房屋建筑學(xué)中的運用

“房屋建筑學(xué)”是土木工程專業(yè)中的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程,同時又具備一定的綜合性,它主要介紹基本的常見的建筑構(gòu)造等，具有內(nèi)容繁雜抽象、知識點、難點多的特點。本門課在土木與建筑工程學(xué)院開課安排在大三下學(xué)期，24學(xué)時。在課時縮短內(nèi)容無減的背景下，僅憑房屋的二維平面圖紙很難使學(xué)生形成直觀立體的三維模型，課程的教學(xué)內(nèi)容吸收理解效果不好。將BIM技術(shù)引入房屋建筑學(xué)課堂教學(xué)中，通過實踐發(fā)現(xiàn)，用Revit創(chuàng)建出房屋建筑的三維立體模型，有助于學(xué)生對建筑復(fù)雜節(jié)點構(gòu)造的理解吸收。有了課堂上房屋建筑學(xué)專業(yè)知識的儲備及對照圖紙使用Revit軟件的實體建模、動畫漫游，學(xué)生能夠較好地完成從初步認識再到深刻理解的過程，從而達到本課程的預(yù)期教學(xué)目標。

3 土木工程專業(yè)課程協(xié)同改革實施的建議

3.1 加快配套高校系列BIM 叢書的編制

跟傳統(tǒng)的軟件操作書籍不同，高校教材的編寫應(yīng)該引入當前典型的工程案例，涵蓋土木工程各個專業(yè)，把專業(yè)知識和軟件操作結(jié)合在一起，具有針對性地編寫B(tài)IM系列叢書，這樣能夠讓學(xué)生對工程項目的設(shè)計到施工過程有更好的了解，深刻理解各個知識點，有效打開學(xué)生和老師的思路和視野。

3.2 加強師資的技能培訓(xùn)和實踐鍛煉

BIM技術(shù)在相關(guān)專業(yè)課程的植入對相關(guān)專業(yè)課程的教師掌握相應(yīng)的BIM知識和相關(guān)工程經(jīng)驗要求都非常高，而BIM技術(shù)在國內(nèi)各高校推行時間較短，絕大多數(shù)的專業(yè)老師都了解不多，所以BIM課程體系建立的重點便是BIM師資隊伍的培養(yǎng)建設(shè)。我學(xué)院已從2015年開始相繼派出相關(guān)教師進行培訓(xùn)學(xué)習(xí)，2019培養(yǎng)方案全面實施后，很多相關(guān)專業(yè)課程都融入了BIM的內(nèi)容，所以要提高BIM專業(yè)師資的普及率，選派教師參加全國層面的BIM學(xué)術(shù)交流會及BIM應(yīng)用技術(shù)培訓(xùn)，及時領(lǐng)會前沿知識，使更多的教師能夠掌握這個技能，做好知識儲備。

3.3 定期開設(shè)講座報告

高校學(xué)生正處于思想先進、思維活躍、能夠快速接受新鮮事物的時期，BIM技術(shù)中的虛擬仿真教學(xué)形式新穎，相對于板書和多媒體教學(xué)，能夠充分調(diào)動起學(xué)生的主動學(xué)習(xí)的積極性。為了保持與實際工程項目的同步性，應(yīng)定期邀請施工一線具有豐富BIM經(jīng)驗的業(yè)界專家學(xué)者來校作報告，介紹實際工程項目中如何運用BIM技術(shù)來解決疑難問題，給BIM教學(xué)提供新視角、補充新知識。以講座報告的形式既能挖掘?qū)W生對專業(yè)知識的求知欲，也能對學(xué)生今后較好的從業(yè)提供了必要的指導(dǎo)。

3.4 鼓勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)，積極參加比賽和資格認證

為了推廣宣傳BIM技術(shù)在高校的應(yīng)用，近幾年國內(nèi)開展了多種形式的大學(xué)生BIM技能比賽。以賽促學(xué)是鼓勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)提升技能的一個有效途徑。通過參加比賽，不僅可以建立起學(xué)生間相互配合的學(xué)習(xí)模式，還可以取長補短、提高熟練程度，最關(guān)鍵的是信息互通，掌握BIM技術(shù)發(fā)展趨勢，取得的資格證書可以作為將來就業(yè)的一塊敲門磚，也是實現(xiàn)自我價值的肯定。

4 結(jié)束語

BIM技術(shù)在土木工程專業(yè)課程教學(xué)中的應(yīng)用，的確產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。通過創(chuàng)建三維實體模型，漫游動畫模擬仿真，能夠把土木工程的專業(yè)知識融會貫通，實現(xiàn)了抽象概念形象化。做好BIM融入各個課程的教學(xué)改革，在專業(yè)教學(xué)當中精心設(shè)計，保證教學(xué)效果是一個循序漸進的過程，新事物的出現(xiàn)必定會帶來一系列的變化，教師、學(xué)生之間會在不同的視角下發(fā)現(xiàn)新的觀點和方法，對傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)節(jié)的不足進行補充和改善。因此，轉(zhuǎn)變理念、儲備知識、敢于嘗試、結(jié)合實際才能實現(xiàn)教學(xué)改革上的突破。