基于VR與BIM技術(shù)的土木工程施工課程教改研究

丁點點 孫林華 陳松

【摘要】傳統(tǒng)的土木工程施工教學(xué)面臨理論與實踐脫節(jié)、滯后于時代發(fā)展等問題。為進(jìn)一步貫徹“互聯(lián)網(wǎng)+教育”模式，培養(yǎng)信息化時代背景下BIM人才，以土木工程施工課程為案例，探索將BIM與VR技術(shù)融入土木工程施工課程教學(xué)，不僅提升了土木工程施工課程教學(xué)效果，也促進(jìn)了學(xué)生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】VR? BIM? 土木工程施工? 教學(xué)改革

【基金項目】安徽省質(zhì)量工程項目（2019jyxm0464）;宿州學(xué)院校級重點教學(xué)研究項目（szxy2018jyxm15）;宿州學(xué)院教學(xué)質(zhì)量保障體系項目（szxy2017zlbz07）。

【中圖分類號】G64?【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A?【文章編號】2095-3089（2020）33-0022-02

1.引言

土木工程施工是土木工程專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，主要介紹土建施工中的各分項工程，包含土方工程、鋼筋混凝土工程、腳手架工程等，是土木工程專業(yè)本科階段重要的專業(yè)課之一。傳統(tǒng)的土木工程施工課程授課方式以理論講授為主，隨著多媒體信息技術(shù)的發(fā)展，PPT的使用豐富了課題教學(xué)，也使得一些施工過程和環(huán)節(jié)變得生動。但不少學(xué)生反映工作后發(fā)現(xiàn)施工現(xiàn)場各環(huán)節(jié)與施工課本理論知識脫節(jié)現(xiàn)象嚴(yán)重，并未達(dá)到課程教學(xué)目標(biāo)，當(dāng)前土木工程施工課程教學(xué)主要存在以下幾個問題。

（1）學(xué)生對于施工規(guī)范理解不透徹、不直觀，對待土木工程施工課程重視程度和學(xué)習(xí)積極性不夠，導(dǎo)致學(xué)生專業(yè)規(guī)范掌握不扎實。

（2）缺乏課程實習(xí)場所。土木工程施工是一門實踐性較強(qiáng)的課程，一方面考慮到學(xué)生安全問題，另一方面學(xué)生實習(xí)并不能給施工企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)效益，因而課程實習(xí)環(huán)節(jié)往往流于形式，多以走馬觀花式的參觀為主，并沒有真正將理論知識與實踐有效結(jié)合。

（3）土木工程施工組織設(shè)計內(nèi)容及形式陳舊，往往與新規(guī)范、新標(biāo)準(zhǔn)脫節(jié)。學(xué)生只是機(jī)械的套書本上的公式、模仿計算書，并沒有達(dá)到課程設(shè)計的目標(biāo)和要求。

（4）課程教學(xué)教師與學(xué)生互動少，未能激發(fā)學(xué)生對施工課程學(xué)習(xí)的興趣。不少學(xué)生認(rèn)為施工環(huán)境差、外業(yè)工作辛苦，對于土木工程施工毫無興趣，而理論教學(xué)為主的課堂氣氛差，學(xué)生參與度低。

近些年，隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，各學(xué)科開始嘗試基于大數(shù)據(jù)平臺開發(fā)學(xué)科案例，打造交叉融合學(xué)科成為高等教育的熱門[1-3]。土建領(lǐng)域也逐漸向信息化施工方向發(fā)展，BIM和VR技術(shù)的出現(xiàn)，填補(bǔ)了土木工程施工信息化的空白。

2.BIM與VR技術(shù)簡介

BIM為Building Information Model的縮寫，即為建筑信息模型。它以一種三維可視化的方法，通過收集數(shù)據(jù)描述施工全壽命周期過程，利用BIM技術(shù)可以拉近設(shè)計、施工、運(yùn)營及管理各方的距離，通過信息共享，可以實現(xiàn)問題及早發(fā)現(xiàn)，提前解決[4-5]。

VR是Virtual Reality的縮寫，即為虛擬現(xiàn)實，將影視行業(yè)的VR技術(shù)引入到土建行業(yè)，是施工信息化的又一創(chuàng)新，通過VR技術(shù)，可以將用戶完全沉浸到施工現(xiàn)場各環(huán)節(jié)，增強(qiáng)用戶的感官意識[6]。

基于土木工程施工課程教學(xué)環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問題，將BIM與VR技術(shù)引入到土木工程施工課程教學(xué)，以此提升學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，便于學(xué)生更直觀生動參與施工全過程，對于課程教學(xué)是十分必要的。

3.基于VR與BIM技術(shù)的土木工程施工教學(xué)改革

目前國內(nèi)高校許多學(xué)者對BIM在土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)發(fā)揮的作用做了研究與探索，但多數(shù)集中在課程框架體系及CAD制圖教學(xué)教改[7]。袁杰[8]等人以廣州大學(xué)土木工程施工課程為例，探討將VR技術(shù)融入到土木工程專業(yè)教學(xué)，實現(xiàn)互動式教學(xué)創(chuàng)新。陸海燕[9]等人將VR與BIM技術(shù)引入到土木工程CAD教學(xué)過程中，不僅提升了CAD課程的教學(xué)質(zhì)量與效率，同時培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)新意識與實踐能力。王述紅[10]等人總結(jié)了巖石力學(xué)實驗教學(xué)過程中遇到的困難，并將BIM技術(shù)融入到巖石力學(xué)實驗教學(xué)，提升了教學(xué)效果。此次教改以宿州學(xué)院土木工程施工課程為案例，將BIM與VR同時融入到土木工程施工課程教學(xué)，探索信息技術(shù)時代背景下，傳統(tǒng)課程教學(xué)與大數(shù)據(jù)平臺的結(jié)合，內(nèi)容包含以下四個方面：

（1）構(gòu)建土木工程施工BIM教學(xué)模型

土木工程施工課程內(nèi)容涉及到一個工程從土方工程、基礎(chǔ)到主體再到裝飾裝修整個環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的教學(xué)案例比較獨立且零散，不易于學(xué)生對施工全過程的把握。我院BIM教學(xué)團(tuán)隊利用教師參與的工程項目，構(gòu)建了多個BIM施工案例，通過這些模型，學(xué)生在學(xué)習(xí)每一個章節(jié)時可以沉浸到每一個施工場景，不僅加深學(xué)生感官認(rèn)識，也提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。

（2）土木工程施工課程設(shè)計教改

土木工程施工課程設(shè)計主要包含施工方案的確定、施工平面布置圖的制定、施工資源計劃表的編制及施工進(jìn)度計劃制定四個部分。對于施工方案的制定，傳統(tǒng)方式以計算和經(jīng)驗為主，利用BIM技術(shù)學(xué)生可以以三維可視化的角度觀察鋼筋的布置及空間位置情況，便于學(xué)生了解鋼筋的布置，加深對施工方案的理解;在制定施工平面布置圖時，學(xué)生利用BIM和VR技術(shù)可以提前預(yù)覽各種設(shè)施的布置，提前了解各種管線的碰撞問題，對于施工平面布置可能出現(xiàn)的問題能夠提前預(yù)判，及時調(diào)整布置方案;傳統(tǒng)教學(xué)過程中，對于施工資源計劃表的制定以計算工程量為重點，忽略了施工資源如何最優(yōu)布置，利用BIM技術(shù)可以三維動態(tài)的方式獲取各階段資源計劃配置情況，同時動態(tài)調(diào)整施工資源計劃表;最后BIM技術(shù)可以實時、動態(tài)顯示施工項目的推進(jìn)及各施工過程，一旦施工過程出現(xiàn)問題，可以及時調(diào)整施工進(jìn)度。

（3）構(gòu)建土木工程施工虛擬實驗室

為了克服土木工程施工課程實習(xí)難安排的問題，我院建立了基于BIM與VR技術(shù)的虛擬實驗室，利用虛擬實驗室，學(xué)生可以不用親自到施工現(xiàn)場，突破空間限制，使得學(xué)生可以沉浸到三維的施工場景中，并且學(xué)生可以切身感受到不同的角色，有利于學(xué)生對于整個施工環(huán)節(jié)的理解與掌握。

（4）以BIM大賽為契機(jī)提升土木工程施工教學(xué)質(zhì)量

為了進(jìn)一步提升土木工程專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新意識和實踐能力，住建部、省教育廳、造價協(xié)會等相關(guān)部門組織了一系列BIM設(shè)計大賽，我校BIM教學(xué)團(tuán)隊利用課余時間指導(dǎo)在校生積極參與BIM大賽，學(xué)院學(xué)子先后在安徽省高校建筑信息模型（BIM）設(shè)計競賽、全國建筑類院校虛擬建造大賽斬獲佳績，不僅是對學(xué)生創(chuàng)新能力的鍛煉，同時也增強(qiáng)了學(xué)習(xí)土木工程施工課程的氛圍。

4、結(jié)語

BIM技術(shù)的推廣使得建筑領(lǐng)域已經(jīng)逐步進(jìn)入了信息化時代，培養(yǎng)BIM人才更是新時代背景下土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)的重點，將BIM與VR技術(shù)引入到土木工程施工課程教學(xué)能夠顯著提高學(xué)生學(xué)習(xí)課程的積極性與主動性，同時對于學(xué)生創(chuàng)新思維和動手能力的提高有一定的促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]邢棟，柳長江，李瑞民，等.BIM時代下的土木工程專業(yè)本科教學(xué)改革的思考[J].濰坊學(xué)院學(xué)報，2017（6）：56-60.

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[3]陸海燕，鮑文博，寧寶寬，等.BIM與VR技術(shù)在土木工程施工教學(xué)改革中的探索與實踐[J].高等建筑教育，2017（5）：127-131.

[4]王寧，王興國，張玉敏，等.BIM技術(shù)在土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)中的應(yīng)用探討[J].華北理工大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2019（4）：93-97.

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[7]王柳燕，王舜，趙柏東.基于BIM技術(shù)的土木工程專業(yè)實踐教學(xué)應(yīng)用研究[J].課程教育研究，2019（4）：49-50.

[8]袁杰，趙倩怡，童華煒，等.基于VR技術(shù)的土木工程課程改革與實踐[J].高等工程教育研究，2019（3）：99-101.

[9]陸海燕，鮑文博，王海軍，等.基于BIM與VR技術(shù)的土木工程CAD教學(xué)模式實踐探討[J].土木工程工程信息技術(shù)，2017（4）：62-66.

[10]王述紅，劉婉婷，趙力，等.基于BIM技術(shù)的巖石力學(xué)實驗教學(xué)課程改革研究[J].高等建筑教育，2016（4）：137-141.

作者簡介：

丁點點（1989-），男，安徽淮北人，博士在讀，講師，主要從事二級學(xué)院教學(xué)與科研管理工作。