基于BIM技術(shù)的土木工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)應(yīng)用研究

連夢(mèng)儀

福州理工學(xué)院

1 引言

BIM 使用數(shù)字技術(shù)來(lái)表示有關(guān)建設(shè)項(xiàng)目的幾何、物理和功能信息，以支持項(xiàng)目生命周期、運(yùn)營(yíng)和管理決策。建筑信息模型技術(shù)的推廣和應(yīng)用，不僅為建筑項(xiàng)目提供實(shí)時(shí)的集成信息，而且為項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中的各個(gè)參與者提供了方便，方便了數(shù)據(jù)信息的更新和處理。但是，國(guó)內(nèi)大學(xué)BIM 教育改革的實(shí)踐和研究成果仍然很少。隨著建設(shè)項(xiàng)目的復(fù)雜性不斷提高以及現(xiàn)代計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)的發(fā)展，三維BIM模型在工程上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛｛1｝。由于BIM 技術(shù)在中國(guó)的不斷傳播和普及，BIM 技術(shù)正逐步應(yīng)用于土木工程專業(yè)，越來(lái)越多的高校認(rèn)識(shí)到使用這項(xiàng)技術(shù)的重要性，將此技術(shù)應(yīng)用于土木工程專業(yè)人才的培養(yǎng)當(dāng)中，在培養(yǎng)BIM技術(shù)人才、滿足土木工程市場(chǎng)的需求方面起著非常重要的作用。因此，將BIM技術(shù)融入土木工程教育的實(shí)踐創(chuàng)新至關(guān)重要[2]。

2 BIM技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用研究

BIM技術(shù)在國(guó)外的應(yīng)用比中國(guó)廣泛，發(fā)展速度也比中國(guó)快。BIM技術(shù)首先在芬蘭，新加坡和挪威應(yīng)用。BIM已成為美國(guó)的主導(dǎo)技術(shù)，并影響了包括中國(guó)在內(nèi)的許多國(guó)家和地區(qū)的采用。研究表明，一些發(fā)達(dá)國(guó)家已將BIM技術(shù)整合到高校工程教育中，并實(shí)施了一系列研究和課程改革。例如，奧本大學(xué)為本科建筑專業(yè)學(xué)生提供BIM 軟件課程，BIM 技術(shù)的使用提高了學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)的效率和質(zhì)量。在新加坡，有關(guān)高校在大學(xué)中開(kāi)發(fā)BIM 課程并為畢業(yè)生提供適當(dāng)?shù)腂IM培訓(xùn)，以擴(kuò)展學(xué)生的BIM知識(shí)領(lǐng)域。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，BIM 技術(shù)在中國(guó)的應(yīng)用相對(duì)有限，BIM 概念尚未完全滲透到高校的建筑和工程學(xué)科中。2003 年，中國(guó)建筑業(yè)開(kāi)始關(guān)注BIM技術(shù)。各種BIM咨詢公司，教育機(jī)構(gòu)，政府和行業(yè)團(tuán)體越來(lái)越關(guān)注BIM 技術(shù)的意義和重要性。清華大學(xué)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)，同濟(jì)大學(xué)和華南理工大學(xué)等許多國(guó)內(nèi)大學(xué)已成功建立了BIM 技術(shù)的生命周期管理研究所。實(shí)踐表明，建立BIM 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)可以幫助發(fā)展工程教育實(shí)踐，為BIM 技術(shù)人才的培養(yǎng)提供現(xiàn)實(shí)保障[3]。

3 應(yīng)用型高校土木工程實(shí)踐教學(xué)的現(xiàn)狀

由于應(yīng)用型本科高校的學(xué)生基礎(chǔ)相對(duì)較差，其就業(yè)導(dǎo)向和心理預(yù)期的就業(yè)崗位都是施工和管理崗位，他們對(duì)日常課程中設(shè)計(jì)類課程和理論性強(qiáng)的課程重視程度不夠，加上土木工程專業(yè)課程數(shù)量多、內(nèi)容雜，學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)的掌握比較分散、模糊，學(xué)生僅憑在課堂上所學(xué)的知識(shí)很難對(duì)工程設(shè)計(jì)有整體把握。而畢業(yè)設(shè)計(jì)方面，由于學(xué)生的畢設(shè)選題太過(guò)時(shí)，與當(dāng)前項(xiàng)目中出現(xiàn)的新技術(shù)和新概念（例如建筑信息管理和跨學(xué)科協(xié)作設(shè)計(jì)）也存在嚴(yán)重差異，而通常的計(jì)算和設(shè)計(jì)過(guò)程對(duì)提高專業(yè)實(shí)踐技能影響不大[4]。

4 基于BIM技術(shù)的土木工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)應(yīng)用研究

4.1 將BIM技術(shù)引入專業(yè)課程，構(gòu)建土木工程專業(yè)BIM教學(xué)體系

根據(jù)各高校的人才培養(yǎng)計(jì)劃，首先可以將BIM 技術(shù)研究整合到土木工程的相關(guān)專業(yè)課程中，從而使每個(gè)學(xué)期的相關(guān)課程都具有BIM 內(nèi)容。課程深度可分為基礎(chǔ)課程和深層次課程。BIM 基礎(chǔ)課程面向一年級(jí)和二年級(jí)學(xué)生，主要針對(duì)BIM 技術(shù)的基礎(chǔ)應(yīng)用，使學(xué)生對(duì)BIM 知識(shí)系統(tǒng)有基本的了解。BIM 深層次課程主要針對(duì)該大學(xué)的三年級(jí)和四年級(jí)學(xué)生，主要針對(duì)BIM 技術(shù)的綜合應(yīng)用，使學(xué)生對(duì)BIM知識(shí)系統(tǒng)有更完整更深刻的了解。根據(jù)“新工科”建設(shè)要求，通過(guò)“新建和植入”兩種BIM 融入模式改革課程體系，形成符合“新工科”內(nèi)在要求的土木工程專業(yè)BIM教學(xué)改革理論和方法，具體詳見(jiàn)表1土木工程專業(yè)BIM課程設(shè)置。

表1 土木工程專業(yè)BIM課程設(shè)置

4.2 加強(qiáng)BIM教師隊(duì)伍建設(shè)

BIM 相關(guān)的技術(shù)更新速度更快，并且包含了為數(shù)眾多且功能各異的各種軟件。由于BIM 技術(shù)以實(shí)踐為導(dǎo)向，因此需要教師積極參與BIM技術(shù)培訓(xùn)。教師可以通過(guò)參加各種BIM技術(shù)研討會(huì)，或邀請(qǐng)BIM行業(yè)專家進(jìn)行講座和特殊培訓(xùn)，了解行業(yè)的最新成就和動(dòng)態(tài)，從而擴(kuò)大專業(yè)教師的視野。此外，也可以積極引進(jìn)“雙師型”BIM技術(shù)專業(yè)人才，并通過(guò)他們介紹實(shí)際項(xiàng)目的BIM協(xié)作以及如何應(yīng)用BIM 技術(shù)解決實(shí)際的工程問(wèn)題，以豐富教師的實(shí)踐工程經(jīng)驗(yàn)[5]。此外，可以建立基于BIM技術(shù)的建筑工程師實(shí)踐培訓(xùn)平臺(tái)，以此來(lái)擴(kuò)展教師的BIM 技術(shù)應(yīng)用的教學(xué)能力設(shè)計(jì)，以補(bǔ)充教師在該方面的知識(shí)短板。而在此之前，大多數(shù)學(xué)校都是邀請(qǐng)各級(jí)BIM工程師在學(xué)校教授BIM課程。BIM培訓(xùn)是通過(guò)學(xué)校與企業(yè)之間的合作進(jìn)行的，但是從可持續(xù)發(fā)展的角度來(lái)看，高校需要?jiǎng)?chuàng)建與基于BIM 技術(shù)的土木工程實(shí)踐教育相一致的教育團(tuán)體。同時(shí)，有必要在BIM 技術(shù)職業(yè)教育領(lǐng)域加強(qiáng)人力資源的引進(jìn)和開(kāi)發(fā)，加強(qiáng)BIM教育團(tuán)隊(duì)的師資隊(duì)伍[6]。

4.3 構(gòu)建基于BIM技術(shù)的土木工程實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)

基于BIM 技術(shù)的土木工程實(shí)踐教學(xué)改革過(guò)程，需要有效地將BIM 技術(shù)與土木工程實(shí)踐聯(lián)系起來(lái)，構(gòu)建基于BIM 技術(shù)的土木工程實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)是必不可少的，主要有以下兩方面。一是依托學(xué)院現(xiàn)有的土木工程等相關(guān)學(xué)科的實(shí)驗(yàn)室，整合現(xiàn)有試驗(yàn)室、機(jī)房的硬件軟件資源，作為BIM 技術(shù)實(shí)踐環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)操作實(shí)踐平臺(tái)。二是引入虛擬仿真技術(shù)，構(gòu)建融合BIM 技術(shù)的建設(shè)工程技術(shù)集成展示、招投標(biāo)模擬、工程項(xiàng)目管理模擬等綜合類實(shí)踐教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。

BIM技術(shù)實(shí)踐教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)使學(xué)生能夠?qū)崟r(shí)獲得三維立體支持，學(xué)生可以使用以BIM技術(shù)為代表的三維模型，以小組為單位，按沙盤模擬的方式展開(kāi)實(shí)踐學(xué)習(xí)計(jì)劃，并實(shí)時(shí)進(jìn)行調(diào)整，始終可以將其與理論知識(shí)和實(shí)踐知識(shí)相結(jié)合，從而在老師或工程師的幫助下優(yōu)化自己的實(shí)踐學(xué)習(xí)內(nèi)容[7]。此外，利用BIM技術(shù)實(shí)踐教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)還可以解決實(shí)踐場(chǎng)地、設(shè)備不足的問(wèn)題。在所有的實(shí)踐環(huán)節(jié)當(dāng)中，生產(chǎn)實(shí)習(xí)是最難解決的一個(gè)環(huán)節(jié)。在實(shí)際項(xiàng)目中，項(xiàng)目建設(shè)時(shí)間可能會(huì)從六個(gè)月到幾年不等。目前，大多數(shù)學(xué)生實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)為2 周至1 個(gè)月。學(xué)生實(shí)習(xí)通常僅適用于短期項(xiàng)目。因此，傳統(tǒng)實(shí)習(xí)的非常有限，學(xué)生很難了解項(xiàng)目全周期的生產(chǎn)流程以及組織模式。通過(guò)引入虛擬仿真技術(shù)可以解決此類問(wèn)題。例如，教師們可以充分利用BIM 技術(shù)引導(dǎo)學(xué)生積極參與土木工程專業(yè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)中的實(shí)際活動(dòng)，以此來(lái)最大限度地提高實(shí)踐學(xué)習(xí)的效率[6]。所以借助實(shí)用的BIM 技術(shù)實(shí)踐教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，學(xué)生可以從不同角度提高他們的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新能力，使學(xué)生能夠快速有效地與其社會(huì)崗位需求進(jìn)行了解。

4.4 加強(qiáng)校企合作，創(chuàng)建校外BIM培訓(xùn)基地

建立校企合作實(shí)踐基地，加大與校外施工企業(yè)的深入合作，搭建與企業(yè)、教師科研項(xiàng)目溝通和互動(dòng)平臺(tái)。一方面企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中遇到的實(shí)際問(wèn)題可以與高校協(xié)作加以解決，另一方面高校也可以利用企業(yè)的場(chǎng)地優(yōu)勢(shì)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，拓寬實(shí)踐教學(xué)的軟硬件環(huán)境，以真實(shí)建設(shè)項(xiàng)目為研究對(duì)象，讓學(xué)生參與其中的分析研究讓學(xué)生走進(jìn)企業(yè)，走近項(xiàng)目。比如，可以把現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)的實(shí)際問(wèn)題利用科研項(xiàng)目溝通和互動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行分析、計(jì)算、優(yōu)化，將得到的結(jié)果反饋于現(xiàn)場(chǎng)，用于實(shí)際問(wèn)題的解決。在實(shí)際工程中，學(xué)生以工地技術(shù)人員的身份參與工程建設(shè)管理實(shí)踐，以BIM 技術(shù)為應(yīng)用工具，把理論結(jié)合到實(shí)踐中去，也能使學(xué)生的實(shí)踐能力和工程素質(zhì)在真實(shí)、復(fù)雜、開(kāi)放的實(shí)踐環(huán)境中到了充分訓(xùn)練，從而培養(yǎng)了學(xué)生的應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力，實(shí)現(xiàn)了將BIM 技術(shù)培訓(xùn)基地與高?，F(xiàn)有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐基地聯(lián)合，為學(xué)生提供實(shí)地參觀和企業(yè)實(shí)習(xí)機(jī)會(huì)[8]。

4.5 以賽促學(xué)，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力

為了實(shí)現(xiàn)適應(yīng)新時(shí)代的發(fā)展和培養(yǎng)應(yīng)用型人才的目標(biāo)，我校在學(xué)習(xí)過(guò)程中積極鼓勵(lì)學(xué)生在BIM 課程設(shè)置的基礎(chǔ)上，對(duì)BIM 知識(shí)和相關(guān)軟件進(jìn)行關(guān)聯(lián)學(xué)習(xí)，并鼓勵(lì)和引導(dǎo)學(xué)生積極參加相關(guān)的技能競(jìng)賽。通過(guò)參賽，學(xué)生可加強(qiáng)BIM 相關(guān)知識(shí)和軟件的學(xué)習(xí)，對(duì)學(xué)生BIM 技術(shù)的認(rèn)識(shí)和應(yīng)用以及理論知識(shí)的系統(tǒng)整合起到了很大的促進(jìn)作用。近年來(lái)，一些BIM 軟件的研發(fā)企業(yè)基于軟件推廣的目的，舉辦了各類BIM大賽，如歐特克公司的創(chuàng)新杯以及斯維爾杯、廣聯(lián)達(dá)大賽等。隨著大賽賽制的完善，影響范圍越來(lái)越廣。BIM 大賽的開(kāi)展，對(duì)高校BIM 教學(xué)改革起到很好地推動(dòng)作用，很多高校開(kāi)始組織學(xué)生參與到大賽中，為此我校以BIM 設(shè)計(jì)競(jìng)賽為載體，也進(jìn)行了基于BIM 的土木工程專業(yè)課程改革探索。通過(guò)組織學(xué)生參加各類學(xué)科競(jìng)賽，并將競(jìng)賽結(jié)果反饋進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)及成果推廣，存在的問(wèn)題及時(shí)在日常教學(xué)中進(jìn)行改進(jìn)，使實(shí)踐教學(xué)體系進(jìn)一步完善，進(jìn)而使更多的學(xué)生受益[9]。

4.6 將BIM技術(shù)融入畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

畢業(yè)設(shè)計(jì)作為實(shí)踐教學(xué)的重要組成部分，其主要目的在于培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)去解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的選題方向，針對(duì)高校土木工程專業(yè)，可以探索BIM技術(shù)在畢業(yè)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用，開(kāi)設(shè)BIM 方向的畢設(shè)選題，檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)BIM 技術(shù)的掌握能力和學(xué)習(xí)成果，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用BIM 的能力。為此，我校積極探索將BIM 技術(shù)融入土木工程專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)中，提高學(xué)生利用BIM技術(shù)解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，加深學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解以及對(duì)工程全生命周期的認(rèn)識(shí)。通過(guò)BIM技術(shù)對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目的模擬設(shè)計(jì)、施工，提高學(xué)生將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)踐技能的能力。畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)設(shè)BIM 方向選題，鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)BIM 技術(shù)進(jìn)行深入的研究，自主創(chuàng)新，拓寬思維，更好地適應(yīng)建筑行業(yè)發(fā)展的人才需要，為今后的擇業(yè)就業(yè)打下良好的基礎(chǔ)，適應(yīng)社會(huì)的需要[10]。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著BIM 技術(shù)的飛速發(fā)展，將BIM 技術(shù)融入高等教育的土木工程專業(yè)教育實(shí)踐中勢(shì)在必行。土木工程實(shí)踐與BIM技術(shù)教育相結(jié)合，將傳統(tǒng)的二維信息轉(zhuǎn)換為三維表示，并將理論講解轉(zhuǎn)換為實(shí)際操作，是土木工程專業(yè)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，并將為土木工程的發(fā)展作出巨大貢獻(xiàn)。