基于三維建模技術(shù)的本科BIM課程教學(xué)模式的探索與研究

徐行 鄭鑫 張兆強(qiáng) 劉桂德 張琬抒 司俊嶺

摘要：目前全國部分高校新設(shè)BIM課程以提高本科生對于BIM行業(yè)的熟知，為未來建筑行業(yè)輸送更多優(yōu)質(zhì)人才。由于BIM教育在高等院校剛剛開始，不同學(xué)校針對此課程有不同的教學(xué)模式。基于此現(xiàn)狀，此研究旨在本科BIM教學(xué)課程中融入更多的實(shí)際操作教學(xué)演練并且聯(lián)系行業(yè)BIM正向設(shè)計原理，以行業(yè)需求為導(dǎo)向進(jìn)行BIM的實(shí)踐教學(xué)。

關(guān)鍵詞：BIM建模施工正向設(shè)計信息化

中圖分類號： TU18 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

Abstract：At present， some colleges and universities across the country have set up new BIM courses to improve undergraduates' familiarity with the BIM industry and transport more high-quality talents for the construction industry in the future. Since BIM education has just started in Chinese universities， different universities have different teaching models for this course. Based on this situation， this research aims to integrate more practical teaching exercises into undergraduate BIM teaching courses， and carry out BIM practical teaching guided by industry needs in combination with the positive design principle of industry BIM.

Key Words：BIM; Modeling; Construction; Design; Informatization

建筑業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)支柱型產(chǎn)業(yè)之一，是迎接國家戰(zhàn)略發(fā)展的排頭兵。而如今BIM在建筑領(lǐng)域應(yīng)用甚廣，已經(jīng)成為建筑行業(yè)不可或缺的一部分。隨著國家的發(fā)展規(guī)劃，各省市，直轄市的建委和相關(guān)部門都陸續(xù)推出了BIM相關(guān)政策，逐步明確建筑行業(yè)朝向數(shù)字化轉(zhuǎn)型對BIM技術(shù)的要求。BIM技術(shù)相對于傳統(tǒng)二維制圖相比有兩個顯著特點(diǎn)：一是模型集成建筑全生命周期各階段、各專業(yè)信息，用三維模型實(shí)現(xiàn)對擬建工程的可視化和精細(xì)化分析;二是BIM建立的模型可以作為平臺以供多專業(yè)、多人員協(xié)作。由此，將帶給建筑工程行業(yè)思維上與工作方式上的革命性地轉(zhuǎn)變。BIM可以將整個項(xiàng)目的建造過程利用計算機(jī)軟件如REVIT，NAVISWORKS，F(xiàn)UZOR等軟件進(jìn)行模擬、算量、渲染及出圖[1]-[2]。BIM技術(shù)既可以更好的實(shí)現(xiàn)各個專業(yè)包括建筑結(jié)構(gòu)設(shè)備協(xié)同工作，減少設(shè)計階段各個專業(yè)的錯漏碰缺問題，同時利用BIM的可視化等功能也可以指導(dǎo)現(xiàn)場施工?？偠灾?，BIM技術(shù)廣泛應(yīng)用于項(xiàng)目的各個階段，實(shí)現(xiàn)了建筑全生命周期的信息共享，提高了建筑行業(yè)項(xiàng)目的生產(chǎn)運(yùn)營效率和精細(xì)化管理水平。

1高校本科生BIM課程教育現(xiàn)狀

國家雖然大力推行建筑行業(yè)向信息化、現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型，但是我國的BIM技術(shù)滲透率較低，對應(yīng)人才也比較稀缺。尤其是當(dāng)設(shè)計院利用BIM軟件進(jìn)行正向設(shè)計時，需要全專業(yè)設(shè)計人員應(yīng)用BIM軟件，這就要求設(shè)計人員需要熟練掌握BIM軟件才能按時出圖。但是由于設(shè)計院長期使用二維制圖軟件CAD已經(jīng)成為常態(tài)，因此又懂設(shè)計又懂BIM的人員相對較為稀缺。高校針對行業(yè)類似現(xiàn)狀，開展本科生BIM的課程教學(xué)，目的是提高學(xué)生對BIM的熟悉程度，為行業(yè)輸出更多優(yōu)質(zhì)的BIM人才。目前雖然高校開設(shè)BIM課程，但是在教學(xué)模式上仍然存在以下亟待改進(jìn)的地方。

1.1教學(xué)硬件配置不夠

近幾年BIM的教學(xué)模式漸漸由理論學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化到實(shí)踐教學(xué)，實(shí)踐教學(xué)需要完善各方面的教學(xué)資源。目前常用的BIM三維建模軟件是REVIT，此軟件對于計算機(jī)的硬件要求比較高，才能保證REVIT軟件的運(yùn)行效率[3]。因此學(xué)校一方面需要購買軟件版權(quán)，另一方面還需要建設(shè)機(jī)房，提高電腦硬件配置。有些應(yīng)用型學(xué)校由于經(jīng)費(fèi)的限制，因此實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)暫時擱置，導(dǎo)致BIM課程僅停留在理論學(xué)習(xí)方面。

1.2教學(xué)內(nèi)容較為單一

目前BIM的課程教學(xué)學(xué)時通常為32學(xué)時，一般通過REVIT軟件進(jìn)行初始設(shè)計教學(xué)，對軸網(wǎng)，墻體，門窗，樓梯，梁板柱，幕墻，屋頂，場地設(shè)置，族的建立，體量的建立等幾個知識點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)講解。要求本科生掌握BIM軟件建模思路和邏輯，能夠獨(dú)立利用BIM軟件繪制小型建筑模型方案及簡單施工圖。雖然通過課程教學(xué)讓學(xué)生對三維建模有所熟練，但是在未來實(shí)際工作中對BIM的使用要求遠(yuǎn)不止于此。

1.3考核方式比較單一

目前BIM的課程考試一般均以理論概念（筆試）+建?？己耍C(jī)試）體現(xiàn)，有些學(xué)生在理論考試中一般死記硬背概念，并沒有真正理解BIM的原理和優(yōu)勢，不利于學(xué)生對BIM的靈活應(yīng)用。學(xué)生對建模考核也沒有足夠重視，在考試過程中偶爾會出現(xiàn)雷同的現(xiàn)象，對BIM的教學(xué)質(zhì)量評估產(chǎn)生一定影響。若繼續(xù)采用此類考核方式，會導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不夠，自主探究性不強(qiáng)。

1.4自主創(chuàng)新能力較弱

在以往的教學(xué)模式中，通常采用BIM軟件將二維圖紙轉(zhuǎn)化為三維模型的方式。這種學(xué)習(xí)方式稍顯枯燥和機(jī)械，降低了學(xué)生的自主創(chuàng)造性以及對知識的探索欲。學(xué)生目前對BIM的了解還僅限于書本階段，但實(shí)際上書本上的相關(guān)教學(xué)內(nèi)容遠(yuǎn)沒有BIM行業(yè)發(fā)展變更的速度快。因此如何借助信息化技術(shù)提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和完善學(xué)習(xí)內(nèi)容值得我們思考。本文針對以上教學(xué)現(xiàn)狀，提出基于三維建模技術(shù)的BIM課程新思路以供參考。

2基于三維建模技術(shù)的BIM課程新思路

我國建筑行業(yè)近年來快速發(fā)展變革，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)與項(xiàng)目管理模式發(fā)生巨大變化。技術(shù)變更不僅限于工藝、工法、專利等方面，BIM技術(shù)、人工智能等新科技快速的融入到了建筑行業(yè)中來。因此高校的BIM人才培養(yǎng)與行業(yè)BIM技術(shù)人才市場的流動重新詮釋了雙向選擇的意義。結(jié)合現(xiàn)在高校BIM課程存在的問題以及當(dāng)今建筑行業(yè)的需求，本文提出在BIM課程中可以采用以下新的思路進(jìn)行教育教學(xué)。

2.1融合BIM正向設(shè)計

由于BIM建模的過程中，可以實(shí)現(xiàn)將不同專業(yè)的設(shè)計內(nèi)容同步更新到模型中，這樣就可以對管線及構(gòu)件進(jìn)行綜合分析。所以在課程教學(xué)過程中，可以通過NAVISWORKS等軟件給學(xué)生滲透BIM的碰撞功能。因?yàn)榇髮W(xué)課程的時長以及學(xué)生的接受能力有所限制，因此此項(xiàng)不一定要求學(xué)生親自操作。通過上機(jī)實(shí)訓(xùn)，高校教師為學(xué)生演示模型整合過程，視點(diǎn)編輯，漫游以及碰撞檢測等功能。在課程中也可以結(jié)合BIM技術(shù)，為學(xué)生演示三維場地的布置，可以解決二維圖紙難以解決的施工現(xiàn)場問題，比如設(shè)備放置點(diǎn)布置，材料堆放點(diǎn)布置，生活區(qū)和辦公區(qū)布置等。

2.2多專業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)

現(xiàn)實(shí)建筑行業(yè)的施工項(xiàng)目需要多專業(yè)多部門共同協(xié)作，BIM教學(xué)也可以采用同樣方法。雖然建立BIM實(shí)訓(xùn)基地需要一定經(jīng)費(fèi)，應(yīng)用型院?？梢远鄬I(yè)多院校聯(lián)合辦理一個BIM實(shí)訓(xùn)基地以培養(yǎng)復(fù)合型BIM人才。此方法既可以做到資源共享，也可以做到信息互通，實(shí)現(xiàn)雙贏的戰(zhàn)略。同時在教學(xué)過程中建議聯(lián)合建筑學(xué)，土木工程，建筑環(huán)境工程，園林園藝，工程管理等相關(guān)專業(yè)，讓以上專業(yè)的學(xué)生協(xié)同完成完成一個大項(xiàng)目，這樣既可以鍛煉學(xué)生的團(tuán)結(jié)協(xié)作能力，又可以提高學(xué)生的溝通能力。通過解決多專業(yè)復(fù)雜問題，為學(xué)生未來進(jìn)入工作崗位奠定基礎(chǔ)。

2.3利用BIM大賽教學(xué)

各級政府對BIM技術(shù)非常重視，通過采用檢查審查、多部門聯(lián)動、評獎評優(yōu)等方式推進(jìn)BIM的應(yīng)用。目前行業(yè)中建筑協(xié)會、企業(yè)、高校也積極響應(yīng)號召，舉辦多種競賽、交流、觀摩等活動。近些年各高校舉辦BIM設(shè)計競賽也如火如荼，因此可以采用結(jié)合BIM大賽的方式對學(xué)生進(jìn)行教學(xué)。因?yàn)樵诰o張的競賽準(zhǔn)備過程中，可以激發(fā)學(xué)生潛力與積極性，促進(jìn)學(xué)生對BIM的概念和軟件的熟悉與了解。通過參加BIM大賽，也可以了解BIM行業(yè)最新的行情及需求[2]。同時也可以加強(qiáng)與長三角以及珠三角等區(qū)域BIM技術(shù)人才的交流，學(xué)習(xí)更多BIM的前沿技術(shù)和優(yōu)秀頂尖的BIM知識。

2.4與課程設(shè)計與畢業(yè)設(shè)計相結(jié)合

課程設(shè)計是工科專業(yè)的重要課程，比如建筑學(xué)和土木工程專業(yè)學(xué)生需要進(jìn)行房屋建筑學(xué)的課程設(shè)計，最終提交單棟建筑的施工圖。在類似課程設(shè)計中，可以先使用BIM建立信息模型，然后對模型進(jìn)行分析及對存在的問題進(jìn)行修改，最后通過BIM軟件生成二維圖紙。同理，在本科生的畢業(yè)設(shè)計中建議不限制畢業(yè)設(shè)計的完成方式，這樣學(xué)生也可以采用BIM進(jìn)行設(shè)計。本科生通過這些課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計的鍛煉，可以將各類專業(yè)課程融會貫通，從而進(jìn)行系統(tǒng)性的學(xué)習(xí)。

3結(jié)合行業(yè)BIM要求新增學(xué)習(xí)內(nèi)容

在國內(nèi)建筑市場，BIM主要應(yīng)用在BIM模型維護(hù)，場地分析，建筑方案論證，可視化設(shè)計，工程量統(tǒng)計，管線綜合，施工進(jìn)度模擬，竣工模型交付，災(zāi)難應(yīng)急模擬等領(lǐng)域。這些領(lǐng)域涉及建筑行業(yè)的各個專業(yè)，對相關(guān)人才素質(zhì)要求較高。但是由于高校本科生BIM課程的課時有限，不同專業(yè)對BIM的學(xué)習(xí)側(cè)重點(diǎn)也大為不同，因此本文針對不同專業(yè)的教學(xué)目標(biāo)，提出以下幾點(diǎn)新增內(nèi)容建議：

3.1土木工程專業(yè)

通過應(yīng)用BIM技術(shù)，施工現(xiàn)場可以及時下達(dá)、跟蹤結(jié)構(gòu)構(gòu)件的狀態(tài)，避免因構(gòu)件生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)葐栴}影響進(jìn)度。同時通過施工進(jìn)度管理，可以直觀地發(fā)現(xiàn)計劃進(jìn)度與實(shí)際進(jìn)度之間的偏差，及時對施工計劃進(jìn)行修正，保證施工進(jìn)度在項(xiàng)目管理人員的可控范圍內(nèi)。通過BIM可視化功能，可以保證現(xiàn)場構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)連接質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量數(shù)據(jù)可追溯，提高施工質(zhì)量水平。因此，結(jié)合BIM此項(xiàng)功能，在土木工程專業(yè)的BIM課程學(xué)習(xí)中，除了基礎(chǔ)建模以外也可以將建筑模型導(dǎo)入至NAVISWORKS和FUZOR等軟件內(nèi)，生成施工模擬動畫，這樣項(xiàng)目的實(shí)施方案與施工流程即可清晰明了。教師利用BIM軟件將施工過程模擬出來，可以使學(xué)生充分了解施工現(xiàn)場從開工至竣工階段的全過程以及各個工法的施工要點(diǎn)，進(jìn)而學(xué)會項(xiàng)目的施工組織與管理[4]-[5]，使現(xiàn)場施工與建筑模型之間形成有效的聯(lián)系。

3.2設(shè)備專業(yè)

在現(xiàn)場施工過程中，許多設(shè)備專業(yè)的二維設(shè)計圖紙由于諸多原因，設(shè)計深度往往滿足不了施工的深度要求，施工前仍需要進(jìn)行深化設(shè)計。設(shè)備專業(yè)涉及暖通、給排水、消防、強(qiáng)弱電等各種管線錯綜復(fù)雜，管線處剩余空間狹小[6]。若在施工中發(fā)生管線交叉碰撞問題，往往會出現(xiàn)拆除返工現(xiàn)象，不但會影響建筑使用功能，還會大大浪費(fèi)材料并且延誤工期。結(jié)合這一施工現(xiàn)場問題，在BIM教學(xué)環(huán)節(jié)中可為學(xué)生展示建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等專業(yè)模型整合過程，再根據(jù)建筑專業(yè)要求將模型導(dǎo)入相關(guān)軟件進(jìn)行機(jī)電專業(yè)和建筑、結(jié)構(gòu)專業(yè)的碰撞檢查，然后學(xué)會讀取碰撞報告結(jié)果，最后對管線進(jìn)行調(diào)整、避讓建筑結(jié)構(gòu)。通過此項(xiàng)學(xué)習(xí)，讓學(xué)生了解BIM技術(shù)實(shí)際上是可以及時分析偏差對工期的影響程度以及產(chǎn)生的原因，采取有效措施，實(shí)現(xiàn)對項(xiàng)目進(jìn)度的控制[7]-[9]。

3.3工程管理專業(yè)

工程管理專業(yè)教師和學(xué)生需要注意傳統(tǒng)算量軟件與BIM的差別，針對BIM的出現(xiàn)對造價行業(yè)產(chǎn)生的影響，高校也應(yīng)該與時俱進(jìn)，對傳統(tǒng)教學(xué)模式進(jìn)行改變。從BIM模型里讀取工程量相對簡便快捷，免去了一部分算量的煩瑣工作?；贐IM背景下的模型造價的思維模式已經(jīng)不再是各個零散數(shù)據(jù)的調(diào)用，而是在設(shè)計階段就建立一個標(biāo)準(zhǔn)的建筑模型[10]。首先需要將工程造價相關(guān)信息錄入BIM模型中，可以得出模型工程量和施工圖預(yù)算。在施工階段通過對模型數(shù)據(jù)的修正，可以得到結(jié)算、決算的一些基本信息。直至項(xiàng)目竣工，此模型中的數(shù)據(jù)也依然可以為以后類似的項(xiàng)目做參考。因此工程管理相關(guān)專業(yè)需要重點(diǎn)學(xué)習(xí)建模、算量、信息維護(hù)和明細(xì)建立，可以在未來工作中快速創(chuàng)建成本計劃與核算分析，有效提高成本管控能力。

4結(jié)語

在過去建筑行業(yè)中，行業(yè)人才一般通過年限、工作經(jīng)歷、項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)逐漸發(fā)展提升，企業(yè)的知名度和企業(yè)的效能也是通過傳承以及重點(diǎn)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)慢慢成長。伴隨著BIM技術(shù)逐漸深入，在更新建筑行業(yè)相關(guān)體系、規(guī)章制度的同時，也逐漸對行業(yè)的人才進(jìn)行更新?lián)Q代。BIM技術(shù)相對于其豐富的模型信息庫、與多種軟件方便的數(shù)據(jù)交換接口，成熟、便捷的的可視化應(yīng)用軟件等，比傳統(tǒng)建筑技術(shù)有了較大的提升。由于我國近些年BIM的快速發(fā)展和應(yīng)用，大力培養(yǎng)適應(yīng)社會需求的BIM 技術(shù)人才迫在眉睫。本文結(jié)合目前BIM的教學(xué)現(xiàn)狀，提出基于三維建模技術(shù)的BIM課程新思路及新內(nèi)容，將BIM技術(shù)融入到本科生專業(yè)課程教學(xué)中，以提高學(xué)生的專業(yè)競爭力和高校BIM的教學(xué)質(zhì)量。因本人能力有限，所提建議僅供各位老師參考。同時希望更多優(yōu)秀高校教師注意到BIM人才培養(yǎng)的迫切性和重要性，貼合適應(yīng)市場和社會的需求，探索出最優(yōu)的教學(xué)方案，為社會培養(yǎng)出更多優(yōu)秀的應(yīng)用型、創(chuàng)新型的BIM人才。

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