BIM 技術(shù)在園林工程教學(xué)改革中的應(yīng)用研究*

劉文祥 薛瑩

信陽農(nóng)林學(xué)院 河南信陽 464000

0 引言

園林工程是園林專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的重要課程，也是園林專業(yè)學(xué)科體系的核心課程，強(qiáng)調(diào)使用理學(xué)、工學(xué)等自然學(xué)科的知識(shí)解決在塑造地形、水體等藝術(shù)景觀時(shí)遇到的問題。因此，園林工程課程實(shí)踐性很強(qiáng)，在教學(xué)過程中應(yīng)更加注重培養(yǎng)學(xué)生解決現(xiàn)實(shí)問題和實(shí)際操作的能力。

建筑信息模型（Building Information Modeling）是一種創(chuàng)建和管理建筑或基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字模型的技術(shù)。它通過使用軟件工具來建立一個(gè)數(shù)字模型，可以模擬和分析建筑的各個(gè)系統(tǒng)和部件，包括結(jié)構(gòu)、機(jī)械、電氣和管道系統(tǒng)等。這些信息可以在從設(shè)計(jì)、施工到運(yùn)營(yíng)、維護(hù)整個(gè)建筑生命周期中使用。BIM 技術(shù)可以提高項(xiàng)目利益相關(guān)者之間的協(xié)作，提高準(zhǔn)確性和效率，減少浪費(fèi)和重復(fù)工作[1]。自1975 年Chunk Eastman 教授創(chuàng)建BIM 理念以來，隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)BIM 的應(yīng)用有大量的實(shí)際對(duì)象和市場(chǎng)，BIM 技術(shù)已成為建筑、工程等行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，BIM 應(yīng)用和云平臺(tái)、大數(shù)據(jù)等產(chǎn)生交叉和互動(dòng)。國(guó)家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部于2011 年提出，“十二五”期間要大力發(fā)展BIM，并于2012 年批準(zhǔn)了五個(gè)關(guān)于建筑工程的BIM 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；自2013 年開始，各直轄市和各省政府及香港特別行政區(qū)陸續(xù)推出地方BIM 標(biāo)準(zhǔn)供建筑工程單位使用。近年來，隨著智慧城市不斷建設(shè)發(fā)展，BIM 技術(shù)結(jié)合GIS 構(gòu)成的智慧城市管理平臺(tái)對(duì)實(shí)現(xiàn)智能城市科學(xué)化、信息化和可視化的運(yùn)營(yíng)管理起到了積極的推進(jìn)作用。

傳統(tǒng)教學(xué)以教師口頭傳授為主，同時(shí)使用幻燈片、板書、模型（實(shí)物教具）等輔助。BIM 技術(shù)的可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性等特征[2]有助于在園林工程課堂教學(xué)中實(shí)現(xiàn)以成果為導(dǎo)向。在課堂教學(xué)過程中，以學(xué)生為主，將復(fù)雜瑣碎的知識(shí)轉(zhuǎn)化為具體的項(xiàng)目式教學(xué)，讓學(xué)生在以BIM 技術(shù)為基礎(chǔ)的虛擬場(chǎng)景中通過實(shí)操學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)的細(xì)節(jié)和應(yīng)用，幫助學(xué)生克服學(xué)習(xí)障礙和恐懼，在實(shí)踐中完成知識(shí)點(diǎn)的獲取和運(yùn)用。同時(shí)，BIM 技術(shù)除了可以降低教學(xué)中的時(shí)間成本和人力成本外，教學(xué)模式也較為靈活，“線上+線下”的混合教學(xué)模式能夠更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。為實(shí)現(xiàn)園林工程教學(xué)中的“以學(xué)生為中心”，體現(xiàn)應(yīng)用型本科專業(yè)的教學(xué)理念，本文基于BIM 技術(shù)對(duì)園林工程課程的教學(xué)改革進(jìn)行了探索。

1 園林工程教學(xué)現(xiàn)狀問題

1.1 理論課程授課形式單一

園林工程是一門綜合性課程，知識(shí)點(diǎn)多，內(nèi)容涉及土方、給排水、水景、道路工程、假山工程、照明等，需要綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)、力學(xué)、測(cè)量學(xué)等多學(xué)科知識(shí)解決工程中的實(shí)際問題。教師在授課過程中較難找到相關(guān)知識(shí)單元的施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行教學(xué)，多數(shù)情況下只能將專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐案例相結(jié)合，授課方式只能以傳統(tǒng)授課形式為主，同時(shí)，對(duì)于教材中不能涵蓋的知識(shí)點(diǎn)，教師補(bǔ)充講授和學(xué)生理解起來時(shí)間成本較高。

1.2 實(shí)踐課程內(nèi)容與行業(yè)發(fā)展存在脫節(jié)

因課程內(nèi)容涉及實(shí)際工程手段和技術(shù)方法，所以，園林工程課程具有很強(qiáng)的實(shí)踐性。實(shí)際的園林工程項(xiàng)目?jī)?nèi)容涉及廣泛，且存在地域性的特點(diǎn)，對(duì)于同一個(gè)子工程，不同地區(qū)使用的材料和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范存在較大差別。傳統(tǒng)的實(shí)踐課程以施工圖臨摹和繪制為主，學(xué)生實(shí)踐時(shí)間成本高，無法全面對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行練習(xí)。同時(shí)，學(xué)生因缺乏相關(guān)的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，需要有工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的教師在實(shí)踐的過程中結(jié)合自己的經(jīng)驗(yàn)案例進(jìn)行分析，但由于當(dāng)前行業(yè)技術(shù)發(fā)展迅速，教師的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)存在明顯的落后性。

1.3 課程實(shí)習(xí)成本較高且實(shí)習(xí)模式單一

通過使用BIM 技術(shù)創(chuàng)建數(shù)字模型，學(xué)生可以在虛擬環(huán)境中學(xué)習(xí)和實(shí)踐園林工程，而無需實(shí)際施工。這樣可以大大降低實(shí)習(xí)成本，學(xué)生也可以在數(shù)字模型中模擬和分析園林工程項(xiàng)目，從而更好地理解園林工程的各個(gè)方面，在更短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更高的效率，增加實(shí)習(xí)的多樣性，從而提高實(shí)習(xí)質(zhì)量。

2 基于BIM 技術(shù)的園林工程教學(xué)改革探索

2.1 使用BIM 技術(shù)重構(gòu)項(xiàng)目式教學(xué)模式

項(xiàng)目教學(xué)法是在教師指導(dǎo)下，學(xué)生通過實(shí)施一個(gè)完整的項(xiàng)目，將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐的教學(xué)方法[3]。園林工程在以往的項(xiàng)目教學(xué)實(shí)施過程中，容易受到場(chǎng)地、時(shí)間、成本等制約，如較難匹配到符合當(dāng)前課程內(nèi)容的施工現(xiàn)場(chǎng)，如土方施工、園路施工和假山工程等項(xiàng)目環(huán)節(jié)受場(chǎng)地、設(shè)備及時(shí)間等限制，不在施工現(xiàn)場(chǎng)很難給出實(shí)際案例，無法引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)施。

BIM 技術(shù)可以將園林工程項(xiàng)目可視化，依托BIM 技術(shù)，學(xué)生可以建立一個(gè)完整的園林工程方案模型，進(jìn)而直觀地發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案中存在的缺陷，并加以解決，以進(jìn)一步提升設(shè)計(jì)方案的合理性；同時(shí)，可以縮減設(shè)計(jì)規(guī)劃所需的時(shí)間，縮短學(xué)習(xí)周期，提高學(xué)生課程學(xué)習(xí)效率。例如，學(xué)生在設(shè)計(jì)較大場(chǎng)地的復(fù)雜項(xiàng)目時(shí)，需考慮土方工程量計(jì)算、給排水工程和水景工程中管線的分布等復(fù)雜的施工問題，因?yàn)闀r(shí)間、場(chǎng)地等因素，無法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，項(xiàng)目教學(xué)中大量跨專業(yè)圖紙晦澀難懂，可利用BIM 技術(shù)的虛擬建模等功能，對(duì)項(xiàng)目施工進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)模擬，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合課程中的知識(shí)點(diǎn)對(duì)學(xué)生進(jìn)行闡述，以此提高學(xué)生課堂的學(xué)習(xí)效率。

2.2 利用BIM 技術(shù)提高課堂學(xué)生參與度

園林工程課程理論知識(shí)內(nèi)容復(fù)雜，課堂上學(xué)生理解起來較為困難。BIM 技術(shù)可以在課堂為學(xué)生提供一個(gè)虛擬仿真環(huán)境，讓他們可以更好地理解課程內(nèi)容。教師可以使用BIM 技術(shù)來模擬建筑物的設(shè)計(jì)和施工過程，從而更好地理解園林工程的概念和原理。此外，學(xué)生可以使用BIM 技術(shù)來模擬園林工程的建設(shè)和管理，更好地理解園林工程的實(shí)際應(yīng)用；可以使用BIM 技術(shù)來分析工程構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)，加深學(xué)生對(duì)課堂理論知識(shí)的理解；在實(shí)驗(yàn)教學(xué)階段，學(xué)生可以使用BIM 技術(shù)來模擬園林工程的施工過程，從而更好地理解施工流程。

為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，突出學(xué)生主體地位，打造參與式課堂。在園林工程實(shí)驗(yàn)課程中，學(xué)生通過小組的形式，以完成指定項(xiàng)目為主、教師指導(dǎo)講解為輔。每個(gè)知識(shí)單元的項(xiàng)目實(shí)踐要求學(xué)生在課堂上連通施工現(xiàn)場(chǎng)，用電腦繪制施工圖紙，并通過BIM 技術(shù)構(gòu)建的項(xiàng)目管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)圖紙及小組數(shù)據(jù)的同步。教師可以在后臺(tái)系統(tǒng)實(shí)時(shí)觀察和驗(yàn)收每個(gè)小組的進(jìn)度及問題，并根據(jù)每個(gè)小組的突出問題，集中操作講解。在每個(gè)子項(xiàng)目的節(jié)點(diǎn)，要求學(xué)生通過多媒體平臺(tái)，集中匯報(bào)小組在完成項(xiàng)目過程中遇到的問題和解決方案的思路，幫助學(xué)生培養(yǎng)自主思考能力。

2.3 通過BIM 技術(shù)豐富課程考核方法

園林工程課程原來的考核注重課堂教學(xué)內(nèi)容，平時(shí)成績(jī)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)和考試成績(jī)分別20%、30%和50%。平時(shí)成績(jī)主要是學(xué)生的出勤、課堂小作業(yè)、參觀報(bào)告、平時(shí)小測(cè)組成；實(shí)驗(yàn)成績(jī)?yōu)閷W(xué)生實(shí)驗(yàn)作業(yè)成績(jī)；期末考試為閉卷，時(shí)長(zhǎng)120 min，題目一般是園林工程理論知識(shí)點(diǎn)及部分施工圖繪制等內(nèi)容。這種在教室和紙上完成的考核，只能考查學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握程度和繪圖能力，無法全面考查學(xué)生的實(shí)操技能和職業(yè)素養(yǎng)等。

當(dāng)前，社會(huì)園林行業(yè)對(duì)學(xué)生的實(shí)踐能力要求越來越高，園林工程課程把考核內(nèi)容從理論知識(shí)變?yōu)榱死碚撆c實(shí)踐結(jié)合的項(xiàng)目實(shí)操，把試卷?yè)Q成了基于BIM 技術(shù)的具體項(xiàng)目。考核方式線上線下相結(jié)合，考核內(nèi)容技能考核和思政考核相結(jié)合。線上考核主要通過學(xué)生訪問在線資源的次數(shù)、章節(jié)測(cè)驗(yàn)、作業(yè)和考試、參與討論情況等進(jìn)行評(píng)價(jià)。作業(yè)和考試都限時(shí)完成，截止時(shí)間不提交者不延時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的規(guī)則意識(shí)。設(shè)計(jì)類項(xiàng)目和實(shí)操類項(xiàng)目的考核采用線下考核，主要考查學(xué)生圖紙和實(shí)物作品等實(shí)踐項(xiàng)目的完成情況。

3 基于BIM 技術(shù)的園林工程課程體系改革

園林工程系列課程是大三和大四上學(xué)期開設(shè)的專業(yè)類課程，包括園林工程、園林工程概預(yù)算和園林工程施工與管理三門課程。園林工程課程重點(diǎn)講授園林工程的技術(shù)設(shè)計(jì)和施工設(shè)計(jì)；園林工程施工與管理課程主要講授園林工程施工全過程的組織與管理；園林工程概預(yù)算課程著重講解如何計(jì)算園林工程施工項(xiàng)目的費(fèi)用。

為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，立體化教學(xué)模式作為一種全新的教學(xué)方式被采用。立體化教學(xué)模式以學(xué)生為中心，以學(xué)生的學(xué)習(xí)需求為出發(fā)點(diǎn)，利用多種教育資源、教育信息和教育手段，建立多元化的教學(xué)環(huán)境。這樣，教師可以利用多種教學(xué)資源、手段和信息，如網(wǎng)絡(luò)資源、多媒體、案例教學(xué)、討論、游戲、演示、實(shí)驗(yàn)等，豐富課堂內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

利用BIM 技術(shù)，采用立體化教學(xué)的方式將原本內(nèi)容較為割裂的園林工程系列課程串聯(lián)起來，讓學(xué)生可以在課堂上更直觀、更生動(dòng)地理解課程內(nèi)容，提高學(xué)生對(duì)園林工程知識(shí)的吸收能力和掌握程度。同時(shí)，通過BIM 技術(shù)模擬真實(shí)的園林工程項(xiàng)目，學(xué)生可以在課堂上實(shí)踐和演練所學(xué)知識(shí)，加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和記憶。此外，通過BIM 技術(shù)展示園林工程項(xiàng)目的全過程，學(xué)生可以更好地了解園林工程的設(shè)計(jì)、施工、管理等方面的知識(shí)，為今后的專業(yè)學(xué)習(xí)和實(shí)際工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.1 整合園林工程系列課程教學(xué)資源

基于BIM 技術(shù)將園林工程和園林工程施工與管理等課程理論資源進(jìn)行整合，依托校級(jí)教學(xué)改革項(xiàng)目共同建設(shè)，與市場(chǎng)結(jié)合，實(shí)驗(yàn)課程以實(shí)際項(xiàng)目為參考。同時(shí)，將知識(shí)點(diǎn)緊扣實(shí)際施工，解決學(xué)生因?yàn)闆]有到過工地，沒有實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)而難以理解的問題，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)樂趣。在教學(xué)資源改革中建設(shè)BIM 技術(shù)平臺(tái)并以此平臺(tái)為基礎(chǔ)導(dǎo)入實(shí)際項(xiàng)目，每個(gè)環(huán)節(jié)都找到相關(guān)的園林工程與施工方案和案例，以此激發(fā)學(xué)生的興趣，使學(xué)生更全面地了解園林工程從設(shè)計(jì)到施工的全流程。

3.2 破除前驅(qū)課程和后續(xù)課程的屏障

通過課程群的組建，強(qiáng)化園林專業(yè)各課程之間的聯(lián)系。以園林工程與相關(guān)課程組建以園林工程課程為核心的“工程課程群”，以測(cè)量學(xué)、園林制圖、園林計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)為前驅(qū)課程，以園林施工組織與管理和園林工程概預(yù)算為并行課程，可以使學(xué)生在學(xué)習(xí)園林工程課程的同時(shí)，掌握相關(guān)課程的知識(shí)，從而更好地掌握?qǐng)@林工程的基本知識(shí)和技能。同時(shí)，基于BIM 技術(shù)，例如，將BIM 技術(shù)與GIS 技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)包括模擬下雨時(shí)園林地表徑流水，并以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)園林排水線路等。

3.3 不斷結(jié)合先進(jìn)技術(shù)手段升級(jí)實(shí)習(xí)基地和實(shí)驗(yàn)室

在遵循學(xué)生學(xué)習(xí)規(guī)律的前提下，為了加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力，基于BIM 技術(shù)將實(shí)習(xí)基地教學(xué)分為三個(gè)階段。首先，在實(shí)習(xí)基地教學(xué)的第一階段，學(xué)生學(xué)習(xí)BIM 技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)，包括BIM 技術(shù)的基本概念、工程模型的建立、模型的編輯、模型的查看和模型的應(yīng)用等。其次，在實(shí)習(xí)基地教學(xué)的第二階段，學(xué)生學(xué)習(xí)BIM 技術(shù)的實(shí)踐操作，包括BIM 技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用、模型的實(shí)時(shí)分析、模型的實(shí)時(shí)可視化等。在此階段，學(xué)生將學(xué)習(xí)如何使用BIM 技術(shù)來實(shí)現(xiàn)實(shí)際項(xiàng)目的實(shí)施以及如何使用BIM 技術(shù)來實(shí)現(xiàn)模型的實(shí)時(shí)分析和可視化等。最后，學(xué)生學(xué)習(xí)BIM 技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用，包括BIM 技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用、模型的實(shí)時(shí)分析、模型的實(shí)時(shí)可視化、模型的實(shí)時(shí)管理等。在此階段，學(xué)生將學(xué)習(xí)如何使用BIM 技術(shù)來實(shí)現(xiàn)實(shí)際項(xiàng)目的實(shí)施以及如何使用BIM 技術(shù)來實(shí)現(xiàn)模型的實(shí)時(shí)分析、可視化和管理等。

4 結(jié)束語

在園林工程課程教學(xué)改革的探索過程中，可以看出BIM 技術(shù)對(duì)園林工程課程教學(xué)效果有較大的提升。作為信息技術(shù)，BIM 技術(shù)可以將園林工程設(shè)計(jì)中的各種信息，如空間布局、材料選擇、施工方案等，以三維模型的形式進(jìn)行統(tǒng)一管理。在園林工程課程教學(xué)中，BIM 技術(shù)可以幫助學(xué)生更好地理解園林工程設(shè)計(jì)的過程，更好地掌握?qǐng)@林工程的基本原理，更好地進(jìn)行園林工程的實(shí)踐。因此，BIM 技術(shù)在園林工程課程教學(xué)中具有重要的作用，可以為學(xué)生提供更好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。