基于BIM虛擬建造技術(shù)的土建類(lèi)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)模式研究

張現(xiàn)林 賈俊禮 趙志平

（河北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河北 石家莊 050091）

建筑信息模型（Building Information Modeling，簡(jiǎn)稱(chēng)BIM），是在CAD技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的多維模型信息集成技術(shù)，是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了建筑工程項(xiàng)目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型，是對(duì)工程項(xiàng)目設(shè)施實(shí)體和功能特性的可視化表達(dá)。我們利用BIM技術(shù)開(kāi)發(fā)了門(mén)式鋼架廠房、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑等項(xiàng)目，通過(guò)虛擬建造，創(chuàng)新了CDIO工程教育模式在土建類(lèi)專(zhuān)業(yè)的應(yīng)用，開(kāi)發(fā)了三維可視化教學(xué)資源庫(kù)，使土建類(lèi)專(zhuān)業(yè)所需教學(xué)資源從兩維平面變成三維可視，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)手段創(chuàng)新。

以BIM為載體的虛擬建造技術(shù)為人才培養(yǎng)模式的創(chuàng)新提供了條件

以建筑業(yè)信息化建設(shè)需求為導(dǎo)向，形成以BIM為特色的課程體系 《2011～2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》明確了我國(guó)加快建筑信息模型（BIM）技術(shù)應(yīng)用等主要總體目標(biāo)。探索基于BIM技術(shù)的三維設(shè)計(jì)技術(shù)，提高參數(shù)化、可視化和性能化設(shè)計(jì)能力，并為設(shè)計(jì)施工一體化提供技術(shù)支撐，可以減少信息在傳遞過(guò)程中的流失。在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，我們及時(shí)調(diào)整了2012版土建類(lèi)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)方案，在課程體系中增加了《BIM技術(shù)應(yīng)用》專(zhuān)業(yè)課程。2012年5月10日，在進(jìn)行《2012版土建類(lèi)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)方案》論證時(shí)，專(zhuān)業(yè)建設(shè)委員會(huì)與會(huì)企業(yè)專(zhuān)家對(duì)于在課程體系中增加《BIM技術(shù)應(yīng)用》專(zhuān)業(yè)課程給予了充分肯定和高度評(píng)價(jià)。

以基于BIM的虛擬建造技術(shù)為抓手，實(shí)現(xiàn)CDIO工程教育模式創(chuàng)新 我院土建類(lèi)專(zhuān)業(yè)從2010年開(kāi)始進(jìn)行CDIO工程教育模式改革，制定了12條CDIO標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)基于BIM技術(shù)的三維數(shù)字化建造技術(shù)，設(shè)計(jì)了門(mén)式鋼架廠房、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑等項(xiàng)目，通過(guò)虛擬建造，創(chuàng)新了CDIO工程教育模式在土建類(lèi)專(zhuān)業(yè)的應(yīng)用。下面以門(mén)式鋼架廠房項(xiàng)目為例加以說(shuō)明。

1.方案構(gòu)思 （C）。以國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集04SG518-3為藍(lán)本，考慮到項(xiàng)目的典型性及模型大小等因素，引導(dǎo)學(xué)生整體構(gòu)思跨度為12m、鋼架間距為6m的門(mén)式剛架廠房。

2.項(xiàng)目設(shè)計(jì)（D）。根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，完成柱腳節(jié)點(diǎn)、鋼架柱與鋼架梁的楔形節(jié)點(diǎn)、鋼架梁與鋼架梁的連接節(jié)點(diǎn)、加勁肋設(shè)置等。

3.虛擬建造（I）。依據(jù)設(shè)計(jì)藍(lán)圖，通過(guò)BIM應(yīng)用軟件，完成門(mén)式鋼架廠房的虛擬建造，如圖1所示。

圖1 門(mén)式鋼架廠房圖

4.碰撞檢查（O）。整體搭建結(jié)束后，進(jìn)行碰撞檢查，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的錯(cuò)、漏、碰、缺等問(wèn)題。經(jīng)碰撞檢查，鋼架柱牛腿的下翼緣和加勁肋發(fā)生了碰撞，加勁肋的板件已深入到了下翼緣內(nèi)。對(duì)所有碰撞都進(jìn)行處理后，完成此教學(xué)項(xiàng)目，如圖2所示。

圖2 碰撞檢查結(jié)果圖

深化了三級(jí)能力遞進(jìn)的課程體系，提升了人才培養(yǎng)質(zhì)量 土建類(lèi)專(zhuān)業(yè)以發(fā)展職業(yè)能力為主線，以專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)方案為抓手，形成了特色鮮明的“123”人才培養(yǎng)模式：“1”指建設(shè)一個(gè)四方聯(lián)動(dòng)的多元合作平臺(tái)；“2”指完善畢業(yè)證書(shū)和職業(yè)資格證書(shū)的“雙證”融通；“3”指實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)能力→核心能力→職業(yè)綜合能力三級(jí)能力遞進(jìn)。以BIM技術(shù)為支撐，在教學(xué)中推廣應(yīng)用可視化教學(xué)資源庫(kù)，實(shí)施項(xiàng)目化教學(xué)，深化了“123”人才培養(yǎng)模式及三級(jí)能力遞進(jìn)體系，提升了人才培養(yǎng)質(zhì)量。BIM技術(shù)在三級(jí)能力遞進(jìn)課程體系中發(fā)揮的作用如下。

1.基礎(chǔ)能力。在《建筑工程制圖》、《房屋建筑構(gòu)造》、《施工圖識(shí)讀與會(huì)審》、《鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)造與識(shí)圖》、《建筑材料檢測(cè)與應(yīng)用》、《建筑模型制作》等專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)中，發(fā)揮數(shù)字化教學(xué)資源庫(kù)從兩維平面圖紙轉(zhuǎn)化為三維圖形的優(yōu)勢(shì)，極大地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，學(xué)習(xí)效果顯著提升，為專(zhuān)業(yè)綜合能力培養(yǎng)奠定了基礎(chǔ)。

2.專(zhuān)業(yè)綜合能力。通過(guò)在《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》、《公共空間設(shè)計(jì)》、《建筑工程計(jì)量與計(jì)價(jià)》、《地基與基礎(chǔ)工程施工》、《磚混結(jié)構(gòu)主體施工》、《現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)主體施工》、《防水與裝修工程施工》等項(xiàng)目課程中采用CDIO工程教育模式，學(xué)生可運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行項(xiàng)目構(gòu)思、設(shè)計(jì)、建造、檢查，最后完成整個(gè)項(xiàng)目。

3.職業(yè)綜合能力。在頂崗實(shí)習(xí)階段，學(xué)生可在企業(yè)完成真實(shí)的工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)、項(xiàng)目建造、質(zhì)量檢查、交付使用等工作，有助于培養(yǎng)學(xué)生的綜合職業(yè)能力，實(shí)現(xiàn)“零距離”就業(yè)。學(xué)生在企業(yè)完成的真實(shí)項(xiàng)目如圖3所示。

圖3 辛集皮革城二期工程景觀設(shè)計(jì)項(xiàng)目圖

三維可視化教學(xué)資源庫(kù)在教學(xué)中的應(yīng)用

我們依據(jù)國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)規(guī)范圖集，開(kāi)發(fā)了土建類(lèi)專(zhuān)業(yè)基于BIM技術(shù)的可視化教學(xué)資源庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)兩維圖紙的三維可視，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和教學(xué)質(zhì)量。

可視化資源庫(kù)的基本情況 可視化教學(xué)資源庫(kù)按建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備等專(zhuān)業(yè)分類(lèi)，由以公共建筑、民用建筑、工業(yè)廠房等典型工程項(xiàng)目為代表的案例組成。下面以混凝土結(jié)構(gòu)為例加以介紹。我們以某教學(xué)樓為案例，開(kāi)發(fā)了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)三維教學(xué)項(xiàng)目，再現(xiàn)了混凝土三維結(jié)構(gòu)，可通過(guò)調(diào)整混凝土的透明度，使隱蔽在其中的鋼筋顯露出來(lái)，展示基礎(chǔ)、框架柱、框架梁、樓面板、屋面板、樓梯、雨篷等鋼筋的構(gòu)造；展示各類(lèi)鋼筋節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，包括框架柱鋼筋的接長(zhǎng)、箍筋加密區(qū)的構(gòu)造、變截面的實(shí)現(xiàn)、框架梁鋼筋在框架柱內(nèi)的錨固、負(fù)筋的截?cái)嗯c接長(zhǎng)、抗扭鋼筋、梁側(cè)構(gòu)造鋼筋、拉結(jié)筋的設(shè)置、吊筋及附加箍筋的設(shè)置等。通過(guò)該模型的使用，可使學(xué)生深入理解國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)系列圖集11G101-X的含義，掌握鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要求，熟悉平法制圖規(guī)則，能進(jìn)行混凝土施工縫的設(shè)置，有助于提高學(xué)生識(shí)讀平法施工圖紙的能力、繪制鋼筋下料單的能力以及工程量計(jì)量的能力。可視化資源庫(kù)的使用界面如圖4、圖5、圖6所示。

圖4 基于BIM技術(shù)的鋼筋混凝土實(shí)體結(jié)構(gòu)——整體圖

圖5 基于BIM的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)——局部放大圖

圖6 上部通長(zhǎng)鋼筋的接長(zhǎng)、負(fù)筋的截?cái)鄨D

可視化教學(xué)資源庫(kù)在教學(xué)中的應(yīng)用 我們開(kāi)發(fā)的可視化教學(xué)資源已應(yīng)用在土建類(lèi)7個(gè)專(zhuān)業(yè)、13門(mén)課程中，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)手段創(chuàng)新。通過(guò)在《建筑工程制圖》、《建筑結(jié)構(gòu)》、《房屋建筑構(gòu)造》、《建筑材料檢測(cè)與應(yīng)用》、《建筑效果圖》、《建筑模型制作》、《施工圖識(shí)讀與會(huì)審》、《鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)造與識(shí)圖》、《地基與基礎(chǔ)工程施工》、《現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)主體施工》、《鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)》、《鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計(jì)》、《建筑工程計(jì)量與計(jì)價(jià)》等課程中推廣使用可視化教學(xué)資源庫(kù)，提高了教學(xué)質(zhì)量。下面以《施工圖識(shí)讀與會(huì)審》課程“框架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)施工圖的識(shí)讀”為例，說(shuō)明BIM技術(shù)在教學(xué)過(guò)程中的應(yīng)用。《施工圖識(shí)讀與會(huì)審》是土建類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)核心課程，課程的中心任務(wù)就是使學(xué)生能夠熟練識(shí)讀建筑工程的土建專(zhuān)業(yè)施工圖，能夠收集與圖紙相關(guān)的技術(shù)資料，正確領(lǐng)會(huì)并執(zhí)行國(guó)家建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，具備參與圖紙會(huì)審的工作能力，學(xué)會(huì)處理施工中的有關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與構(gòu)造問(wèn)題，逐步提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的綜合應(yīng)用能力。框架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)施工圖的識(shí)讀通過(guò)直接調(diào)用可視化教學(xué)資源庫(kù)中的混凝土結(jié)構(gòu)模塊，在閱讀基礎(chǔ)施工圖紙和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)圖集11G101-3（獨(dú)立基礎(chǔ)條形基礎(chǔ)筏形基礎(chǔ)及樁基）的同時(shí)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)、設(shè)置剪切面、調(diào)整混凝土的透明度等自主操作，逐一核對(duì)每根鋼筋，形象地完成基礎(chǔ)圖紙的識(shí)讀，如下頁(yè)圖7、圖8所示。

圖7 -1.150米基礎(chǔ)梁平面整體配筋圖

圖8 基礎(chǔ)部分BIM模型，除墊層外混凝土已隱藏圖

教學(xué)手段創(chuàng)新效果 通過(guò)整體設(shè)計(jì)，在我院土建大類(lèi)7個(gè)專(zhuān)業(yè)推廣應(yīng)用基于BIM的虛擬建造技術(shù)及三維可視化教學(xué)資源庫(kù)后，2009年，《地基與基礎(chǔ)工程施工》被評(píng)為高職高專(zhuān)土建教育師資培訓(xùn)基地（教指委）精品課程，2011年被評(píng)為河北省精品課程。我院學(xué)生在2012第一屆全國(guó)“魯班杯”建筑工程識(shí)圖技能競(jìng)賽，2011、2012年全國(guó)高等學(xué)校廣聯(lián)達(dá)軟件算量大賽，2012年全國(guó)高職高專(zhuān)教育建筑設(shè)計(jì)類(lèi)專(zhuān)業(yè)優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)大賽等賽事中榮獲特等獎(jiǎng)兩項(xiàng)、一等獎(jiǎng)兩項(xiàng)以及其他獎(jiǎng)項(xiàng)二十余項(xiàng)，人才培養(yǎng)質(zhì)量進(jìn)一步提高，畢業(yè)生就業(yè)質(zhì)量逐年提高。

[1]趙志平，賈俊禮，張現(xiàn)林.基于BIM的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的虛擬現(xiàn)實(shí)表現(xiàn)[J].土木建筑工程信息技術(shù)，2011（12）.

[2]張現(xiàn)林，尹素花，薛勇.淺談高職建筑工程技術(shù)專(zhuān)業(yè)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)[J].職業(yè)教育研究，2011（4）.

[3]張現(xiàn)林，趙志平，史瑞英.數(shù)字化三維建筑結(jié)構(gòu)的研究[A].工程三維模型與虛擬現(xiàn)實(shí)表現(xiàn)——第二屆工程建設(shè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用創(chuàng)新論壇論文集[C].2009.