BIM 技術融入高校工程類專業教學的應用研究

郝 麗

(大連大學，大連 116600)

前言

建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)技術具有可視化、協調性、模擬性、優化性和可出圖性五大特點。它通過參數模型整合各種項目的相關信息并仿真模擬建筑物所具有的真實信息，在項目全壽命周期過程中進行信息的共享和傳遞，為項目各個參與者提供協同工作的基礎，為項目投資建設中各項目標有效實現發揮重要作用。【1】BIM技術對國內外的建筑領域來說，是一種“革命性”技術，是建筑業信息化發展的基礎。國家住房和城鄉建設部在《十二五建筑業信息化發展綱要》中提出，“十二五”期間將基本實現建筑企業信息系統的普及應用，加快建筑信息模型(BIM)、基于網絡的協同工作等新技術在工程中的應用。【2】目前，國內建筑領域從政府到業主方都在積極推動和應用BIM 技術，上海市已經舉辦了兩屆“工程建設BIM 應用大賽”，并在《關于上海市推進建筑信息模型技術應用的指導意見》中明確提出:到2017 年底，上海市規模以上政府投資工程全部應用BIM 技術，規模以上社會投資工程普遍應用BIM 技術。

1 BIM 技術融入本科教學的必要性分析

世界各國都在推廣BIM 的應用，因為應用BIM技術能夠產生經濟效益、社會效益和環境效益。然而，缺乏具有BIM 技術的人員已經阻礙了該技術在產業中的應用。大規模調查顯示缺乏足夠的BIM 訓練是采用BIM 最大的障礙。【3】學生是BIM 技術的后備軍、未來的生力軍，是BIM 技術應用和發展的希望所在。只有在大學課程中教授BIM 技術才能夠實現BIM 大規模的教育和培訓，才能夠實現BIM 人才的量級突破，才能夠進入建筑業的“BIM 時代”。

根據Caroline M.Clevenger 等人(2009)在《將BIM 納入施工管理教育》一文中的研究，以下4 個問題阻礙了BIM 在大學的教授:在保留現有課程的情況下，沒有設置其他課程的余地(82%);在加入額外的必修課和選修課之后，仍然實行8 學期畢業制是不可能的(66.7%);教師開展一門新課程面臨的時間和資源問題(86.7%);沒有可以供學生使用的BIM 材料和課本(53.3%)。【4】在種種困難之下，各國高校都在積極探索將BIM 納入本科教育體系的可行途徑。

2 BIM 技術融入本科教學的現狀介紹

近年來，隨著BIM 技術的“火熱”研究和應用，國內的很多高校都設立了BIM 中心，并進行了一系列相關課題研究。清華大學與廣聯達公司共同成立了BIM 研究中心，同濟大學與魯班軟件雙方就工程造價、電算化教學及BIM 技術研究等方面舉行合作簽約，沈陽建筑大學成立了以revit 為主的BIM 研究中心，大連理工大學與魯班軟件合作建立了BIM技術實訓中心等等。

但是，國內絕大多數院校沒有將BIM 技術理念納入課程體系，只有建筑類專業對BIM 相關軟件的使用較為普遍，但開設BIM 設計軟件課程的院校也很少。很多院校的BIM 中心只是針對社會培訓、課題研究，而沒有用于本科教學。目前將BIM 技術納入本科教學環節的院校不多，哈爾濱工業大學在國內首次開設《BIM 技術應用》短課程，共16 學時，內容包括BIM 技術簡介，BIM 技術在建筑設計、施工領域的應用，BIM 技術軟件應用等。【5】北京工業大學開設了BIM 創新實踐課和選修課。大連理工大學在本科學生的畢業設計環節設置了BIM 方向。大連民族學院設置了2 學分的BIM 實驗選修課程。絕大多數工程類院校雖然對BIM 技術具有濃厚的興趣，但囿于現有培養計劃的限制，沒有將其融入到本科學生的培養中。

3 高校可實行的BIM 教學形式分析

高校工程類專業的人才培養計劃主要由課程教學和實踐教學兩部分組成，實踐教學通常包含認識實習、附屬于某門課程的課程設計、畢業實習、畢業設計等環節。因此在高校開展BIM 教學可以采取的形式主要如下，詳見表1:

3.1 開設BIM 課程

在教學計劃中單獨開設BIM 類課程。該做法可以系統地講授BIM 技術的相關知識和應用，比較適合BIM 建模軟件的講解，但課程教學以教為主的形式對于BIM 在具體工程中的綜合運用則不好安排和實現。

3.2 開設BIM 實踐環節

在教學計劃中設置BIM 實踐環節。實踐教學以學生為主，形式靈活，可以利用實際工程案例設計BIM 實踐任務，對BIM 的綜合應用能力培養很有益處。

3.3 開設BIM 方向畢業設計

在教學計劃中不進行BIM 教學，僅在畢業設計環節設置BIM 方向。學生對于BIM 軟件的應用依靠個人興趣自學進行，比較適合學生有強烈自學愿望的學校，但不利于BIM 人才的大規模培養。

3.4 多課程貫穿應用

在建筑、結構、機械、電氣、給排水、施工、估算、項目管理、合同管理、建筑材料等不同課程的教學中最大可能地利用BIM 技術，建立具有多課程體系共性的BIM 案例平臺。這種教學與BIM 的全生命周期應用、多方協同應用密切結合，可以提升教學效果。但是要求各種課程的任課教師均需掌握BIM技術，在目前BIM 師資缺乏的情況下很難實現，隨著BIM 技術的廣泛應用，多課程貫穿應用將是不錯的教學方法。

表1 BIM 教學形式一覽表

高校也可以根據自己的軟硬件條件、學生情況、人才培養特點等，選擇以上四種形式的任意組合開展BIM 教學。

4 高校需要培養的BIM 人才能力分析

社會所需要的BIM 人才可以分為三類:即BIM標準制定人才、BIM 工具開發人才、BIM 專業應用人才，見圖1。“BIM 專業應用人才”，簡單描述就是應用BIM 支持和完成工程項目生命周期過程中各種專業任務的專業人員，包括業主和開發商里面的設計、施工、成本、采購、營銷管理人員，設計機構里面的建筑、結構、給排水、暖通空調、電氣、消防、技術經濟等設計人員，施工企業里面的項目管理、施工計劃、施工技術、工程造價人員，物業運維機構里面的運營、維護人員，以及各類相關組織里面的專業BIM 應用人員等。顯而易見，在整個BIM 人才結構中，BIM 專業應用人才數量最大、覆蓋面最廣、最終實現BIM 業務價值的貢獻也最大，也是各高校BIM人才培養的重點。

圖1 BIM 的三類人才

BIM 專業應用人才的能力由工程能力和BIM 能力兩部分構成，見圖2。工程能力可以按照工程項目生命周期的主要階段分成設計、施工和運維三種類型，每一個階段需要完成的工作又可以分成不同的專業或分工，例如設計階段的建筑、結構、設備、電氣等專業，施工階段的土建施工、機電安裝、施工計劃、造價控制等，運維階段的空間管理、資產管理、設備維護等。現在高校的專業培養計劃已經覆蓋了工程能力的培養，而BIM 能力的培養需要得到重視。

圖2 BIM 應用能力

根據我們對BIM 能力的分析，BIM 能力可以分為BIM 建模能力和BIM 用模能力，見圖3。建模能力是將二維的土建、電氣、給排水等專業的紙質或CAD 圖紙利用BIM 軟件建成三維數據模型，并能根據設計變化進行模型修改和維護的能力。用模能力是對三維數據模型在各個階段的合理有效應用，利用模型進行虛擬施工、碰撞檢查、進度款結算、材料計劃編制、資金計劃編制、偏差分析等工作的能力。高校培養BIM 人才主要是結合專業培養具有BIM 建模能力和BIM 用模能力的BIM 人才。本文不討論設計類專業，僅對工程造價和工程管理等專業的BIM 教學進行探索。

圖3 BIM 能力組成

5 工程類專業本科教學計劃的改革方案

5.1 工程造價專業本科教學計劃的改革方案——BIM 實踐+BIM 畢業設計

由于目前工程造價領域的算量軟件應用普遍，現在的圖形算量軟件、鋼筋算量軟件、安裝算量軟件均要求建立三維電子模型進行工程量計算，高校工程造價專業或工程管理專業的工程造價方向的培養計劃一般都包含了算量軟件的課程，即這些專業目前培養的學生已經初步具備BIM 建模能力，只需增加培養BIM 用模能力的教學環節即可。

因此建議在培養計劃的第7 學期中增加2 學分的BIM 綜合應用實踐課程，以算量建模或設計模型為起點，可以讓學生完成各專業之間模型的碰撞檢查、各專業的工程量計算、工程組價、結合工程進度完成階段支付、變更簽證管理、合同管理的各項造價相關業務;并可以以模型同上下游進行溝通，實現同相關方的協同工作。

在畢業設計的任務書中增加BIM 應用內容，要求學生在對某工程建模、算量、計價的基礎上，根據進度提交資源需求報告、資金使用計劃、進度款支付報告等。

5.2 工程管理專業本科教學計劃的改革方案——BIM 課程+BIM 實踐+BIM 畢業設計

工程管理專業目前的軟件應用課程主要是項目進度管理軟件，是對進度圖、網絡圖的軟件繪制能力的培養，尚未涉及到BIM 應用。因此需要增加培養BIM 建模能力和用模能力的教學環節。

建議在培養計劃的第7 學期中增加2 學分的BIM 建模課程和2 學分的BIM 綜合應用實踐課程，在課程中講授三維模型建立的方法，具體講解建模軟件的各種命令，以實際工程圖紙為案例，讓學生利用軟件將二維圖紙轉換為三維模型。在實踐環節以BIM 模型為中心、施工管理為核心，學生可以完成各專業之間的碰撞檢查、基于模型的進度編制、施工方案編制、工程量計算、基于模型提取材料用量、基于模型進行工程交底、工程變更管理及模型維護更新等施工相關工作，并可以以模型同上下游進行溝通，實現同相關方的協同工作。

在畢業設計的任務書中增加BIM 應用內容，要求學生建立某工程的三維模型，利用軟件編制進度計劃、施工方案、進行施工場地布置、編制施工組織設計，并根據工程進度進行虛擬施工、提交人工材料機械需求報告、工程變更簽證資料、模型修改維護報告等。

6 BIM 教學的改革實踐

基于以上設想，我們在工程管理專業的教學中融入了BIM 相關課程及實踐環節，并指導學生根據實際工程圖紙進行BIM 畢業設計。學生利用Revit軟件建立工程建筑三維模型，再將三維模型導入廣聯達圖形算量軟件進行工程量計算，利用計價軟件進行工程量清單編制與計價，同時將三維模型導入腳手架設計軟件、場地布置軟件進行腳手架設計和施工場地布置，最后在廣聯達BIM5D 軟件中利用三維模型進行工程成本、進度、質量等的管理。

學生將BIM 畢業設計成果參加中國建設教育協會主辦的BIM 應用技能大賽，取得了二等獎的優異成績。通過融入BIM 技術的一系列教學改革，培養了一批具有較強BIM 技術應用能力的工程管理專業人才。

目前，受學生專業課程開設的限制，機電設備安裝工程的三維模型建立及應用尚未實現，故BIM 技術的碰撞檢查、優化設計等功能沒有得到充分應用;并且施工階段缺乏工程變更、簽證的動態管理能力訓練。這些是我們以后BIM 教學需要改進的方向。

BIM 技術是建筑領域的二次革命，是實現建筑信息化管理的基礎，BIM 技術在工程中的應用可以提高生產效率、產生經濟效益，是一項值得全社會為之推廣的先進管理技術。高校應該承擔起培養BIM 管理人才的歷史重任，為社會輸送具有BIM 能力的合格工程人才。因此現在的工程管理專業、工程造價專業的人才培養計劃必須做出改變，順應新技術的趨勢，設置適宜的BIM 教學環節，培養學生的BIM 能力，為我國的建筑業發展貢獻自己的力量。

［1］曾文海，付偉明.BIM 技術在高校教學中的應用研究［J］.黑龍江生態工程職業學院學報，2014 年第11 期:85-86.

［2］郝麗.我國BIM 技術應用現狀分析與推廣措施研究［J］.四川建筑科學研究，2014 年第3 期:353-355.

［3］趙雪鋒，李炎鋒，王慧琛.建筑工程專業BIM 技術人才培養模式研究［J］.中國電力教育，2014 年第2 期:53-54.

［4］卡洛琳娜·M·克萊溫格爾等.將BIM 納入施工管理教育［J］.建筑創作，2012 年第10 期:40-46.

［5］秦浩，余潔.BIM 建筑信息模型課程在土建類高職院校開設的必要性研究［J］.新課程研究，2014 年第7期:51-52.