給水排水科學(xué)與工程專業(yè)BIM課程設(shè)置探討

武海霞+孫文全+劉翠云+俞峰

【摘要】隨著技術(shù)的不斷成熟和研究的不斷深入，未來建設(shè)行業(yè)使用BIM技術(shù)會(huì)進(jìn)一步增多，給排水工程專業(yè)應(yīng)用人才的社會(huì)需求會(huì)進(jìn)一步加大，如何在專業(yè)教學(xué)中設(shè)置BIM課程是值得思考的問題。可通過理論課程與實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行結(jié)合，創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)，在教學(xué)中融入BIM 技術(shù)，以銜接高校人才培養(yǎng)與社會(huì)用人需求，增強(qiáng)學(xué)生的競爭力。

【關(guān)鍵詞】建筑信息模型 BIM 課程 實(shí)踐教學(xué)

【中圖分類號】G420 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）02-0235-02

在當(dāng)今建筑行業(yè)信息化標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)背景下，建筑信息模型（ Building Information Modeling，BIM）受到了廣泛的關(guān)注，多項(xiàng)建筑的設(shè)計(jì)與施工使用了BIM技術(shù)，如水立方、上海迪士尼奇幻童話城堡、北京奧林匹克公園瞭望塔等。然而，缺乏具有BIM技術(shù)的人員已經(jīng)阻礙了該技術(shù)的應(yīng)用[1]。考慮BIM技術(shù)在建筑行業(yè)廣闊的發(fā)展前景，國內(nèi)外很多學(xué)校的建筑和土木院系已進(jìn)行了教學(xué)和研究[2-3]，通過課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)應(yīng)用了BIM技術(shù)。如何在給排水科學(xué)與工程專業(yè)中開設(shè)相關(guān)課程、在專業(yè)教學(xué)中推進(jìn)BIM技術(shù)的學(xué)習(xí)、使學(xué)生掌握該技能是教學(xué)中值得思考的問題。本文通過國內(nèi)外高校BIM 技術(shù)的教學(xué)現(xiàn)狀，結(jié)合給排水專業(yè)的培養(yǎng)要求，對BIM 課程的設(shè)置進(jìn)行了探討。

1.BIM 在國內(nèi)外高校的教學(xué)現(xiàn)狀

20 世紀(jì)末，BIM技術(shù)首先由美國提出，隨后在歐洲、日本等國家迅速發(fā)展。美國的一項(xiàng)對研究機(jī)構(gòu)開設(shè)課程情況的調(diào)查顯示，70% 的學(xué)校已將BIM融入課程中。奧本大學(xué)將BIM納入施工管理課程，伍斯特理工學(xué)院將BIM 應(yīng)用到土木和環(huán)境工程專業(yè)的一些課程中[4]。科羅拉多州立大學(xué)采用產(chǎn)學(xué)結(jié)合方式，面向施工管理專業(yè)學(xué)生開發(fā)教學(xué)模型[5]。賓州州立大學(xué)進(jìn)行了基于集成管理模式的跨專業(yè)BIM教學(xué)改革。佐治亞大學(xué)的BIM課程主要針對工程管理專業(yè)的學(xué)生，提供了BIM的網(wǎng)絡(luò)視頻課程[6]。可以看出，美國很多高校在建筑或工程管理專業(yè)中開設(shè)了相關(guān)課程。

我國從2003年開始引進(jìn)BIM技術(shù)，國家“十二五”建筑信息化發(fā)展綱要將其納入發(fā)展規(guī)劃中[7]。近年來，針對不斷擴(kuò)大的市場需求，國內(nèi)高校積極開設(shè)相關(guān)課程，培養(yǎng)行業(yè)所需的BIM技術(shù)人才。建筑學(xué)專業(yè)開設(shè)BIM應(yīng)用軟件課程較早，目前大部分建筑類專業(yè)的本科高校都開設(shè)了相關(guān)課程，或結(jié)合專業(yè)課程進(jìn)行實(shí)踐應(yīng)用。在土木工程專業(yè)中，部分高校將工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、配套安裝設(shè)計(jì)及施工現(xiàn)場布置等創(chuàng)建信息模型，建立實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)。華中科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院于2012年率先開設(shè)國內(nèi)首個(gè)BIM方向工程碩士課程，培養(yǎng)BIM綜合管理人才[8]。此外，還有的學(xué)校以BIM來虛擬工程項(xiàng)目管理或強(qiáng)化建筑工程造價(jià)管理課程體系的實(shí)踐能力培養(yǎng)。可以看出，絕大多數(shù)建筑工程類院校對BIM技術(shù)有濃厚的興趣，逐漸在教學(xué)中融入相關(guān)內(nèi)容，但是對于建筑行業(yè)中必不可少的設(shè)備專業(yè)來說，在本科教學(xué)中開展BIM教學(xué)的較少。

2.專業(yè)培養(yǎng)要求與教學(xué)現(xiàn)狀

本校給排水科學(xué)與工程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)在于（部分）：培養(yǎng)從事城市給水排水、工業(yè)給水排水、建筑給水排水以及水資源綜合利用與保護(hù)，水污染控制工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、管理等方面工作的高級工程技術(shù)人才。畢業(yè)生能力要求中包括（部分）：具有較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，較熟練使用計(jì)算機(jī)工具解決工程中的有關(guān)問題；能夠從事相關(guān)的工程可研編制和施工圖設(shè)計(jì)工作；能夠進(jìn)行給排水工程的施工組織與管理等。根據(jù)培養(yǎng)計(jì)劃，給排水專業(yè)課程設(shè)置包括通識(shí)教育、學(xué)科基礎(chǔ)、專業(yè)教育和自主項(xiàng)目（課內(nèi)和課外）四方面，要求修滿各類課程160學(xué)分。

目前一年級上學(xué)期開設(shè)了《土木工程圖學(xué)及BIM》，屬基礎(chǔ)必修課，重點(diǎn)在于立體幾何的投影關(guān)系和表達(dá)手法，利用二維圖紙來表達(dá)三維工程圖紙。受限于學(xué)時(shí)和學(xué)生的知識(shí)水平，課堂上僅能簡短地介紹BIM技術(shù)發(fā)展歷史和使用軟件等內(nèi)容。三年級上學(xué)期開設(shè)了《CAD基礎(chǔ)》，課程重點(diǎn)為AutoCAD軟件在專業(yè)繪圖中的使用，理論8課時(shí)和上機(jī)24課時(shí)，課程中可穿插介紹BIM 軟件與AutoCAD軟件在專業(yè)設(shè)計(jì)上的異同。但由于學(xué)校公共機(jī)房的設(shè)備配置普遍較低，受硬件及軟件系統(tǒng)限制，相關(guān)軟件無法安裝和使用，學(xué)生不能在機(jī)房中進(jìn)行上機(jī)學(xué)習(xí)和練習(xí)。此外，新修訂培養(yǎng)方案中《CAD基礎(chǔ)》課程調(diào)整為理論8課時(shí)和上機(jī)8課時(shí)，課時(shí)壓縮后BIM 的相關(guān)內(nèi)容在該課程中不能繼續(xù)講解。

在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，每屆有4～8名給排水專業(yè)的畢業(yè)生參加學(xué)校的跨專業(yè)團(tuán)隊(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)基于建筑設(shè)計(jì)院模式，每個(gè)團(tuán)隊(duì)完成一棟小高層公共建筑的建筑、結(jié)構(gòu)和水暖電的設(shè)計(jì)，在團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)中采用BIM技術(shù)。這部分學(xué)生通過參加大學(xué)生創(chuàng)新大賽或設(shè)計(jì)院實(shí)習(xí)自學(xué)了BIM軟件的使用，通過團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)平臺(tái)進(jìn)一步提升了實(shí)際應(yīng)用能力，對BIM設(shè)計(jì)理念有了更深的理解。由于名額限制，大部分學(xué)生不能在該環(huán)節(jié)進(jìn)行學(xué)習(xí)和實(shí)踐BIM技術(shù)。

3.基于BIM 技術(shù)的教學(xué)改革

為了在給排水專業(yè)中開展基于BIM 技術(shù)的教學(xué)改革，可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行實(shí)踐：

（一）課程設(shè)置

課程主要有兩種設(shè)置方法：新開設(shè)BIM 課程和在現(xiàn)有課程中植入BIM內(nèi)容。由于BIM 技術(shù)的應(yīng)用與BIM軟件密不可分，可開設(shè)一門軟件選修課。市場上主要的BIM軟件分屬三家公司（Autodesk、Bentley和Graph iSOFT），其中Autodesk公司的Revit系列包含了面向建筑、結(jié)構(gòu)和水暖電的專業(yè)軟件，使用廣泛，因此可考慮開設(shè)基于Revit系統(tǒng)的課程。課程設(shè)置在三年級下學(xué)期，通過工程訓(xùn)練、認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)和專業(yè)基礎(chǔ)等課程的學(xué)習(xí)后，學(xué)生對專業(yè)知識(shí)有了一定的了解。在學(xué)習(xí)專業(yè)課程的同時(shí)學(xué)習(xí)軟件操作，可與專業(yè)實(shí)踐聯(lián)系起來，學(xué)生易于接受。當(dāng)開設(shè)一門新的BIM 課程比較困難時(shí)，比如缺乏師資或?qū)W時(shí)限制等，可以讓學(xué)生根據(jù)自身發(fā)展需要選修本校土木工程專業(yè)開設(shè)的BIM 基礎(chǔ)類課程，掌握軟件基本操作方法。

BIM 技術(shù)已被用于建筑給水排水、污水構(gòu)筑物、市政管線綜合等設(shè)計(jì)和施工管理中，可在《建筑給水排水工程》、《水工程施工》《給水排水管道系統(tǒng)》等課程中植入相關(guān)內(nèi)容。例如BIM 可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)、完整的施工模擬和演示建筑設(shè)備安裝的過程，在《水工程施工》課程中向?qū)W生展示BIM 平臺(tái)下檢查沖突，讓學(xué)生完成施工工序分析、編制施工作業(yè)組織圖、計(jì)劃表等，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣[9]。在專業(yè)課程教學(xué)中結(jié)合BIM 技術(shù)對教師的要求較高，可通過與設(shè)計(jì)院或軟件公司的合作聘請精通BIM 技術(shù)的專業(yè)人員來授課，解決師資力量不足問題。

（二）BIM 實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

軟件的學(xué)習(xí)過程中需要大量的實(shí)踐，如果僅設(shè)置理論課程，學(xué)生只能學(xué)會(huì)軟件的操作而不會(huì)進(jìn)行應(yīng)用。可建立教學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，開發(fā)基于BIM 技術(shù)統(tǒng)籌安排設(shè)備、電氣和給排水系統(tǒng)的教學(xué)素材和模塊，為學(xué)生提供利用建筑信息模型的平臺(tái)，讓更多的學(xué)生參與學(xué)習(xí)與交流。在學(xué)生動(dòng)手操作過程中引導(dǎo)他們BIM 技術(shù)不只是學(xué)習(xí)軟件和三維設(shè)計(jì)，而是建筑設(shè)計(jì)的全過程體現(xiàn)，是一種設(shè)計(jì)理念。與企業(yè)合作，定期開展BIM 技術(shù)入門和應(yīng)用的講座，為學(xué)生創(chuàng)造實(shí)踐氛圍。此外，學(xué)生可以依托實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，自主設(shè)計(jì)題目，與其他專業(yè)學(xué)生組隊(duì)參加國家級、省級學(xué)科競賽，通過實(shí)踐任務(wù)的形式模擬解決實(shí)際問題，以培養(yǎng)創(chuàng)新思維，提高專業(yè)技能和動(dòng)手能力。

（三）實(shí)踐教學(xué)

實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)包括課程設(shè)計(jì)、實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等。在認(rèn)識(shí)、生產(chǎn)和畢業(yè)實(shí)習(xí)中，可通過講座和參觀的形式增加BIM內(nèi)容。團(tuán)隊(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)需要在跨專業(yè)之間進(jìn)行師資力量、教學(xué)內(nèi)容等方面的協(xié)調(diào)，全面實(shí)施教學(xué)改革的難度較大，不能大范圍開展跨專業(yè)的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)。可在給水工程、排水工程和建筑給排水設(shè)計(jì)三個(gè)方向的畢業(yè)設(shè)計(jì)中入小范圍應(yīng)用BIM技術(shù)，比如簡單的水處理構(gòu)筑物三維設(shè)計(jì)、水泵房管道布置等，以培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用BIM知識(shí)的能力。

4.結(jié)語

作為一項(xiàng)新技術(shù)，BIM正深刻地影響著工程建筑行業(yè)的發(fā)展，會(huì)逐漸成為設(shè)計(jì)、施工和管理采用的主流技術(shù)。為了培養(yǎng)BIM建設(shè)人才，推動(dòng)BIM在工程建筑業(yè)更廣泛更深入的應(yīng)用，需要教授學(xué)生BIM的相關(guān)知識(shí)和應(yīng)用技能，在本科教學(xué)中及時(shí)進(jìn)行課程改革，逐步開展BIM 人才的規(guī)范化培養(yǎng)。可通過開設(shè)相關(guān)課程、建設(shè)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室、搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和引入實(shí)踐教學(xué)等，將科學(xué)理論應(yīng)用于實(shí)際，培養(yǎng)一批適應(yīng)市場競爭的工程師，銜接高校人才培養(yǎng)與社會(huì)用人需求。

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