給水排水科學與工程專業(yè)BIM課程設置探討

武海霞+孫文全+劉翠云+俞峰

【摘要】隨著技術的不斷成熟和研究的不斷深入，未來建設行業(yè)使用BIM技術會進一步增多，給排水工程專業(yè)應用人才的社會需求會進一步加大，如何在專業(yè)教學中設置BIM課程是值得思考的問題。可通過理論課程與實踐教學進行結合，創(chuàng)建實驗室平臺，在教學中融入BIM 技術，以銜接高校人才培養(yǎng)與社會用人需求，增強學生的競爭力。

【關鍵詞】建筑信息模型 BIM 課程 實踐教學

【中圖分類號】G420 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）02-0235-02

在當今建筑行業(yè)信息化標準建設背景下，建筑信息模型（ Building Information Modeling，BIM）受到了廣泛的關注，多項建筑的設計與施工使用了BIM技術，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技術的人員已經(jīng)阻礙了該技術的應用[1]。考慮BIM技術在建筑行業(yè)廣闊的發(fā)展前景，國內(nèi)外很多學校的建筑和土木院系已進行了教學和研究[2-3]，通過課程設計和畢業(yè)設計等環(huán)節(jié)應用了BIM技術。如何在給排水科學與工程專業(yè)中開設相關課程、在專業(yè)教學中推進BIM技術的學習、使學生掌握該技能是教學中值得思考的問題。本文通過國內(nèi)外高校BIM 技術的教學現(xiàn)狀，結合給排水專業(yè)的培養(yǎng)要求，對BIM 課程的設置進行了探討。

1.BIM 在國內(nèi)外高校的教學現(xiàn)狀

20 世紀末，BIM技術首先由美國提出，隨后在歐洲、日本等國家迅速發(fā)展。美國的一項對研究機構開設課程情況的調(diào)查顯示，70% 的學校已將BIM融入課程中。奧本大學將BIM納入施工管理課程，伍斯特理工學院將BIM 應用到土木和環(huán)境工程專業(yè)的一些課程中[4]。科羅拉多州立大學采用產(chǎn)學結合方式，面向施工管理專業(yè)學生開發(fā)教學模型[5]。賓州州立大學進行了基于集成管理模式的跨專業(yè)BIM教學改革。佐治亞大學的BIM課程主要針對工程管理專業(yè)的學生，提供了BIM的網(wǎng)絡視頻課程[6]。可以看出，美國很多高校在建筑或工程管理專業(yè)中開設了相關課程。

我國從2003年開始引進BIM技術，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，針對不斷擴大的市場需求，國內(nèi)高校積極開設相關課程，培養(yǎng)行業(yè)所需的BIM技術人才。建筑學專業(yè)開設BIM應用軟件課程較早，目前大部分建筑類專業(yè)的本科高校都開設了相關課程，或結合專業(yè)課程進行實踐應用。在土木工程專業(yè)中，部分高校將工程的結構設計、配套安裝設計及施工現(xiàn)場布置等創(chuàng)建信息模型，建立實踐教學平臺。華中科技大學土木工程與力學學院于2012年率先開設國內(nèi)首個BIM方向工程碩士課程，培養(yǎng)BIM綜合管理人才[8]。此外，還有的學校以BIM來虛擬工程項目管理或強化建筑工程造價管理課程體系的實踐能力培養(yǎng)。可以看出，絕大多數(shù)建筑工程類院校對BIM技術有濃厚的興趣，逐漸在教學中融入相關內(nèi)容，但是對于建筑行業(yè)中必不可少的設備專業(yè)來說，在本科教學中開展BIM教學的較少。

2.專業(yè)培養(yǎng)要求與教學現(xiàn)狀

本校給排水科學與工程專業(yè)培養(yǎng)目標在于（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，水污染控制工程規(guī)劃、設計、施工、管理等方面工作的高級工程技術人才。畢業(yè)生能力要求中包括（部分）：具有較強的計算機應用能力，較熟練使用計算機工具解決工程中的有關問題；能夠從事相關的工程可研編制和施工圖設計工作；能夠進行給排水工程的施工組織與管理等。根據(jù)培養(yǎng)計劃，給排水專業(yè)課程設置包括通識教育、學科基礎、專業(yè)教育和自主項目（課內(nèi)和課外）四方面，要求修滿各類課程160學分。

目前一年級上學期開設了《土木工程圖學及BIM》，屬基礎必修課，重點在于立體幾何的投影關系和表達手法，利用二維圖紙來表達三維工程圖紙。受限于學時和學生的知識水平，課堂上僅能簡短地介紹BIM技術發(fā)展歷史和使用軟件等內(nèi)容。三年級上學期開設了《CAD基礎》，課程重點為AutoCAD軟件在專業(yè)繪圖中的使用，理論8課時和上機24課時，課程中可穿插介紹BIM 軟件與AutoCAD軟件在專業(yè)設計上的異同。但由于學校公共機房的設備配置普遍較低，受硬件及軟件系統(tǒng)限制，相關軟件無法安裝和使用，學生不能在機房中進行上機學習和練習。此外，新修訂培養(yǎng)方案中《CAD基礎》課程調(diào)整為理論8課時和上機8課時，課時壓縮后BIM 的相關內(nèi)容在該課程中不能繼續(xù)講解。

在實踐教學環(huán)節(jié)，每屆有4～8名給排水專業(yè)的畢業(yè)生參加學校的跨專業(yè)團隊畢業(yè)設計。設計基于建筑設計院模式，每個團隊完成一棟小高層公共建筑的建筑、結構和水暖電的設計，在團隊設計中采用BIM技術。這部分學生通過參加大學生創(chuàng)新大賽或設計院實習自學了BIM軟件的使用，通過團隊設計平臺進一步提升了實際應用能力，對BIM設計理念有了更深的理解。由于名額限制，大部分學生不能在該環(huán)節(jié)進行學習和實踐BIM技術。

3.基于BIM 技術的教學改革

為了在給排水專業(yè)中開展基于BIM 技術的教學改革，可以從以下幾個方面進行實踐：

（一）課程設置

課程主要有兩種設置方法：新開設BIM 課程和在現(xiàn)有課程中植入BIM內(nèi)容。由于BIM 技術的應用與BIM軟件密不可分，可開設一門軟件選修課。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、結構和水暖電的專業(yè)軟件，使用廣泛，因此可考慮開設基于Revit系統(tǒng)的課程。課程設置在三年級下學期，通過工程訓練、認識實習和專業(yè)基礎等課程的學習后，學生對專業(yè)知識有了一定的了解。在學習專業(yè)課程的同時學習軟件操作，可與專業(yè)實踐聯(lián)系起來，學生易于接受。當開設一門新的BIM 課程比較困難時，比如缺乏師資或?qū)W時限制等，可以讓學生根據(jù)自身發(fā)展需要選修本校土木工程專業(yè)開設的BIM 基礎類課程，掌握軟件基本操作方法。

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

（二）BIM 實驗室建設

軟件的學習過程中需要大量的實踐，如果僅設置理論課程，學生只能學會軟件的操作而不會進行應用。可建立教學專業(yè)實驗室，開發(fā)基于BIM 技術統(tǒng)籌安排設備、電氣和給排水系統(tǒng)的教學素材和模塊，為學生提供利用建筑信息模型的平臺，讓更多的學生參與學習與交流。在學生動手操作過程中引導他們BIM 技術不只是學習軟件和三維設計，而是建筑設計的全過程體現(xiàn)，是一種設計理念。與企業(yè)合作，定期開展BIM 技術入門和應用的講座，為學生創(chuàng)造實踐氛圍。此外，學生可以依托實驗平臺，自主設計題目，與其他專業(yè)學生組隊參加國家級、省級學科競賽，通過實踐任務的形式模擬解決實際問題，以培養(yǎng)創(chuàng)新思維，提高專業(yè)技能和動手能力。

（三）實踐教學

實踐性教學環(huán)節(jié)包括課程設計、實習和畢業(yè)設計等。在認識、生產(chǎn)和畢業(yè)實習中，可通過講座和參觀的形式增加BIM內(nèi)容。團隊畢業(yè)設計需要在跨專業(yè)之間進行師資力量、教學內(nèi)容等方面的協(xié)調(diào)，全面實施教學改革的難度較大，不能大范圍開展跨專業(yè)的聯(lián)合團隊畢業(yè)設計。可在給水工程、排水工程和建筑給排水設計三個方向的畢業(yè)設計中入小范圍應用BIM技術，比如簡單的水處理構筑物三維設計、水泵房管道布置等，以培養(yǎng)學生應用BIM知識的能力。

4.結語

作為一項新技術，BIM正深刻地影響著工程建筑行業(yè)的發(fā)展，會逐漸成為設計、施工和管理采用的主流技術。為了培養(yǎng)BIM建設人才，推動BIM在工程建筑業(yè)更廣泛更深入的應用，需要教授學生BIM的相關知識和應用技能，在本科教學中及時進行課程改革，逐步開展BIM 人才的規(guī)范化培養(yǎng)。可通過開設相關課程、建設專業(yè)實驗室、搭建實驗平臺和引入實踐教學等，將科學理論應用于實際，培養(yǎng)一批適應市場競爭的工程師，銜接高校人才培養(yǎng)與社會用人需求。

參考文獻：

[1]郝麗.BIM技術融入高校工程類專業(yè)教學的應用研究[J].土木建筑工程信息技術，2015，7（4）：108-111.

[2]王述紅，劉婉婷，趙文，等.基于BIM 技術的巖石力學實驗教學課程改革研究[J].高等建筑教育，2016， 25（4）：137-141.

[3]馬良棟，張吉禮，梁若冰，等.建設BIM研究與實踐創(chuàng)新基地的探索[J].高等建筑教育，2016，25（1）：150-154.

[4]克里斯托弗·帕韋爾科，阿蘭·D·切西.當今大學本科課程中的BIM 課程[J].建筑創(chuàng)作，2012，18（12）：20-29.

[5]卡洛琳娜·M·克萊溫格爾，史蒂芬妮·卡雷.產(chǎn)學結合：開發(fā)以BIM為基礎的設備、電氣、給排水和消防專業(yè)協(xié)同教學單元[J].建筑創(chuàng)造，2012，18（10）：48-57.

[6]張尚，任宏，Albert P.C. Chan.BIM的工程管理教學改革問題研究[J].建筑經(jīng)濟，2015，36（1）：113-116.

[7]邵光華.BIM技術在建筑設計中的應用研究[D].青島理工大學碩士學位論文，2014.

[8]吳光東，唐春雷.BIM 技術融入高校工程管理教學的思考[J].高等建筑教育，2015，24（4）：156-159.

[9]李孔清，鄒聲華，張坻.BIM對建筑環(huán)境與能源應用專業(yè)的教學影響[J].當代教育理論與實踐，2015，7（8）：67-70.