基于BIM技術的工程管理綜合實驗虛擬教 學 平 臺 的 構 建

楊太華, 汪 洋, 賴小玲

(上海電力學院 經濟管理學院，上海 200090)

基于BIM技術的工程管理綜合實驗虛擬教 學 平 臺 的 構 建

楊太華, 汪 洋, 賴小玲

(上海電力學院 經濟管理學院，上海 200090)

建筑信息模型(BIM)技術作為現代建筑領域的一項新技術革命，為工程管理類課程實驗教學改革提供了契機。通過分析國內外主要高等學校教學過程中BIM技術的應用現狀，提出了構建工程管理類綜合實驗虛擬教學平臺的框架結構，并根據其不同模塊的專項功能，開發出多門實驗課程設計，從而打破了傳統課堂知識灌輸的教學模式，是對傳統實驗教學模式的創新性變革。BIM綜合實驗教學平臺的建設和多門實驗課程的開發，有利于提高學生綜合素質和創新能力，也利于提高實驗室的綜合利用效率，使學生對工程管理類課程知識有較為系統、全面的認識。教學實踐表明，運用這一平臺具有較好的實驗教學效果。

綜合實驗教學平臺； 建筑信息模型； 實踐課程設計; 工程管理

0 引 言

建筑信息模型(Building Information Modeling, BIM)是20世紀70年代由美國喬治亞理工大學建筑與計算機學院 Chuck Eastman 博士提出[1-2]，這一全新的理念和技術不僅帶來了工程技術的改變，更是引領著建筑行業思維方式和管理模式的變革方向。BIM技術自2002年引入建設工程領域以來，已在全球建設行業內得到廣泛認可，并為工程項目全過程管理決策提供了科學依據與信息[3-5]。隨著我國經濟社會的快速發展，大批建設項目上馬，對工程管理人才的需求也更為迫切，因此，如何使工程管理類專業的畢業生適應社會需求，將成為課程教學改革的方向和目標。本文基于BIM可視化仿真技術[6-12]，構建工程管理類綜合實驗教學平臺，目的是使本專業學生通過平臺實踐，加深對工程管理類課程理論知識的理解，從而鞏固所學的專業知識，提升學生的實踐技能。

1 BIM技術在國內外實驗教學中的應用現狀

BIM 技術是當前建筑行業廣泛運用的一種新技術，國外很多高校將其作為輔助手段引入到教學當中[3,9,13-15]。如美國亞利桑那州立大學將BIM 技術引入到實驗教學中，利用課程講座與實驗室相結合的方式，將學生的理論知識與實踐相結合培養其動手能力。課程講座不僅安排任課教師，也會邀請一些企業的專業人士進行更加富有實戰性的講解，讓學生充分了解未來所從事的職業所需要的基本素質，以及融入建筑行業的基本要求。在工程管理類課程中引入BIM技術相關的工程實踐課程，能讓學生掌握工程項目的交付過程，以滿足建筑行業的職業要求，圖1為BIM技術應用于工程項目管理的全過程(包括：建筑規劃、概念設計、詳細設計、計算分析、出圖、預制、4D/5D施工、施工物資采購、運營維護、建筑拆除、翻新改造等)。

圖1 BIM技術應用于工程管理全過程

德克薩斯A&M 大學在工程建設學院開設了與BIM技術相關的課程。要求學生熟練地使用Autodesk Revite，Autodesk等相關軟件。

賓夕法尼亞州立大學在BIM教學方法的應用上也是十分出色的，并富有成效。將BIM技術引入到實驗教學中，讓所有學生以分組的形式來實現建設工程項目集成產品開發(IPD)操作。學生通過實踐操作，相互學習，分工協作，最后交付一個統一的完整成果。通過團隊的形式，讓學生懂得無論他們有多少知識，無論他們的困難有多大，可以通過相互協作共同解決，彼此不可分割，從而在學習知識的同時，也鍛煉了學生的團隊精神。

在韓國和日本，很多高校也都開展將BIM技術引入工程管理課程教學，提升學生實踐能力。

與國外相比，我國高校在引入BIM技術，開展教學改革方面還處于起步階段[6-12]。其中，最主要的原因是缺乏能教授BIM 課程的專業教師，由于BIM技術具有很強的技術性，必須具備工程技術及相關的經濟和管理知識，課程教學具有一定的難度，從而導致國內大部分高校工程管理類專業沒有開設這門課程。從目前已經引入BIM 課程的高校來看，最好的方法就是將BIM技術應用到實際教學改革中，運用其強大的信息處理和動態仿真能力，將課程中書本內容轉換為形象生動、可交互式的施工現場模擬場景，提高學生的學習興趣和實際操作能力。

2 工程管理類課程綜合實驗教學平臺設計

綜合實驗教學平臺的建設要有利于復合型人才的培養，在實驗教學中要針對某一項目管理崗位職能和業務流程進行設計，并且能夠整合工程管理類多門課程的實踐教學，以體現多學科知識的綜合性。傳統的課程設計是獨立進行的，其實驗教學手段和工具也是按照傳統模式，但BIM系統不同，它本身就是對傳統建設工程的發展和升級，因此，一旦引入實驗教學以后，將改變現有的單個獨立實驗教學模式，這就是它的整合性。構建BIM實驗教學平臺可以實現項目管理全過程多個崗位的完整模擬，使學生對項目的信息流、資金流、物質流相關知識有一個全面系統的了解，有利于培養學生對建設工程管理的整體觀和系統認識，通過項目參與方的協作，也有利于培養學生的團隊協作精神，這也是過去工程管理學科教學中的薄弱環節。

本研究的目標是利用目前建設行業比較成熟的BIM軟件系統，構建工程管理類綜合實驗教學平臺,圖2為構建的平臺框圖。在此基礎上，開發出工程管理類多門核心課程設計和綜合性實驗課程。開設工程管理類綜合性實驗是我校管理學科教學的創新性工作。與核心課程設計不同，開設綜合性實驗課程的要求高一些，涉及的知識面廣，這是本課題的難點。考慮到項目管理本身特點，主要應遵循這樣幾項原則:①選擇具有代表性的實際工程項目建立教學案例庫，每個項目都可以提供真實的業務處理功能，其工作內容和工作流程與實際操作情景一樣。②整個教學過程可以在BIM平臺上進行動態可視化仿真演示，這種情景可使學生自覺調整自身不同于課堂上課的狀態，促使學生主動思考、規劃實驗過程和實驗步驟，主動加入群體活動中去完成實驗。③通過崗位角色模擬，使參與者對自身的工作內容、職責等有較好的體驗和認識，從而加深對課堂所學知識的理解，培養解決實際問題的能力。在模擬實驗中，不同崗位的同學，可以互換角色，以熟悉不同崗位的業務流程，通過不同角色崗位學員之間的協同配合，鍛煉自己的團結協作能力，讓每一個學生都能找到相應的職業角色的感覺。

圖2 工程管理類綜合實驗教學平臺設計

3 工程管理類綜合實驗課程開發

目前，國內BIM軟件已經具備較為完善的功能，并廣泛應用于工程建設實踐。在完成工程管理類BIM實驗教學仿真平臺構建后，根據其不同的專項功能可以開發出多門實驗課程設計。如利用其強大的建筑設計功能開發出“工程制圖與識圖”“房屋建筑學”等課程的實驗教學訓練；利用其強大的結構設計功能，可以開設出“建筑結構”“土建施工技術”等課程的實驗教學課程。加上其強大的安裝設計、項目管理、工程三維算量、工程概預算和招投標等功能可以開發出“機電施工技術”“工程概預算”“工程招投標和合同管理”等課程的實習課程。課程設計的整體思路如圖3所示。

為了體現BIM實驗教學平臺的綜合優勢，以整合各門課程的知識,需要對工程管理類綜合實驗教學課程進行專門設計, 提出課程設計的整體思路、課程教學大綱、課程教學計劃等，如畢業設計就是其中較為綜合性的實驗課程形式。

圖3 工程管理類學生畢業實習課程設計

另外，利用BIM實驗教學平臺還可以承擔各級工程管理領域和投資領域的基礎研究、應用研究、開發研究及科技創新工作，為專業課程的教學提供科技儲備和技術支撐，培養現代高層次復合型人才。

4 工程管理BIM綜合實驗教學實踐探索

多年來，我們一直嘗試著如何將工程管理類課程的課堂教學與實踐更好地結合，以實現課堂實踐一體化。按照培養方案要求，通過各種基礎課程的學習，使學生熟練掌握建設工程管理的原理和方法，并得到工程管理基本技能，包括工程項目的前期決策策劃、組織協調和管理、實施控制和信息管理等實際能力訓練。為了更好地體現工程管理專業教學特色和定位，針對以往課程教學過程中過分偏重對學生理論知識的講授，而忽視學生的實踐能力和應用能力的訓練問題，我們進行了必要的課程創新和改革，著重將工程管理的基本原理、先進管理理念和方法的講解與實驗教學平臺相結合，一方面新增了課程設計和工程管理實訓操作的實踐內容，另一方面借助于BIM實驗教學平臺相關軟件和操作系統(如AutoRevit2012，3DMax，Project2003、P3，Auto-CAD2012等)，安排具體工程虛擬仿真建模學習和訓練，培養學生運用三維圖形軟件,實現從工程項目管理的基礎信息建模到設計數據化，再到具體交付實驗成果。課程中還增加了涉及具體工程管理施工實例的三維可視化虛擬動態仿真的教學環節(見圖4、5)。通過模擬不同工程案例，并配合不同的項目管理工具(例橫道圖、網絡計劃等)去解決工程項目的實際問題，使學生在課堂學習中不是盲目無趣，而是生動形象地加深對工程項目管理理論和方法的理解(見圖6)。實踐證明，學生對類似這樣的視頻動畫學習形式感到更有趣、也更容易接受。從而激發了學生的學習熱情，課堂教學由被動灌輸變為學生主動吸收，從而收到較好的學習效果。

圖4 工程項目施工過程三維仿真模擬

圖6 工程項目施工進度管理仿真模擬教學

如“工程項目管理綜合實訓”就是利用BIM實驗虛擬教學平臺完成實驗教學的一個較好的例子。由于該門課程涉及知識面廣，在理論課教學過程中，我們選擇一個完整的工程項目作為教學實例，把平臺上的部分內容截圖，用多媒體給同學們進行演示，輔助課堂教學，能夠形象生動地展示工程項目的實際狀況，并實現虛擬和現實的結合，使學生身臨其境。本課程總課時為48學時，其中理論知識講授36學時，上機操作和課程設計12學時(全部在BIM平臺上完成)。實驗課程設計主要是將學生按5～10人一組，根據項目管理工作步驟，共同完成項目組織結構設計、施工進度計劃安排、施工平面圖設計、工程質量管理、項目合同管理、工程造價核算、項目安全管理等，并完成可視化仿真建模。通過理論與實踐相結合的創新教學方式，讓學生了解工程項目管理的基本內容、施工組織協同管理，從而加深理論知識的理解，鞏固相關基礎知識，培養學生們團隊意識。從教學效果來看，達到了預期目的，學生對類似的視頻動畫學習形式很感興趣，也更容易接受。通過與國內一些知名軟件公司合作，多次邀請企業技術人員給學生開設專題講座，組織學生參加全國BIM大賽，并取得了運用BIM技術三維算量競賽、全能競賽的優異成績。

5 結 語

BIM技術作為現代建筑領域的一項技術革命，為工程管理類課程教學改革提供了契機。傳統的課堂知識灌輸已不能適應當代工程管理的教學需求，大量應用型人才和創新型人才的培養迫切需要我們進行教學改革。通過BIM綜合實驗教學平臺的實施，使學生對工程管理工作有了深入了解，并能按照培養方案要求，運用規范的教學指南完成管理工作，能將課堂上所學的理論知識與操作實踐結合起來，靈活運用，大大提高了課堂教學的效果。

(1) 綜合實驗平臺的建設，有利于提高學生綜合素質和創新能力。實驗課程的開發，不僅能夠加深學生對課堂知識的理解，提高綜合運用知識的能力，而且能夠提升學生分工合作的團隊意識，鍛煉其協調處理技術問題和人際關系的能力。充分發揮學生在實驗教學中自主學習的主動性和探索創新精神，有利于培養具有開拓意識和創新能力的復合型人才。

(2) BIM綜合實驗平臺的建設，有利于提高實驗室的利用率。該平臺充分利用BIM技術的建筑設計、結構設計、安裝設計、項目管理等強大功能，把多門工程管理類課程設計和工程案例集中于一個平臺，克服了傳統教學實驗單個獨立實踐教學需要獨立實驗室的缺陷，從而提高實驗室的綜合利用率，并在工程管理領域基礎研究、應用研究和科技創新中發揮重要作用。

(3) 工程管理類BIM綜合實驗虛擬教學模式是一種創新，是對傳統實驗教學模式的改革，有益于學生綜合素質的培養。通過這一綜合創新實驗教學的改革，使學生得到工程項目管理全過程主要知識和管理技能的訓練，從而提升學生對工程項目管理整體性和系統性的認識，為將來走上工程管理工作崗位奠定基礎。教學實踐表明，這一全新的教學模式，是工程管理類專業行之有效的實踐教學手段，值得推廣應用。

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Establishment of Comprehensive Experimental Platform for Engineering Management Teaching Based on BIM

YANG Taihua， WANG Yang， LAI Xiaoling

(School of Economics & Management， Shanghai University of Electric Power, Shanghai 200090, China)

The development of building information modeling (BIM) is a new technological revolution in the field of modern construction, and provides an opportunity for the teaching reform of construction management. In this paper, we put forward a framework which establishes the virtual teaching platform of comprehensive experiment for construction management based on analyzing the application of BIM technology in the college teaching process, and developed several experimental curriculums by means of the special functions of the different modules. It is an innovation of the traditional experimental teaching mode. The utilization of BIM comprehensive experimental teaching platform will improve the comprehensive quality and innovation ability of students, and increase the comprehensive utilization efficiency of the laboratory. The teaching practice shows that the use of this platform has a good effect in the experimental teaching.

comprehensive experimental teaching platform； building information modeling (BIM)； practice curriculum design； engineering management

2016-09-29

上海教委重點課程建設項目(滬教委高[2015]37號)

楊太華(1963-)，男，貴州仁懷人，博士，教授，主要研究方向：工程項目管理、電力安全管理等方面的教學和科研工作。

Tel.：021-68021485；E-mail: yangth@shiep.edu.cn

TU 05

A

1006-7167(2017)08-0108-04