BIM技術在水工程施工教學中的應用探索

苗群+王佳媛+鄧莉蕊

摘要：BIM 技術作為一項新興技術，在土建行業逐漸得到廣泛應用，并給該行業的發展和轉型注入了蓬勃的動力。對于向社會推廣高素質人才的高校而言，緊跟時代步伐，在土建類學科的教學中引入BIM技術，并對傳統教學培養方案進行改革勢在必行。文章借鑒國內外高校的BIM教學經驗，分析水工程施工課程傳統教學的局限，結合BIM技術的特點提出適合該課程的教學方案。

關鍵詞：BIM；水工程施工；教學

中圖分類號：G6420 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2909（2017）04-0115-04

一、研究背景

BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）是二維設計技術向三維數字化設計建造方式轉化的一種具有革命性的技術。

以三維數字技術為基礎，BIM可將繁雜的工程數據信息通過可視化方式表達，在促進建筑行業管理信息化與建筑業轉型上起至關重要的作用。

隨著近幾年信息化的推廣，BIM應用已不再局限于造型復雜的大規模建筑工程，逐漸與橋梁、軌道交通等工程領域深度融合，新一輪科技革命與產業變革蓄勢待發。住建部“十二五”規劃已明確提出要推進BIM技術應用，普及可視化、參數化、三維模型設計，以提高設計水平，降低工程投資。目前BIM在國內已從最初的試水階段進入快速發展階段，涉及交通、水電暖等其他土建工程領域，而在這些領域卻鮮有熟練掌握并運用BIM的技術人才，導致土建行業發展停滯不前。市場需求促進人才需求，學生是BIM技術的后備軍，是BIM發展的希望。基于目前BIM在土建行業的發展趨勢，將BIM納入現有教育知識體系，為本科生提供相關專業的BIM技能架構和知識體系，為社會輸送BIM方面的行業技術人才勢在必行。

二、在水工程施工教學中引入BIM的意義

水工程施工作為給排水科學與工程專業的一門專業基礎課，在市政管道施工教學方面發揮著不可或缺的作用。市政管道是城市基礎設施建設的重要組

成部分，在管網工程中，管道施工是關鍵的一環，其施工質量直接影響整個市政管網的建設[1]。該課程所介紹的施工方法，與目前國家重點建設項目，如綜合管廊、海綿城市等息息相關。對于該專業的學生來說，水工程施工的專業知識是今后解決專業施工問題的依據，是走向工作崗位后運用最多的專業知識。充分利用BIM可視化、協調性、模擬性、優化性、可出圖性等特點[2]，緊跟行業發展步伐將水工程施工課程與BIM這項新興技術結合，以促進就業為導向對傳統教學模式進行調整革新，培養適應社會需求的高質量人才，對于高校來說是極具創新性和前瞻性的探究與嘗試。

三、現狀分析

（一）BIM融入本科教學現狀分析

調查顯示，發達國家正在努力將BIM技術融入教學。例如，加州州立大學主要通過3D的BIM模型讓學生更直觀地了解建筑細節。賓州州立大學則充分利用BIM在各方協同工作交流上的高效性優勢，培養學生在BIM環境下的協同工作能力，讓學生以團隊的形式合作完成項目。佐治亞大學通過設置BIM課程拓寬學生的行業視野，并提供BIM的網絡視頻課程。

在中國，各大高校也相繼開展BIM方面的教學改革。例如，哈爾濱工業大學在國內首次開設BIM技術應用短課程，對BIM技術以及BIM技術在建筑設計和施工領域的應用進行講解。北京工業大學開設BIM創新實踐課和選修課，還有部分高校則直接將計算機課程教學與BIM軟件教學結合，讓學生通過學習軟件進行建模，也有不少學校和企業合作，共同開展BIM人才培養。例如，深圳大學土木工程學院與清華斯維爾公司開展長期合作，建立BIM實踐教學與實習基地，清華大學攜手廣聯達股份有限公司共同構建國家BIM創新平臺“BIM聯合研究中心”。通過校企合作，開展 BIM 理論和技術的深層研究，優勢互補，以提升科研水平，提高人才培養質量，促進科研成果轉化和應用。

目前，中國絕大多數工程類院校雖對BIM進課堂有濃厚興趣，但受現有培養計劃限制，這些院校或是提供較為常規的軟件教學，或是單獨開設BIM理論課，很少將BIM理念滲入現有專業課程。把BIM軟件教學和普通專業課教學分為兩個部分，雖然也能讓學生理解并掌握BIM技術，但是在專業方面融合度不夠，無法徹底將BIM融入現有知識體系，教學質量也大打折扣。

在教學模式方面，校企合作模式是一個值得借鑒的方式，單純建立簡單模型，無法讓學生感受到實際工程的復雜性和BIM在處理大批量數據中的優勢。通過校企合作，讓企業為學校提供實際工程模板，如此BIM中所展示的實際沖突便可得到驗證，學生不僅能更清楚BIM優勢，在校期間還能初步積累工程經驗。此外，BIM并不僅僅單純通過軟件學習繪圖建模，繪圖建模雖是BIM教學的一部分，但更重要的是培養學生利用BIM進行溝通協作的能力，在這一點上，賓夕法尼亞州州立大學的教學模式值得借鑒。

（二）水工程施工現階段教學情況分析

在目前水工程施工的教學中，主要依靠教師講授理論知識，采用多媒體輔助教學，以現場照片和現場施工作業錄像的形式，向學生展示水工程施工過程。作業以課后習題的形式布置，實踐方面則由教師帶領學生統一到現場參觀。通過以上傳統教學方法，學生很難將復雜的施工過程認識清楚，雖引入圖片、視頻、ppt等現代化多媒體教學手段演示施工過程，但多媒體教學在細節展示方面的教學效果還有一定局限性。盡管安排了現場參觀實習，但參觀時間有限，學生人數太多，加上目前大學生對現場參觀實習不夠重視，走馬觀花，很多學生參觀結束后沒有印象。此外，參觀施工現場受時間地點和成本的制約，很難同步滿足教學需要。這個時候若能利用BIM模擬仿真，將施工現場帶進課堂，利用3D模型，把施工過程、細節展示給學生，讓學生通過BIM虛擬技術了解施工過程從整體到細節的方方面面，課后習題不再以書面作業為主，而是利用BIM布置團隊大作業，讓學生協同完成，既能安全有效地達到教學目的，又能將BIM技術與專業課知識深度融合。endprint

四、BIM在水工程施工教學中的應用

在教學環節中引入BIM，需要準確分析給排水專業本科生定位，教學中應盡可能多地應用真實案例，實現項目仿真、施工仿真、4D施工進度模擬，科學合理地設計基于BIM技術的“水工程施工”教學方案，利用BIM三維模型庫、網絡教學視頻等，培養學生空間想象力和自主創新能力，以達到教學目的[3]。

（一）充分發揮BIM技術可視化特點

可視化是BIM 的一個固有特性，BIM 的工作過程就是三維幾何信息、構件屬性信息和規則信息的形成過程，將以往線條式構件形成一種三維的立體實物圖形展示在學生面前，所見即所得[4]。例如，在人工降低地下水位章節中，利用BIM可視化，通過拆分切剖3D模型，向學生展示各種井點的復雜構造及組成。相比受視野范圍影響的視頻和抽象的二維示意圖，BIM模型具有多角度、可拆分等優勢，通過BIM模型

能觀察到一般視角看不到的內在結構，教學效果將大大提升。通過校企合作模式，獲得真實項目的BIM模型，讓學生在3D立體模型的學習環境下，更直觀了解復雜施工過程。

（二）充分利用BIM的可模擬性優勢

BIM可仿真模擬施工的多個階段，通過添加時間軸，進行4D施工進度模擬。行業應用實踐證明，4D施工模擬可提前發現施工中的問題，提高施工效率，降低返工風險，為社會帶來可觀的經濟效益。教學中，則可利用4D模擬動畫展示施工過程。例如，在基坑挖運施工過程中，建立土方模型和車輛模型后，通過Navisworks數據源選項將其導入Timeliner，安排時間分配，生成基坑挖運施工動畫，直觀地向學生展示施工過程的各項工序，使其掌握施工的實施形式和運作方式，讓課本上抽象的文字敘述變成具體的動作過程，解決施工工藝、技術流程在課堂上難以講清的問題，同時也省去組織外出實習的麻煩，杜絕了在工地實習可能遇到的安全隱患。

（三）充分利用BIM協同工作平臺進行團隊合作訓練

BIM的協同工作是指各成員共享信息資源，在同一個數據庫中，抽插、提取、修改、更新信息，在水工程施工的課后作業上，可以充分利用BIM的這個特點布置大作業，讓學生通過cloud-BIM協同工作平臺，合作完成一個項目。例如，在室內管道施工大作業中，讓不同學生負責不同種類的管道系統，即給水系統、排水系統、消防系統和雨水系統，通過向Navisworks中導入RVT格式模型文件，檢查這些管線間的碰撞，并讓學生在該平臺通過溝通進行調整，再依據規范進行驗證，最后導出DWG格式圖紙上交成果。其中模板方面可通過校企合作，由企業提供設計初期未進行管線碰撞檢測的BIM模型。

（四）充分利用BIM的優化性

BIM在設計、施工、運營的優化方面，和傳統方法比，具有精確、易操作的優勢。讓學生通過BIM的相關優化軟件，整合施工項目的幾何信息、物理信息、規則信息等高度復雜信息，將施工方案與工期、造價結合，實時計算施工變化對投資回報的影響，得出施工最優方案。

（五）充分利用BIM的可出圖性進行作業批改

利用BIM的可出圖性，學生將自己的建模成果二維化，通過任意角度剖切三維模型，導出CAD平面圖紙，并和施工圖紙進行校對，確保圖紙的準確性[5]。教師則可通過學生提交的圖紙，批改作業，及時了解教學情況。

五、教學中可能出現的問題

（一）師資力量不夠

由于BIM是近幾年才發展的新技術，熟練操作BIM相關軟件的教師并不多，教師對BIM的了解多半也只停留在理論層面，高校教師對新技術的接受能力還有待提高。

（二）設備投入大

由于BIM在建模計算方面，對電腦硬件要求較高，如CPU需要酷睿i7系列及以上，內存需要8G以上等[6]。而想要完成以上教學目標，至少需要安裝3到4個相關軟件，學校機房的設備和普通筆記本電腦無法滿足教學需求，必須投入大量資金在新設備的購買和維護上。此外，功能完整的正版BIM相關軟件大多是收費的，動輒幾十萬上百萬的費用，對于學校而言是不小的負擔。

（三）配套的課程體系與標準不健全

目前，雖然BIM在行業中的應用已進入快速發展階段，在理論研究層面也取得了一定成果，但是如何把BIM融入本科教學，如何制定課程標準，如何構建知識體系，還沒有明確的說法，相關研究成果并不多，需要進一步嘗試、探究。

六、結語

BIM作為信息化技術產物，順應信息化發展潮流，將推動建設領域產生革命性轉變[7]。BIM正在給AEC行業帶來劃時代的技術變革，掌握BIM技能就是贏得未來。高等學校作為向社會輸出人才的重要基地，應緊跟時代發展，順應社會需求，把為社會提供專業技術人才擺在第一位。BIM 技術能以三維模型的形式展示施工信息、模擬施工過程，在水工程施工課程的教學中引入BIM，不僅可以幫助學生熟悉學習內容、鞏固理論知識，還能提前接觸行業前沿知識、增強學生就業競爭力，因此，要努力克服BIM教學改革道路上的種種難題，幫助學生實現理論知識向操作技能轉化，為社會培養所需人才。

參考文獻：

[1]商聰磊.市政自來水工程施工技術與經驗[J].建筑工程技術與設計，2015（11）：1174.

[2]張尚，任宏，Albert P C Chan.BIM的工程管理教學改革問題研究（二）——BIM教學改革的作用、規劃與建議[J].建筑經濟，2015，36（2）：92-96.

[3]J Boon，C Prigg.Releasing the potential of BIM in construction education[C]//Netherlands：CIB International Conference，2011.

[4]羅中.基于BIM技術構建三維仿真施工模擬課堂[J].山西建筑， 2015（27）：239-240.endprint

[5]曾紹武，蔣平江，羅建華.基于BIM技術的橋梁施工課程教學改革探索[J].石家莊鐵路職業技術學院學報， 2015（4）：83-87.

[6]劉紅勇，何維濤，黃秋爽.普通高等院校BIM實踐教學路徑探索[J].土木建筑工程信息技術， 2013（5）：98-100.

[7]何關培.中國BIM標準個人思考（二）[J].土木工程信息技術， 2013 （2）：107-112.

Abstract：As an emerging technology， BIM technology has been widely used in the construction industry gradually， and gives the industrys development and transformation with vigorous momentum. The universities， which are expected to send high-quality talents to the society， have to keep up with the pace of time， introduce BIM technology into the teaching of civil engineering disciplines to reform the traditional teaching patterns. This paper takes the example of BIM teaching experiences in domestic and international universities， analyzes the limitations of water engineering construction course in traditional teaching， and combines the characteristics of BIM technology to put forward suitable teaching methods.

Keywords： BIM； water engineering construction； teaching

（編輯 周 沫）endprint