融入BIM技術的建筑類專業課程體系構建

張樹江+韓杰+畢德純

[摘 要]該研究對BIM的內涵進行了分析，著重指出BIM的綜合性；基于BIM技術搭建了教學平臺，構建以理論教學和實踐教學并重的兩大支柱支撐的課程體系框架；以城市地下空間工程專業為例，建立了基于BIM技術的課程體系；針對課程體系與教學實施、改進教學方法、在課程中融入BIM技術進行了深入的探討。

[關鍵詞]BIM技術；平臺搭建；課程體系

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）11-0048-03

隨著BIM技術的興起，信息共享、無紙化施工和全過程管理逐步應用到了建筑設計、施工、管理和運營維護工程領域。BIM即建筑信息模型，BIM技術是一種應用于工程設計建造管理的數據化工具。BIM技術以三維數字技術為基礎，三維模型所形成的數據庫為核心，進行建筑模型的建立，并通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息。BIM技術作為一種創新的工具與生產方式，是繼CAD之后建筑業的二次革命。[1]BIM作為設施信息的共享資源技術，通過建立數字化的BIM參數模型，涵蓋與項目相關的大量信息服務于建設項目的設計、建造安裝、運營等整個生命周期，實現了“模型等于圖紙”“模型高于圖紙”的目標，具有可視化、協調性、模擬性、優化性和可出圖性五大特點。[2]

目前，國內外許多高等院校已經引入BIM，同時也引發了眾多院校對建筑類專業課程體系構建的改變與討論。我院近幾年分步引入了部分BIM軟件，建立了BIM開發實驗室和地下工程虛擬仿真實驗教學中心。借鑒CDIO，即構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Imple？鄄ment）和運作（Operate）一體化課程設計的理念，搭建了融入BIM技術的建筑類專業教學平臺，并圍繞這一平臺構建課程體系[3]，對本科應用型專業人才培養有著引導和促進作用。

一、BIM技術的內涵分析

BIM是由查克伊士曼博士（Chuck Eastman，Ph.D.）提出來的。它是指將某個項目在整個生命周期內所有的幾何特性、功能要求與構件性能的信息綜合到同一個模型中，這些信息還包括施工進度、施工過程控制與管理信息。[4]即BIM應是建筑信息模型（Building Information Model）、建筑信息模型及其應用（Building Information Modeling）、建筑信息管理（Building Information Manage？鄄ment）三者的綜合。美國國家BIM標準中強調BIM是基于公共標準化協同作業的共享數字化模型[5]，可以用作設施信息的共享資源，成為設施全生命周期決策的可靠基礎。

BIM是一種理念，信息作為資源是可以共享的，項目的參與各方都有信息共享的權利，這就為項目的參與各方提供了充分溝通、交流和協作的可能性。同時，信息是可以更新和修改的，通過項目參與各方的專家的討論、交流和溝通，并且根據不同的要求對信息進行更新和修改。BIM是一種技術，是針對建設項目從設計、招投標、建造到運行一個完整生命周期所進行的建模、更新、管理和應用的技術，是由眾多的設計軟件（建筑設計軟件、結構設計軟件、設備設計軟件、成本預算軟件、施工管理軟件等）組合而成的技術。BIM既是模型結果，更是過程。BIM具備了所有一切與該建設項目有關的信息，但BIM的功能主要在于針對建設項目的設計、施工和管理進行信息模型的開發、使用和傳遞，所以BIM更是過程。

由于建筑的復雜性和多專業之間的綜合性，在施工中會經常出現大量碰撞問題和施工進度方案的不確定性因素，BIM軟件提供了碰撞試錯及可修補、改錯功能。要合理地應用BIM技術，必須具備扎實的工程技術專業知識，還要有一定的創新思維，敢于突破一般性思維的界限，敢于嘗試。

二、基于BIM技術的教學平臺與課程體系構建

（一）基于BIM技術的教學平臺搭建

針對工程教育的特點與BIM內涵，建筑類專業人才培養目標要求掌握工程勘察、規劃、工程材料、結構分析與設計、工程測量、施工組織和工程概預算、工程監理等方面的基本技術和知識，能夠從事工程規劃、設計、施工與管理工作。而BIM技術能夠連接建筑生命周期不同階段的數據、過程和資源，是建筑設計、結構設計、建筑環境模擬、工程造價和施工管理等多專業的集成。[6]通過建立BIM虛擬仿真平臺，讓學生在校內外有網絡的地方實現自主學習、應用BIM，實現創新性教學模式。

以城市地下空間工程專業為例，我們搭建了以BIM為基礎平臺，理論教學和實踐教學兩大支柱并重并相互支撐，由創新活動連接的實踐與創新能力培養的課程體系框架，如圖1所示。

（二）以BIM技術為平臺的課程體系的構建與實施

1.課程體系的構建

目前，國內外常見的BIM課程設置方式有新開設的BIM課程和在現有的專業課程中植入BIM兩種，[7]我國大都用第二種方式。第二種方式在植入BIM內容時，要根據現有專業課程的實際情況進行植入。

根據城市地下空間工程專業知識的構成，能夠植入BIM內容的課程包括建筑制圖、房屋建筑學、施工組織與概預算、城市地下規劃與設計、城市地下空間開發利用、地下工程結構、地下結構可靠性、隧道工程、地下管網、工程項目管理等。如圖2所示。

課程植入BIM的方式主要是BIM課程、建筑制圖+CAD設計、BIM軟件與建模方法、BIM+房屋建筑學、BIM+地下工程結構、BIM+施工組織與概預算、基于BIM的地下工程施工模擬、BIM+城市地下規劃與設計、基于BIM的工程項目管理、基于BIM的地下管網模擬、BIM+隧道工程、基于BIM的地下結構可靠性分析等。endprint

在實踐中我們利用BIM的三維化、參數智能化等優點，培養學生的空間思維，使學生建立對建筑的整體概念。依照“理論+實踐+職業技能+案例”的教學設計思路，建立了基于BIM的課程體系，如圖3所示。

2.融入BIM思想的教學實施過程

（1）從認知BIM開始培養探求興趣。從新生入學的專業介紹開始，有意識地培養學生對BIM的興趣，讓他們在BIM實訓室里觀看BIM的強大功能，了解BIM技術在城市地下空間的發展趨勢和應用途徑，理解學習BIM技術的重要意義。將專業課程所涉及的地下工程建筑設計、結構設計、配套安裝設計及施工現場布置等案例信息模型進行三維立體展示，通過向學生提供真實的情境，介紹專業的性質、培養方向、培養目標及主干課程等。實踐中，我們把教師由“講授者”“指導者”的身份轉換成“參與者”和“管理者”，由學生自主進行設計，教師參與共同討論、提供建議，讓學生充分發揮自身的想象力，[8]培養學生分析解決問題和協同工作的能力，以及初步的項目目標制定、概念描述、項目發展管理能力。

（2）實施BIM教學不斷線。從大學一年級的制圖課開始，有針對性地加入BIM基本課程，并結合后續的專業基礎課、專業課，采取“BIM+某一課程”的形式由淺入深地讓學生熟悉BIM重要軟件的使用方法，指導學生逐步運用BIM的3D、4D、5D技術，構建三維空間模型進行工程描述、時間維度描述，模擬施工的整個過程以及進行施工預算等。在實訓過程中，由教師先行提供案例，讓學生了解BIM在地下建筑設計過程中的應用，通過BIM建模，仿真模擬地下建筑施工、施工管理、質量管理、進度管理、成本管理等活動，了解BIM在地下建筑施工和管理過程中的應用，實現工程測量、測量實習、建設法規、建筑施工技術、房屋建筑學、建筑力學、建筑制圖與識圖等建筑類課程實驗及實訓模塊共享。通過建筑結構仿真實驗、建筑施工技術仿真實訓和建筑工程施工工藝仿真，將上述專業主干課程進行有機結合，這就較為系統、全面地梳理了學生的專業知識，改善了上述課程的教學效果，在專業知識和實踐技能之間建立了有效聯系，提高了學生的實踐能力。

（3）強化BIM的實際應用。在課程設計和畢業設計中強化BIM的運用，充分利用BIM技術平臺，結合在實際現場中所看到的工程施工情況，進行優化設計施工方案的擬訂。[9]以實際項目業務案例為主線，以任務為驅動，進行團隊實戰。整個體系的設計遵循螺旋式教學模式，由單項技能到綜合技能，實現BIM技能的累積與提高。推動學生以BIM的視角及思路進行課程設計、畢業設計或大作業，挖掘BIM價值，通過畢業設計對BIM在教學中的價值進行提煉，進而真正讓BIM技術在高校教學中得以廣泛應用。對城市地下空間工程專業的畢業設計，我們采取了必須運用BIM的硬性規定，強化學生對工程項目生命周期及其過程任務管理的了解，并能有效地理解技術、經濟、管理、法律等在項目生命周期中的應用過程。

（4）培養大學生的創新創業能力。從培養學生的創新創業能力入手，以創新型人才培養模式改革為切入點[10]，以提高學生的創新創業能力為目標，基于BIM技術構建與實施大學生創新創業訓練計劃，完善學生知識結構。基于BIM的三維設計技術可以集成各專業設計進行復雜設計評價和分析，在工程全生命周期內實現協同作業，具有高質高效的特點。組織學生開展基于BIM的結構設計大賽，參加行業大賽，不僅加強了學生學習運用BIM能力，將專業知識和設計思維有機地結合起來，更能提高學生的空間思維和想象能力，培養學生的創新能力和實踐能力。

（5）與相關的BIM培訓機構合作，建立虛擬仿真實驗教學中心。借助行業地域性資源優勢，與建筑監理協會、建工集團、軟件公司等單位積極開展深度合作，根據工程實踐和行業要求，不斷完善、拓展和開發虛擬仿真實驗教學平臺。BIM培訓機構和行業企業有完整的BIM軟件包，又有專業的BIM人才和大量的實戰案例，與他們深度合作，可以彌補學校在購買BIM軟件包上的資金不足，以及BIM實戰案例、BIM專業人才等方面的短板。校內的城市地下空間工程、工程管理、土木工程、給排水科學與工程、建筑環境與能源應用工程等相關專業，均可共享實驗設備及虛擬仿真實驗教學平臺。學校還可以利用這些教學資源，為建筑企業員工開展職業技能培訓和繼續教育，實現資源共享。

三、結語

隨著BIM技術的不斷更新換代和發展，培養適應社會需要的BIM技術人才，短短四年的大學教育是不夠的，正如城市地下空間工程專業培養目標所述，要培養學生“具備不斷學習的能力、適應發展的能力和創新能力”。大學期間也只是使學生學會使用BIM的基本能力，還需要學生在后續的工作中不斷學習新知識、新技術。

本文只是以城市地下空間工程專業為例，對在課程體系構建中如何融入BIM技術提供一個思路，這個探索還需要在實踐中不斷地完善和補充。如何在建筑類專業課程體系中融入BIM技術，可根據各專業的性質、各高校的具體情況來開展探索。

[ 參 考 文 獻 ]

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

[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、規劃和建議[J].建筑經濟，2015（2）：92-96.

[3] 吳艷英，陳海虹，吳錦行.基于CDIO工程教育理念的“畫法幾何及工程制圖”教學研究[J].大學教育，2015（1）：148-149.

[4] Goldberg， H. E.， The Building Information Model，CADalyst， Nov 2004. Vo1.21，56-58.

[5] NIBS National BIM Standard Project Committee， National BIM Standard， 2006，retrieved from http：∥vllciE？鄄vttfil？鄄proaects/vbe？鄄net/data/What is the NBIMS.pdf，5-12.

[6] 劉照球，李云貴.土木工程專業BIM技術知識體系和課程架構[J].建筑技術，2013（10）：913-916.

[7] 王芳，張志強.融合BIM技術的應用型土木工程專業實踐教學平臺的優化與應用[J].高等建筑教育，2016（1）：155-157.

[8] 李楠，賈宏俊.基于BIM技術的土木工程專業實踐教學體系構建[J].科技創新導報，2015（27）：161-162.

[9] 陸紅梅，王蕾，唐艷娟.基于實踐能力培養的“土木工程概預算”課程教學改革研究[J].大學教育，2015（5）：122-124.

[10] 李勇，尚會超，王潔.實用創新型人才培養模式的研究與實踐——以中原學院機械電子工程專業為例[J].大學教育， 2013（5）：38-40+44.

[責任編輯：龐丹丹]endprint