BIM技術在校企聯合畢業設計中的應用和實踐

王婉 李懷健 劉勻

摘要：文章闡述了同濟大學和上海建工集團在校企聯合畢業設計中開展BIM技術研究和應用的目的和意義，介紹了聯合畢業設計實施的過程和方法，并通過實際工程案例介紹了基于BIM技術的畢業設計研究內容、方法和成果。實踐表明，聯合畢業設計的開展使學生、企業和學校三方獲益，取得了豐碩的成果和良好的社會效應。

關鍵詞：BIM;校企合作;畢業設計

中圖分類號：G642.477文獻標志碼：A文章編號：1005-2909（2018）06-0161-06

隨著社會經濟發展和土木工程行業信息化水平的提高，近年來，建筑信息模型（building information modeling， BIM）技術在設計、施工和運維過程中得到越來越廣泛的應用。行業發展的變化對高等學校的人才培養模式和土木工程信息化教學提出了新要求，如何應對信息技術飛速發展的挑戰，滿足社會需求，提升學生的綜合能力和素質，成為人才培養過程中必須正視的問題。

一、校企聯合設計中應用BIM技術的目的和意義

（一）開展校企聯合畢業設計的目的

校企合作是“卓越工程師教育培養計劃”的重要環節，對學生工程實踐能力和工程系統思維能力的培養極為重要。近年來，在傳統實習基地模式基礎上，校企合作在形式和內涵上不斷拓展[1]，同濟大學在培養框架構建、聯合課程體系建設、聯合畢業設計、產學研合作等方面與企業開展全方位合作，為人才培養提供了豐富的實踐平臺。

聯合畢業設計是校企合作的一種模式，是培養學生運用所學知識分析和解決實際問題能力的重要手段。校企聯合畢業設計的課題，大多來自企業大型實際工程項目或重大科研課題，既具有一定的理論性，又與實際工程緊密結合，其中一些課題還具有一定的前沿性。校企聯合畢業設計的開展，對學生實踐創新能力和綜合素質的提升具有積極推動作用[2-3]。

（二）BIM技術在土木工程中的應用

建筑信息模型是建筑物理和功能特征的數字化表現，一個完整的建筑信息模型就是一個數據庫，可將建設項目在設計、建造、管理、運營等過程中的所有信息整合在統一的數據庫中，用以支撐建筑從概念設計到拆除階段這一全生命周期內的所有決策，為建筑全生命周期管理提供平臺。

在AutoCAD取代手工作圖之后，BIM作為提升建筑行業的第三代信息應用技術，得到越來越廣泛的應用。BIM技術使不同專業在同一平臺上進行共同設計成為可能，設計師以BIM為平臺進行各專業建筑模型設計，并解決專業內和專業之間的設計沖突，如管線綜合、梁柱復雜結點、坡道與樓梯碰撞檢測等[4]。BIM模型可以從設計階段沿用至施工階段，并可進行三維虛擬漫游、施工建造模擬等，還可加入時間維度，進行施工組織設計，方便工程量統計。而基于BIM模型的照度、能耗、消防疏散、人流密度等建筑性能分析，則可為建筑方案的設計優化提供依據，為項目未來的運營提供更好的方案[5]。BIM技術是提高設計施工效率，推進建筑工業化、節能化、綠色化的技術保證，代表了建筑業未來的發展方向。

（三）在聯合畢業設計中開展BIM項目的意義

近年來BIM在國內的推廣應用主要集中在三維設計、施工組織、材料管理、工程造價、運維管理等方面。一般大型設計和施工企業都成立了專門的BIM研究所，擁有經驗豐富的BIM研發和應用人員，并有不少已建和在建的實際工程案例。相比而言，高校在BIM的理論教學方面相對滯后，且涉及的內容多限于一般的概念性介紹和軟件初步應用，比較淺顯空泛。

2014年以來，同濟大學和上海建工集團在聯合畢業設計方面開展合作，企業每年結合實際工程項目提出課題，學校挑選審核后向學生發布，其中與BIM相關的項目一直是熱門選題，深受學生歡迎。從幾年來的實施結果看，課題的完成質量和企業滿意度較高，成效顯著。

二、開展校企聯合畢業設計的過程和方法

（一）前期選題和準備工作

畢業設計是學生畢業前的一項綜合訓練，以往畢業設計的課題大多來自學校教師制定的設計項目或科研課題。近年來，按照卓越工程師的培養要求，校企聯合畢業設計的比例逐年擴大。聯合畢業設計的題目來自企業的實際工程，學校組織相關教師討論和分析選題的難度、深度是否適合學校對畢業設計的要求，最終確定題目和內容。

（二）過程質量控制

在聯合畢業設計的具體實施過程中，實行“校內導師+企業導師”的“雙導師”制，企業指派經驗豐富的高級工程師作為畢業設計指導教師，學校也指派與課題相關的校內骨干教師，共同負責聯合畢業設計的指導工作。

雙方導師共同制定畢業設計任務書，指導學生完成開題報告，原則上學生在校外指導教師的指導下，在企業完成畢業設計，而校內導師則負責理論方面的指導。通過定期匯報、中期檢查、專家抽查和公開答辯的方式，對畢業設計進行全程跟蹤和層層把關，確保畢業設計的質量。

校企聯合畢業設計實施的大致流程如圖1所示。

三、聯合畢業設計中BIM技術應用實例

（一）實施情況

上海建工集團是中國建設行業的龍頭企業，創造了眾多精品工程。上海建工集團對新技術的研發和應用非常重視，BIM技術的應用和推廣工作也一直走在行業前沿。集團建立了BIM發展聯盟，專兼職從事BIM工作的技術人員近500人，并在70余項重點工程中廣泛應用BIM技術，涵蓋房產開發、設計咨詢、施工建造、運營維護等整個產業鏈，取得了許多驕人的成果。

近年來，同濟大學土木工程學院與上海建工集團開展聯合畢業設計的總體實施情況為：2014—2017年雙方開展的聯合畢業設計項目分別為22、22、16、24個，其中BIM相關項目分別為7、5、4、5個。聯合畢業設計的開展，使學生了解BIM技術在大型實際工程中的最新應用和發展方向，同時在校內外導師的指導下開展BIM相關的研究和實踐，既幫企業完成了一些有效工作，又拓寬了學生的知識面，鍛煉了實踐能力。

（二）畢業設計中開展BIM項目的實例

自2014年來，筆者一直參與同濟大學和上海建工集團的聯合畢業設計工作，并作為學校導師每年分別指導1～2名學生進行BIM方向的聯合畢業設計。

實例一：“虹橋04地塊綜合體BIM技術的應用和開發”課題，由上海建工五建集團提供，主要內容包括：建立BIM模型，利用BIM技術對工程復雜節點進行三維可視化技術交底，并進行梁柱、管線綜合排布;利用BIM技術實現工程精細化管理，為工程搭建無紙化協同管理平臺;利用BIM技術進行虛擬施工模擬，并進行后期運維管理等。

建立BIM模型，一種是直接由設計方以三維信息模型的形式進行設計，另一種是在傳統設計完成后，由專業BIM團隊建立BIM模型。由于傳統交付模式合同條款的限制，虹橋04地塊已完成了傳統的招標設計圖紙的二維設計工作，需要按照第二種方式依據已有的CAD圖紙，運用Revit軟件進行各專業建模再集成，為后期BIM技術的應用打下基礎。

1.模型建立

由于業主提供的是前期投標設計圖，結構圖主要由PKPM軟件生成，在BIM建模過程中可以及時發現設計中存在的問題。在虹橋04地塊綜合體建模過程中發現梁柱節點不統一、柱端受力不均勻、風管標高與結構梁沖突、消防管道穿墻布置等問題，比二維圖紙審查時查出率高很多，體現出三維模型在設計方法上的優越性。BIM建立的模型如圖2和圖3所示。

2.碰撞檢測

在建筑、結構、機電等各專業均完成設計，形成綜合模型之后，可對其進行碰撞檢測等操作。由于該綜合體集商場、會所、住宅為一體，使用功能復雜，造成地下室機電管線數量和種類繁多，排布復雜，專業間的沖突檢查尤為重要。運用Navisworks軟件對模型進行碰撞檢測，發現圖紙設計中的失誤，形成碰撞檢測報告。

3.深化設計

該項目機電系統龐雜，各種管道與設備、結構構件之間縱橫交錯，各專業負責人僅依靠二維圖紙進行深化，幾次圖紙會審下來依舊問題重重。利用BIM精細建模并結合碰撞檢測報告，可直觀、準確地對構件的尺寸、位置進行調整，完成管線綜合優化，與傳統的二維圖紙深化設計相比，無論從勞動力成本上還是從形成速度上都有極大提高。

4.圖紙可視化交底

有時一張或多張平面圖紙并不能直觀反映某些復雜節點的形狀，現場施工人員往往難以想象其真實結構。利用BIM可視化模型，通過彩色打印圖或直接利用電腦進行現場三維交底，避免因理解不當而造成的返工現象，提高了施工效率。管道可視化模型圖如圖4所示。

5.施工漫游

將BIM模型導入Navisworks中，利用Navisworks的漫游功能為項目提供可交互的施工漫游模擬，利用模擬人物在建筑模型中漫游，直觀地反映室內空間和人物的對比關系。通過BIM的輔助工具測量關鍵構件之間的距離（如樓板與吊頂之間的高度），來檢查判斷設計的合理性和是否存在設計沖突或其他問題，從而進一步優化設計。圖5為基于BIM技術的施工漫游。

實例二：“基于RFID技術和BIM技術的PC智慧建造方案研究與應用”課題，由上海建工五建集團提供，課題結合五建集團“基于供應鏈管理的預制裝配式建筑智慧建造管理系統”項目，探討了RFID技術和BIM技術結合在裝配式建筑中的應用方案。

裝配式建筑是建筑工業化的重要方式，具有提高質量、縮短工期、減少消耗、節能環保等優點。裝配式建筑中，相當比例的構件來源于工廠的預制生產，因此預制構件在生產、建造過程中的管理尤為重要，這種管理涵蓋了預制構件從生產、運輸到施工現場管理、構件吊裝等過程，對于某些可以回收重新利用的構件，還包括其拆除、再利用階段[6]。

然而構件管理及現場施工方式的落后，一定程度上制約了裝配式建筑的發展，應用BIM信息管理技術可解決上述問題。信息采集如果采用傳統手工填寫、照相、掃描等方式，不僅費時，也難以做到信息的實時更新，整體效率會受到一定影響。為使BIM技術得到更好的運用，需找到一種標簽技術，將預制構件與BIM數據庫“聯系”起來，無線射頻識別技術（Radio Frequency Identification， RFID）很好地解決了這一問題。RFID技術利用無線射頻信號的電磁感應或電磁傳播的空間耦合實現對被標識物體的自動識別，是繼條碼、磁條、IC卡、聲音和視覺識別技術后的又一種自動識別技術[7]。應用時，射頻標簽被放入物體內部，利用讀寫器對射頻標簽進行信息讀取，RFID技術識別的信息傳給中間件和應用系統軟件，從而實現信息解碼、識別和管理[8]。將采集的信息保存在BIM模型中，可以及時快速地查找構件信息。這種新技術的應用，基本實現了構件生產、運輸、安裝、運維狀態的實時信息查詢和數據交互，給裝配式建筑全生命周期管理帶來了革命性的技術支持。圖6為基于RFID和BIM技術的預制構件智能化管理流程圖。

四、結語

從建筑業和整個社會發展的趨勢來看，三維建筑信息模型取代傳統的二維圖紙是一種必然，而企業在BIM技術的研究和應用方面一直走在行業的前列。在校企聯合畢業設計中開展BIM技術的研究和應用，既為學生提供了良好的實踐平臺，使學生深入了解BIM技術在土木工程設計、施工過程中的最新應用，拓展了專業知識，鍛煉了創新實踐能力，也為企業考察和吸收優秀人才提供了機會，同時對提高高校教師尤其是青年教師的工程素質也起到了促進作用。聯合畢業設計的開展，得到學生、企業和學校三方的高度認可，取得了很好的反響和社會效應，已形成了相對穩固的合作模式，為校企之間的全方位深度合作起到良好的示范作用。

參考文獻：

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