基于BIM技術的土木工程專業課程協同教學改革研究

孫巍巍　周廣榮　范進

摘要：BIM技術通過參數模型整合相關信息，在項目策劃、運行和維護的全生命周期過程中進行共享和傳遞，在提高生產效率、節約成本和縮短工期方面發揮了重要作用。為了迎接建筑業這一發展趨勢，提出以BIM模型為主線，開展專業課程協同教學改革，讓土木工程本科學生主動適應企業需求，實現了不同課程中的建筑模型、結構模型、施工模型的有效銜接。

關鍵詞：BIM；土木工程；專業課程；協同教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）35-0138-02

一、前言

隨著BIM（Building Information Modeling）技術在我國建筑領域的不斷推廣，目前在部分重點項目的設計、施工和運營維護管理中陸續得到了應用。建設部2015年印發的《關于推進建筑信息模型應用的指導意見》中提出到2020年年底，建筑行業甲級勘察、設計單位以及特級、一級房屋建筑工程施工企業應掌握并實現BIM與企業管理系統和其他信息技術的一體化集成應用。在以國有資金投資為主的大中型建筑以及申報綠色建筑的公共建筑和綠色生態示范小區新立項項目勘察設計、施工、運營維護中，集成應用BIM的項目比率達到了90%。針對建筑業這一發展趨勢，南京理工大學土木工程系開展了基于BIM技術的土木工程專業課程協同教學改革研究。

二、土木工程專業課程現狀

目前國內眾多高校已經使用BIM技術開展建筑類專業的教學工作，并與企業合作成立了BIM研究中心。受制于多種因素，南京理工大學土木工程專業的BIM技術教學研究起步較晚，與國內外在該領域的研究水平存在一段的距離，因此開展BIM技術相關的教學改革迫在眉睫。

南京理工大學土木工程專業現行2014版培養計劃中未明確包含BIM技術的教學內容，只是在本科四年級下學期開設了選修課程《土木工程常用軟件簡介》，該課程的核心內容為PKPM的建模及計算，BIM技術非教學重點。2014版培養計劃的課程設置較為傳統，課程之間以課程設計為紐帶。以《混凝土結構基本原理》課程為例，其課程設計要求學生獨立完成一層樓蓋的結構設計。該課程設計與《房屋建筑學》課程設計相結合，并要求按《房屋建筑學》課程設計所確定的建筑方案完成相應的結構設計，做到了一人一題。通過各課程設計之間的圖紙傳遞，使《土木工程制圖》、《房屋建筑學》、《土木工程施工》、《混凝土結構基本原理》等課程的內容得到綜合運用，加強了各相關專業課程的聯系，實現了“貫穿式”專業教學。但傳遞方式仍然采用傳統的二維手繪方式，與現有三維BIM技術在深度和廣度上有一定的差距。

三、土木工程專業課程協同教學改革思路

在南京理工大學土木工程專業的人才培養過程中，十分重視社會對畢業生的評價以及對辦學質量的認同度，尤其是注重對畢業生實際工作能力的評價。為了檢驗培養目標實現的程度，本專業初步建立了基于畢業生用人單位、相關企業等為對象的評價信息反饋機制。利用不定期的走訪，通過返校校友座談、走訪問卷等形式收集用人單位及社會對本專業人才培養的意見和建議，對培養目標和畢業要求的達成情況進行衡量和評估。這些信息是本專業培養方案修訂的重要依據之一，其中反映最為熱烈的信息是2014版培養計劃中缺乏最新的BIM技術教學，應該及時加以修訂。因此，南京理工大學土木工程系在2017年初認真總結了畢業生、用人單位的調查反饋意見和企業行業專家對培養目標及課程體系設置的修訂建議，依據學校培養方案修訂制度，結合最新的工程教育認證標準和全國高等學校土木工程專業評估（認證）文件，對2014版培養計劃進行了認真修訂，形成了2017版培養計劃。

2017版培養計劃以BIM模型為主線，實現了專業課程協同教學改革，讓土木工程本科學生主動適應建筑工業化的需求，實現不同課程中的建筑模型、結構模型、施工模型的有效銜接。首先，從本科一年級第二學期開始教授《土木工程制圖及其信息模型》課程。該課程原名為《土木工程制圖》，以傳統二維CAD為教學重點，且開設時間偏晚，無法滿足學生較早開展建筑建模訓練的需求。在畢業生、用人單位的調查反饋意見下提前到一年級開課。更為重要的是該課程2017版大綱轉化為以BIM三維建筑模型為主，同時為了避免激進的變革和中小型用人單位的實際需求，二維CAD的教學內容給予適當的保留。其次，《土木工程制圖及其信息模型》課程的BIM三維建筑模型將會導入到后期的眾多課程中。現以常見的鋼筋混凝土框架結構加以說明，《土木工程制圖及其信息模型》課程的BIM建筑模型將在三年級第一學期《混凝土結構基本原理》課程中獲得應用。通過接口軟件將BIM建筑模型導入結構分析軟件形成BIM三維結構模型。該BIM結構模型將用于《混凝土結構課程設計》課程中的樓蓋設計，從而獲得樓板的配筋和施工圖。將三年級第二學期開設的《混凝土及砌體結構設計》和《工程結構抗震與防災》課程相結合，從而實現BIM結構模型的整體分析計算，獲得梁柱的配筋和施工圖。整體分析計算獲得的柱底內力將可用于《基礎工程》課程，實現基礎設計及配筋。整體結構計算完畢后，BIM結構模型結合預制裝配技術獲得的BIM施工模型可用于《土木工程施工》和《工程造價》課程。最終，畢業設計作為大學四年中最后一個實踐教學環節，將實現BIM建筑模型、BIM結構模型和BIM施工模型的全過程模擬分析，為畢業后解決復雜工程問題打好基礎。

四、專業課程協同改革實施方案

為了專業課程改革的順利實施，采取了循序漸進的實施方案和以點帶面、逐步推廣的工作思路。首先，為了驗證教學改革的可行性和學生的接受度，充分利用了南京理工大學科研訓練平臺，任課教師主動設置一定數量的BIM技術科研訓練題目，供學生自由選擇，實踐證明學生通過實際操作和教師輔導，可以較為快速地掌握BIM建筑模型的基本操作。其次，為了促進學生更好的掌握BIM模型的建模步驟，同時增加學生畢業后的競爭力，鼓勵學生參加全國BIM應用技能考評。目前應用技能考評分為“BIM建筑”、“專業BIM應用”和“綜合BIM應用”三級。在校學生只允許參加一級“BIM建筑”考試，該考試可以成功銜接《土木工程制圖及其信息模型》和《混凝土結構基本原理》之間的空白，提高學生的初步建模能力。最后，雖然專業課程協同教學改革涉及的課程眾多且銜接工作較為復雜，但是專業教師之間緊密聯系充分配合，共同申報并且成功立項了南京理工大學教改課題《基于BIM技術的土木工程專業課程協同教學改革研究》。

五、結語

本次專業課程協同教學改革極大地激發了學生的學習熱情，培養了學生的動手和創新意識，收到了極佳的教學效果，促使本科學生通過相關BIM技術協同課程的學習，以及在課程設計和畢業設計中的實踐，在畢業后能輕松地運用各類BIM軟件在勘察設計、施工和工程項目管理中的應用，改進傳統的生產與管理模式，提升企業的生產效率和管理水平，提高畢業生的社會認可度。

參考文獻：

[1]趙威.BIM技術在高職建筑類專業教學中的應用研究[J].綠色環保建材，2017，（11）：156-157.

[2]建設部.關于推進建筑信息模型應用的指導意見[S].2015.

[3]衛濤，李容，劉依蓮.基于BIM的Revit建筑與結構設計案例實戰[M].北京：清華大學出版社，2017.