工程管理專業BIM本科課程教學研究

(云南大學 建筑與規劃學院，昆明 650500)

1 引言

圖1 高校BIM動態

近年來，建筑工程行業不斷地推廣BIM技術，以期望提高行業生產力和溝通水平[1]。但調查顯示，當前建筑行業仍是低科技高體力勞動的行業之一[2]。在現行建筑市場中集成應用BIM的項目比率不到10%，遠遠落后于國家發展需要[3]。

其中，一個重要的原因就是現行BIM人才教育嚴重缺失。超過90%的國內高等院校本科課程沒有設置系統的BIM技術教學[4](見圖1)。而當前學習者采用的方式主要為針對BIM某種等級考試的培訓班，閱讀目標軟件的特定版本說明書，依照網絡軟件操作錄像練習等等。這些教育方式使得相關從業人士對BIM的學習和理解受到嚴重局限，完善系統的BIM本科教育課程顯然迫在眉睫。

而國內高等院校本科課程難以開展的原因是多方面的，一是當前市面上尚無有關BIM的成熟教材，大量籠統介紹的概述型教材和過于具體針對實操的特定版本軟件說明書充斥市場； 二是BIM在國內的應用本身有其不成熟性，新的應用方式被不斷地在實踐中探索出來，而大量成熟技術則在各界人士的不懈努力下逐步適應國內環境，因此它的發展日新月異； 三是BIM技術幾乎涉及項目全壽命周期所有參與方，對幾乎所有工程任務需求的解決方式都進行了革新； 因此，要教授BIM技術，即使是在工程管理這一專業領域內的BIM應用范圍，也具備巨大難度。在此情況下，研究針對工程管理專業的BIM技術本科課程教學思路，具有一定的現實意義。

2 BIM課程與現有傳統課程

BIM與工程估價和CAD課程同樣作為與計算機軟件高度結合的課程，甚至在某些方面，BIM被認為將替代工程估價和CAD，因此，將它與已經趨于成熟的工程估價和CAD課程做類比顯然有其必要性。具體地分析它們之間的異同，以求從中吸取經驗，并針對特點思考其獨特的教學方式能夠更為切實地給出該課程的教學結構思路。

2.1 BIM與CAD課程

BIM和CAD從某種意義上講是代表兩個不同的設計時代，CAD代表過去的20年和現在的年代，BIM代表現在和未來的年代[4]。BIM因此常常被認為是CAD的3D版、升級版，然而事實絕非如此，BIM與CAD有顯著的不同，因此其教育方式絕不能照搬。

(1)CAD與BIM表達建筑實體的形式不同。BIM模型面向對象，直接描述建筑構件，由計算機來理解構件屬性參數與構件實質特征屬性的聯系。而CAD是一種基于圖層的繪制圖形，由人來通過圖形和參數理解實質特征屬性。

表1 現有課程與可應用的BIM技術

BIM涉及的工程管理本科已有課程BIM應用建筑制圖、房屋建筑學BIM與可視化建筑模型、2D設計與BIM設計、BIM軟件建模工程項目管理基于BIM的空間管理、安全管理、溝通管理、進度管理(4D)、成本管理(5D)、項目協同管理(PMIS、PIP)等工程施工基于BIM的施工組織設計、施工場地布置、施工方案演示、裝配式建筑的快速應用工程估價基于BIM的工程造價文件編制、基于BIM的成本管理(5D)建設法規基于BIM的招投標管理、設計變更中的多方協同工程結構結構模型

(2)BIM涵蓋CAD不能表達的大量重要內容。美國國家BIM標準認為“BIM是建設項目的兼具物理特性與功能特性的數字化模型，且是從建設項目的最初概念設計開始的整個生命周期里做出任何決策的可靠共享信息資源。”[5]在具備CAD可以描述但BIM顯著拓展的物理特性的同時，還具備所有一切與該建設項目有關的信息[6]。因此，BIM涉及工程管理專業絕大部分本科課程已有內容，在此舉例如表1所示。

(3)BIM技術及其應用還沒有完全成熟。CAD經過多年的實踐，已經形成以AutoCAD為主，各專業控件為輔的成熟格局和固定模式。由于BIM技術尚未完善，導致其大多只在較為復雜的工程中應用，這使得其大多數應用模式尚在探索之中，而未形成固定套路。軟件多、應用少這兩種情況共同導致了一個問題，教學時無所適從，疑問較多。

2.2 BIM與工程估價課程的類比

BIM技術與工程估價在課程性質上具備一定程度上的相似性。它們同樣是通過計算機手段來高效解決工程項目本身的性質聯系，因而同樣需要在理解其性質聯系的基礎上，用軟件描述復刻項目參數特征，通過計算機從一些參數特征推算出多種所需屬性值。只是BIM技術通過項目的本質屬性參數解決幾乎一切項目全壽命涉及的所有工程任務所需的屬性值； 而工程估價只通過項目的某一些屬性參數解決部分問題。因此，認為BIM技術將替代目前的工程估價軟件是完全有其邏輯依據的。

目前，工程估價課程常見教學模式為：理論課在前，軟件實際操作教學在后，最后進行大作業整合課程知識。其中，軟件實際操作不必強調效率，而是著重理解。這一模式有其顯著效果，可令學生在學習過程中逐漸融會貫通。而相應地，BIM課程顯然也需要理論+實操+整合三部分。

3 BIM課程教學思路

2009年，時任美國Building SMART聯盟主席的Dana K.Smith 提出了：“用一個軟件解決一切問題的時代已一去不返了”。[7]目前，找不到一個可以以解決項目生命周期所有參與方、所有階段、所有工程任務需求的“超級軟件”，即使能有這種軟件存在，由于軟件用戶的專業和崗位分工以及個人能力限制，也找不到能夠完全精通和掌握這種軟件的“超人用戶”[7]，同樣，國內高等院校也找不到能夠講清楚BIM每一個環節的“超人教師”。

基于以上內容，BIM教學必然不應該按照傳統的教學思路——當新技術來臨時，就開一門新的課程——這是不可能教好BIM的。這將導致教學像目前大多數的BIM宣傳手冊一樣，籠統地討論BIM概念。而實際上，BIM技術已經完全不再只是一種紙上談兵，它的應用駁雜具體，只講概念完全不能滿足現有的社會需要。BIM技術既然涉及工程管理的方方面面，就應該讓它的教育融入到各式各樣的課程中去，由術業專攻的教師來教授。

因此，BIM的本科課程教學安排應為“總論+分課程植入”的模式。

3.1 總論

這一課程作為一種專業基礎，概述性地講解BIM的概念，初步的原理，目前的應用范圍以及涉及的國家法律法規政策等，占用課時不必多，不求學生全盤領會，只求形成初步概念。

3.2 分課程植入

將BIM技術的具體內容，添加到建筑制圖、房屋建筑學、工程項目管理、工程結構、工程施工、工程估價等已有課程中去，先進行BIM技術在該課程應用的具體理論基礎教授，同時講解對應的現實應用案例。而后根據具體情況選擇1～2種對應的，當前盛行的軟件教授實際操作，以配合理解理論知識。

(1)理論講解及案例分析

鑒于BIM技術的應用在很多領域都仍是摸索階段，有的應用效果非同凡響，有的卻也因為各式各樣的原因血本無歸，BIM在國內的應用本身有其不成熟性，新的應用方式被不斷地在實踐中探索出來，而大量成熟技術則在各界人士的不懈努力下逐步適應國內環境，它的發展日新月異。因此，在理論講解的過程中，很可能有大量知識尚未形成定論，也不易高度抽象總結。在這種情況下，案例就成為講課的不錯選擇。通過講解BIM技術在該課程應用對應的現實案例，可以直觀地認識到它的應用本身是何種形式的，優點和弊端又在何處，盡管沒有教材，但實際應用的案例卻正是最為與時俱進的教材。在這一部分，由于案例更新速度較快，就不再詳述，表2中給出了簡單舉例。

(2)軟件實踐操作

如同傳統的工程估價課程一般，BIM的軟件實踐操作課程不必強調效率，而是著重理解，但在軟件選擇上，則更需要各個課程都注意與時俱進，隨時根據市場變化調整。

在現有課程建筑制圖、房屋建筑學中，講解3D可視化概念后，就可引入目前國內常用的核心建模軟件，如Autodesk Revit、Graphisoft ArchiCAD等等，讓學生直觀地運用軟件學習建模，使理論課程更具體化，對建筑設計的各個細節部分有直觀的了解，深入理解BIM技術帶來的三維模型，為后續BIM技術打下重要基礎。

當前的工程估價課程本身就結合了一定的關于估價的軟件的學習，因此引入BIM軟件顯然將會更為容易。由于國內各地定額規范都稍有差異，故國內的施工造價軟件在工程造價方面占有極大優勢[8]，目前較為主要的軟件有：魯班(AutoCAD平臺)，廣聯達GBQ4.0(自主平臺)，斯維爾清單計價BQ(AutoCAD平臺)以及神機妙算(自主平臺)等。選擇其中較為高效的進行教授，可以便于學生理解造價過程中BIM發揮的作用與尋常造價軟件的不同之處。

在建設法規課程教學中，教師可有選擇地教授，在這一部分，軟件并不是最為要緊的； 而是在教學中，引入現行的BIM技術相關法律法規，補充這方面的空白才是更為重要的。

工程結構類課程為工程管理專業的學生，提供了了解土木工程知識的一個窗口，其中，BIM技術為結構帶來的改變也是不可忽視的。對此選擇ETABS、STAAD或者PKPM等軟件，稍加了解原理，即可為未來協同工作打下一定基礎。

表2 現有課程與BIM具體運用案例

BIM涉及的工程管理專業本科已有課程應添加的BIM內容應用案例當前流行的軟件建筑制圖、房屋建筑學BIM與可視化建筑模型、2D設計與BIM設計、BIM軟件建模Discovery;Green-Building12;上海中心大廈;萬科金色里程;銀川火車站工程AutodeskRevit、GraphisoftArchiCAD等工程估價基于BIM的工程造價文件編制、基于BIM的成本管理(5D)某藝術學院擴建項目[9-10]魯班(AutoCAD平臺),廣聯達GBQ4.0(自主平臺),斯維爾清單計價BQ(Auto-CAD平臺)以及神機妙算(自主平臺)建設法規關于BIM的現行規范、基于BIM的招投標管理、設計變更中的多方協同//工程結構結構模型Discovery[11];Green-Building12[12];北京奧運會水立方(鋼結構);銀川火車站工程PKPM、SAP2000等工程項目管理基于BIM的空間管理、安全管理、溝通管理、進度管理(4D)、成本管理(5D)、項目協同管理(PMIS、PIP)等蘇州星海生活廣場工程MSProjectAutodeskNavisworksManageIn-novaya-VisualEstimating+VisualSimula-tion工程施工基于BIM的施工組織設計、施工場地布置、施工方案演示、裝配式建筑的快速應用蘇州星海生活廣場工程PKPMcmis施工軟件廣聯達5D場地布置

對于工程項目管理和工程施工課程，其涉及的空間管理、安全管理、溝通管理、進度管理(4D)、成本管理(5D)、項目協同管理(PMIS、PIP)等等內容都有其對應的BIM技術革新。在課程教授過程中，完全可以結合Autodesk Navisworks Manage的使用操作，來模擬與優化施工進度、識別與協調沖突與碰撞、使項目參與方有效溝通與協作以及在施工前發現潛在問題，更深入結合BIM講解進度管理(4D)。而對于成本管理(5D)，Innovaya-Visual Estimating+Visual Simulation就是一個易于學習，兼容性強的軟件，只是我國造價體系在工程量的計算規則上與國外不同，定額管理也有區別，所以也應該引入國內PKPM cmis施工軟件等等。而對于施工的空間管理，廣聯達5D場地布置則易于上手，也高度配合國內現狀。從這些形形色色的軟件中選取合適的進行教學，配合案例，講解其帶來的現場管理和溝通協調上的全新改變。

4 結語

大多數高校有引入BIM技術進入課堂的打算，但由于BIM教育思路不成熟，BIM在國內的應用發展日新月異，BIM涉及工程任務廣等原因，目前的引入進度緩慢困難重重[13-15]。

BIM課程分別與CAD制圖課程和工程造價課程有相似性和不同點，在教學中應當吸納以往經驗，并詳細考慮BIM技術本身的獨特性。由于BIM技術涉及工程任務廣，目前各種軟件各有優勢，因此高等院校老師不太可能講清楚BIM每一個環節，應該在介紹BIM總體概念后，讓BIM融入到各式各樣的課程中去，由術業專攻的教師來教授。并且在教授過程中，理論結合實際，引入最新應用案例，并令學生操作流行軟件，形成綜合理解。

作為以BIM為代表的建筑行業第三次產業革命的到來[16]，高校教育必須緊跟時代的步伐，加快新技術、新方法、新思路的課堂建設，培養適應時代發展的創新型復合性人才。