淺談高校土木類專業(yè)的BIM教學(xué)體系的設(shè)置與改革

朱紅光 尹地仙 易 成 龐 森 楊 瀚

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）力學(xué)與建筑工程學(xué)院 北京 100083）

0 引言

建筑信息模型（Building Information Modeling），簡(jiǎn)稱BIM技術(shù)，是一種應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)、建造、管理的數(shù)據(jù)化工具，其核心是通過建立虛擬的建筑工程三維模型，利用數(shù)字化技術(shù)構(gòu)建完整的、與實(shí)際情況一致的建筑工程信息庫，從而為工程項(xiàng)目的相關(guān)利益方提供了一個(gè)信息交換和共享的平臺(tái)。在此平臺(tái)上各方人員可以協(xié)同工作，進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)字化設(shè)計(jì)、計(jì)算、分析和模擬試驗(yàn)等等，有效地提高工作效率、節(jié)省資源、降低成本、以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。2003年原住建部首次將BIM寫入“十五”科技攻關(guān)項(xiàng)目建議書，2011年又在《2011-2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》文件中將BIM技術(shù)設(shè)定為行業(yè)“十二五”信息化發(fā)展重點(diǎn)，2013年中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)研究院與多家國(guó)內(nèi)甲級(jí)設(shè)計(jì)院聯(lián)合編撰并出臺(tái)了《建筑信息模型技術(shù)試用規(guī)范》，到目前各地方政府都出臺(tái)了相應(yīng)的BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，并推進(jìn)BIM在智能化方面的應(yīng)用比如BIM自動(dòng)審圖等。BIM作為一種新型理念發(fā)展到今天，是一系列軟件的有機(jī)集成，包括建筑設(shè)計(jì)，綠色建筑分析，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)備設(shè)計(jì)，三維算量與清單計(jì)價(jià)，項(xiàng)目管理和建筑工程VR仿真系統(tǒng)等。而當(dāng)前BIM領(lǐng)域人才短缺成為了阻礙其快速發(fā)展的桎梏。為了適應(yīng)國(guó)家新形勢(shì)，新戰(zhàn)略下的土建人才培養(yǎng)的需要，土建行業(yè)需形成“設(shè)計(jì)公司—施工單位—高校”三方聯(lián)動(dòng)，共同推進(jìn)BIM技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展。而作為高校，積極探索與改進(jìn)BIM教學(xué)體系和培養(yǎng)模式成為當(dāng)下的重點(diǎn)。

1 國(guó)內(nèi)外BIM教學(xué)與應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀

BIM概念源自美國(guó)，由Autodesk公司于2002年提出，之后迅速發(fā)展。而對(duì)于BIM的教學(xué)，國(guó)外大學(xué)甚至在BIM軟件產(chǎn)生之前就已經(jīng)開設(shè)了相關(guān)課程，分不同階段設(shè)置教學(xué)目標(biāo)，如：本科第一年學(xué)習(xí)分析圖紙，理解基于BIM的規(guī)范和術(shù)語；第二年開始進(jìn)行建模實(shí)操，包括建筑模型與施工方法、材料與設(shè)備的實(shí)操；第三年開設(shè)選修課深化學(xué)習(xí)利用BIM軟件進(jìn)行計(jì)價(jià)與項(xiàng)目管理。與此同時(shí)，設(shè)立BIM方向的碩士，博士培養(yǎng)計(jì)劃，創(chuàng)辦BIM競(jìng)賽，在單獨(dú)的BIM課程基礎(chǔ)上再與建筑設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程管理等專業(yè)相關(guān)課程結(jié)合起來，使得BIM理念得以在學(xué)生中貫穿與熟練掌握。

國(guó)內(nèi)高校BIM教學(xué)也有了一定的發(fā)展。如同濟(jì)大學(xué)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)，武漢大學(xué)，重慶大學(xué)等985高校已經(jīng)開設(shè)《建筑信息概論》、《BIM原理與應(yīng)用課程》等課程，有的為必修課，有的為選修課，很大部分都集中開設(shè)在低年級(jí)或集中開設(shè)在高年級(jí)。另外，諸如清華大學(xué)，上海交通大學(xué)，武漢大學(xué)，深圳大學(xué)等高校先后成立了BIM研究中心，進(jìn)行系統(tǒng)化地研究、二次開發(fā)與教學(xué)。

相對(duì)于國(guó)外，國(guó)內(nèi)BIM的發(fā)展呈現(xiàn)出一定滯后性，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

（1）BIM技術(shù)是近年來出現(xiàn)的新事物，多數(shù)高校教師其自身并未接受相關(guān)的教育。并且由于沒有相關(guān)的應(yīng)用實(shí)踐或研究課題，高校教師普遍對(duì)于BIM技術(shù)的了解較少，缺乏對(duì)BIM技術(shù)重要性的認(rèn)識(shí)；

（2）缺乏有效的管理機(jī)制來引導(dǎo)專業(yè)教師在教學(xué)方面要結(jié)合本專業(yè)的新技術(shù)、新發(fā)展，并投入精力和時(shí)間來更新或完成一套新的實(shí)踐教學(xué)體系的建設(shè)工作。“更多的高校對(duì)教師教學(xué)工作缺乏相對(duì)公平、有效的評(píng)價(jià)體系，亦缺乏足以支持教學(xué)工作高效開展的獎(jiǎng)勵(lì)制度，一定程度上抑制了高校教師在提高教學(xué)水平與質(zhì)量上的積極性”。沒有BIM相關(guān)的科研效益，而單純的開展BIM教學(xué)又得不到回報(bào)，自然沒有動(dòng)力去將現(xiàn)有的平面CAD教學(xué)更新到BIM層次；

（3）國(guó)外BIM軟件有Revit，Navisworks，Tekla，Bentlay系列，ArchiCAD系列軟件，而國(guó)內(nèi)可供選擇的只有廣聯(lián)達(dá)，盈建科，斯維爾，魯班等等，國(guó)內(nèi)的軟件公司在通用性方法還缺乏核心技術(shù)。加之引進(jìn)軟件和軟件所需配置的電腦費(fèi)用高昂，國(guó)內(nèi)高校教學(xué)只能有選擇性投入；

（4）BIM與傳統(tǒng)CAD建模的思維有著本質(zhì)的區(qū)別，一個(gè)基于空間，而一個(gè)依附于平面。這就導(dǎo)致先接觸并且很熟練CAD的工作者在重新認(rèn)識(shí)BIM的時(shí)候思維不易轉(zhuǎn)換，從而對(duì)此產(chǎn)生抵觸，少了這些使用者的推動(dòng)，BIM發(fā)展自然要放緩。

2 對(duì)高校BIM教學(xué)模式的探索與建議——進(jìn)行“短學(xué)時(shí)-長(zhǎng)周期”、多手段相結(jié)合的BIM教學(xué)模式

傳統(tǒng)上人們用2D的方式來表達(dá)3D的建筑物；而BIM則是從2D到nD的表達(dá)模式。比如，完善的建筑設(shè)計(jì)一般采用3D，當(dāng)項(xiàng)目復(fù)雜性的加大，如規(guī)模的增大以及建筑系統(tǒng)數(shù)量和復(fù)雜性的增加等，此時(shí)就會(huì)出現(xiàn)縮短工期的要求（4D）；控制造價(jià)的壓力（5D）等等，因此，BIM技術(shù)的合理有效應(yīng)用與實(shí)踐遠(yuǎn)比簡(jiǎn)單的掌握操作技巧重要。BIM技術(shù)是建筑行業(yè)一項(xiàng)重大的改革，可以為學(xué)生今后的工作積累技術(shù)基礎(chǔ)，提升競(jìng)爭(zhēng)力，通過合理的設(shè)置BIM的課程及實(shí)踐來掌握BIM技術(shù)和相關(guān)軟件的操作應(yīng)用對(duì)于土建類的本科生非常必要。

對(duì)于采用寬口徑的培養(yǎng)模式的工科教學(xué)，四年的時(shí)間要學(xué)習(xí)的通識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)與專業(yè)知識(shí)是比較多的，這就要求我們?cè)谛乱M(jìn)BIM課程的時(shí)候要采用多手段的方式“融入式”教學(xué)，這樣不會(huì)打亂教學(xué)計(jì)劃，使得每學(xué)期的教學(xué)課程得到合理安排，既給老師減壓，又給學(xué)生減負(fù)。

（1）早期介入普及BIM理念和技術(shù)知識(shí)，提高學(xué)生對(duì)BIM重要性的認(rèn)識(shí)和學(xué)習(xí)興趣。

具體來說，可以在本科一年級(jí)階段的“專業(yè)導(dǎo)論”中增設(shè)2學(xué)時(shí)左右 BIM 章節(jié)。由于學(xué)生在這個(gè)學(xué)年基本不會(huì)學(xué)習(xí)到專業(yè)知識(shí)，所以只教授BIM理念，啟發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)BIM的興趣，學(xué)生可以課后通過在線學(xué)習(xí)比如微課等繼續(xù)加強(qiáng)了解。

在低年級(jí)階段還可以結(jié)合實(shí)習(xí)來進(jìn)一步提升學(xué)生對(duì)BIM的認(rèn)識(shí)，比如在一年級(jí)的認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)，高校應(yīng)該聘請(qǐng)知名的BIM專家或者著名設(shè)計(jì)院、施工單位，特別是本專業(yè)主要就業(yè)方向上相關(guān)單位的BIM工程師，為本科生開展BIM知識(shí)講座，探討B(tài)IM在實(shí)際工程中的應(yīng)用，讓學(xué)生意識(shí)到BIM對(duì)其就業(yè)乃至以后工作的重要影響，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)BIM的熱情。

（2）以短學(xué)時(shí)-長(zhǎng)周期模式、結(jié)合現(xiàn)有課程體系合理的設(shè)置BIM教學(xué)內(nèi)容與實(shí)踐學(xué)時(shí)，提高學(xué)生的BIM應(yīng)用能力。

二年級(jí)階段，一般高校均開設(shè)CAD制圖課程，可以通過調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，將原來主講CAD操作的學(xué)時(shí)換成用前半階段講CAD和天正CAD，后半階段講解主要BIM軟件-Revit的“族”應(yīng)用與參數(shù)化建模。這樣有明顯的好處，學(xué)完CAD后學(xué)生很容易理解Revit里面建筑樣板的建模思路，只需課后布置一些小的建模任務(wù)學(xué)生便可學(xué)會(huì)如何利用Revit建立建筑模型；但是“族”與參數(shù)化卻是Revit獨(dú)有且精髓的部分，需要重點(diǎn)講解。

對(duì)于土木工程專業(yè)的BIM教學(xué)，老師除準(zhǔn)備課堂授課外，還可以錄制相應(yīng)的在線學(xué)習(xí)資料，比如《建筑信息模型理論與應(yīng)用》的微課等，里面應(yīng)有很詳細(xì)的理論介紹、操作流程與應(yīng)用舉例。微課的好處在于每段視頻很短，其教學(xué)內(nèi)容可以隨著技術(shù)的發(fā)展隨時(shí)更新，能很好的適用于BIM技術(shù)這種更新?lián)Q代很快的課程教學(xué)。但是微課錄制需要老師將知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行合理拆分，詳略得當(dāng)，要完成整個(gè)課程微課需要很長(zhǎng)的時(shí)間。它能在很長(zhǎng)的教學(xué)周期內(nèi)對(duì)教學(xué)計(jì)劃的完成提供巨大的幫助，便于課后學(xué)習(xí)或掌握到不同階段的同學(xué)回顧或繼續(xù)深入學(xué)習(xí)。當(dāng)然，與之相應(yīng)的課后練習(xí)與結(jié)課考核環(huán)節(jié)也應(yīng)該側(cè)重于Revit應(yīng)用。

三年級(jí)階段，學(xué)生陸續(xù)完成了專業(yè)課的學(xué)習(xí)，對(duì)本科生階段的專業(yè)知識(shí)初步形成體系，這時(shí)在學(xué)習(xí)《房屋建筑學(xué)》后可以鼓勵(lì)他們用BIM軟件完成課程設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)《土木工程施工》過程中教師同樣可以增加4-6學(xué)時(shí)講解Navisworks施工模擬與動(dòng)畫漫游，講解過程中可以讓學(xué)生同步進(jìn)行操作，同時(shí)增強(qiáng)了課堂的趣味性。最后，在四年級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)階段，教師可以出一些與BIM相關(guān)的選題讓學(xué)生選擇，以此來檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果以及教師的教學(xué)質(zhì)量。比如在中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）土木專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，每年的選題有40%以上均設(shè)置了BIM相關(guān)的專題或者內(nèi)容要求；本科生創(chuàng)新訓(xùn)練選題中，與BIM相關(guān)的選題也能達(dá)到30%以上。

3 結(jié)語

BIM是實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)數(shù)字化、智能化的關(guān)鍵技術(shù)，其自身目前處于飛速發(fā)展和完善的過程中。它可以將建筑設(shè)計(jì)、施工管理及運(yùn)營(yíng)等整個(gè)生命周期很好的整合起來，便于處于不同階段的相關(guān)人員從項(xiàng)目一開始就參與進(jìn)來，極大的促進(jìn)建筑業(yè)的節(jié)約增效。作為土建專業(yè)新一代的大學(xué)生，掌握BIM技術(shù)非常必要。應(yīng)該看到，BIM在高校土建專業(yè)的教學(xué)實(shí)踐中得到了一定的應(yīng)用，但是仍需進(jìn)行大量的改革和探索以推動(dòng)BIM技術(shù)在教學(xué)中更好的發(fā)展，助力于教學(xué)質(zhì)量的提升和學(xué)生能力的培養(yǎng)。

致謝：

本文得到北京市教委及中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）課程建設(shè)項(xiàng)目的資助，在此深表感謝。