基于BIM的工程估價2課程教學改革實踐與研究

蔣 杰，吳偉東

(西南石油大學土木工程與建筑學院，四川 成都 610500)

0 前 言

新工科理念是以互聯網和人工智能為核心，培養實踐能力強、創新能力強、具備國際競爭力的高素質復合型新工科人才的新型人才培養理念。這也就要求高校在人才培養中必須將信息技術廣泛應用于課程教學之中。工程管理專業所開設的大量課程中均需要實現二維圖紙和三維工程實體的聯想對應，過去我們依靠的是CAD圖紙和自己的聯想能力。近年來，隨著BIM 技術的出現，由于其具有三維可視化、信息化、協同化等諸多優點，加之政府的推廣及廠商全方位的宣傳，完全蓋過了CAD[1]。國外的 BIM 教學實踐，以美國工程管理為例，很多高校的建筑或工程管理專業，針對不同的課程、采取不同的模式進行了 BIM 教學改革[2]。因此，必須探索如何在新的歷史時代背景下，合理運用互聯網+云和BIM技術，在相關課程中完美結合二維圖學教育和三維模型的特點，追求更為優質的教學效果，充分激發學生對于學習的積極性，建立起對工程行業的直觀認識。

1 國內現狀

工程估價2課程是工程管理專業學生一門非常重要的專業課程，重點講述安裝工程的計量與計價內容，由于學生對于建筑機電系統的不熟悉，也由于建筑設備的多樣性遠遠大于結構和建筑構件，在課程教學中學生難以形成直觀的認識，學習積極性普遍不高，對課程內容的理解不到位。從而帶來了學習效果不盡如人意的后果。

1.1 工程估價2課程的傳統教學模式

工程估價2也被稱為安裝工程估價課，其傳統教學模式是教師在課堂上講解安裝工程圖紙的識讀以及安裝工程工程量計算規則，并要求學生掌握使用定額進行組價的方法。在實踐教學環節配合實際工程圖紙要求學生進行估價練習，鞏固理論教學成果。這一傳統模式有著很明顯的缺陷：①工程管理專業在大一開設的識圖部分內容課程學時僅有16學時，對于建結水暖電全套圖紙來說，這點學時只可能用于建筑和結構施工圖的講解學習，所以缺乏安裝部分識圖的前期積累；②工程圖紙是以二維圖形按照平法規則展現三維構件的位置、大小、構造等相關信息，需要學生具備較強的三維想象能力，但是不可否認的是，不能奢求每個學生都具備這樣的能力，甚至大多數學生都需要一個完整的三維構件來與圖形進行對比才能建立起直觀的認識；③安裝工程部分涉及的建筑設備、構件形式多樣化，如無直觀認識容易混淆。

1.2 BIM技術的應用優勢

BIM即建筑信息模型(Building Information Modeling)的簡稱，是當前建筑行業的發展趨勢，通過在三維模型中附加材質、進度、造價等重要信息，可以實現設計、施工、運維一體化。目前，REVIT軟件是BIM建模的主要工具，在建筑設計中通過REVIT模型為載體的方式有效地傳遞和共享統一多維建筑數據信息，相比只有平面繪圖能力的CAD 優勢明顯。隨著國家標準[3]和地方標準[4]的相繼出臺，BIM 設計的規范化，采用BIM 進行結構設計、結構與建筑模型一體化進行碰撞檢測、利用Revit進行結構出圖，弱化CAD 輔助設計已經是大勢所趨[5]。

這方面的教學研究成果包括：BIM課程能夠提高學生圖紙閱讀的能力、編制工程造價的能力(Dennis2006)[6]；能夠有助于學生更好地理解項目實施的復雜問題(Boon 和Prigg 2011)[7]；能夠加深學生對建筑結構的理解(Nawari等2011)[8]；能夠提高學生的空間理解能力(Glick等2011)[9]；能夠提高學生的工程設計理解能力(Pikas等 2013)[10]。

運用BIM技術，可以有效幫助學生進行三維形體的想象，幫助學生認識圖紙內涵，如果再配合互聯網+云技術幫助學生實現實時學習、隨時學習，并且更容易回顧已學過的知識，形成知識積累，這樣的改革可以有效提升教學效果。

2 教學方法改革的具體舉措

本次課程教學改革使用了BIM技術和互聯網+云技術，其運用如圖1所示。

圖1 BIM和互聯網+云技術的運用內容

具體的做法是，在工程估價2課程中引入使用BIM技術建立的三維模型，以更加直觀地說明各種安裝構件的實際形狀、尺寸和圖紙的對應關系。通過二維圖紙和三維模型的對比，能夠讓學生更容易建立起對安裝工程的直觀認識，極大地提高學習效率。建立云課堂，學生可以在線上自行學習各種理論知識和安裝工程計量計價軟件的操作，課堂教學將重點集中于答疑解惑。

2.1 課程網站應盡可能完整，并具備隨時互動功能

工程估價2課程中涉及安裝工程建模和計量計價，有必要為學生準備足夠甚至稍有超前的學習資料，使得學生在上課前能夠進行適當的預習。其中，關于安裝工程各種分部分項工程的分類、形式等知識，必須提供給學生進行提前學習，由于課堂學時的有限，這一部分的學習如能安排在課外由學生自行完成，可以更好地提高課堂教學效率，因此，課程網站中的資料完備性非常重要。一個完整的工程制圖課程網站，除了包含必須的教案、教學大綱、課件、試題之外，還應該有擴展性的參考資料，如平法圖集、實際工程案例等。另外，為了適應BIM技術教學，還應該加入BIM基礎知識、BIM軟件基礎操作教程、BIM模型庫等。

2.2 適當實現翻轉課堂

翻轉課堂的主要做法，是由學生事先通過自學掌握相關內容，再進行課堂的分享，可以就此開展課堂討論，和借由老師的補充拓展完成知識的掌握。本次教改采用學生按照課程上課次數分組，教師提前提供一次課程的教學視頻和課件，由學生自行學習領悟，并依序指定一個小組的學生在課堂上使用三維模型和課件進行講解和分析，其他學生則提出問題，并共同討論解決。教師在課程講授中不再進行詳細計量規則的講解，而是僅對重點內容進行說明，再結合學生講解內容進行點評，總結存在的問題，并進行解答。

2.3 靈活運用BIM模型，加強學生直觀感知

在工程估價2課程教學中普遍應用BIM技術，學生以不多于5人一組，按照上課次數進行分組，每組提供一套安裝工程施工圖紙，學生自行隨著課程進程利用Revit和Dynamo軟件進行建模，以三維直觀的模型來反映每一種安裝構件的形狀和各種附加信息。BIM軟件中自帶有各種機電族，可以直接進行項目插入，也可以從屬性編輯中找到每一個構件的關鍵尺寸信息，解決了構件不直觀的問題。另外，使用Navisworks進行碰撞檢測并修改設計，使用廣聯達、清華斯維爾等BIM算量計價軟件，也可以對于各種安裝工程量的計算以及套價調價方面工作內容進行直觀說明。

3 教學方法改革效果與思考

通過上述一系列舉措，工程估價2課程不管是從課堂組織上、成績分布上還是學生的學習效果上都展現出相當多的優勢，說明課程教學方法改革已經體現出效果，但是其中優劣之處，仍需進一步的分析和改革。

3.1 純粹的“教”轉化為師生互動

互聯網+云技術的運用，課程網站的建立，都給教師提供了翻轉課堂的基礎，以問題為引導,讓學生自行識讀工程圖紙并提出問題、分析問題和解決問題，大大地減少了課堂講授的時間。通過實施翻轉課堂式教學，課程可以把大約三分之二的課程學時改變為師生之間、學生之間的互動時間，大大地減少了教師的講課時間，同時學生在課前自學和課堂互動中主動或者被動的參與思考、投入討論，均能有效起到提高學習效率的作用，達到翻轉課堂的目的。

3.2 深化了對BIM技術的認識，激發學習興趣

本次課堂教學改革的重點，是把BIM技術進行了廣泛而深入的應用，從而成功地讓本科學生接觸到、認識到了BIM這一引發建設行業巨大變革的前沿技術的重要意義。而在工程估價課程學習時引入BIM技術，可以直觀對二維圖紙和三維模型進行對比，學生自然會發現BIM技術的優越性，并進而激發學習興趣。在工程估價課程教學結束后，很多學生自發的開始了對BIM技術的學習，圖學技能明顯提高，為之后參加高水平學科競賽做好了準備，也明顯提高了工程管理專業學生的就業競爭力。

3.3 應盡量實行小班教學

以工程估價2課程教學改革的實踐經驗，如果要獲得不錯的教學效果，必須將教學班人數控制在40人及以下。如果人數過多，例如達到70人左右，在組織進行課堂互動時會出現較大的困難。以學生分成16個小組為例，每個小組均安排一個實際工程項目的圖紙，每次上課需要安排一個小組進行工程信息和工作內容講解，這樣每次課上均需要有4～5名學生發言，而每個人發言時間必須控制在10分鐘以內，才能保證教師每次課上解答問題和改正學生錯誤的時間達到40分鐘左右，難以再進行大面積的學生互動討論。

4 總結和展望

對于工程管理專業的學生來說，識圖、造價能力是專業核心技能。面對BIM這一新興的建筑信息化技術，其三維直觀性的特點可以在本科教學中發揮巨大作用，值得進行推廣，但是近幾年還鮮有前例。互聯網+云技術提供了更為便捷的學習平臺，兩者的結合可以說完全改變了工程管理專業知識教育的模式。對于應用型知識技能來說，實現以學生為中心的翻轉課堂向來艱難，BIM+云技術的出現為其提供了一種可能，也值得繼續探索和總結。