BIM技術在土木工程施工課程中的應用

王璐 劉于

文章介紹了BIM技術的應用現狀，針對土木工程施工課程教學的特點，在總結施工課程教學方面存在問題的基礎上，闡述了BIM技術和虛擬仿真技術在該課程中的應用方法，進而提出采用以賽促學的教學方式既提高學生學習熱情，又能促進BIM技術在施工課程中的應用。

1 引言

《土木工程施工》是土木工程專業的主干課程，具有涉及面廣、實踐性強和發展迅速的特點。而建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術是通過建立虛擬的建筑工程三維模型，利用集中式數字化技術，創建數據模型，從而實現建筑信息的集成，實現規劃、設計、施工到管理各階段統一協調的過程，其具有可視性、模擬性、優化性、協調性等特點。基于BIM進行協調工作，可為參與各方提供信息化支撐平臺，有效提高工作效率、節省資源、降低成本、以實現可持續發展。高校作為人才培養的搖籃，必須響應國家號召，將BIM技術應用到專業課程教學中，以促進BIM應用人才的培養。

2 現階段土木工程施工課程教學現狀與存在的問題

（1）教材內容難以與時俱進。隨著建筑業施工技術的迅速發展，新技術、新工藝、新設備層出不窮，國家及地方的標準、規范、規程等也不斷更新和推廣，土木工程施工教材涉及的相應內容也應該與時俱進，然而新出版的教材參差不齊，其內容難以及時更新，加之各高校在選擇教材上具有周期性的特點，致使教材內容遠滯后于現有的國家規范規程和標準，進而學生難以深入了解施工技術前沿發展情況。

（2）教學模式單一。目前該課程仍采用課堂講授方式，配套課程設計實踐環節。學生以被動的方式接受知識，學習熱情及積極性不高。雖然課堂上采用大量的圖片和視頻等多媒體方式予以講授，但是土木工程施工對學生的實踐性和綜合性要求較高，學生若對部分內容沒有直觀上的認識，還是難以掌握具體地施工技術操作方法，導致教學效果也不理想。此外由于時間和空間的限制，實踐環節很難安排到課程中去。這樣的教學模式難以滿足高等教育所要求的“厚基礎、寬口徑、強能力、高素質”的π型人才的培養目標。

（3）實訓環節設計單一，缺乏工程項目訓練。隨著社會的進步與發展，高校應順應時代發展的潮流，培養學生應具備很強的實踐能力和創新能力，在教學過程中增大實訓實習環節的比例。然而目前的問題是：①學生安全意識差，無法進行現場參觀實習，只能播放相關施工視頻以了解現場作業;②課程設計只是簡單地模擬布置，對施工方法和機械的選擇、施工段的劃分、施工進度的安排及施工平面圖的布置等基本知識掌握不牢固，其實踐能力得不到全面系統的鍛煉，所掌握的職業能力遠不及企業的崗位需求。高校實習實訓教學資源的不足，嚴重阻礙了土木工程施工課程的教學質量。將BIM技術與虛擬仿真技術相結合的模式融入到實習實訓環節，可解決實踐課時少，完善教學條件，形成多元化的教學環境。

3 BIM技術與虛擬仿真技術在土木工程施工課程中的應用

BIM技術具有可視化的特點，而虛擬仿真技術能夠模擬各種真實施工環境，兩者結合，相得益彰。BIM技術除了能構建模型外，還能夠模擬施工。

3.1 利用虛擬仿真技術改善實踐教學條件

利用仿真技術軟件進行施工技術模擬操作、制定施工組織計劃等，使學生切實掌握施工技術流程。例如，三好公司開發的施工模擬仿真軟件，是基于工程實例真實再現施工現場，從基礎工程到屋面裝飾裝修工程，各個環節都有對應的施工操作內容，學生在人機交互中熟悉工程項目的施工方法、施工工藝、施工流程及施工組織編制內容，掌握施工質量技術規程規范和標準。仿真軟件具有情境性、過程性和交互性等特點，為學生營造出一個形象逼真的施工情境，讓學生熟悉每一施工環節，激發學生學習土木工程施工技術的興趣，調動學生學習的激情，增加學生的求知欲。學生在學習理論知識的基礎上，根據教師提供的施工圖再轉戰仿真虛擬軟件真實再現施工現場進行實踐操作，通過編寫施工方案，確定施工工藝，制定施工進度計劃，安全文明施工等施工組織內容，融會貫通其關聯理論、技術知識，協調掌握技術關鍵和理論知識，這樣不僅熟悉和掌握了施工技術及組織設計，而且提高了實際操作能力。

3.2 利用BIM技術構建教學施工模型

BIM技術具有多元化特點，其知識和軟件應用能夠貫穿土木工程一系列專業課程教學中，形成多課程的聯合教學。在施工課程階段，教師采用案例教學，利用前面課程已完成的建筑設計和結構設計的模型，結合4DBIM技術教授學生建立模型，將3D數據與BIM模型匹配，指導學生進行施工組織方案的設計，完成對已建部分的修正，從而實現對施工過程控制。BIM技術不僅可以實現對整個建筑工程的施工控制，而且能夠在某一個分部分項工程的施工階段、某個施工節點來精確模擬現場的施工情況，從而實現局部的施工控制。例如，教師也可以教授學生模擬局部結構的施工工藝，建立梁柱節點模型，對節點的鋼柱和鋼筋進行三維碰撞分析。在此過程中，以學生思考練習為主，施工模擬為輔，教師再加以適當地引導，提高學生分析、解決問題的能力，提高學生的實踐能力。通過調研發現，大部分學生會認可這種講授方式，學習效率大大提高，收到事半功倍的效果。

3.3 BIM技術與虛擬仿真技術聯合應用，以賽促學改善教學效果

將建好的施工BIM模型轉入虛擬仿真系統，通過虛擬交互式操作，可以完成施工現場的沉浸式體驗、施工進度模擬、施工工藝模擬、施工方法模擬、施工現場漫游等等。漫游包括施工現場的漫游和主體工程內部漫游，這些功能在一定程度上幫助學生檢查施工現場布置的合理性，實時掌握施工工序安排、材料調配、機械設備進場及人員的使用情況。因此，把BIM技術與虛擬仿真技術引入施工課程教學中，學生做到學以致用，既解決了傳統分離式教學帶來的不足，又提高了學生的實踐和創新能力。

此外鼓勵學生參加技能競賽，其能夠有力地提高學生核心競爭能力，促進學生的就業。參加職業技能競賽的學生憑借著他們熟練的操作技能和較強的心理應變能力，不僅在就業上具有較強的競爭力，在今后的工作崗位上也會有較好的表現。課程教學倡導競賽引領，以賽促學的教學理念，學生自2017年以來參加由三好軟件公司舉辦的三屆全國建設類院校施工技術應用技能大賽，取得多項一等獎的佳績。同時，競賽引領課程教學的實施有力促進了高素質高技能型人才的培養，學生的就業率和就業質量均有明顯提高，初步顯示出了課程改革的實際效果。

4 結語

實踐證明，將BIM技術與虛擬仿真技術融入到施工課程教學中，改變了傳統課程的教學環境和教學模式，同時以賽促學的理念促進了教學方式的改進。這樣不僅可以解決由于各種資源限制而無法完成的教學內容，節約教學資源，而且可以調動學生學習的主動性，激發學生學習熱情，提高學生的實踐與創新能力，有效地提高了土木工程施工課程的教學質量。

項目名稱：廣東海洋大學寸金學院2018年院級質量工程，項目編號：CJ2018060。

（作者單位：廣東海洋大學寸金學院）