土木類聯合畢業設計中的分工與協作

黃莉 李林林

摘 ?要：為了滿足行業變革需求，順應信息化發展潮流及“新工科”培養要求，西南石油大學土木工程與測繪學院進行了結合數字建造、基于BIM技術的土木類跨專業聯合畢業的探索與實踐。文章介紹了聯合畢業設計的基本安排，詳細說明了建筑給水排水工程在聯合畢業設計中的分工與多專業協作的內容和方法，如何利用BIM技術更高效優質地完成建筑給水排水設計等，是四年聯合畢業設計的總結與經驗分享。

關鍵詞：建筑給水排水;BIM;聯合畢業設計;多專業協作

中圖分類號：G640 ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2020）21-0102-04

Abstract： in order to meet the needs of industry transformation， conform to the development trend of information technology and the requirements of "new engineering" training， the School of civil engineering and Geomatics of Southwest Petroleum University has carried out the exploration and practice of the combination of digital construction and BIM technology-based civil engineering interdisciplinary joint graduation. This paper introduces the basic arrangement of the joint graduation design， explains in detail the contents and methods of division of labor and multi-disciplinary cooperation in the joint graduation design of building water supply and drainage engineering， and how to use BIM Technology to complete the water supply and drainage design of building more efficiently and with high quality， which is the summary and experience sharing of the four-year joint graduation design.

Keywords： building water supply and drainage; BIM; joint graduation design; multi professional collaboration

本科畢業設計是教學過程的最后階段采用的一種總結性實踐教學環節[1]。要求學生就某一課題進行深入系統的設計或研究，需要綜合應用本專業的各種理論知識和技能，鍛煉綜合運用專業知識解決實際問題的能力。

傳統的土木工程大類的畢業設計采用一人一題，通常由同學自愿選擇導師并就本專業領域內的某一課題進行設計的形式完成。對比于之前進行的課程設計，設計深度更深，一般要求達到施工圖設計的深度，耗時長，需要同學考慮的問題更加全面具體，同時對獨立完成課題研究的能力要求較高，但并沒有實質性的差異。全程由指導老師負責，學生獨立完成包括調研、開題、設計、整理文件、出圖等工作，最后參加畢業答辯。這樣的模式便于指導教師全程掌握學生的完成進度及質量，以對學生進行各階段的考核管理，按照教學大綱的要求保證畢業設計的質量[2]。

但在建筑行業數字化變革，以及國家推行“新工科”教育的大背景下，傳統的畢業設計模式存在明顯的問題：1. 學生對指導教師依賴大，當教師指導人數較多時，學生容易懶散，進度滯后或企圖蒙混過關;2. 學生的設計內容只涉及到一個專業，不熟悉行業內的其它專業，對專業間的配合也一無所知，缺乏整體考慮和系統思維;3. 即使學生順應建筑行業數字化變革的需求，采用了新的設計手段和方法，但這種應用也僅僅局限在自己的專業內，比如進行三維建模設計，并不能深刻理解建筑信息管理給建筑行業帶來的變革和影響。

因此，自2017年起，西南石油大學土木工程與測繪學院就聯合土木工程、建筑環境與能源應用工程、工程管理、測繪工程等專業的師生開始了面向行業變革、順應信息化發展潮流、結合數字建造、基于BIM的跨專業聯合畢業設計的探索與實踐。

一、聯合畢業設計模式簡述

國外，聯合畢業設計的歷史已經長達幾十年，其中二十世紀中期麻省理工學院辦學能力持續增長，成長為世界一流大學，其成長的關鍵在于高度重視跨專業合作教育。聯合設計要求多學科、多專業融合與交叉，積極構建項目化過程的教學模式，強化學生團隊協作能力，進而逐漸增強學生解決復雜工程問題的能力，積極轉變職業角色。在聯合畢業設計中，應該從真實項目出發，在研究中要求學生加強配合，共同完成項目，讓學生參與土地審批、方案設計等流程。此外，要培養更多專門的聯合畢業設計指導教師，為學生提供有效指導，保證獲得相應學習成果，并進行聯合畢業設計答辯[1]。這樣有利于將教學資源充分整合起來，學生接受專業教師指導畢業設計，讓學生掌握知識，提升英語能力，學習更多的職業技能，達到拓寬學生知識面的目的，也為學生今后就業創造有利條件。在高校聯合畢業設計的過程中，教師應該具備一定的專業能力，引導學生之間進行有效協作，保證作品設計的質量。站在理論角度來說，也能讓學生獲得更好的職業體驗;然而，從實踐操作分析，不足之處依然存在，值得我們深入探究與分析。

二、建筑行業聯合畢業設計

建筑行業畢業設計是高校教學最后、最關鍵的實踐性教學環節，指導學生使用四年所學知識，對于具體工程任務開展設計綜合工程的實戰性環節。這樣，畢業設計的重大價值可想而知，其具有承上啟下的功效，以具體工程項目開展模擬實戰訓練活動，進一步鞏固工程問題步驟、思路與方法，掌握有關工程軟件使用技巧，為接下來就業奠定良好的基礎。然而，在這一環節中，大多數學生需要面對考公務員、考研、就業等一系列的復雜事情，常常無心投入畢業設計中，畢業設計進程中前松后緊的現象比較嚴重，進度不斷滯后，最后無奈只得抄襲，甚至出現在網上購買畢業設計等惡劣行為，再加上指導教師設計題目往往千篇一律，毫無新意，對學生而言沒有任何挑戰度和吸引力。對于以上各種普遍存在的問題，各高校已經充分認識到，積極嘗試改革，如有的學校采取校企聯合畢業設計、高校間聯合畢業設計等方式，收獲了顯著的教學效果。對此，本研究積極創新了多專業聯合畢業設計方法，以土木類專業為例：

（一）聯合畢業設計選題和要求

聯合畢業設計要求幾個專業的學生共同完成同一個項目，因此，選擇的建設項目必須滿足土木工程、建筑環節與能源應用、工程管理和測繪等多個專業畢業設計的難度及工作量要求。各專業協調之后，以高層公共建筑為選題的基本要求。為了幫助學生更直觀的理解設計對象，將工程與實際更好地結合，開展聯合畢業設計的四年來，有三次都選擇校園內已建成的教學樓作為設計題目。

為了順應時代的發展，要求各個專業都采用BIM技術完成畢業設計，將建筑信息管理的理念貫穿畢業設計全程。

（二）聯合畢業設計組織分工

畢業設計分為結構組、給排水組、暖通空調組、施工組、造價組、測繪組，由工程管理專業的學生進行統籌協調，先建好建筑的Revit模型，結構組、給排水組和暖通空調組的同學在模型上進行各專業的正向設計，施工組和造價組進行施工組織設計和造價預算，測繪組完成施工現場的場景還原等工作[2]。下面主要介紹是如何采用BIM技術完成建筑給水排水工程設計的，以及與其它專業的協作。

三、基于BIM技術的建筑給水排水工程設計

（一）正向設計

傳統的建筑給排水設計中，主要采用CAD二維設計[3]。通過查看建筑平面圖、立面圖、大樣圖等圖紙信息進行設計。對設計人員的空間分析能力要求很高，同時設計過程容易出現信息交流錯誤，造成后期設計出現問題。

聯合畢業設計采用RevitMEP完成給排水系統的三維設計[4]。直接在建筑模型上進行管道布置和管件、附

件、閥門及設備的配置和選型。再利用MEP模塊提供的多種分析檢查功能，檢查器具和設備連接件之間的邏輯連接和物理連接，核查系統的流量、當量等信息。最后，對給排水模型進行分析，包括生成明細表、檢查管道系統、系統瀏覽器等，輔助設計者檢查和查看建筑給排水的設計內容。

這樣，給排水系統的所有數據都進入數據庫，方便施工組和造價組的同學能夠得到最準確的數據，不會存在人為統計漏項、錯項的問題。

（二）協同合作

聯合畢業設計中，包括結構、建筑給排水、暖通三個專業設計任務，三個專業必須協同合作[5]。給排水和暖通設計的管線眾多，錯綜復雜，如果采用傳統設計方式很難實現對管線的綜合設計，同時在各專業間交流信息過程中也會出現很多問題。使用BIM技術，能夠極大的提升項目設計的協同設計性。BIM模型的三維可視化功能，能夠直觀的進行建筑物內部結構的展示和定位，并且將設計的各種信息參數直觀的呈現給所有設計人員。

BIM協同工作方式有兩大類，一類是中心文件協同模式，另一類是鏈接共享模式[6]。采用中心文件協同模式，在運用BIM技術進行設計時，跨專業的數據將可以被直接讀取，修改任意電量或穿梁的位置時都可以實時更新到模型當中。而且，模型中的一方設計人員修改的內容，設計中任何一方都清晰直觀地看到其修改情況，讓協同設計的深度得到了提升。設計過程中給排水專業的提資，如水泵的參數，穿梁尺寸等，都能很方便的傳遞給結構專業。而通過BIM的三維碰撞檢查功能，也能很有效的避免在設計過程中出現的問題。

（三）資料處理

在對建筑給排水設計的模型進行分析時，包括生成明細表、檢查管道系統、系統瀏覽器等，能很好的輔助設計者檢查和查看建筑給排水的設計內容[7]。可使用相機功能生成衛生間效果圖，更加生動的展示建筑內管道綜合布置，便于直觀的指導施工過程。

四、建筑給排水工程設計與其他專業的配合

在實際工程中，幾個專業有先后順序，但高校的畢業設計，幾個專業的時間是相同的，如何保證所有的工作都能完成呢？在四年的探索過程中，幾個專業進行了磨合和取舍。比如造價組無法等給排水和暖通空調組完成了所有設計后提供詳細的管材及設備數據，只能舍棄等。給排水與結構暖通空調專業的協調配合主要體現在以下方面：

與結構專業的配合：1. 在設計初期，向結構專業提供設備用房中各種設備、和水池等設施的荷載，尤其要注意水泵等設備在運行過程中荷載大于靜荷載，在具體設計過程中，必須嚴格區分;2. 及時提供樓頂以及地下室的排水溝、集水坑布置;3. 檢查管道穿越、預留洞口等是否與結構配筋沖突[8]。

與暖通專業的配合：1. 在設計初期協商管道綜合的基本原則以及設備間位置;2. 管道布置完成后，與暖通專業的管道進行碰撞檢查，并及時協商調整。

在設計過程中，各專業同學進行了多次的協同設計與交流。結構、建筑給排水、空調等專業通過專業建模將模型信息同步到BIM平臺，及時調整設計，并在組長組織下各專業開展設計討論，解決遇到的各種問題。

在四年的聯合畢業設計實踐中，同學們在設計前期通過方案設計討論，對各專業間的方案比較熟悉，加上多次聯合指導，設計過程進展順利。但在協同設計過程中也出現很多問題，最突出的問題就是進行碰撞檢查和模型糾錯，經常出現管線碰撞、凈高不足、構件位置不正確等問題。由于BIM技術可視化的特點，可以實時發現模型中出現的的問題，盡快解決容易發現的問題，為同學的設計提供了有力的幫助。

五、多專業聯合畢業設計實踐過程中遇到的問題

因聯合畢業設計屬于一種新型模式，實踐過程中依然存在各種問題：

（一）不同專業之間銜接問題

雖然專業有差異，但是在畢業設計時間上相同，都安排在學期末進行，而聯合畢業設計卻不同，有相應的順序。對建筑學專業來說，要將建筑方案確定下來，而對建筑給排水專業來說，在設計時要結合建筑施工圖。由于專業設計銜接要求較高，因此聯合畢業設計也更難，開學前四周必須設計出科學合理的方案圖。建筑給排水專業學生拿到建筑圖紙后，再開展設計，設計任務比較艱巨，也要求適當調整建筑圖設計方案。因此聯合畢業設計中必須加強溝通和協調，滿足畢業設計進度方面的要求。

（二）多專業聯合畢業設計的選題

當前在聯合畢業設計選題方面，主要考慮模擬項目或實際工程項目。對實際工程項目來說，通常有著豐富資料，相關要求較為清晰，但學生考察和調研存在一定難度。而模擬項目通常缺少完整的資料，要求也不夠明確，但是設計上比較簡單。考慮到學生接受程度，一般以實際工程項目為主[9]。但是實際工程項目并不多，很多時候則選擇模擬項目。

（三）多專業聯合畢業設計目前覆蓋面較小

分析聯合畢業設計實踐可知，對學生要求較高，存在一定的難度，然而只要認真實施，不僅可掌握大量專業知識，而且還能夠了解更多的專業外的知識，拓展眼界。在聯合畢業設計過程中，有利于學生綜合實力提升，獲得較好的能力發展效果。但是受到師資方面的限制，聯合畢業設計在實施中有較大難度，很難面向所有學生。

六、針對多專業聯合畢業設計的改進措施

分析聯合畢業設計后發現，其取得的效果較好，能夠提升人才培養質量，有力推動社會經濟發展。然而，基于存在的問題，還需針對性改進：

（一）多管齊下，多種形式開展

目前，聯合畢業設計中師資力量是重要的限制因素，無法在全部畢業生中推行[10]。積極借鑒其他高校創新畢業設計的理念與方法，例如校企聯合畢業設計、多校聯合畢業設計等方法已經比較成熟，可將其納入到畢業設計環節中。采用多管齊下、多種形式大聯合的方式開展畢業設計。大聯合形式，不僅可有效解決上述問題中所提到的覆蓋面窄的問題，而且還可提高畢業設計選題的實用性與廣泛性。搞好校企聯合畢業設計，邀請行業內高級工程師、總工程師和大師把先進設計理念、先進施工技術帶進校園、帶進課堂。同時，學院教師積極深入企業，聯合企業共同開放，不僅可強化教師實踐水平，而且還有利于增強科研能力[11]。另外，可嘗試采用高校聯合畢業設計，對于保送讀研學生，或者是部分學生希望進入導師團隊，則為他們實行聯合畢業設計模式，達到豐富學生閱歷、增長見識的目的，為高校教師加強配合與協作奠定良好基礎。

（二）群策群力，解決不同專業之間銜接問題

針對聯合畢業設計過程中時間銜接問題，其解決方法為：其一，指導教師應積極督導，尤其是建筑學專業學生要關注設計方案為之后介入專業帶來的影響，避免出現前松后緊的現象。要選擇例會、畢業中期答辯等方式，對畢業進展情況進行全面督促與監管;其二，在畢業設計選題方面，主要考慮實際工程項目，教師要結合課題開展情況，為建筑學專業學生介入設計過程創造有利條件。在聯合畢業設計過程中，應該將各專業的時間銜接好，保證畢業設計取得更好的效果，要求師生一起應對所遇到的各種困難。

（三）改革評價辦法，健全畢業設計的評價體系

幾十年來，畢業設計環節評價標準往往是一成不變，指導教師基于過程中學生的表現及勤奮程度進行評價，相比于設計成果，更注重態度，然而往往忽略了設計過程中的協作與挑戰性。這一種評價方式不利于培養出復合型人才[12]。完善畢業設計評價體系，可邀請企業專業人士與學校教師共同擔當評委，并對評分規則進行優化，適當增加項目協作性、高效性評價的權重。堅持目標導向與問題導向相結合，完善畢業設計評價體系，進一步增加人才培養質量。

七、結束語

四年的實踐證明了聯合畢業設計模式的實踐教學價值，培養了一大批優秀的具有綜合素質的畢業生。

1. 聯合畢業設計中的多學科的交叉協作，要求各專業之間彼此融合，相輔相成，在一個總的目標下既獨立又合作地開展工作，更真實地還原了實際工作情景，規避了專業教育中專業課程設置的局限性所造成的弊端與短板，提升了畢業設計創新性和綜合的程度。

2. 各專業學生的緊密協同合作，鍛煉了學生們團隊合作能力、組織能力、溝通與表達能力。

3. 參加聯合畢業設計的同學，除了參加在線直播的聯合畢業設計答辯外，還會代表學校參加各種比賽。對于他們來說，壓力是不言可喻的，而壓力一旦轉換成動力，形成了積極向上的氛圍，那么他們也將成長更多，為以后進入工作崗位做好了鋪墊。

總之，對于土木類聯合畢業設計模式的改革與創新，各專業互相配合，積極拓展了各學科知識，促使畢業設計更加科學化，進而提高了成果可利用率。同時，通過聯合畢業設計模式，可強化學生團隊協作意識，增強行業對接水平，值得廣泛推廣運用。然而，聯合畢業設計教學模式目前正處于探索階段，還需進一步完善。

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