基于VR與BIM技術的土木工程施工課程教改研究

丁點點 孫林華 陳松

【摘要】傳統的土木工程施工教學面臨理論與實踐脫節、滯后于時代發展等問題。為進一步貫徹“互聯網+教育”模式，培養信息化時代背景下BIM人才，以土木工程施工課程為案例，探索將BIM與VR技術融入土木工程施工課程教學，不僅提升了土木工程施工課程教學效果，也促進了學生創新意識的培養。

【關鍵詞】VR? BIM? 土木工程施工? 教學改革

【基金項目】安徽省質量工程項目（2019jyxm0464）;宿州學院校級重點教學研究項目（szxy2018jyxm15）;宿州學院教學質量保障體系項目（szxy2017zlbz07）。

【中圖分類號】G64?【文獻標識碼】A?【文章編號】2095-3089（2020）33-0022-02

1.引言

土木工程施工是土木工程專業的一門專業核心課程，主要介紹土建施工中的各分項工程，包含土方工程、鋼筋混凝土工程、腳手架工程等，是土木工程專業本科階段重要的專業課之一。傳統的土木工程施工課程授課方式以理論講授為主，隨著多媒體信息技術的發展，PPT的使用豐富了課題教學，也使得一些施工過程和環節變得生動。但不少學生反映工作后發現施工現場各環節與施工課本理論知識脫節現象嚴重，并未達到課程教學目標，當前土木工程施工課程教學主要存在以下幾個問題。

（1）學生對于施工規范理解不透徹、不直觀，對待土木工程施工課程重視程度和學習積極性不夠，導致學生專業規范掌握不扎實。

（2）缺乏課程實習場所。土木工程施工是一門實踐性較強的課程，一方面考慮到學生安全問題，另一方面學生實習并不能給施工企業帶來經濟效益，因而課程實習環節往往流于形式，多以走馬觀花式的參觀為主，并沒有真正將理論知識與實踐有效結合。

（3）土木工程施工組織設計內容及形式陳舊，往往與新規范、新標準脫節。學生只是機械的套書本上的公式、模仿計算書，并沒有達到課程設計的目標和要求。

（4）課程教學教師與學生互動少，未能激發學生對施工課程學習的興趣。不少學生認為施工環境差、外業工作辛苦，對于土木工程施工毫無興趣，而理論教學為主的課堂氣氛差，學生參與度低。

近些年，隨著大數據技術、互聯網技術的迅速發展，各學科開始嘗試基于大數據平臺開發學科案例，打造交叉融合學科成為高等教育的熱門[1-3]。土建領域也逐漸向信息化施工方向發展，BIM和VR技術的出現，填補了土木工程施工信息化的空白。

2.BIM與VR技術簡介

BIM為Building Information Model的縮寫，即為建筑信息模型。它以一種三維可視化的方法，通過收集數據描述施工全壽命周期過程，利用BIM技術可以拉近設計、施工、運營及管理各方的距離，通過信息共享，可以實現問題及早發現，提前解決[4-5]。

VR是Virtual Reality的縮寫，即為虛擬現實，將影視行業的VR技術引入到土建行業，是施工信息化的又一創新，通過VR技術，可以將用戶完全沉浸到施工現場各環節，增強用戶的感官意識[6]。

基于土木工程施工課程教學環節出現的問題，將BIM與VR技術引入到土木工程施工課程教學，以此提升學生學習積極性，便于學生更直觀生動參與施工全過程，對于課程教學是十分必要的。

3.基于VR與BIM技術的土木工程施工教學改革

目前國內高校許多學者對BIM在土木工程專業人才培養發揮的作用做了研究與探索，但多數集中在課程框架體系及CAD制圖教學教改[7]。袁杰[8]等人以廣州大學土木工程施工課程為例，探討將VR技術融入到土木工程專業教學，實現互動式教學創新。陸海燕[9]等人將VR與BIM技術引入到土木工程CAD教學過程中，不僅提升了CAD課程的教學質量與效率，同時培養了學生創新意識與實踐能力。王述紅[10]等人總結了巖石力學實驗教學過程中遇到的困難，并將BIM技術融入到巖石力學實驗教學，提升了教學效果。此次教改以宿州學院土木工程施工課程為案例，將BIM與VR同時融入到土木工程施工課程教學，探索信息技術時代背景下，傳統課程教學與大數據平臺的結合，內容包含以下四個方面：

（1）構建土木工程施工BIM教學模型

土木工程施工課程內容涉及到一個工程從土方工程、基礎到主體再到裝飾裝修整個環節，傳統的教學案例比較獨立且零散，不易于學生對施工全過程的把握。我院BIM教學團隊利用教師參與的工程項目，構建了多個BIM施工案例，通過這些模型，學生在學習每一個章節時可以沉浸到每一個施工場景，不僅加深學生感官認識，也提高了學生學習的積極性和主動性。

（2）土木工程施工課程設計教改

土木工程施工課程設計主要包含施工方案的確定、施工平面布置圖的制定、施工資源計劃表的編制及施工進度計劃制定四個部分。對于施工方案的制定，傳統方式以計算和經驗為主，利用BIM技術學生可以以三維可視化的角度觀察鋼筋的布置及空間位置情況，便于學生了解鋼筋的布置，加深對施工方案的理解;在制定施工平面布置圖時，學生利用BIM和VR技術可以提前預覽各種設施的布置，提前了解各種管線的碰撞問題，對于施工平面布置可能出現的問題能夠提前預判，及時調整布置方案;傳統教學過程中，對于施工資源計劃表的制定以計算工程量為重點，忽略了施工資源如何最優布置，利用BIM技術可以三維動態的方式獲取各階段資源計劃配置情況，同時動態調整施工資源計劃表;最后BIM技術可以實時、動態顯示施工項目的推進及各施工過程，一旦施工過程出現問題，可以及時調整施工進度。

（3）構建土木工程施工虛擬實驗室

為了克服土木工程施工課程實習難安排的問題，我院建立了基于BIM與VR技術的虛擬實驗室，利用虛擬實驗室，學生可以不用親自到施工現場，突破空間限制，使得學生可以沉浸到三維的施工場景中，并且學生可以切身感受到不同的角色，有利于學生對于整個施工環節的理解與掌握。

（4）以BIM大賽為契機提升土木工程施工教學質量

為了進一步提升土木工程專業學生創新意識和實踐能力，住建部、省教育廳、造價協會等相關部門組織了一系列BIM設計大賽，我校BIM教學團隊利用課余時間指導在校生積極參與BIM大賽，學院學子先后在安徽省高校建筑信息模型（BIM）設計競賽、全國建筑類院校虛擬建造大賽斬獲佳績，不僅是對學生創新能力的鍛煉，同時也增強了學習土木工程施工課程的氛圍。

4、結語

BIM技術的推廣使得建筑領域已經逐步進入了信息化時代，培養BIM人才更是新時代背景下土木工程專業人才培養的重點，將BIM與VR技術引入到土木工程施工課程教學能夠顯著提高學生學習課程的積極性與主動性，同時對于學生創新思維和動手能力的提高有一定的促進作用。

參考文獻：

[1]邢棟，柳長江，李瑞民，等.BIM時代下的土木工程專業本科教學改革的思考[J].濰坊學院學報，2017（6）：56-60.

[2]祝連波，黃一雷.基于BIM技術的土木工程施工組織設計課程教學改革研究[J].教育現代化，2018（32）：51-53.

[3]陸海燕，鮑文博，寧寶寬，等.BIM與VR技術在土木工程施工教學改革中的探索與實踐[J].高等建筑教育，2017（5）：127-131.

[4]王寧，王興國，張玉敏，等.BIM技術在土木工程專業人才培養中的應用探討[J].華北理工大學學報（社會科學版），2019（4）：93-97.

[5]丁克偉，夏珊，陳東，等.基于BIM技術平臺的土木工程專業生產實習改革探討[J].高等建筑教育，2015（6）：133-136.

[6]李巖.BIM與VR技術在土木工程施工過程中的探索與實踐[J].黑龍江科學，2019（16）：142-143.

[7]王柳燕，王舜，趙柏東.基于BIM技術的土木工程專業實踐教學應用研究[J].課程教育研究，2019（4）：49-50.

[8]袁杰，趙倩怡，童華煒，等.基于VR技術的土木工程課程改革與實踐[J].高等工程教育研究，2019（3）：99-101.

[9]陸海燕，鮑文博，王海軍，等.基于BIM與VR技術的土木工程CAD教學模式實踐探討[J].土木工程工程信息技術，2017（4）：62-66.

[10]王述紅，劉婉婷，趙力，等.基于BIM技術的巖石力學實驗教學課程改革研究[J].高等建筑教育，2016（4）：137-141.

作者簡介：

丁點點（1989-），男，安徽淮北人，博士在讀，講師，主要從事二級學院教學與科研管理工作。