新工科下土木專業BIM課程體系研究

史少華

(四川文理學院 建筑工程學院，四川 達州 635000)

0 引 言

建筑信息化系統(Building-Information modeling)針對勘察設計，施工和管理過程進行現場模擬，應用信息技術在施工管理領域，實現其項目動態施工管理過程的模擬和分析方法. BIM是目前最新的項目的全生命周期集成一體化系統，具有便于估算和能耗計算、提前進行碰撞試驗、優化設計等功能.因此，全球各國對于制定BIM使用規范有迫切要求，作為項目工程總承包、勘察設計行業和建設的企業必須具備BIM知識.住房和城鄉建設于近期對我國BIM標準規范制定工作已經啟動，我國BIM標準化和制度化的即將建立對這一市場的需求饋給高等教育的改革，2015年高等教育機構土木工程和工程造價專業指導委員會發布了《高等學校土木工程本科專業指導規范》，選擇計算機與信息技術模塊，選修知識區對應的計算機與信息技術模塊包括BIM技術原理與應用.

高等教育如何為行業提供專業BIM人才，目前高校基本上只考慮BIM的信息特性，未從技術角度著手，作為一項革命性的技術對管理和項目組織的影響深遠的技術，目前看還有不少需要完善的地方，例如無法將BIM與課程體系中的其他領域有機地聯系起來.對于土木工程專業教育，不只是從純技術角度出發，還有必要從管理的角度探討技術方法的變化對土木工程專業教學和培訓的影響，強調完整性而不是簡單的技術方面可以建立整個框架.同時從對項目管理知識體系的影響入手，區分BIM管理人員與技術人員的差異，引入BIM知識體系、課程體系建立高校土木工程專業BIM理論與實踐課程橋梁.

1 BIM對實際項目作用

1.1 BIM與項目管理知識系統之間的關系

信息中心和協作模型其仿真功能有助于提高項目管理績效.這種實時協作模式便于利益相關者溝通和共享項目信息，承包商和運行專家可以提前看到3D建筑模型并給出影響設計工作的建議，通過信息集成提前優化設計，減少施工返工，從全周期項目的角度對項目進行優化.

BIM的典型技術特點包括：提前碰撞試驗、設計的可施工性、項目經理、設計師和工程師的分析，以更好地決策；協助能耗分析，通過改變材料、空間等更好地管理光、溫度和其他要素；通過4D和5D模型進行時間和成本管理，以整合工程量計算與項目決策、設計、施工和運營維護信息，并結合成本數據庫進行快速準確的評價，在采購程序中得到廣泛應用.其本身是一個基于對象的體系結構，因此其易于分解的屬性可以更好地定義項目的邊界.基于對象的體系結構特征與元素(點，線，面)的差異，使得BIM模型的結果更適合于設計，估算和施工，從功能的角度來看在于對其項目管理知識體系中的質量管理、范圍管理、成本管理、集成管理利益相關者管理. 通過項目管理和BIM工具的整合，更好地促進項目各方的合作，通過減少沖突和變化來提高生產力，實現更好的質量，快速交接，減少浪費和成本，最終達成工程項目實現目標結果，為項目所有利益相關者帶來更好的商機.

1.2 BIM管理人員與項目管理人員之間的異同

作為三維模型BIM，它代表著項目管理方法的改變和業務流程的改變. 作為一個社會技術系統，利益相關者需要圍繞這一技術進行變革.[1]梅雷迪斯確定了項目經理的五個關鍵能力：溝通、團隊建設、領導能力、適應性和技術.根據Oz和sosik的說法，一個項目經理最重要的能力是適應性，因為他必須面對不同的項目環境，使用不同的資源，在不同的項目中與不同的人一起工作.對于項目經理來說，最新的挑戰是BIM帶來的心態變化，包括技術、過程和BIM對項目的影響.

BIM管理人員需要更熟練地掌握3D技術和Revit工具.BIM管理人員也需要與項目經理類似的技能，如團隊工作溝通能力，但這些技能是為了更好地使用BIM模型來幫助項目經理做出決策所必需的.因此，除了必要的軟件技能外，BIM管理人員還需要對BIM標準和BIM工作流程技能有更深入的了解.根據新加坡BIM指南，BIM經理的角色不包括對項目的設計、工程和施工解決方案作出決定. 其主要作用是保證BIM目標的實現，協調項目BIM在模型管理中的應用，確定使用進度，共享活動，質量控制，建模職責并將其落實到BIM實施計劃中，雖然擁有BIM建模能力會增加成為項目經理的機會，但項目經理的工作重點仍然是更多地考慮項目發展機會，而BIM經理更關心設計、模型和其他技術問題.對于相同的技能，BIM管理人員和項目管理人員用于不同的目的.

2 高校土木工程專業BIM課程設置問題

高校普遍將BIM教育引入課程教育，但基于我國高等教育現狀，從課程體系、師資、教學方式與教材等方面土木工程相關專業的BIM教育講授還是有不少缺陷.

2.1 建立BIM課程體系的障礙

BIM不僅是可視化工具，也是土木專業現代化的交流現場平臺.其將管理、施工等信息向集成一體化，使其勘察階段，設計過程、施工管理、后期運營和維護等信息更加清晰明了，為項目利益相關者服務. 然而在當前的土木工程工程BIM教育里，整合各利益相關者信息的BIM應用思維模式尚未完全建立，難以與土木工程四年制本科培訓體系實現無縫連接.

目前項目在信息化模型的應用還在嘗試階段，處于剛剛起步發展時期.[2]由于BIM人員經驗與熟悉程度不足，工程中應用BIM技術項目十分有限，對BIM平臺投入巨大，信息化模型的行業廣泛應用仍在發展過程中.由于高等教育發展滯后，沒有得到普遍認可的BIM能力水平要求和學科指導方案，無法指導高等教育BIM課程體系的建立，在高等教育的土木工程專業中，BIM教育只能以試點的方式進行.

2.2 獲得BIM教材的障礙

由于BIM應用在市場上并不廣泛，教學和配套教材很難獲得，缺乏專用于學生的BIM教材和與其他管理模塊匹配的BIM案例教學資源，使教師難以更好地將BIM理論知識和實踐知識傳遞給學生，無法培養學生的BIM實踐能力，沒有相應BIM專家委員會的指導，無法確定BIM培訓教育的邊界，使得編寫BIM相關教材和案例教材更加困難，進一步阻礙了滿足學生認知能力的教材和教材的獲取.

BIM軟件指導手冊不適合學生認知能力的發展. BIM軟件的投入將增加土木工程專業的教學成本.如果不能不斷升級，就會影響教學的可持續性，削弱理論與實踐的銜接程度，進而影響產出人才的素質.

2.3 學生學習與實踐工程障礙

大學生需要以市場為導向，提供雇主所需的技能.另一方面為了滿足求職要求，作為高等工程教育服務的需求方學生本身并沒有參與大量的社會實踐，因此不能清楚地提出對高等教育服務的需求，自然也不能滿足行業的技能要求.另一方面，BIM的跨階段和跨領域要求要求學生具備專業的施工知識. 對于缺乏實踐經驗的學生來說，理解并不容易.對于計算機學習能力較低的學生來說，BIM技術的實施過程是一個挑戰.一個好的BIM教學系統依靠學生的積極反饋逐步完善，一個不能得到好的意見和建議的系統不能實現良性循環.

從上述分析過程中發現，[3]高等教育的產業需求與智力資源供給存在差距，業主對BIM人才的需求很大，但這一需求的實現滯后，導致現有高等教育未能提供標準的流程和實施保證體系來實現這一需求.

2.4 教師教學面臨的障礙

目前高校土木專業教師認為BIM為傳統計算機模擬課程，對于新事物接受能力不足有畏難情緒，同時 BIM是集知識、數據性、實踐性跨專業聯合綜合性課程強.尤其在工程實踐中要有極強的動手能力，由于高校教師的多以教學為主，客觀造成高校教師對其沒有重視起來，并且BIM教學也只是蜻蜓點水一帶而過，因此需要實踐經驗豐富的企業工程師應聘到校內進行教學，讓老師感受市場競爭，才能迅速提高高校教師的持續學習能力.

3 高校土木工程專業BIM課程體系的建立

3.1 BIM與土木工程課程的配合

有些學生會對BIM感興趣，將來會朝著BIM經理的方向發展，但有些學生對計算機不感興趣，只有基本的需求.因此，課程體系應分類，包括基本水平和先進水平.基本要求和先進水平分別對應不同水平BIM軟件的教學，最有爭議的是軟件的選擇.一般的意見是選擇市場上使用最廣泛的軟件之一，因為這代表了市場的主流.[4]對于BIM與土木工程課程的整合主要體現在圖紙設計和碰撞試驗，特別涉及復雜結構、特殊曲線和大量不同的專業界面. 對于土木工程專業的學生來說，BIM更多的是將更多可用數據應用于項目管理的過程.

3.2 土木工程BIM與經濟管理課程

利用BIM技術導出工程量，輔以工程造價數據庫和當前市場價格信息進行計價，使過去花幾天時間完成的工作在半小時或一小時內完成.獲取成本數據的BIM技術有助于通過價值分析評價解決方案的經濟效果，從而增加價值，BIM與經濟課程整合的前提是BIM本身的技術能力是可用的，取決于技術能力來實現. 設計階段使用BIM技術具有較高的投資設計的優化，降低了施工和使用維護成本，從項目整個生命周期的角度實現了最低的總成本.

3.3 土木工程專業BIM與管理課程

作為一種技術，BIM可以無縫地連接不同職業和組織之間的接口.在理論上，建筑行業BIM模型可以支持估算、安全、現場規劃、精益建造和伙伴關系.因此，在高層應強調BIM作為技術平臺與配套管理模式兼容.

通過信息和數據流的整合，BIM可以達到解決問題、提高質量、加快建設、促進利益相關者溝通的目的. 然而，能否實現這一目標僅取決于技術手段. 在管理方面，BIM不可避免地與管理模型相關，項目伙伴關系和項目集成交付模型是必不可少的.

因此，信息化模型正在成為建筑行業的一個全面、協作的過程.正如BIM在技術層面有效地集成設計和施工一樣，在管理方面，項目合作伙伴的方法和項目集成交付也是整合設計和施工利益相關者的項目管理模型.[5]當三維模型將進度管理、成本管理、能源消耗、資源和二氧化碳排放增加到4D、5D、6D和7D時，其模型不僅是一個信息中心，也是一個基于信息中心的管理模型.

3.4 BIM與工程法律課程之間的配合

交易方式體現在合同中甲乙雙方的權利義務.BIM是促進交易各方實現權利和義務的手段. 就法律體系而言，我國沒有直接與BIM相關的法律. 在教學時，可以直接向學生介紹與BIM相關的外國法律、合同和規范，特別注意法律和合同哲學中強調的原則和核心，建立初步的BIM法律體系.

使用BIM存在法律障礙，一種有效的方式是交易雙方形成合作的，一體化的項目交付合同，各方使用BIM的風險可以與獎勵系統共享.這樣的合同要求可以達到以下目的：硬件和軟件使用的定義；團隊成員可以信任其他各方對BIM模型的貢獻；確保項目各方的風險能夠得到合理的分擔；在BIM應用過程中存在利益相關者的責任，保險法律范圍責任歸屬，并且BIM數據和版權歸屬，在建筑信息的安全性和可信度缺乏協議等法律問題還沒有完全解決.[6]美國已經有兩個BIM合同，共識DOCS301和AIAE202，上述合同為參與項目的各方使用模型建立合同提供了一個模板，其他國家也公布了使用BIM作為BIM法律問題參考的指南.

從以上分析可以發現，在BIM與高等教育土木工程專業的技術、經濟、管理、法律模塊的整合中，可以將BIM在技術經濟領域的整合設置為一年級、二年級的基本內容.當學生有一定的技術應用能力后，在大三，大四階段，可以將BIM教學與項目形成合作關系，建立校企集成交付模式，精益交付模式等先進項目管理模式，使BIM成為先進管理模式的技術支持和參與管理方式，同時BIM與先進項目管理相匹配的過程肯定會涉及到合同和支持合同的法律制度.合同的本質是交易雙方的風險分擔.應用BIM技術為交易各方增加了便利，增加了很多風險.外部市場如何以BIM使用風險轉移系統設計的形式提供保險和擔保，也是BIM和法律領域的內容.

結 語

目前，大量的研究仍然是基于BIM的技術屬性，高等教育在土木工程中的改革也集中在BIM的技術部分，應該考慮BIM的文化和集成過程特征.同時考慮BIM與當前土木教學體系的結合，以便我國工程教育的逐步完善過程中改進基于BIM的土木工程的教學計劃，構建BIM與當前土木工程專業技術、經濟學、管理學、法學課程體系融合的框架，形成創新教學形式和實踐綜合的一體化培養形式，這樣有助于高校土木工程BIM人才的培養.