信息技術(shù)驅(qū)動下的土木工程全過程畢業(yè)設(shè)計模式

吳競 陳魯 葉棟

摘? 要 以土木工程傳統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計結(jié)合BIM，同時增加建筑學(xué)、給排水、暖通等設(shè)備專業(yè)的基礎(chǔ)知識，探索形成一種新型的ITCE畢業(yè)設(shè)計模式。通過嘗試這種畢業(yè)設(shè)計模式，拓寬學(xué)生的專業(yè)知識面，加大學(xué)生學(xué)習(xí)的挑戰(zhàn)度，使畢業(yè)設(shè)計真正成為學(xué)生大學(xué)學(xué)習(xí)和工作生活的有效過渡跳板，為學(xué)生做好第一份工作打好基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 土木工程;BIM;ITCE畢業(yè)設(shè)計模式

中圖分類號：G642.477? ? 文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）18-0106-04

Whole Process Driven by Information Technology in Civil Engi-

neering Professional Graduation Design Patterns//WU Jing， CHEN

Lu， YE Dong

Abstract By combining the traditional graduation design of civil engineering with BIM， while increasing the basic knowledge of ar-chitecture， water supply and drainage， HVAC and other equipment majors， a new ITCE graduation design mode is explored and formed.

By trying this kind of graduation project mode， the scope of profe-ssional knowledge of students has been broadened， the challenge degree of students learning has been improved， and the graduation project has really become an effective transition springboard for stu-dents college study and work life， which lays a good foundation for students first job.

Key words civil engineering; BIM; ITCE graduation design model

0? 前言

土木工程傳統(tǒng)的畢業(yè)環(huán)節(jié)主要包括畢業(yè)設(shè)計和畢業(yè)論文兩類，其中畢業(yè)設(shè)計有建筑工程設(shè)計、基坑工程設(shè)計、概預(yù)算編制和施工組織設(shè)計等，以一個指導(dǎo)教師固定指導(dǎo)若干學(xué)生的方式進行。考慮到鄰近多專業(yè)間的協(xié)同工作性，近年來不少學(xué)校探索了聯(lián)合畢業(yè)設(shè)計[1-8]，即將一個大的畢業(yè)設(shè)計題目根據(jù)專業(yè)分成若干個部分，不同的部分由不同專業(yè)的教師和學(xué)生完成，完成過程中考慮了其他專業(yè)的影響，讓學(xué)生提前了解了實際工程設(shè)計的復(fù)雜性。

2018年9月，全國教育大會提出培養(yǎng)復(fù)合型人才的要求。隨著時代發(fā)展，土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)應(yīng)脫離單一型的固定思維。本文所介紹的信息技術(shù)驅(qū)動下的土木工程全過程畢業(yè)設(shè)計模式（以下簡稱ITCE畢業(yè)設(shè)計模式），結(jié)合新工科背景，在BIM技術(shù)驅(qū)動下，糅合了建筑學(xué)、土木工程、給排水科學(xué)與工程、建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程等主要的專業(yè)知識，讓學(xué)生切身參與所有環(huán)節(jié)，探索具有較高可行性的土木工程復(fù)合型畢業(yè)設(shè)計模式。

1? BIM技術(shù)應(yīng)用于ITCE畢業(yè)設(shè)計模式的必要性

傳統(tǒng)設(shè)計模式存在2D設(shè)計和交付、非可視化、信息孤立、管理繁雜等弊端。BIM（Building Information Modeling，

建筑信息模型）技術(shù)能夠解決傳統(tǒng)設(shè)計模式存在的問題，它的可視化特性可以讓所有的設(shè)計類操作過程在可視化的環(huán)境下完成;它包含了建筑的名稱、類型、材料、尺寸、功能、成本等全部信息，可以把設(shè)計前期、初期、施工圖、施工運營等環(huán)節(jié)連接起來;它可以作為橋梁使模型的各項數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)顯示和職能互動，實現(xiàn)信息的互用性，保證信息傳輸和交換過程中的一致性。

隨著信息化的高速發(fā)展，信息技術(shù)和計算機技術(shù)為BIM技術(shù)的應(yīng)用提供了前提條件，從全世界BIM技術(shù)的應(yīng)用情況來看，它已經(jīng)達到一定的技術(shù)深度，在設(shè)計的各個階段和施工運營等階段都得到廣泛應(yīng)用，且不僅應(yīng)用在房屋建筑工程，在路橋、水利等工作中都不斷在擴大應(yīng)用范圍。

近十年，BIM技術(shù)在我國也逐漸得到認可和重視，應(yīng)用范圍不斷擴大，目前設(shè)計和施工都應(yīng)用較多，一些大型項目如上海中心大廈、廣州東塔等都成功應(yīng)用了BIM技術(shù)。我國政府也非常重視BIM技術(shù)的應(yīng)用，在“十一五”期間，科技部就設(shè)立了國家科技重點計劃項目“建筑業(yè)信息化關(guān)鍵技術(shù)研究”，重點開展“基于BIM技術(shù)的下一代建筑工程應(yīng)用軟件研究”工作。

所以，BIM技術(shù)已經(jīng)成為建筑業(yè)從業(yè)者所必須掌握的技術(shù)之一，作為未來土木工程專業(yè)技術(shù)人才的儲備，高等學(xué)校土木工程專業(yè)的學(xué)生應(yīng)該也必須掌握BIM技術(shù)，才能在未來的事業(yè)發(fā)展中立于不敗之地。因此，在土木工程本科專業(yè)培養(yǎng)中將BIM技術(shù)的學(xué)習(xí)和實踐訓(xùn)練納入培養(yǎng)計劃中，設(shè)置一定的理論課時和實踐訓(xùn)練環(huán)節(jié)迫在眉睫，而在應(yīng)用BIM技術(shù)的驅(qū)動下進行畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，則是對學(xué)生進行訓(xùn)練的大好機會。

2? ITCE畢業(yè)設(shè)計模式實施方案

基于BIM技術(shù)，學(xué)生自主完成設(shè)計前期、方案設(shè)計、初步設(shè)計和施工圖設(shè)計等必需環(huán)節(jié)，學(xué)會應(yīng)用BIM技術(shù)完成協(xié)同工作，掌握施工階段BIM技術(shù)應(yīng)用等。實施方案路線圖如圖1所示。

3? ITCE畢業(yè)設(shè)計模式實施過程

3.1? ITCE畢業(yè)設(shè)計模式實施方法（圖2）

考慮到基于BIM正向設(shè)計的建筑物全過程畢業(yè)設(shè)計涉及專業(yè)范圍廣、內(nèi)容多、難度大、實施復(fù)雜，以及師資條件限制，學(xué)生和指導(dǎo)教師都擇優(yōu)選拔確定。教師分為固定指導(dǎo)教師和分專業(yè)的指導(dǎo)教師：固定教師把控全過程畢業(yè)設(shè)計進度，落實學(xué)生和指導(dǎo)教師，完成畢業(yè)設(shè)計階段性審核和最終審核等工作;各分專業(yè)的指導(dǎo)教師負責(zé)學(xué)生各專業(yè)方案設(shè)計、初步設(shè)計和施工圖設(shè)計階段的指導(dǎo)，并審核模型的準(zhǔn)確性等。

3.2? ITCE畢業(yè)設(shè)計模式實施條件

基于BIM正向設(shè)計的建筑物全過程畢業(yè)設(shè)計需要全面深入地應(yīng)用BIM技術(shù)進行模型建立、技術(shù)分析等方面的工作，這就離不開硬件設(shè)備和軟件環(huán)境的支持。為保證全過程畢業(yè)設(shè)計的順利實施，在軟硬件兩方面采取保證措施。

3.2.1? 硬件設(shè)備? 硬件配置對于BIM應(yīng)用的實施非常關(guān)鍵，畢業(yè)設(shè)計擬使用UltraLAB GXM380M 15332-S528TX工作站，其硬件特點：存儲為20個硬盤位+高帶寬網(wǎng)卡，提供超高帶寬（最大四個萬兆匯聚）的海量存儲（最大280 TB），

滿足大型企業(yè)數(shù)據(jù)存儲應(yīng)用需求;具有最復(fù)雜三維建模;CPU+GPU渲染計算能力。

3.2.2? 軟件系統(tǒng)? BIM系統(tǒng)并非單一的一套或兩套軟件就可以實現(xiàn)，而是一系列軟件的集成和綜合應(yīng)用，包括設(shè)計前期的信息采集軟件、貫穿全過程的建模軟件、不同階段具備不用功能的分析軟件等。畢業(yè)設(shè)計各個階段所涉及的主要軟件有AutoCAD civil 3D、Ecotect Analysis、Navisworks、Revit、鴻業(yè)BIM系列、魯班算量軟件、盈建科（YJK）等。

3.3? ITCE畢業(yè)設(shè)計模式實施計劃

五名學(xué)生為一個小組，共同針對綜合工程（如學(xué)校）進行設(shè)計。其中，設(shè)計前期整個工程的地形建模與場地分析由小組共同完成;設(shè)計階段，每名學(xué)生獨立完成一個單位工程（如教學(xué)樓、宿舍樓、辦公樓、體育館、學(xué)生食堂等），包括方案設(shè)計→初步設(shè)計→施工圖設(shè)計的全過程全專業(yè)BIM設(shè)計與BIM技術(shù)應(yīng)用;施工應(yīng)用階段，每名學(xué)生獨自完成各自單位工程的虛擬建造和預(yù)算分析等內(nèi)容;最終，小組共同完成場地規(guī)劃、施工進度以及工程總預(yù)算等工作。具體實施計劃見表1。

4? ITCE畢業(yè)設(shè)計模式的實施效果及改進建議

基于BIM的土木工程全過程畢業(yè)設(shè)計屬于正向設(shè)計，學(xué)生在整個過程中不但要了解本專業(yè)的設(shè)計和建模過程，還要學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)的設(shè)計要點，完成相關(guān)專業(yè)的建模內(nèi)容，有一定的難度，但吻合了近年來提出的提高學(xué)生挑戰(zhàn)度、培養(yǎng)復(fù)合型人才的培養(yǎng)目標(biāo)要求。實施完成后，學(xué)生表示雖然遇到不少挫折，但獲得很多額外知識，學(xué)會了熟練地應(yīng)用BIM和相關(guān)設(shè)計軟件進行建模和計算。通過ITCE畢業(yè)設(shè)計模式的實施也發(fā)現(xiàn)一些問題，建議在今后的實施過程中做如下改進。

1）調(diào)研需要充分，規(guī)范查找完善。調(diào)研相關(guān)結(jié)構(gòu)的BIM設(shè)計資料，查找本專業(yè)以及相關(guān)專業(yè)的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)等資料，獲得設(shè)計靈感和確定具體設(shè)計成果后，再開始進行畢業(yè)設(shè)計。

2）軟件需要熟練操作，參數(shù)設(shè)置準(zhǔn)確。BIM及相關(guān)軟件的建模過程操作熟練，保證參數(shù)設(shè)置的準(zhǔn)確性，可以確保模型及其結(jié)果的準(zhǔn)確性，保證整個設(shè)計過程的進度。ITCE畢業(yè)設(shè)計模式涉及環(huán)節(jié)較多，工程量大且環(huán)環(huán)相扣，都是通過軟件的轉(zhuǎn)換實現(xiàn)，所以一定要及時完成，以免影響后面的進程。

3）盡量提升模型的精細程度。精度高了，后面到BIM相關(guān)應(yīng)用，動畫、模擬仿真等，就會顯得很高級。這里可以添加一些建筑階段的外觀、內(nèi)飾變換，在展示的時候會很有優(yōu)勢，如造型變化（凹凸、幕墻設(shè)計等）、顏色搭配、材料選擇、視角體驗等在可視化階段有提升的設(shè)計。■

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