BIM4D技術(shù)在施工組織與管理課程實(shí)訓(xùn)中的應(yīng)用

梁巧真， 葉 飛， 李正焜

(安徽糧食工程職業(yè)學(xué)院，安徽 合肥 230011)

施工組織與管理是土建類的核心課程，該課程的實(shí)訓(xùn)目的，是讓學(xué)生掌握施工組織設(shè)計(jì)、施工進(jìn)度管理、施工質(zhì)量和安全管理等內(nèi)容，旨在提高他們?cè)谑┕がF(xiàn)場(chǎng)的綜合組織與管理能力。針對(duì)該傳統(tǒng)課程實(shí)訓(xùn)中存在的理論知識(shí)枯燥乏味，施工現(xiàn)場(chǎng)布置及施工過程抽象化等問題，文章將安徽糧食工程職業(yè)學(xué)院學(xué)生4號(hào)宿舍樓工程項(xiàng)目實(shí)例引入到該實(shí)訓(xùn)課程，通過BIM4D施工策劃等軟件，模擬施工現(xiàn)場(chǎng)情境、施工過程，使該實(shí)訓(xùn)內(nèi)容立體化，施工現(xiàn)場(chǎng)由二維向三維、四維轉(zhuǎn)化，讓學(xué)生置身于施工現(xiàn)場(chǎng)體會(huì)復(fù)雜的施工情境，真正學(xué)會(huì)施工組織與管理，提升專業(yè)知識(shí)的應(yīng)用能力及專業(yè)技能。

1 傳統(tǒng)施工組織與管理課程實(shí)訓(xùn)存在的弊端

1.1 實(shí)訓(xùn)教學(xué)實(shí)踐性差

傳統(tǒng)的施工組織與管理課程實(shí)訓(xùn)，主要包括工程項(xiàng)目的工程量、資源、工期的手算，進(jìn)度計(jì)劃的手繪，施工平面圖的繪制，實(shí)訓(xùn)成果主要通過手寫施工組織設(shè)計(jì)書呈現(xiàn)，成果單一；

學(xué)生對(duì)虛擬的工程項(xiàng)目施工組織紙上談兵，難以體現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的復(fù)雜性，缺少有效實(shí)踐性。

1.2 實(shí)訓(xùn)內(nèi)容抽象

實(shí)訓(xùn)工程項(xiàng)目案例一般為網(wǎng)上資源，沒有實(shí)體依托，較為抽象。實(shí)訓(xùn)過程中，學(xué)生通過案例對(duì)比，在計(jì)算工程量、資源消耗量時(shí)，沒有可視化材料，生搬硬套，準(zhǔn)確率差。繪制進(jìn)度計(jì)劃，進(jìn)行進(jìn)度管理設(shè)計(jì)時(shí)，憑空想象施工過程，與實(shí)際相差甚遠(yuǎn)。生活區(qū)、辦公區(qū)、施工區(qū)劃分隨意，擬建建筑物、宿舍及辦公樓臨時(shí)設(shè)施、材料堆場(chǎng)、施工機(jī)械等布置，只能手繪或CAD繪制在施工平面布置圖上，二維圖紙較為抽象，缺乏可視化載體，難以判斷施工現(xiàn)場(chǎng)布置的合理性。

1.3 考核方式單一

在傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)中，首先教師描述工程項(xiàng)目的工程概況，給定設(shè)計(jì)任務(wù)，而后學(xué)生對(duì)照案例完成施工組織設(shè)計(jì)書，內(nèi)容較為枯燥，抄襲現(xiàn)象嚴(yán)重。且成績?cè)u(píng)定僅以設(shè)計(jì)書為依據(jù)，實(shí)訓(xùn)結(jié)果的評(píng)定過程全由教師一人定奪，學(xué)生難以參與，不能發(fā)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)過程存在的不合理現(xiàn)象，互動(dòng)性差、學(xué)生積極性不高。

2 基于BIM4D技術(shù)的施工組織與管理課程實(shí)訓(xùn)過程

2.1 情境模擬、分發(fā)任務(wù)

(1)劃分模擬團(tuán)隊(duì)。首先，班級(jí)成員自由組隊(duì)，組成5個(gè)團(tuán)隊(duì)，每個(gè)團(tuán)隊(duì)8人，分別模擬5個(gè)建筑施工單位，學(xué)生根據(jù)不同的崗位要求分別扮演施工單位技術(shù)負(fù)責(zé)人、項(xiàng)目經(jīng)理、項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人，施工技術(shù)員。然后給定10分鐘，由每隊(duì)成員設(shè)置公司名稱、標(biāo)志、標(biāo)語進(jìn)行展示，活躍課堂氣氛，提高學(xué)生興趣。

(2)引入實(shí)體案例。引入安徽糧食工程職業(yè)學(xué)院學(xué)生4號(hào)宿舍樓，組隊(duì)完成后由專業(yè)教師帶領(lǐng)學(xué)生實(shí)地參觀，觀察周圍環(huán)境、外部構(gòu)造及內(nèi)部結(jié)構(gòu)。發(fā)給的實(shí)訓(xùn)資料，其中包括4號(hào)宿舍樓的工程概況、建筑圖、結(jié)構(gòu)圖、建筑施工圖、實(shí)訓(xùn)任務(wù)書等。

2.2 運(yùn)用BIM軟件模擬

(1)CAD繪制施工平面圖。每個(gè)團(tuán)隊(duì)分析給定的4號(hào)宿舍樓的資料，基于項(xiàng)目的地形、周邊環(huán)境、按照安全文明、利于環(huán)境保護(hù)的施工要求，布置生活區(qū)的餐廳、勞務(wù)宿舍和廁所，辦公區(qū)的辦公樓，施工區(qū)的擬建建筑物、砂石庫房、水泥庫房、模板庫房、鋼筋原材庫房、砂石堆場(chǎng)、鋼筋加工棚、木模板加工棚、施工機(jī)械、攪拌廠、臨時(shí)道路及設(shè)施等，并確保其分布合理。利用CAD繪制項(xiàng)目的施工總平面圖如圖1所示。

圖1 施工總平面圖

(2)施工進(jìn)度計(jì)劃圖的繪制。利用斑馬夢(mèng)龍網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃繪圖軟件進(jìn)行鼠標(biāo)拖拽繪制出橫道圖或網(wǎng)絡(luò)圖，軟件根據(jù)繪制的進(jìn)度圖自動(dòng)建立各工作的緊前緊后關(guān)系、自動(dòng)生成關(guān)鍵線路、自動(dòng)調(diào)節(jié)圖例，將橫道圖、雙代號(hào)網(wǎng)絡(luò)圖、單代號(hào)網(wǎng)絡(luò)圖、時(shí)標(biāo)網(wǎng)絡(luò)圖相互轉(zhuǎn)化，使圖形簡(jiǎn)單靈活布局。通過時(shí)標(biāo)網(wǎng)絡(luò)圖里的前鋒線功能，可動(dòng)態(tài)跟蹤實(shí)時(shí)進(jìn)度，與施工策劃軟件模擬的進(jìn)度情況相結(jié)合，及時(shí)發(fā)現(xiàn)進(jìn)度偏差，進(jìn)行預(yù)測(cè)及調(diào)整。

(3)將二維施工平面圖可視化。將CAD施工平面圖導(dǎo)入品茗BIM施工策劃軟件，依次繪制地形、臨時(shí)道路、圍墻、生活區(qū)、辦公區(qū)、施工區(qū)。立體化展示各團(tuán)隊(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的布置情況如圖2所示，繪制觀察路線、視頻展示成果，團(tuán)隊(duì)成員從各崗位的角度出發(fā)，和教師一起討論布置情況，改善現(xiàn)場(chǎng)布置。

圖2 施工現(xiàn)場(chǎng)布置BIM模擬圖

(4)BIM4D模擬施工現(xiàn)場(chǎng)工作過程。按階段分別進(jìn)行土方階段、地下室階段、結(jié)構(gòu)階段、裝修階段建模，設(shè)置基坑開挖、基坑支撐構(gòu)件、地下室構(gòu)件組成、首層柱梁板構(gòu)件、其他樓層結(jié)構(gòu)階段復(fù)制，裝修階段構(gòu)件導(dǎo)入；在材料統(tǒng)計(jì)板塊設(shè)置施工所需的材料及施工機(jī)械設(shè)備種類，輸入各構(gòu)件的用量及單價(jià)；在模擬施工板塊，關(guān)聯(lián)時(shí)間，根據(jù)進(jìn)度計(jì)劃圖，建立開工、竣工日期，設(shè)置各階段各構(gòu)件的起止時(shí)間，形成橫道進(jìn)度計(jì)劃圖，與斑馬夢(mèng)龍網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃軟件繪制的進(jìn)度計(jì)劃圖相比較，調(diào)整優(yōu)化，構(gòu)成4D模型；設(shè)置漫游路線，生成動(dòng)畫模擬形式，模擬宿舍樓施工過程及施工現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械車輛的運(yùn)作情況。通過設(shè)置，也可分別模擬不同階段的子動(dòng)畫，如土方開挖子動(dòng)畫，支撐梁子動(dòng)畫，擬建建筑物施工子動(dòng)畫、塔吊、井架、施工電梯運(yùn)作子動(dòng)畫、裝修外立面子動(dòng)畫等，模擬過程中發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)與教師溝通、與隊(duì)員協(xié)商修改。在運(yùn)行良好的情況下，教師針對(duì)不同組別階梯式增加不利因素，提高難度，讓學(xué)生仿佛置身于施工現(xiàn)場(chǎng)解決突發(fā)問題。

2.3 課程考核

基于BIM4D技術(shù)的實(shí)訓(xùn)課程，摒棄以成果論成績的方法，注重過程及參與度。將成績分布于團(tuán)隊(duì)參與度、實(shí)訓(xùn)過程的熟練度和挑戰(zhàn)難度、施工現(xiàn)場(chǎng)布置的合理性及小組成員互投排名。

3 施工組織與管理課程的實(shí)訓(xùn)教學(xué)實(shí)施結(jié)果分析

3.1 課程實(shí)訓(xùn)特色

(1)身邊案例，體驗(yàn)感強(qiáng)。引入的案例是本校的實(shí)體工程項(xiàng)目，貼近生活，來源現(xiàn)實(shí)，學(xué)生居住在里面，能觀察外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使得學(xué)生能夠理論聯(lián)系實(shí)際,在實(shí)訓(xùn)過程中的現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)感更加深刻，案例詳情如表1所列。

表1 實(shí)訓(xùn)工程案例詳情

(2)內(nèi)容創(chuàng)新，實(shí)踐性好。學(xué)生自組團(tuán)隊(duì)，以團(tuán)隊(duì)為單位親自設(shè)計(jì)施工組織設(shè)計(jì)書，應(yīng)用CAD軟件繪制施工總平面圖，利用斑馬夢(mèng)龍網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃軟件繪制網(wǎng)絡(luò)圖，可動(dòng)態(tài)追蹤施工進(jìn)度，發(fā)現(xiàn)偏差及時(shí)調(diào)整；該軟件繪制進(jìn)度計(jì)劃圖，能根據(jù)實(shí)時(shí)情況進(jìn)行任意快速修改，縮短傳統(tǒng)手繪修改時(shí)間，且可使學(xué)生較短時(shí)間內(nèi)掌握進(jìn)度管理的相關(guān)知識(shí)。通過品茗BIM4D施工策劃軟件，進(jìn)行施工現(xiàn)場(chǎng)布置，通過關(guān)聯(lián)時(shí)間建立4D可視化施工過程，使得施工現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)化，可以進(jìn)行塔吊、垂直升降機(jī)等各種機(jī)械施工模擬，觀察是否存在機(jī)械碰撞或機(jī)械與建筑物碰撞等問題，模擬車輛進(jìn)出場(chǎng)流線，確保施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施的有序進(jìn)行。通過4D技術(shù)，模擬施工過程，模擬過程中出現(xiàn)進(jìn)度問題可及時(shí)修正進(jìn)度計(jì)劃；以動(dòng)畫的形式展現(xiàn)，可辨別施工過程存在的不利風(fēng)險(xiǎn)因素，便于制定安全防護(hù)措施,減少事故發(fā)生，改進(jìn)人員組織方式或施工方法以確保工程質(zhì)量，確定最優(yōu)的施工組織方式。實(shí)訓(xùn)過程中，學(xué)生如身臨施工現(xiàn)場(chǎng)，更加深刻地體驗(yàn)了施工現(xiàn)場(chǎng)管理情況，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)布置及施工過程有了更加深切的理解，提高了該實(shí)訓(xùn)課程的實(shí)踐性，為學(xué)生適應(yīng)信息化建筑類職業(yè)鋪墊了基礎(chǔ)。

(3)分設(shè)難度，互動(dòng)性好。實(shí)訓(xùn)過程中，教師根據(jù)每隊(duì)的進(jìn)展情況及學(xué)習(xí)水平，分別設(shè)置不同難度的問題，使其具有一定階梯式挑戰(zhàn)性，各小組間直接形成競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，激發(fā)學(xué)生的求知欲；各小組組長組織商討，專業(yè)教師作為隊(duì)員參與討論，由以教師為中心的實(shí)訓(xùn)形式轉(zhuǎn)變到以學(xué)生為中心，增加了實(shí)訓(xùn)互動(dòng)性。

3.2 實(shí)施效果

分別調(diào)研我院應(yīng)用BIM4D技術(shù)實(shí)訓(xùn)的200名土建專業(yè)學(xué)生和未應(yīng)用BIM4D技術(shù)的200名學(xué)生，調(diào)研數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如表2所列。通過調(diào)研結(jié)果表明，利用品茗BIM施工策劃軟件，引入我校學(xué)生4號(hào)宿舍樓案例進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，可提高學(xué)生的積極性和興趣性，提升他們對(duì)施工組織及管理的理解，增加師生互動(dòng)性。

表2 應(yīng)用BIM技術(shù)前后的調(diào)研對(duì)比表

4 結(jié)束語

利用BIM4D技術(shù)進(jìn)行施工組織與管理課程實(shí)訓(xùn)，創(chuàng)新了教學(xué)方法，改變了考評(píng)方式，使課堂上學(xué)生被動(dòng)接收知識(shí)轉(zhuǎn)化為主動(dòng)求知；建立4D模型模擬動(dòng)畫，使抽象的二維圖片立體化呈現(xiàn)，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解，提高了學(xué)生的應(yīng)用能力，教學(xué)效果得到廣大師生認(rèn)可。