基于BIMFILM技術的數(shù)字建造項目課程實施設計

張 錦，鄒繼雪，張懿賢，唐胡明月，王博雅

(西安歐亞學院，陜西 西安 710065)

1 國內(nèi)高校建筑工程類課程現(xiàn)狀

1.1 專業(yè)課程設置

國內(nèi)高校開設的工程管理專業(yè)是一門集技術經(jīng)濟管理法規(guī)于一體的專業(yè)，主要課程有工程力學、土木工程制圖、工程測量、土木工程施工、工程項目管理、建設法規(guī)、工程招投標與合同管理、土力學與地基基礎、鋼結(jié)構設計等，能夠滿足行業(yè)基本的理論與實踐需求。但是大部分學校的專業(yè)課程在設置上，除了學生實習安排以外，缺少貫穿性的綜合實踐類課程[1]。

1.2 教學現(xiàn)狀

建筑工程類專業(yè)課程涉及內(nèi)容廣泛，具有多學科交叉的特點，學生需要掌握的知識面較廣，理論知識內(nèi)容較多，需要具備空間思維能力，對于主觀能動性差、創(chuàng)新能力弱的學生來說課程具備一定的難度。

部分從事工程管理專業(yè)教學的高校教師不具備工程實踐經(jīng)驗，往往會導致教學內(nèi)容書本化、枯燥化，教學效果不佳，學生課堂參與度低。目前工程管理類課程高校采用的教學方式主要有板書、PPT講授、視頻講解這幾類，部分學者提出利用BIM技術、VR技術輔助教學，但是真正利用VR技術的虛擬漫游、沉浸式體驗特點進行教學的高校很少，提供這類技術的高校因為資源有限不能滿足全部學生的學習需求[2-3]。

1.3 BIM技術在高校教學中的應用廣泛

隨著BIM技術的不斷推廣，BIM技術的可視化、項目信息化等特點被用到體量大、施工難、設計復雜的大型項目當中，在工程項目管理過程中發(fā)揮著不可忽略的作用。越來越多開設有工程管理專業(yè)的高校逐漸重視BIM技術，將BIM技術運用至教學當中。陸海燕在土木工程CAD中引入BIM和VR技術，以提升教學效果[4]；王飛等人提出基于BIM技術進行工程管理專業(yè)課程變革，強調(diào)開設BIM軟件操作的課程[5]；孫明提出將BIM技術引入到房屋建筑學課程設計，以激發(fā)學生學習熱情[6-7]。

基于上述現(xiàn)狀，西安歐亞學院近幾年在此基礎上思考化解課程難點，以培養(yǎng)應用型人才為目標，借助行業(yè)先進技術BIMFILM虛擬仿真技術軟件，采用可視化教學穿插進基礎課程，在人居環(huán)境學院學生大二學年結(jié)束后設置數(shù)字建造綜合實踐項目，以突出建筑施工類課程的工程實踐屬性，實現(xiàn)學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

2 數(shù)字建造綜合實踐項目課程設計

西安歐亞學院數(shù)字建造綜合實踐課程實施將充分體現(xiàn)應用型本科學校教學的實踐性和專業(yè)性，將從以下階段重點培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維能力、方案設計能力、團隊協(xié)作能力、分析問題和解決問題能力[8]。

2.1 確定課程實施周期

課程實施周期的科學合理確定是保證課程實施效果的重要前提。西安歐亞學院數(shù)字建造綜合實踐課程為保證學生的學習效果、課程成果的宣傳效果，主要將本課程實踐分為了預熱期、實踐期、展示期三個階段。課程預熱期主要目標是通過前期宣傳提升學生的參與熱情和學習期待，宣傳內(nèi)容主要為往期成果展示、數(shù)字建造綜合實踐課程開展方式、學生主要任務，線上宣傳平臺為學院微信公眾號，線下宣傳空間為學院學生人流密集的公共區(qū)域；課程實踐期以提高學生的主動學習意識、團隊協(xié)作意識，培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維能力、方案設計能力；在展示期邀請合作企業(yè)和各年級學生參會，通過優(yōu)秀成果展演，為入學新生帶來良好的課程宣講效果，同時在合作企業(yè)間有效直觀的宣傳本校學生具備的應用型能力強等培養(yǎng)效果[9]。

2.2 確定各階段重點任務

數(shù)字建造綜合實踐項目在預熱階段設計有兩項主要任務，其一是邀請企業(yè)參與，分別針對指導教師和本院大二學生提供BIMFILM軟件的操作培訓，并為本次實踐提供選題方向，設計各選題方向?qū)嵤┠_本；其二是根據(jù)企業(yè)提供的選題，設計調(diào)研問卷，了解學生選題意向進行指導教師分配。

在課程實踐階段主要是指導教師通過嚴謹科學的教學組織指導學生借助BIMFILM軟件開展實踐項目，形成實踐成果，考核學生實踐效果。數(shù)字綜合實踐項目學生實踐成果主要包含：學生所選選題方向的施工工藝流程設計、施工動畫制作、成果展板設計、實踐報告撰寫。

課程在展示階段除面向本校師生外，還將邀請行業(yè)內(nèi)優(yōu)秀的合作企業(yè)，達到獎勵優(yōu)秀學生的目的外，還將激發(fā)學生未來的學習熱情和參與實踐活動的積極性，同時在企業(yè)之間宣傳本校學生的實踐能力培養(yǎng)效果，為校企之間開展產(chǎn)學研活動提供良好的合作氛圍，從而反哺學生教育。

基于上述考量，西安歐亞學院數(shù)字建造綜合實踐項目實施過程主要分為前期宣傳、邀請企業(yè)培訓、學生實踐開展、優(yōu)秀成果布展四個環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)主要內(nèi)容詳見圖1。

2.3 教學組織設計

數(shù)字建造課程在教學過程當中，以探索、研討、設計、實踐為主的鏈式教學方法為主線，采用小組團隊協(xié)作方式，創(chuàng)造共同探索分析問題、解決問題的學習研討環(huán)境，激發(fā)團隊成員的潛力；課程強調(diào)以學生為主，教師為輔的授課方式，借助BIMFILM軟件類似養(yǎng)成游戲界面的吸引力，調(diào)動學生參與軟件學習與操作的積極性，引導學生自主設計不同施工方向的施工流程；通過設置課程優(yōu)秀成果獎勵，激勵學生不斷優(yōu)化設計方案和展板設計，以達到設計的最佳效果。數(shù)字建造課程通過BIMFILM軟件給學生提供學習的場景，通過學生動手實踐，將課本知識與軟件內(nèi)部構件內(nèi)容進行記憶關聯(lián)，幫助學生理順施工順序、施工工藝，某種程度上比VR沉浸式教學效果更佳，將充分體現(xiàn)應用型本科學校教學的實踐性和專業(yè)性[10-12]。

以裝配式建筑整個樓層施工流程選題方向為案例，學生小組團隊主要工作包括以下內(nèi)容：

1)學生需要在教師的指導下掌握裝配式建筑施工流程大致分為外墻吊裝、內(nèi)墻吊裝、豎向結(jié)構現(xiàn)澆施工、疊合板吊裝、陽臺板吊裝、空調(diào)板吊裝、水平結(jié)構現(xiàn)澆施工、樓梯吊裝等。

2)在此基礎上，學生小組團隊做好內(nèi)部分工，查閱GB 50204—2015混凝土結(jié)構工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范、JGJ 1—2014裝配式混凝土結(jié)構技術規(guī)程、睿格致建筑工程立體知識文庫及相關文獻資料，了解上述流程中每一個環(huán)節(jié)具體的施工工藝，如：外墻吊裝環(huán)節(jié)需要測量放線，依次進行本段預制外墻吊裝，安裝調(diào)節(jié)斜支撐；豎向結(jié)構現(xiàn)澆施工需要豎向結(jié)構鋼筋綁扎固定，模板安裝并加固，墻體混凝土一次澆筑完成，混凝土達到拆模強度后，拆除墻體模板。

3)學生團隊通過小組研討、頭腦風暴、走訪調(diào)研實地工地和設計院等方式，創(chuàng)新設計一棟裝配式建筑的某一樓層，基于BIMFILM軟件，制作該樓層每個施工環(huán)節(jié)具體的施工工藝動畫，并按照施工順序剪輯施工動畫視頻，講解施工過程為施工流程配音，形成視頻文件。學生視頻制作過程見圖2。

4)在上述基礎上學生小組團隊，通過優(yōu)化布局，創(chuàng)新設計成果展板，以最佳的形式展現(xiàn)成果作品，并將整個團隊協(xié)作過程整理成項目報告，制作匯報文件進行匯報。

通過以上環(huán)節(jié)，能夠鍛煉學生團隊協(xié)助、創(chuàng)新思維、方案設計、思考問題解決問題、溝通表達、視頻剪輯等能力，讓學生掌握基本的施工工序、施工工藝及各個工藝之間的銜接處理方法，同時掌握施工過程當中的施工注意要點。這種讓學生以第一人稱方式參與教學活動的教學效果在某種程度上優(yōu)于課堂講授、BIM輔助教學、VR輔助教學等學生以第二人稱參與學習的方式。

2.4 課程考核

課程考核是教學過程中的重要環(huán)節(jié)，西安歐亞學院數(shù)字建造綜合實踐課程經(jīng)調(diào)研了參與學生、指導老師、企業(yè)專家、往屆畢業(yè)生，收集到的主要意見有：數(shù)字建造課程選擇的實施場地比較集中，便于搜集跟蹤學生實踐情況，建議采用全過程跟蹤方式，掌握學生團隊協(xié)作情況、方案設計能力、創(chuàng)新意識和表達溝通情況，考核還應基于多維度進行評價，除了考核學生創(chuàng)新能力、方案設計能力等以外，還要重視小組內(nèi)部分工是否均勻，要特別關注學生組內(nèi)互評。

基于此，西安歐亞學院數(shù)字建造綜合實踐課程建立多維課程考核方式，從小組項目評價、教師對學生個人評價、學生組內(nèi)互評三個維度進行課程考核評價。項目評價考核內(nèi)容分為資料搜集、方案設計、BIMFILM視頻制作、項目展板、答辯匯報5項內(nèi)容，占總成績60%，指導教師對學生評價占總成績20%，學生組內(nèi)互評占總成績20%。在此基礎上，選擇優(yōu)秀成果進行二次集體展演比選，邀請分院教師和行業(yè)專家進行投票打分，為得分前三名設置獎項。

3 結(jié)論與展望

3.1 結(jié)論

西安歐亞學院將BIMFILM虛擬仿真技術應用于數(shù)字建造綜合實踐課程當中已經(jīng)順利實施了一次，展現(xiàn)了良好的教學效果，得到了學生、企業(yè)的高度積極評價。

在數(shù)字建造綜合實踐課程實施過程中，有以下良好效果：1)BIMFILM虛擬仿真軟件操作界面簡單易懂，兼容性強，對于學生來說操作容易上手，其自帶大量施工素材，能夠滿足學生的知識需求；2)BIMFILM虛擬仿真軟件具備的視頻制作和錄音功能比較貼近現(xiàn)階段大多數(shù)年輕人的興趣，使得教學內(nèi)容逼真有意思，讓學生對工程施工工序、施工流程、施工工藝的掌握程度大大提高，驅(qū)動學生從以前被動式學習轉(zhuǎn)為主動式學習；3)增強了學生的實踐操作能力，提升了專業(yè)技能，后期將建議軟件開發(fā)方多多舉辦有關BIMFILM虛擬仿真技術的比賽，通過以賽促教的方式讓教學效果得到更大的提升。與此同時，數(shù)字建造綜合實踐課程還有效地提升了學生職業(yè)精神、溝通表達能力、創(chuàng)新意識和方案設計能力以及團結(jié)協(xié)作能力，為工程管理專業(yè)人才培養(yǎng)效果貢獻了重要力量。

在后期實施過程中，我們將從以下方面進行改進：首先，西安歐亞學院以后的數(shù)字建造綜合實踐項目將擴大學生獎勵范圍，激發(fā)大部分學生學習熱情和投入熱度；其次，建議BIMFILM虛擬仿真技術軟件不斷優(yōu)化內(nèi)置系統(tǒng)和操作界面，并豐富BIMFILM虛擬仿真技術能夠提供支持的各類項目方向，推動虛擬仿真技術更多的走入課堂，發(fā)揮它強大的教育價值；另外，后期將引入實際案例進行教學，將每學年的教學成果整理成素材案例庫，不斷豐富知識積累，供后期學生參考；最后，在后續(xù)數(shù)字建造綜合實踐課程的實施過程當中多多邀請?zhí)摂M仿真技術開發(fā)、建筑設計、施工等行業(yè)專家參與學生指導過程，使得學生的學習成果能夠更具專業(yè)性和實踐性，能被更廣泛應用到實際項目當中，從而提升新時代新工科人才培養(yǎng)的效果，為國家智能建造宏觀戰(zhàn)略的落地實施做出貢獻。

3.2 展望

數(shù)字化時代來臨，在數(shù)字建造、智慧建造等國家戰(zhàn)略背景下，培養(yǎng)應用型建筑業(yè)人才事關國家發(fā)展大計，為主動適應行業(yè)發(fā)展，應用型高校應主動擁抱行業(yè)變革，深入探討建筑類課程的教學模式。文章通過綜合實踐類課程實施過程設計，將學生理論與實踐結(jié)合落到實處，借用BIMFILM軟件激發(fā)學生進行理論與實踐的關聯(lián)學習的動力，舉辦課程展演將學生的應用型標簽展示給行業(yè)企業(yè)，為學生就業(yè)樹立口碑，提供良好的就業(yè)環(huán)境，為校企產(chǎn)學合作提供更多可能。

數(shù)字化時代更迭，高校應緊跟潮流，時刻關注行業(yè)動向，靈活借助行業(yè)前端信息化手段布局課程體系并應用于課程實施，為新工科人才培養(yǎng)做出貢獻。文章研究的綜合實踐類課程新的教學模式設置希望能為新時代新工科應用型人才培養(yǎng)提供新思路。