“新工科”背景下土木工程專業(yè)BIM教學(xué)目標(biāo)與課程體系構(gòu)建

王文軍，王恒宇，高紅江，王忠瑾

（浙大寧波理工學(xué)院 土木建筑工程學(xué)院，浙江 寧波）

一 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)加快轉(zhuǎn)型升級，蓬勃發(fā)展的新經(jīng)濟(jì)對工程教育提出了新要求，傳統(tǒng)的工科專業(yè)面臨新機(jī)遇和新挑戰(zhàn)。BIM技術(shù)被視為建筑業(yè)的又一次“革命”，改變和引領(lǐng)著現(xiàn)代土木工程的構(gòu)建方式，推動著建筑業(yè)的轉(zhuǎn)型升級與高質(zhì)量發(fā)展，因此，探討B(tài)IM教學(xué)體系也是土木工程專業(yè)“新工科”建設(shè)的重要內(nèi)容和切入點(diǎn)。目前，企業(yè)對BIM技術(shù)人才的需求越來越大，造成BIM技術(shù)人才緊缺，而目前高校的BIM應(yīng)用型人才培養(yǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足建筑行業(yè)需要，因此培養(yǎng)滿足行業(yè)新發(fā)展需求的BIM 應(yīng)用型技術(shù)人才是土木工程專業(yè)改革一個重要方面。

國內(nèi)對基于BIM的土木工程專業(yè)教學(xué)改革與實(shí)踐開展了一些探討，主要包括土木工程專業(yè)BIM教學(xué)目標(biāo)與課程體系的建立與優(yōu)化、BIM教學(xué)內(nèi)容探討等[1-4]。BIM實(shí)踐教學(xué)方面，探索了理論知識與教學(xué)實(shí)踐和綜合實(shí)踐一體化的BIM教學(xué)課程體系，并提出了與企業(yè)共建BIM實(shí)訓(xùn)平臺的教學(xué)改革建議[5-7]。在BIM技術(shù)融入課程方面，針對土木工程制圖、房屋建筑學(xué)、鋼結(jié)構(gòu)等課程進(jìn)行了探索[8-9]。此外也有學(xué)者分提出了基于BIM 的多課程聯(lián)合教學(xué)建議[10]。總體上來看，相比國外，國內(nèi)高校引入BIM的時間相對較晚，BIM培養(yǎng)目標(biāo)定位、課程體系、教學(xué)內(nèi)容及實(shí)踐教學(xué)改革仍處于探索階段，BIM教學(xué)仍存在許多問題和不足。本文在深入分析當(dāng)前土木工程專業(yè)BIM教學(xué)中存在的問題以及BIM教學(xué)目標(biāo)定位四大原則的基礎(chǔ)上，結(jié)合專業(yè)的人才培養(yǎng)定位以及培養(yǎng)特色，構(gòu)建了土木工程專業(yè)BIM知識體系和課程體系，提出了BIM綜合實(shí)訓(xùn)課的設(shè)置建議。

二 當(dāng)前土木工程專業(yè)BIM教學(xué)中存在的問題

目前為止，已經(jīng)有許多院校將BIM 課程納入了土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案，但BIM培養(yǎng)目標(biāo)定位、課程體系、教學(xué)內(nèi)容及實(shí)踐教學(xué)改革仍處于探索階段，BIM教學(xué)仍存在以下一些問題和不足。

（一） BIM教學(xué)目標(biāo)定位需進(jìn)一步清晰

土建行業(yè)處于深度轉(zhuǎn)型期，現(xiàn)代土木工程向數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化與精細(xì)化發(fā)展，將BIM技術(shù)融入土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)的全過程成為應(yīng)用型高校土木工程專業(yè)辦學(xué)新的方向，但是應(yīng)用型高校的土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)定位與BIM技術(shù)的內(nèi)涵與特征尚未真正匹配。

（二） 真正的BIM課程體系尚未形成

當(dāng)前有一些高校已經(jīng)開設(shè)了BIM類課程，但主要是為了讓學(xué)生掌握常見BIM軟件應(yīng)用，BIM與土木工程專業(yè)課的融合普遍不夠，對學(xué)生而言，BIM學(xué)習(xí)仍屬于“碎片式”，沒有實(shí)現(xiàn)BIM專業(yè)課程協(xié)同教學(xué)，使得學(xué)生無法真正掌握和理解BIM的內(nèi)涵，難以融會貫通。

（三） 大多缺乏綜合性的BIM實(shí)訓(xùn)

BIM教學(xué)的實(shí)際操作性十分重要，沒有系統(tǒng)的、多元化的BIM實(shí)踐教學(xué)體系，學(xué)生的BIM綜合應(yīng)用能力難以有效提升，因此需要通過與專業(yè)課程有機(jī)融合、探索設(shè)置綜合性BIM實(shí)訓(xùn)課程等方法，實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)在工程全生命期的全過程應(yīng)用。

（四） 基于BIM的課程教學(xué)改革仍需深入

BIM課程以及融合BIM的專業(yè)課程的教學(xué)模式仍過于傳統(tǒng)，現(xiàn)代教學(xué)工具的應(yīng)用以及基于OBE理念的教學(xué)改革不充分，沒有很好地將BIM 的可視化技術(shù)和虛擬仿真功能運(yùn)用到各專業(yè)課程的教學(xué)中，不同程度上存在理論與實(shí)踐脫節(jié)現(xiàn)象，例如土木工程施工課程，BIM+智慧工地能讓學(xué)生直觀了解施工現(xiàn)場布置和施工進(jìn)度。

（五） 高水平BIM教學(xué)師資較為缺乏

BIM 模型涵蓋了項(xiàng)目規(guī)劃、設(shè)計(jì)、招投標(biāo)、造價、施工、運(yùn)維等全過程信息，這就對教師提出了非常高的理論、實(shí)踐能力要求。當(dāng)前，若無較強(qiáng)的激勵機(jī)制和管理機(jī)制來引導(dǎo)，專業(yè)教師全身心地投入到BIM教學(xué)工作的積極性不足，創(chuàng)新教學(xué)方法與接受實(shí)踐培訓(xùn)的意愿不強(qiáng)烈，難以組建高水平的BIM教學(xué)團(tuán)隊(duì)。

（六） BIM教學(xué)資源不足

當(dāng)前，適用于土木工程專業(yè)BIM教學(xué)的本科教材較少， BIM實(shí)驗(yàn)室軟硬件教學(xué)資源普遍匱乏。如果任課教師與企業(yè)、行業(yè)的聯(lián)系不夠密切，深入工程一線的機(jī)會較少，對行業(yè)前沿了解不充分，使得課程設(shè)計(jì)和實(shí)踐教學(xué)中采用的工程案例離復(fù)雜工程的距離較遠(yuǎn)，難以讓學(xué)生真正體會到工程的復(fù)雜性及BIM技術(shù)的優(yōu)勢，影響學(xué)生BIM 技術(shù)應(yīng)用能力的提升。

三 土木工程專業(yè)BIM教學(xué)目標(biāo)的定位

（一） 定位的原則

BIM教學(xué)目標(biāo)的科學(xué)定位是知識體系、課程體系合理構(gòu)建的前提。對于土木工程專業(yè)，BIM教學(xué)目標(biāo)定位需要充分考慮以下四大方面：

1.社會和行業(yè)對BIM人才的需求

根據(jù)美國國家BIM標(biāo)準(zhǔn)，BIM有關(guān)的人員為BIM用戶、BIM工具制造商和BIM標(biāo)準(zhǔn)提供者共三類，其中BIM用戶也就是BIM應(yīng)用人才。與其他兩類人才相比，社會和行業(yè)對BIM專業(yè)應(yīng)用人才的需求量最大。國內(nèi)常把BIM專業(yè)應(yīng)用人員的BIM能力從低到高分為6個層次或類型：BIM軟件操作能力、BIM模型生產(chǎn)能力、BIM模型應(yīng)用能力、BIM應(yīng)用環(huán)境建立能力、BIM項(xiàng)目管理能力和BIM業(yè)務(wù)集成能力。在大學(xué)四年中，土木工程專業(yè)應(yīng)培養(yǎng)什么層次的BIM應(yīng)用人員，需要合理定位。

2.學(xué)校辦學(xué)定位與專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)

每一個高校都有自己的辦學(xué)定位和人才培養(yǎng)目標(biāo)，各個專業(yè)都有具體的學(xué)生培養(yǎng)的知識、能力和素質(zhì)培養(yǎng)目標(biāo)以及畢業(yè)要求，BIM 教學(xué)目標(biāo)的定位必須與學(xué)校、專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)定位一致。

3.“新工科”背景下專業(yè)的人才培養(yǎng)特色

近年來，全球高等工程教育改革和“新工科”建設(shè)持續(xù)推進(jìn)，給土木工程這一傳統(tǒng)工科專業(yè)發(fā)展帶來了新機(jī)遇和新挑戰(zhàn)，培養(yǎng)的人才已經(jīng)不能只是單純地掌握設(shè)計(jì)和施工技術(shù)，而是能適應(yīng)行業(yè)新發(fā)展、掌握新技術(shù)、具備創(chuàng)新能力的復(fù)合型人才，以BIM技術(shù)為核心的數(shù)字化發(fā)展可以成為土木工程專業(yè)的特色發(fā)展之路。

4.BIM技術(shù)的內(nèi)涵與特征

BIM 技術(shù)集合了規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等工程全周期過程中的多維數(shù)據(jù)信息，能夠?qū)崿F(xiàn)信息的共享和整合，這些內(nèi)涵和特征決定了不能僅僅在現(xiàn)有土木工程專業(yè)培養(yǎng)方案中增設(shè)一兩門專門的BIM類課程來完成BIM教學(xué)，需要系統(tǒng)地將 BIM 技術(shù)的主要知識點(diǎn)與土木工程專業(yè)的現(xiàn)有課程體系進(jìn)行深度融合，有機(jī)融入，形成較為完整的BIM教學(xué)體系。

（二） 具體的目標(biāo)定位

BIM 教學(xué)目標(biāo)的定位必須與學(xué)校、專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)定位有關(guān)，以浙大寧波理工學(xué)院為例，作為一所致力于培養(yǎng)“德智體美勞全面發(fā)展，具有人文精神和科學(xué)素養(yǎng)的高素質(zhì)應(yīng)用型創(chuàng)新人才”的高水平、創(chuàng)新型、應(yīng)用型大學(xué)，土木工程專業(yè)適應(yīng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展需要，以“新工科”建設(shè)為引領(lǐng)，立足培養(yǎng)基礎(chǔ)寬厚、富于創(chuàng)新、綜合能力突出、科學(xué)與人文素養(yǎng)深厚且具有國際視野和持久競爭力的高素質(zhì)應(yīng)用型創(chuàng)新人才，面向土木建筑行業(yè)智能建造與運(yùn)營維護(hù)人才需求，注重多學(xué)科交叉滲透，融入BIM技術(shù)、裝配式建筑、智能建造等新技術(shù)、新理念，培養(yǎng)能適應(yīng)行業(yè)發(fā)展趨勢的新時代人才。

綜合考慮以上原則，作為地方應(yīng)用型高校，當(dāng)前我校的土木工程專業(yè)BIM教學(xué)目標(biāo)定位為：培養(yǎng)BIM專業(yè)應(yīng)用人才，使得學(xué)生具備BIM模型應(yīng)用能力，初步具備BIM的協(xié)同工作能力與業(yè)務(wù)集成能力，并具有中、高端型BIM人才的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

四 BIM知識體系與課程體系構(gòu)建

（一） 知識體系

土木工程專業(yè)學(xué)生的BIM應(yīng)用能力培養(yǎng)，需要將BIM技術(shù)與專業(yè)課程體系深度融合，形成BIM教學(xué)體系。結(jié)合專業(yè)的人才培養(yǎng)定位以及培養(yǎng)特色，充分考慮上述BIM教學(xué)目標(biāo)定位，構(gòu)建土木工程專業(yè)學(xué)生的BIM知識體系，如表1所示。

表1 土木工程專業(yè)本科生的BIM知識體系

（二） 課程體系

BIM教學(xué)是一個復(fù)雜的綜合系統(tǒng)工程，需要循序漸進(jìn)，不能簡單地通過增設(shè)一兩門BIM課程來實(shí)現(xiàn)，需根據(jù)專業(yè)知識的學(xué)習(xí)，不斷與專業(yè)課程進(jìn)行融合，才能提升BIM綜合應(yīng)用能力。BIM類課程可具體分為以下三類，見表2。

表2 土木工程專業(yè)BIM課程體系

1.BIM基礎(chǔ)類課程

這類課程基本上在大一、大二開設(shè)，可獨(dú)立開設(shè)《BIM軟件應(yīng)用》或《BIM概論》，并在部分專業(yè)基礎(chǔ)課程中融入BIM，見表3。

表3 融入BIM的部分專業(yè)基礎(chǔ)課

2.BIM應(yīng)用類課程

這類課程大部分在大二和大三開設(shè)，可獨(dú)立開設(shè)如《BIM技術(shù)應(yīng)用實(shí)務(wù)》等一兩門獨(dú)立的BIM課程，針對土木工程專業(yè)的不同專業(yè)方向（模塊），以設(shè)計(jì)、施工或管理為應(yīng)用點(diǎn)學(xué)習(xí)BIM技術(shù)應(yīng)用。隨著BIM教學(xué)的深入，未來可考慮單獨(dú)開設(shè)下列課程：《結(jié)構(gòu)工程BIM設(shè)計(jì)方法與分析》《裝配式建筑與BIM技術(shù)應(yīng)用》《虛擬建造與管理》《設(shè)計(jì)、建造一體化管理》等。

BIM技術(shù)具有一體化等特點(diǎn)，獨(dú)立設(shè)置的一兩門BIM類課程學(xué)習(xí)無法真正掌握BIM的應(yīng)用，因此在現(xiàn)有專業(yè)課的理論和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)融入BIM，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)、模擬建造、優(yōu)化管理、控制成本等，并形成多課聯(lián)合教學(xué)。BIM教學(xué)需貫穿土木工程的主要專業(yè)課程，包括設(shè)計(jì)類、工程管理類以及施工管理類課程。以土木工程專業(yè)房建方向?yàn)槔趯I(yè)主修課程以及專業(yè)模塊課中融入BIM，舉例見表4。

表4 融入BIM的專業(yè)主修課

由于協(xié)同性是BIM的特點(diǎn)與優(yōu)勢之一，因此上述融入BIM的專業(yè)課教學(xué)中，要注重協(xié)同教學(xué)，實(shí)現(xiàn)不同課程中的建筑模型、結(jié)構(gòu)模型、施工模型、運(yùn)維模型的有效銜接，例如《畫法幾何與工程制圖》《房屋建筑學(xué)》課程中的BIM三維建筑模型可以用于后續(xù)的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)》《工程結(jié)構(gòu)抗震》《基礎(chǔ)工程》等課程中，實(shí)現(xiàn)BIM結(jié)構(gòu)模型的計(jì)算分析并獲得相應(yīng)的施工圖后，可以建立施工模型，用于《土木工程施工》《工程項(xiàng)目管理》《工程概預(yù)算》等課程的學(xué)習(xí)。

3.BIM綜合類課程

這類課程一般開設(shè)在大四階段。如果師資和軟硬件資源許可，可獨(dú)立開設(shè)以實(shí)際工程項(xiàng)目為主線，任務(wù)為驅(qū)動，構(gòu)建 “以專業(yè)知識為基礎(chǔ)、BIM 技術(shù)作支撐、實(shí)際工程作載體”的綜合實(shí)訓(xùn)課程——《BIM技術(shù)綜合應(yīng)用實(shí)訓(xùn)》。該課程以理論為輔，上機(jī)操作和軟件應(yīng)用為主，在BIM平臺上完成，可以融入3D打印、情景漫游和VR仿真，可以讓房建、道橋、市政、巖土專業(yè)方向的同學(xué)與工程管理專業(yè)的同學(xué)共同組隊(duì)，協(xié)同工作。課程教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容建議如下：

教學(xué)目標(biāo)：基于前述BIM技術(shù)學(xué)習(xí)，以實(shí)際建設(shè)工程項(xiàng)目為主線，以任務(wù)為驅(qū)動，多專業(yè)或?qū)I(yè)方向協(xié)同，讓學(xué)生進(jìn)行全生命周期的BIM技術(shù)應(yīng)用實(shí)訓(xùn)，實(shí)現(xiàn)協(xié)同下的BIM應(yīng)用價值，培養(yǎng)學(xué)生的合作能力和團(tuán)隊(duì)精神。

教學(xué)內(nèi)容：以學(xué)生小組為單位，綜合實(shí)訓(xùn)的課程可包含的模塊（可選擇全部或者部分組合）分為：（1）結(jié)構(gòu)建模模塊；（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊；（3）工程項(xiàng)目管理模塊；（4）工程造價模塊；（5）施工技術(shù)模塊；（6）運(yùn)營維護(hù)模塊。

同時，也可結(jié)合其他獨(dú)立設(shè)置的實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)課程如專業(yè)課程設(shè)計(jì)、土木工程綜合實(shí)驗(yàn)、工程實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)以及畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)行BIM應(yīng)用學(xué)習(xí)，見表5。

表5 融入BIM的實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)課程

五 結(jié)語

當(dāng)前，BIM教學(xué)仍存在BIM教學(xué)目標(biāo)定位需進(jìn)一步清晰、真正的BIM課程體系尚未形成、大多缺乏綜合性的BIM實(shí)訓(xùn)、基于BIM的課程教學(xué)改革仍需深入、高水平BIM教學(xué)師資較為缺乏以及BIM教學(xué)資源不足等問題。BIM培養(yǎng)目標(biāo)定位、課程體系、教學(xué)內(nèi)容及實(shí)踐教學(xué)改革仍需要不斷探索。BIM教學(xué)目標(biāo)定位需要充分考慮社會和行業(yè)對BIM人才的需求、學(xué)校辦學(xué)定位與專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)、“新工科”背景下專業(yè)的人才培養(yǎng)特色、BIM技術(shù)的內(nèi)涵與特征共四大方面的原則。對于地方高水平應(yīng)用型大學(xué)，土木工程專業(yè)BIM教學(xué)目標(biāo)可設(shè)置為：培養(yǎng)BIM專業(yè)應(yīng)用人才，使得學(xué)生具備BIM模型應(yīng)用能力，初步具備BIM的協(xié)同工作能力與業(yè)務(wù)集成能力，并具有中、高端型BIM人才的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

土木工程專業(yè)BIM類課程可分為BIM基礎(chǔ)類課程、BIM應(yīng)用類課程以及BIM綜合類課程，除了獨(dú)立開設(shè)少量課程外，主要是讓BIM融入專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)主修課程。融入BIM的專業(yè)課教學(xué)中，要注重協(xié)同教學(xué)，實(shí)現(xiàn)不同課程中的建筑模型、結(jié)構(gòu)模型、施工模型、運(yùn)維模型的有效銜接。為了讓學(xué)生進(jìn)行全生命周期的項(xiàng)目案例實(shí)訓(xùn)，可以開設(shè)BIM綜合實(shí)訓(xùn)課程，以實(shí)際工程項(xiàng)目為主線，任務(wù)為驅(qū)動，讓土木工程不同專業(yè)方向的同學(xué)以及工程管理等專業(yè)的同學(xué)協(xié)同工作。此外，也可結(jié)合獨(dú)立的實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)課程如課程設(shè)計(jì)、綜合實(shí)驗(yàn)以及畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行BIM綜合應(yīng)用訓(xùn)練。