美英高校土木建筑類專業BIM教育實踐與啟示

李進濤 王淑嬙 梁正偉

摘要：BIM技術已成為建筑業變革的強大推動力，將BIM納入工程教育是培養建筑產業從業者的關鍵。在回顧BIM教育進展、教育內容及面臨挑戰的基礎上，梳理了美英高校土木建筑類專業BIM教育的層次、課程設置和教學方法，歸納了兩國高校BIM教育的核心思想、主題與課程及教育方法。中國高校應從BIM課程體系、軟硬件環境、師資隊伍建設、多元化教學模式和校企深度合作等方面加快土木建筑類專業中BIM教育的步伐。

關鍵詞：建筑信息模型;土木建筑類專業;教學實踐

中圖分類號：G642.0?? 文獻標志碼：A?? 文章編號：1005-2909（2022）03-0009-10

現代建筑、工程與施工（Architecture， Engineering and Construction，AEC）行業的項目越來越復雜，管理難度越來越大。項目復雜性表現之一是整個建設運營過程涉及眾多的利益相關者，因此，項目的信息與交流技術愈發重要，BIM技術也應運而生，在AEC行業中的應用規模日益擴大。在過去十幾年中，BIM應用得到了相當大程度的發展，尤其在北美、英國和斯堪的納維亞半島等國家和地區內保持領先地位，已初步實現BIM技術的市場化和普及化。都柏林理工大學發布的BIM研究報告顯示，2016年全球BIM市場規模已達到3.52億美元，預測2022年將達到103.6億美元，2017—2022年的復合增長率將達到19.45%[1]。

BIM相關技術是打開AEC行業未來之路的有效途徑之一，高等教育機構作為行業工程師的主要培訓者，有更大的責任來應對行業不斷變化的技能要求，積極整合并將BIM課程納入建筑、土木工程、工程建造與管理等專業，以便為AEC行業提供未來雇員做好準備。

在政府主導和協調支持下，BIM技術及應用的重要性愈發凸顯，一些國家和地區針對BIM技術的高等教育和職業培訓得到快速發展，為 BIM 技術人才的職業發展提供了保障[2]。目前，中國高校針對BIM 教學開展了有益的探索，但BIM教育相對滯后，急需在BIM教學實踐方面進行改革，以適應新技術條件下的行業人才需求[3-5]。因此，有必要梳理發達國家高校在BIM教育方面取得的進展，歸納其教育特征，為我國土木建筑類專業的BIM教育提供借鑒和參考。

一、高校土木建筑類專業BIM教育

（一）BIM教育進展

在AEC行業，專業建筑師、工程師和項目經理等推動了CAD向BIM快速轉變，同時也為專業教育帶來了挑戰和機遇。越來越多的高校、機構認識到，不能忽視BIM技術給行業發展帶來的革命性影響，必須在課程中整合BIM概念、原理和過程等內容，幫助學生掌握必要的BIM知識和技能，確保他們能迎接行業所面臨的挑戰[6]。因此，越來越多的高校土木建筑類專業開始設置BIM類課程，運用各種手段和方法將BIM整合到教學內容中[7]。例如，美國101所大學中，81%的建筑學專業、60%的工程管理專業、44%的土木工程專業提供BIM課程，在尚未提供BIM課程的專業中，有57%的專業計劃整合BIM課程[8]。

然而，BIM教育在各國實施的程度不同。一些高校在本科生和研究生專業中設置了BIM課程，有的國家在研究生BIM課程的數量方面處于領先地位，如英國高校。在課程設置上，大多數學校只提供1～3門BIM課程，僅限于1～2周的概論性介紹[8]，大多數課程設置也局限于單一學科，跨學科性BIM課程較少[9]。

（二）BIM教學要求與內容

BIM表現為一個跨專業知識協同作業的過程或過程方法，用以改進規劃、設計、施工、運營和維護的工作流程，強調協同性，因此，大多數教育工作者認為，除培養學生的基本知識和技能外，還要建立學生對BIM支持的全壽命周期建設和運維過程的整體理解，而不應拘泥于對某個BIM軟件（工具）的掌握或運用[10]。然而，在當前的BIM教學實踐中傾向于關注特定BIM軟件的使用，迫切需要開展BIM理念、BIM管理和BIM協作等方面的教育。

BIM正快速發展，對BIM的功能要求更復雜，從3D拓展到4D、5D和6D，增加了時間、成本建模和設施管理等功能[2]。受BIM教學軟件、硬件和師資的影響，國外各高校結合自身的資源和優勢，開設了面向不同層次、不同專業的BIM課程。教學內容從基本的數字化圖形和設計，發展到施工項目管理和高層次的BIM設計與案例研究。目前，關于土木建筑類專業中應教授學生哪些知識和技能尚缺乏一致的意見。Sacks和Pikas（2013）通過調查、組織工作坊、分析招聘廣告和深度訪談，構建了能滿足行業要求的BIM教育框架，將BIM教學涵蓋的內容分為3類、39個主題[10]。一般認為，在BIM教學內容安排上應體現層次性，例如，在大學一、二年級，主要學習基礎知識，如基本建模技能、約束條件下的參數化建模和實體建模;在高年級或研究生階段，應專注于將BIM集成到更廣泛的專業實踐中，以建立對BIM支持的建筑施工過程的整體性理解。

（三）BIM教育面臨的挑戰

隨著BIM技術和BIM應用生態系統的快速發展，AEC行業對BIM專業人員的需求與日俱增。盡管大學BIM教育經歷了重大的變化，并取得了明顯的效果[9]，但在人才缺口龐大的背景下，BIM教育面臨的若干挑戰不容忽視。例如，缺乏經驗豐富及掌握最新BIM知識的教師，現有教育工作者不愿意在教學中學習和整合BIM技術，缺乏BIM教學相關資源和基礎設施，缺乏將BIM技術融入現有工程類課程的新思路[11]。協同是實現BIM的最高驅動力[12]，但高等教育在土木建筑類專業的課程設置和模塊內容方面尚不適應這種協同挑戰[13]。

雖然BIM教育仍缺乏有效的手段和方法，但美國、英國等發達國家的高校對土木建筑類專業BIM教育進行了有益探索，對促進BIM教育發揮了重要作用。

二、美英高校BIM教育實踐

（一）BIM教育的層次性

BIM教育涉及教學內容多，教學時間長，需要針對不同層次的教育對象設計不同要求的教學內容，因此，BIM教育的層次性特征比較明顯。Suwal和Singh[11]提出了BIM教育的四層次戰略（表1）。具體到某個專業，BIM教育各有側重，但仍具有層次性的特點。例如，Lee和Yun[14]對建筑施工與管理專業提出了不同層次的BIM課程（表2）。

BIM教育的層次性同時適用于BIM教育的縱向與橫向整合[11]。其中，縱向性指教育程度，如職業水平、本科生水平、研究生水平和達到從事科學研究的水平;橫向性指涉及專業的多學科性和廣度，如建筑學、結構工程、機電水暖、施工管理，等等。然而，在當前土木建筑類專業教育中，BIM教育無論是縱向還是橫向整合仍然不夠成熟。

（二）美國高校BIM課程設置與教學

1.課程設置與目標

在美國，許多學校只在建筑科學、建筑技術、土木工程、建設工程管理等專業中開設1～3門BIM技術課程。美國部分高校BIM課程設置與目標如表3所示。各學校所設置課程中名稱各不相同，有些課程直接以BIM技術或BIM專題命名，有的課程名稱則包含“虛擬”“數字化”“信息技術”“管理創新”等關鍵詞，實質上仍強調BIM技術在建設項目中的應用。在課程教學目標上，一般在低年級安排講授BIM技術的概論性知識，開展BIM基礎軟件教學，例如，工程數字化制圖、基本建模技術;在高年級或研究生階段，則強調BIM技術在項目設計、施工、運營等環節中的綜合應用，包括從3D到6D的BIM工具箱應用，涉及項目規劃設計、施工過程可視化、項目控制（進度、質量、成本、安全等）和信息交換等，強調在多學科協作環境下的BIM技術實現及應用。

2.課程設置形式

美國高校BIM課程設置的形式主要分為兩類：一類是將BIM視為一種突破性技術，在現有課程中增加BIM技術內容，用以改進現有課程內容并借以提升學生學習效果;另一類是將BIM視為新范式，開設BIM課程，以促進基礎課程的變革[15]。對于前一類，不設置專門的BIM課程，而是在傳統課程中引入BIM內容和工具。例如，利用BIM原理和應用技術對工程圖學課程進行重組、改革，將BIM視為土木工程專業設計意圖表達和交流的主要媒介。

在新設BIM課程形式中，將BIM作為專業改革或整體教學策略的核心，專門開發BIM課程。例如，表3中的一些高校專門設置了BIM課程，較為系統地講授BIM技術在項目全壽命周期內的實踐應用。有些學校在新設BIM課程時，還考慮了跨學科協作。例如，賓夕法尼亞大學開發了“BIM工作室”課程，學生為來自建筑學、風景園林、建筑工程、結構工程、機械和照明/電氣工程等專業的本科生和研究生，要求他們運用BIM技術進行數據收集、分析、設計開發、數據協同以及項目演示。該課程在集成環境下培養學生的協作能力，使之對各學科BIM應用有更深入的理解。

3.教學方法

BIM表現為一個協作的過程或過程方法，而非一項技術或設計工具，在BIM教學實踐中，只有通過基于過程和項目的教學才能取得良好的效果。因此，BIM固有的強技術性和實踐性，使傳統的教學方法不能滿足BIM教學目標的實現。一些高校在傳統講授、課堂討論等基礎上，積極引入新的教學方法，如行業專家講座、現場參觀、參與項目實踐、BIM工作坊等（表4）。

協作是實現BIM的重要驅動力[12]，一些高校在BIM教學過程中非常重視團隊協作，以實際項目為基礎開展教學，既能改善教學效果，又能培養學生的協作精神。例如，加利福尼亞大學在可持續設計與施工BIM應用課程中，開展基于項目的教學，學生在校園在建工程中扮演不同的角色進行項目合作，取得了良好的教學效果[16]。

（三） 英國高校BIM課程設置與教學

1.BIM課程學習目標體系

由英國高等教育學會發起的BIM學術論壇在其報告中提出了BIM嵌入高等教育相關專業的建議性教學目標體系[17]。該報告闡述了不同目標層級下BIM教育的三類預期學習效果，即知識與理解、實用技能和可轉移能力，如表5所示。

2.碩士生BIM教育

基于從業人員的專業技能和職業資格要求，大多數BIM學術論壇成員高校開設了BIM碩士教育項目，部分高校BIM教育項目如表6所示。

表6中，除全日制學習外，一些高校還提供了遠程學習方式供學員選擇。其中，遠程學習滿足了一部分有更新職業技能、促進職業發展需求的學員。例如，密德薩斯大學在BIM管理碩士項目中采用了遠程學習模式，適用于全職工作的學員。該項目學習包括三個模塊：第一個模塊側重技術層面的BIM管理，第二個是操作層面的BIM管理，第三個模塊是戰略性BIM管理。三個模塊均提供學術界和行業專家的在線演示支持，并鼓勵學生參與討論。

3.本科生BIM教育

雖然許多英國大學已經開展了BIM碩士學位教育，但本科生項目的BIM教育值得長期投入且效果最為顯著。其內在邏輯在于，BIM適用于建筑物全壽命周期，培養新一代掌握BIM技能并滿足現代工作流程需要的從業者是值得的，而不一定只在研究生層次上進行“專業化”培養。

例如，拉夫堡大學是英國為數不多的在本科教育項目中納入BIM教學的高校之一，在建筑與土木工程學院四個本科專業（即建筑工程與設計管理、土木工程、建設工程管理和商業管理與工料測量等）中嵌入了BIM方面的教學內容[18]。其典型的本科生BIM教育分3個階段，即階段性BIM教學、BIM研討班與視頻輔導和BIM專用模塊建模[19]。

階段性BIM教學在本科四年的教學中均嵌入了BIM內容。第一學年，學生主要學習BIM基本原理和概念，樹立BIM技術意識，熟悉BIM協作性和互操作性問題;第二學年，側重于學習BIM協議（標準）、多學科設計信息的產生、模型的協調和建筑施工信息交流數據集的生成;第三學年，要求學生深入產業生產一線，熟悉行業需求和BIM應用，參與專業實踐，檢驗和調整實際技能，認識BIM應用的機會和障礙;第四學年，要求學生將BIM應用到專業領域（包括論文和設計項目），建構和管理共享數據環境，并獲得BIM建設項目交付的相關知識。

BIM研討班教學階段要求四年級學生參加為期5天的生產一線BIM研討班，旨在提高學生對BIM的認識，檢驗各種教學資源的實用性，評估將要教授的BIM技術。該研討班除了教授BIM必備知識和技能外，還要求學生開展各種討論，如評價和比較BIM軟件、3D模型比較以及使用信息交互數據實現BIM協作等。研討班提供機會讓學生參觀施工現場，與行業專家交流，并參與案例研究

。在研討班結束前，要求參與學生運用所學技能合作建立一幢多層建筑的3D、4D模型。

BIM專用模塊建模教學階段要求學生創建新的BIM專用模塊，以滿足BIM應用的特定需求，這些模塊受課程約束或其獨特性而未被嵌入常規教學。此階段的任務由跨專業的多人團隊合作完成，學生來自建筑工程與設計管理、土木工程、建設工程管理和商業管理與工料測量等專業，同時也鼓勵部分研究生參加。在具體項目中，各小組成員扮演不同角色，實現BIM建模（3D、4D和5D BIM）與協作應用。例如，學生可自由選擇如何創建5D數據，即通過電子表格生成Revit進度，或導出3D模型到CostX或Naviswork實現工料測量。

在課程教學中，通過現場參觀、講授、研討、工作坊及引導性自主學習等多種方式實現BIM教學目標。其中，引導性自主學習在教學學時中占比非常高。例如，在100學時的協同BIM設計項目課程中自主學習占68%;在150學時的3D BIM概念設計課程中自主學習占79%。在課程結束時，以建模、個人匯報、團隊作業匯報等方式評價學生學習成果。

三、美英高校BIM教育的特點

（一）核心思想

現代建筑工程技術、過程的復雜性意味著沒有人能主宰一切，BIM作為一個與生產、交流、分析相關的模型化技術，以一種特殊方式創建、使用和共享全生命周期數據，為工程項目規劃、設計、建造和運行維護過程提供標準化信息模型，可以應對復雜、快速發展項目的同時在降低成本、提供項目可持續性方面發揮較大作用。因此，BIM教育需

強調

土木建筑各學科間的協作，培養學生基本的BIM知識和技能，建構學生對BIM支持的項目全壽命周期建設與運營維護過程的整體性理解，而不拘泥于某個特定BIM軟件（工具）的掌握或運用。

（二）教育主題與課程

BIM技術服務于建設項目全壽命周期，BIM教育將BIM技術與項目交付技術、項目管理和協作等結合，為土木建筑類專業學生建立所需的BIM能力框架。大多數BIM教育工作者認為，學生學習手繪草圖、閱讀和理解圖紙、使用物理模型和學習CAD等仍是學習BIM的前提條件，有助于學生深刻理解建筑物及其構件

的相互聯系。在美英高校的BIM教育過程中，3D、4D、5D甚至nD技術貫穿其中，循序漸進地建構BIM知識和技能的邏輯順序，并涵蓋設計、施工、運維等項目全壽命周期的重要階段。BIM教育中有代表性的主題和內容如表7所示。

在BIM的運用和能力中，可施工性和可視化是目前BIM教育所必需的，BIM設計、能源模擬、基于BIM的協作、基于模型的估計和成本控制以及4D仿真也是重點講授的內容。但是，受教學條件、資源所限，一些教學內容未能在BIM課堂中體現，例如，設備（資產）管理和更新優化是運維階段的事項，在教學實踐中較少涉及。因此，可以根據行業的直接投入和在就業市場上BIM職業道路的基準，結合地方行業發展現狀和學校教學條件，選擇性地安排教學內容，讓學生熟悉BIM應用實踐中的標準和約定，學習和思考現實世界中的挑戰和解決方案。

（三）教育方法

1. 課程設置策略

BIM課程設置是課程改革或整體教學策略的核心，其主要形式為開發專門的BIM課程和面向BIM的課程重組。但是，在土木建筑類專業中，專設BIM課程需要教師適應與BIM相關的新技術、新教學策略，學生將不得不適應不同的學習環境，一些教育工作者擔憂這種變革會對現有課程的根本轉型或重組起反作用[10]。因此，只有少部分學校采用了獨立設置BIM課程的策略，大多數學校則在現有課程基礎上更新、重組。

2. 軟件教學方法

BIM應用中，尚無一種軟件能覆蓋項目全壽命周期的BIM應用，必須根據不同的項目階段采用不同的軟件，因此，BIM軟件的種類非常多。常見的BIM軟件有Revit、Microsoft Project、Navisworks Manage和Vico Office等。在AEC課程中，分步指導（作為講師引導的方法）、閱讀講義和補充材料、學習音頻視頻教程、指導和交互式模擬等已成為軟件教學的主要方法。例如，教師可以在虛擬或現實課堂上分步驟演示軟件的使用方法，再由學生演練或自學，是掌握軟件使用的普遍教學方法。

3. 產業參與

BIM具有很強的實踐性，在BIM教學中僅限于軟件技能的課程并不能讓學生自如應對BIM的實際挑戰，不能有效地向學生傳遞基本的BIM知識，畢業生掌握的BIM專業技能與AEC行業的人才預期之間存在不小的差距，因此，在課程開發和實際課程教學中尋求行業專家的建議和指導非常必要。例如，從行業聘請BIM專業人士做兼職教師，以授課、講座、交互指導、小組討論、實地考察等方式，豐富BIM課程的教學內容和教學模式。

4. 作業

作業是讓學生鞏固BIM知識和技能的重要手段。例如，課程總結、學期論文、獨立作業或團隊作業，利用BIM工具建模及模型分析，與專業人士交流，開展案例研究和現實背景下的BIM行業應用等。

5. 評價

除教師的常規評估外，專業人員評估、同行評估和自我評估方法也已應用于BIM課程中。行業內專業人士的評估，可為BIM課程帶來新的視角，并對學生的可交付成果提出建設性意見，豐富學生的學習體驗。

四、美英高校土木建筑類專業BIM教育的啟示

（1）探索并構建完善的BIM課程體系。在課程設置模式方面，除開設BIM概論性專門課程外，建議在現有土木建筑類專業課程中嵌入BIM工具和內容，改進現有課程內容并提升學生學習效果。課程內容方面，以3D、4D、5D為主線，遵循工程建造過程，漸進式地設計BIM授課內容。

（2）升級BIM教學軟硬件環境。BIM教學涉及項目全壽命周期，各階段用到的軟件多，對運行的硬件環境要求高。因此，高校必須投入必要資金，升級硬件并配置相應的BIM軟件，涵蓋項目設計、建模仿真、虛擬施工及管理、項目運維等各階段，為BIM教學提供有效保障。

（3）強化師資隊伍建設。缺乏經驗豐富的教師是BIM教育面臨的重大挑戰。高校可以采取“走出去、請進來”的策略，強化師資隊伍建設，提高BIM教育效果。一方面，高校要激勵并選派教師赴大型企業或國內外工程現場進行工程實踐，參與BIM應用問題的解決，學習和掌握BIM技術，并用于教學實踐中。另一方面，高校可聘請一批經驗豐富的行業專家作為兼職教師，參與土木建筑類專業課程的BIM教學。

（4）采取多元化教學模式。在教學模式方面，除了課堂講授BIM內容和工具外，可以讓學生閱讀BIM材料、觀看視頻，并以案例、項目組織教學。學生小組討論、交互指導、團隊作業、工作坊、業界講座、實地考察、BIM項目案例研究與分析等，也是提高學生學習BIM知識和提高BIM技能的有效方法。此外，積極組織師生參加BIM技能大賽，以實際工程案例為基礎，模擬實際工作場景，通過以賽促教、以賽促學，進一步提高學生的實踐和創新能力，培養學生團隊協作能力。

（5）推進學校與行業深度合作。在行業內，一些大型設計院、施工單位、項目咨詢公司、房地產企業和建造軟件公司基本上都擁有專門的BIM技術中心和團隊，具備豐富的BIM應用實踐經驗，為學校和行業開展深度合作創造了良好條件。例如，利用產業合作項目，開展合作辦學、訂單培養、技術攻關，共建BIM實踐創新培訓基地、校企BIM研究中心（院）等，豐富BIM教學軟硬件資源，優化BIM課程內容，提高BIM教育水平，培養BIM應用的高素質優秀人才。

五、結語

越來越多的美英高校在AEC專業中融入了BIM教育，大多數高校都制定了漸進式的BIM教育戰略，并明確了BIM教育的階段性目標，在課程內容、教學方式、行業參與、教學評價等方面開展了有益探索，取得了較好的效果。目前，我國高等教育部門正在“中國制造2025”國家戰略背景下積極推進新工科建設，培養未來新興產業和新經濟需要的高素質復合型新工科人才。因此，有必要借鑒BIM教育、培訓的先進理念和方法，加快我國AEC專業中BIM教育和培訓的步伐，以BIM行業應用推進建筑業產業升級，助力建造強國愿景的實現。參考文獻：

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Practice and implication of BIM education for AEC Programs in USA and UK universities

LI Jintao， WANG Shuqiang， LIANG Zhengweiwei

（School of Civil Engineering， Architecture and Environment， Hubei University of Technology， Wuhan 430068， P. R. China）

Abstract：

Building Information Modeling （BIM） technology has become a powerful driving force for the transformation of the construction industry. The effective integration of BIM in engineering education is the key to cultivating the construction industry practitioners. Based on the review of the progress， contents and challenges in BIM education， this study systematically describes the levels， curriculum settings， and teaching methods of BIM education in architecture， engineering， and construction programs in American and British universities， and summarizes their core ideas， topics， courses and methods of BIM education. Domestic colleges and universities should speed up the pace of BIM education in architecture， engineering， and construction programs from all aspects such as BIM curriculum system， software and hardware environment， faculty team， teaching pattern and university-enterprise cooperation.

Key words：

Building Information Modeling （BIM）; architecture， engineering， and construction （AEC） program; teaching practice

（責任編輯 周 沫）