“1+X”課證融通的建筑設備專業BIM 應用能力培養研究

喬曉剛

（浙江建設職業技術學院 建筑設備學院，杭州 311231）

2019 年，國務院印發了《國家職業教育改革實施方案的通知》（國發〔2019〕4 號），通知要求在職業院校、應用型本科高校啟動“學歷證書+若干職業技能等級證書”制度試點（即“1+X”證書制度試點）工作，建筑信息模型（BIM）職業技能成為首批試點領域之一。建筑信息模型（BIM）技術是將工程項目在全壽命周期不同階段的工程信息、過程信息和資源綜合于三維數字模型，由參與工程的各單位共建和共享，為各專業的工程設計和施工提供相互支持和協調，使各過程、各專業協同工作，保障工程按時完成。建筑信息模型（BIM）技術的普及應用正在改變傳統的建筑行業，成為我國建筑業轉型升級的重要推手。BIM 技術主要解決水、暖、電、通風與空調系統等的碰撞，優化管線設計、布置，深化設計圖紙，為設備及管線預留合理的安裝及操作空間，此外也應用于施工管理、預制構件加工與安裝和工程量統計。應用BIM技術可穩固，提升工程質量。

各校BIM 相關課程設置應滿足行業所需BIM 人才所需，應包含國內外的BIM 技術發展趨勢，并對原課程進行梳理，以建立優化的BIM 課程體系。各專業應考慮將自己專業知識和BIM 知識點進行系統的規劃和有機整合，分析貫穿工程設計、施工、管理和運維的全生命周期中涉及的工作任務和教學目標，通過開設BIM 課程或者將BIM 技術融入到相應的專業基礎課程或職業技能課程中，實現培養具備BIM 技術應用能力的高素質技術技能型人才目標。然而，建筑行業中必不可少的機電安裝專業在BIM 技術教育方面相對滯后，僅在單獨課程中融入BIM 內容，并未形成完整的課程體系。

因此，研究如何將BIM 技術有關內容融入建筑設備專業人才培養體系，將“1+X”證書必備知識融入專業課程體系，可以快速提高學生BIM 技術應用能力，有助于進一步提升專業方面的綜合素質，解決現有校內專業教育中BIM 技術教學與專業課程教學“兩張皮”的問題。

一、BIM 技術目前主要的應用范圍

設計院和專業建模公司是BIM 各類技術需求中范圍最廣的一類企業。這類企業使用BIM 技術的原因主要有兩方面，一是業主要求，二是設計院擬通過BIM 技術提高設計效率。設計類企業通常使用BIM 技術進行場地分析、建筑策劃和方案論證等，可以進一步完善施工圖設計，主要利用BIM 技術進行建模、輸入模型各類信息和建立參數化族庫等，完成BIM 模型的創建后，利用BIM 模型進行節能分析、圖紙繪制和管線綜合檢查等。

施工企業使用BIM 模型的工程量、工序和工藝等工程信息資料，進行工程量、施工材料、施工人員、施工機械、資金及管理文件等方面的精細化管理，從而全面達到施工招投標、采購施工進度、施工質量和施工成本的管控。

運營維護企業使用BIM 技術可以對設施設備等進行有效管理。比如，利用三維可視化功能，實現設施和設備的搜索與定位，并可以查詢設備的安裝、保養、維修和更換等各類信息。如果將BIM 技術與物聯網技術結合，可以更直觀地對建筑物設施和設備運行狀態、實時能耗和累計能耗等進行監測與分析，也可以直觀地演示事故緊急處理預案。

二、BIM 技術人員的能力要求

現階段對BIM 技術專業人員存在相當大的需求缺口，從目前多數招聘網站對需求BIM 技術人員的技術多為要求有2～3 年BIM 相關工作經驗，更有部分崗位沒有必須要求應聘者有土木建筑或安裝工程類的學習或工作經歷。從這方面可以顯示出目前對BIM 技術相關人員需求量大，但人才十分緊缺；部分企業僅要求熟練應用BIM 相關軟件即可上崗，對土木建筑或安裝專業知識不作要求。根據對部分企業的走訪調查發現，在企業中，即使是具備相關軟件操作能力的工程師，也存在不少欠缺工程實務相關能力的問題，以致于難以發揮出BIM 技術的最大功效，對于BIM 產業的深度應用也形成較大阻礙。

“1+X”證書中的BIM 證書，分初級、中級和高級三類。分別為BIM 建模、BIM 專業應用和BIM 綜合應用與管理。初級要求掌握BIM 軟件操作和基本BIM 建模方法；中級要求結合專業，應用BIM 知識與技能的能力。高級要求掌握包括組織編制和控制BIM 技術應用實施規劃、綜合組織BIM 技術多專業協同工作、BIM 模型及數據的質量控制及多種BIM 軟件集成應用等能力，并檢查被考評者對BIM 技術前沿和未來應用及潛在價值的認識能力。

在BIM 建模的過程中，對設計方案和工程圖紙的理解，以及工程師自身具備的工程專業知識與能力，是決定能否準確判斷圖面正確性，又能否確保模型正確性的必要條件；BIM 技術的許多功能應用，是在熟練掌握BIM 技術應用后，為更高效率、更低成本地設計、施工時，才會體現出BIM 技術的用途與價值。因此，BIM 專業人才應該具備較強的工程專業知識與能力。工程專業知識與能力是指有扎實的理論基礎和參與工程實際的經驗，并具有解決應用問題的能力。

三、培養BIM 應用能力的課程體系改革

在建筑設備專業常規課程體系中，可以進行BIM相關技術學習的課程只有建筑BIM 模型和安裝BIM 技術兩門課程。但是對BIM 技術人員的能力要求，不僅僅是一兩門課程學習的軟件操作，而是以BIM 技術應用為輔助的專業知識體系應用。所以，既要培養學生專業能力還要培養學生的BIM 應用能力，兩者相輔相成，逐步融合，將BIM 能力培養貫穿于專業教育，循序漸進，加強學生運用所學知識分析問題和解決實際問題的能力。融合BIM 技術應用能力的主要專業課程見表1。通過改革設計的課程體系，可以提高學生有關BIM 綜合應用的能力，也進一步提高了學生的專業綜合能力，主要體現在以下幾方面。

表1 融合BIM 技術應用能力的主要專業課程

1.提高三維空間的識圖能力。三維空間的識圖能力是BIM 應用最基本的能力要求，不論是建模工程師還是BIM 應用工程師都需要具備。因此，培養學生的三維空間想象力是建筑機電安裝類識圖教學的主要任務之一，也是教學難點之一。在建筑設備專業課程體系中，將建筑概論與識圖、建筑給排水、制冷與空調工程技術、通風工程、供熱工程和建筑電氣等課程學到的專業知識，在要求學生看懂建筑機電安裝圖紙的基礎上，要求學生依據二維CAD 圖紙和相關規范，利用Revit 軟件做出有關課程中的設備、管線等。學生通過Revit 軟件翻樣制作三維模型，可以更直觀地看到設備與管線之間的空間關系，通過不同的視覺效果加強學生的感性認識，幫助其建立三維空間觀念。在三維識圖清楚的情況下，反過來可以更好地理解專業知識，極大地提高了學生的學習興趣，減少了對三維識圖的陌生與恐懼，最終提高了專業各門專業課程的學習效果。

2.提高空間規劃能力?？臻g規劃包含兩部分內容，一部分是機電安裝工程施工時，擬建項目組織施工的主要活動區域的臨時平面和空間的布置；另一部分是建筑機電管線排列布置與施工順序。學生通過管道施工技術與資料管理、安裝工程施工組織與管理等相關課程，學習對工程施工區域所有空間進行整體統籌和安排，對人員、材料和機械等要素進行有效組合和調配；通過BIM有關軟件將區域布置、施工過程直觀表示，掌握在建筑機電安裝工程施工和設計過程中，各專業管線標高的協調，局部碰撞的解決，在施工前及時發現問題，并確定優化修改方案。

3.提高施工管理能力。通過管道施工技術與資料管理、安裝工程施工組織等相關課程，使學生掌握在機電安裝施工過程中，施工管理人員針對施工內容、對施工場地、施工材料、施工機械、施工人員和施工方法作適當且有效的配置，以減少專業作業間時間和空間的沖突。在機電安裝施工之前，利用BIM 模型，根據機電安裝工程的承包模式和機電安裝要求謀劃安裝管理方式，理順機電安裝施工管理過程中各類問題，考慮解決問題的方案并尋找優化措施，避免機電安裝施工管理受到外在因素干擾，保證機電安裝工程管理的效果，確保施工管理措施在機電安裝過程中發揮最大作用。

4.提高施工協調能力。通常大型工程具有工程量大、技術復雜和參與方多的特點。在施工過程有建設單位、設計單位、監理單位和施工單位等參與單位，施工總包單位通常將專業工程分包給很多施工單位。施工過程是各施工參與單位相互信任和相互合作的過程。施工各參與單位之間如果沒有良好的溝通和協調，各施工工序和相關專業的交叉配合與協調不到位，很容易出現結合部位的返工，直接影響工程的進度、質量和成本。建筑設備專業學生在學習管道施工技術與資料管理、安裝工程施工組織等相關課程中，運用Navisworks 軟件在原三維模型基礎上，增加時間軸，制訂機電安裝工程四維施工進度計劃，使得在實際施工前，施工計劃可以超前可視化的展示。能夠應用BIM 的施工模型，對工程各參與方、各專業的進度計劃進行整合管理，全面、動態地掌握工程進度、資源需求以及供貨商生產及配送狀況，找到施工和資源配置中的沖突點，做到事前解決，以確保工期目標的達成。

5.提高資金計劃編制能力。在安裝工程計價和建設工程造價管理課程中，學生運用三維算量計價軟件，在前段銜接課程建立的BIM 模型基礎上，再增加成本模型的概念，將模型中各類建筑材料、施工工藝和施工部位等進行賦值。五維機電安裝施工仿真。輸入單位構件成本，匯總形成帶時間軸的資金使用需求，使得資金使用計劃編制更合理、更貼合實際，從而達到良好的資金使用效率。

6.提高風險評估能力。在安裝工程施工組織、建設工程造價管理課程中，引入BIM，對施工組織實施、施工方案和施工材料的使用和庫存等都做到精準，可以做到事前關注，從而降低技術和成本風險。

四、教學實施

建筑設備專業BIM 應用能力提升依靠完整的課程教學體系，自2018 年將BIM 綜合應用能力、“1+X”證書考核內容融于專業課程體系各門課程，以機電安裝專業知識體系為基礎，以機電安裝BIM 技術綜合應用的需求能力為目標點，強化BIM 軟件操作能力。人才培養方案課程體系中BIM 方面的能力以“專業基本能力—專業BIM 建模能力—BIM 綜合應用能力”三步階梯作為建筑設備BIM 方向能力培養路徑，將BIM 課程內容模塊化后融入原有教學體系。

在課程體系中，各專業課教師不僅教授學生學習專業相關知識，而且引導學生從相關課程中深入理解和掌握BIM 技術應用。通過不同課程的學習任務完成從BIM 軟件設置模板、創建標高軸網、創建設備族、布置設備和繪制風管水管，到模型進階利用的工程量計算、碰撞檢查和管線綜合優化，施工進度模擬、竣工模型整合和運行維護等BIM 技術的全過程應用。要求學生在學習過程中根據課程情形做到設計員、施工管理員、建設單位管理員和設備運維員之間進行角色轉換，盡可能地利用角色職責，最大化地調動學生學習積極性。在大三的頂崗實習階段，通過貼近學生的工程實例加強學生在實際項目中使用BIM 技術，使學生可以更深入和更熟練地進行BIM 應用。遇到難題，通過校內外指導老師給予指導，使學生根據實習崗位的不同，最終完成實際項目不同方向的BIM 技術應用。建筑設備專業2018 級學生為首批進行BIM 方面人才培養方案改革的年級，2019 級學生又進一步細化了專業課與BIM 方面的結合點。2018 和2019 級學生的BIM 應用能力得到較大地提高，報考“1+X”證書通過率分別為56.5%和81.2%?！?+X”BIM 證書通過率，如圖1 所示。較2017 級有了大幅度提升，顯示出專業課程融入BIM 技術的成效。

圖1 “1+X”BIM 證書通過率

在提高學生BIM 技術應用能力的同時，通過課程互融，學生對專業課程的理解和掌握程度也加深。課程體系改革后，建筑設備專業學生期末主要核心課程的優秀率、良好率之和大幅度提高。2017 級學生這五門核心課程優良率為26%～42%，2018 級實行課改后，優良率達到42%～62%，2019 級的優良率更提高到44%～66%，三屆學生核心課程優良率，如圖2 所示。同時，不及格率也在降低，2017 級五門課程的不及格率為6%～12%，課程體系改革后，2018 級不及格率降為2%～6%，到2019級時，只有個別學生的個別課程期末成績不及格，如圖3 所示。學生成績提升后，企業對學生的滿意度相應提高，2018 級畢業生就業率達到100%。2021 年9 月開始實習的2019 級實習學生在2021 年5 月份基本被實習單位搶訂，雙方早早簽訂了實習協議。

圖2 核心課程優良率

圖3 核心課程不合格率

將BIM 技術模塊化融入各專業課程中，就要求涉及到有關課程的專業教師也必須提升自身BIM 技術相關的應用能力。因此，必須要為教師提供繼續教育或BIM 技術培訓的機會，使專業相關課程教學更好適應BIM 學習需求和行業發展。深度的產教融合可以建立學校與社會實際的專業聯系，有更多的機會讓教師和學生了解BIM 技術信息，從而提高BIM 教學質量。

五、結束語

BIM 技術不僅限于建成BIM 模型，更重要的是模型在設計、施工和運維等項目全過程的數字化應用。因此在建筑設備專業人才培養方案中將BIM 技術模塊化融于各門專業課程中，尤其提高BIM 實踐教學效果是打好BIM 綜合應用能力基礎的重中之重，BIM 綜合應用能力的提高也會提高有關專業課程的學習效果?？既　?+X”BIM 證書最恰當的措施就是將證書要求的必備能力融于人才培養方案中。初步能力，主要是BIM 技術理論和專業技術基礎的掌握；待學生具備BIM 初步建模能力后，結合專業課程知識，開展實際工程的BIM 技術綜合應用，比如進行利用BIM 技術的碰撞檢查、進度模擬和工程量計算等工程協同能力。