基于BIM技術的土木工程專業人才知識體系的構建
——以安徽工程大學為例

曹 兵 楊 麗 楊一振 徐達奇

(安徽工程大學 建筑工程學院，安徽 蕪湖 241000)

“十三五規劃”指出我國要進一步加快新型城鎮化建設步伐，中央在此背景下再次重申要加強發展“住宅產業化”，即住宅采用工業化預制部件裝配而成。國務院也指出要大力發展裝配式建筑并發布了指導意見，意味著未來建筑行業發展的方向是裝配式建筑。發展裝配式建筑是建筑建造方式的重大變革，有利于促進建筑業與信息化工業化深度融合[1]。近年來，我國也在不斷探索裝配式建筑發展與應用，裝配式建筑是各土建專業的集成，需要從全產業鏈的角度去統籌考慮設計、生產、運輸、施工、安裝、維護，需要各專業之間協同工作，但目前我國裝配式建筑基本處于發展的初級階段，主要面臨著標準化不足、信息化不足、專業化不足等問題。裝配式建筑的核心在于“集成”，實現“集成”的關鍵在于信息協同。BIM技術的出現為建筑產業的轉型升級提供了堅實的技術支撐，能夠真正實現建筑工業化與信息化的深度融合。BIM技術能夠為裝配式建筑提供最佳的協同設計與信息管理平臺，并通過項目信息整合實現實時的三維協調設計、生產、施工、運維等全生命周期的控制與管理，減少傳統設計易出現的錯、漏、碰、缺等問題，大大提高了設計、生產及施工效率，有效促進裝配式建筑的集約式發展[2]。因此，培養掌握BIM技術的高素質土木工程專業人才對推動裝配式建筑的發展與應用具有重要的作用和意義。為了適應建筑行業的發展，國內開設土木工程專業的部分高校也積極開展了專業教學改革和探索，加強培養掌握BIM技術的土木工程專業人才[3]。以培養具有創新、創業和實踐能力的應用型人才為培養目標的安徽工程大學土木工程專業，在培養掌握BIM技術的土木工程專業人才方面必須搶抓機遇。目前，安徽工程大學土木工程專業具有建筑工程和城市地下空間工程兩個方向，要想培養真正掌握BIM技術的土木工程專業人才，必須要構建完整的基于BIM技術的土木工程專業人才知識體系，筆者在梳理了BIM技術在土木行業應用情況的基礎上，對土木工程專業人才的培養提出了一些改革思路和進行了一些嘗試，將BIM 技術融入土木工程專業建筑工程方向和城市地下空間方向的課程體系當中，加強BIM技術人才培養。

一、BIM技術在土木行業應用情況介紹

BIM(Building Information Model)即為建筑信息模型，是基于計算機技術和信息技術融合而成的建筑信息應用技術，其核心為存放工程幾何、非幾何數據的唯一數據庫，工程規劃、設計、施工、管理等人員都能從該數據庫中獲取所需數據，同時，以三維模式直觀表達建筑工程項目，為工程項目全生命周期提供可信賴協同和信息共享資源[2]。BIM技術具有多維化、集成化、可視化、協同性、模擬性等特點，現已廣泛應用于土木工程各領域，可謂建筑行業的二次革命[3]。以下簡要介紹BIM技術目前在土木工程各領域的應用情況。徐義洪等將BIM技術應用于工程進度、成本工程和質量管理中，BIM平臺可有效提高施工進度、減少工程材料資源浪費和節約工程成本[4]。陳旭元等將BIM技術應用于超高層建筑機電安裝工程中，采用BIM進行虛擬建模和機電管線綜合優化分析，有效提升了機電安裝水平、保證質量和節約成本[5]。歐佳佳等將BIM技術應用于公路工程的設計階段，有效提高了設計質量和效率[6]。李張斌將BIM技術應用于軌道交通工程設計中，BIM技術對軌道交通的質量化發展具有重要意義[7]。卞友艷將BIM技術應用于滬通鐵路站場路基設計中，探索出了站場路基多專業協同設計的解決方案[8]。陳辰將BIM技術應用于建筑電氣設計中，有效提高了建筑電氣系統的整體質量和水平[9]。李軒等將BIM技術應用于上海吳淞口國際郵輪碼頭船舶交通管理中心項目的管理中，主要對該項目的設計、施工進行了輔助管理，有效提高了項目管理效率和降低了項目成本[10]。楊建峰等將BIM技術應用于水利工程運維管理中，有效解決了工作效率低下、維修養護難等問題[11]。周寧等將BIM技術應用于蘇州萬潤財富中心建筑全生命周期中，BIM技術對該項目方案設計、施工圖優化、工程進度控制、項目運營管理等環節中均發揮了不可估量的作用和價值[12]。程希奇等將BIM技術應用于襄陽東站幕墻項目的設計與施工階段中，有效提升了幕墻的設計與施工水平，解決了設計外觀效果與施工技術難題[13]。林懿等將BIM技術應用于住宅建筑設計中，利用BIM技術對空間規劃、前期模擬、動態控制、節能與能源利用、設備選型與管道敷設、模型構件制作等設計環節進行了優化[14]。趙偉佳等將BIM技術應用于湖北省科技館新館建設項目的設計與施工階段中，有效解決了大空間聲學問題和提高了施工生產效率[15]。嚴同博將BIM技術應用于裝配式鋼筋混凝土建筑中，采用BIM技術能夠有效提高項目質量和縮短項目工期[16]。楊威等將BIM技術應用于清華園隧道施工管理中，有效解決了隧道地質復雜、接觸面多、風險大和環境保護要求高等施工管理難題，有效提升了隧道施工數字化、信息化與精益化管理水平[17]。孫艷崇將BIM技術應用于基坑監測項目中，直觀展現了項目安全狀態全貌，有效加強了基坑施工安全性[18]。趙亞寧等將BIM技術應用于高鐵連續梁施工應力監控方案設計中，直觀展示了監測儀器布設和輔助決策線纜排布，有效提升了施工監控的效率[19]。除了上述實際工程外，上海中心大廈、北京水立方工程、上海浦東國際機場T1 航站樓、上海金虹橋國際中心、墨爾本Eureka大廈等大型工程中也均采用了BIM技術。BIM技術作為土木工程領域一項新型的信息技術手段，未來還必將有更廣泛地應用，也必將成為我國工程項目全生命周期中規劃、設計、施工、運營維護、管理的主要趨勢和方向。尤其是對于裝配式建筑而言，各專業設計人員可以通過專業軟件對BIM數據庫中的建筑信息模型進行設計、計算、修改等操作，同時可被其他設計人員使用和共享，進而把裝配式建筑標準、設計、施工、運營維護等作為統一整體，使裝配式建筑全生命周期中的建筑信息變得有序，實現真正的協同化設計新模式，最終實現裝配式建筑的高效協同工作，為了適應社會的發展，作為土木工程專業的學生也必須要掌握BIM技術。

二、基于BIM技術的土木工程專業人才知識體系的構建

構建一套完整的基于BIM技術的土木工程專業人才知識體系是讓學生扎實掌握BIM技術的前提。筆者認為架構系統性的BIM課程體系是構建基于BIM技術的土木工程專業人才知識體系的重要切入點。對于BIM課程體系的架構主要包含理論課程和實踐課程兩個方面。在BIM課程體系的架構過程中，既要重視BIM基礎理論知識及相關軟件的學習，還要進一步將BIM技術與專業課程融合，建立不同類型的BIM工程案例。通過設置科學合理的BIM課程體系，循序漸進，讓學生真正受到理論知識與實踐能力相結合的強化訓練，使學生對自身專業中所涉及的BIM技術知識和操作技能達到更深層次的掌握，最終成為真正掌握BIM技術的專業性人才。

基于上述分析，筆者擬對目前的土木工程專業人才培養課程體系進行適當調整，將BIM技術充分融入到土木工程專業應用型人才培養的過程中，主要體現在以下幾個方面：

1.新開設BIM課程

在理論課程中可新開設《BIM技術基礎》《BIM技術應用》等理論課程。在《BIM技術基礎》課程中主要講授BIM的基本概念、信息模型、協同技術、集成技術、可視化及模擬技術等理論知識。在《BIM技術應用》課程中主要通過實際工程案例講授支持BIM的各類專業軟件在建筑工程方向和城市地下空間方向中的具體應用，例如，Revit 設計軟件、AECOsim Building Designer 軟件、廣聯達系列軟件、Tekla Structures鋼結構軟件、品茗系列軟件等。通過上述新開設BIM課程的教學，首先，讓學生真正理解BIM是一種多維數據信息模型，具有3D、4D、5D和nD功能；是一種協同工作過程，覆蓋工程的全生命周期過程；是一種信息模型集成工具，能實現不同專業不同階段信息的交換和共享；是一種可視化設計和模擬分析技術，可清晰分析不同階段可能出現的問題。其次，讓學生深刻理解BIM技術和傳統CAD技術的主要區別。

2.在現有課程中引入BIM技術

現有的土木工程專業課程體系中主要涉及到工程基礎課、專業基礎課、專業課、專業方向課四大類課程。在工程基礎課中，如工程制圖、土木工程CAD等課程均可引入BIM技術，通過BIM技術建立三維模型，讓學生直觀地理解結構各構件之間的空間位置關系，尤其對一些復雜結構，僅通過點、線、面等幾何元素表達學生不易理解，引入BIM技術能夠更好地培養學生的空間思維能力。在專業基礎課中，如混凝土結構設計原理、鋼結構設計原理等課程均可引入BIM技術，通過BIM技術建立梁、柱及節點等三維模型，讓學生充分認識和了解不同類型構件的構造。在專業課中，如工程管理、工程造價等課程均可引入BIM技術，可采用BIM模型進行工程成本、進度、質量等管理以及工程量計算和預算。在專業方向課中，如建筑工程施工、地下工程施工等課程均可引入BIM技術，通過BIM對工程施工過程進行模擬，讓學生更直觀地理解工程實際施工過程。在現有課程中引入BIM技術能夠有效調動學生聽課的積極性，提高課堂教學的質量和效果。

3.設置BIM實踐環節

學生除了掌握BIM理論知識外，還需要具備創新、實踐和團隊協作能力。因此，在理論課程基礎上設置BIM實踐環節顯得尤為重要。首先，可在課程設計、實習、綜合創新實驗訓練等實踐課程中要求學生在課余時間進入BIM實訓中心進行網絡建模學習；同時在實習、畢業設計環節要求學生進入校外BIM實踐基地進行實踐學習。其次，在校內舉辦BIM技術應用大賽，要求學生根據自己的興趣組成BIM團隊，并充分利用課余時間進行BIM相關軟件學習，同時鼓勵學生組隊參加更高級別的BIM技術應用大賽，如高校建筑信息模型應用大賽、高效BIM算量大賽、BIM畢業設計大賽等。設置BIM實踐環節能夠有效提升學生自主學習的動力，同時能夠有效提高學生創新、實踐和團隊協作能力。

4.增設BIM方向畢業設計

目前，土木工程專業畢業設計與實際工程聯系還不夠緊密，增設BIM方向的畢業設計能夠有效改變這種現狀。對于BIM方向畢業設計以實際工程為選題，學生根據自己的興趣可聯合其他土建類專業學生組成團隊，將畢業設計分為3個模塊，主要為設計模塊、施工模塊和招標模塊，每個模塊1名學生和1個指導教師。在設計模塊，學生根據工程資料利用Revit設計軟件進行建筑、結構模型建模、分析及碰撞檢測等任務，并對各專業間協調設計進行優化，最后導出建筑、結構施工圖；在施工模塊，學生通過Revit設計軟件建立施工場地，同時采用Fuzor、Navisworks等軟件制作出模擬施工的動畫，并利用BIM平臺編制施工方案、編制材料采購計劃、管理項目施工進度等；在招標模塊，學生采用BIM建立5D模型，并對工程量進行分析和統計，編制工程預算清單和招標文件。增設BIM方向畢業設計不僅可有效提高學生的綜合實踐能力，還能夠為后續從事BIM技術相關工作奠定基礎。

三、基于BIM技術的土木工程專業人才知識體系實施保障措施

在土木工程專業人才培養過程中，如何順利實施所構建的知識體系是BIM專業技術人才培養必須思考的關鍵問題。筆者認為，教師水平、實踐平臺、管理制度等是影響基于BIM技術的土木工程專業人才知識體系順利實施的重要因素。因此，為了保障基于BIM技術的土木工程專業人才知識體系的順利實施，必須在師資力量、實踐平臺、管理制度等方面進一步加強建設。

1.師資力量

教師水平將直接影響課程的課堂教學質量，因此，需要培養專業的BIM教學團隊。主要采取自我培養和外聘兩種方式來進一步提高師資水平，其中自我培養主要以培訓、交流、自主學習等相互結合方式；外聘主要是直接聘任行業BIM技術專家直接擔任BIM相關課程或實踐環節指導教師。根據實際教學情況，適時邀請BIM技術專業人員前來進行BIM示范授課，同時利用假期時間，對專業教師進行集中培訓，培訓內容循序漸進，主要分為BIM工具級初級培訓、BIM項目實戰級培訓、BIM綜合應用和教育實踐培訓三個層次，具體培訓內容如表1所示。通過示范授課和培訓，首先，讓教師掌握BIM課程的授課技巧；其次，讓教師學習BIM軟件Revit、Naviswork等基礎操作，可以自主完成軟件操作，并用軟件作出相應功能，且能夠獨立完成基礎級教學環節；最后，以實際項目為載體，讓教師學習BIM軟件高級應用，掌握高級建模方法以及模型應用，能夠完成課程教學環節。除了培訓外，還可選派BIM教學團隊教師參加與BIM技術相關的交流會議，可就BIM技術問題進行交流溝通。

表1 BIM師資培訓內容

2.實踐平臺

實踐平臺是學生學習和應用BIM技術必不可少的條件，也是BIM教學與實踐環節順利實施的重要保障。學院與杭州品茗公司加強合作，在逐級梳理了工程項目各階段BIM應用價值點和充分結合相關課程內容的基礎上專門建立了校內BIM協同創新中心和校外BIM實踐基地。圖1為工程項目各階段BIM應用價值點示意圖。目前，BIM協同創新中心主要分為BIM特色教學區、VR體驗區、無人機展示+3D打印區三大功能區。在BIM特色教學區，配備全套人才培養需要的BIM相關軟件，在相關課程中可直接引入BIM信息化技術；在課程設計和畢業設計階段，以項目案例為貫穿，訓練BIM的綜合應用能力。通過BIM技術的遞進式培養，使建筑信息化人才培養有效落地。在VR體驗區，通過建立虛擬環境，學生可直接利用3D眼鏡和手柄可以操控虛擬世界中的各結構構件，讓學生直接觀看工程各個部位的結構造型、構件連接方式、施工工藝等，并可交互虛擬操作參與真實的建造過程。在無人機展示+3D打印區，通過借助高精度的無人機設備，與現在BIM技術相結合，將無人機航拍的現場情況實時傳回，實現全方位、智能化、精細化掃描地形，通過品茗BIM三維策劃軟件進行三維模型的合成，從而可以在電腦上以最真實的數據和成像效果進行展示和應用，極大的降低了地形測量的精度不夠，耗費大量資源的情況，使用BIM+無人機的技術，可以讓學生不受場地限制的進行場地勘察。

圖1 工程項目各階段BIM應用價值點示意圖

3.管理制度

為了保障BIM教學團隊、BIM協同創新中心在土木工程專業人才培養過程中充分發揮作用，學院也建立了一套管理制度，主要包括BIM師資管理、實踐平臺管理、教學質量管理等制度。在BIM師資管理方面，建立了系列的激勵政策，如積極鼓勵教師指導學生參加BIM相關學科競賽，同等條件下教師培訓、職稱晉升等優先考慮，通過系列激勵政策，充分發揮教師在BIM相關教學與實踐環節中的引領作用。在實踐平臺管理方面，首先，建立了實踐平臺預約開放管理政策，除學生個人學習外，不同專業的學生也可以組隊進入BIM協同創新中心進行團隊實踐，為學生進行自主實踐探索提供保障；其次，建立了基于BIM協同創新中心的創新科研項目開放申報政策，通過項目立項激發教師和學生開展信息化研究的興趣。在教學質量管理方面，進一步加大了實踐教學質量監控和反饋力度，適時安排教學督導聽課，學生及時反饋教師教學及學生學習過程中存在的問題，教師持續改進以保證教學質量，已形成了“評價—反饋—改進”的教學質量持續改進體系。

四、結語

隨著建筑信息化技術的快速發展，我國的建筑產業也在不斷尋求轉型升級，建筑產業結構不斷向綠色建筑和智能建筑發展，BIM技術為建筑產業的轉型升級提供了機遇，建筑產業對掌握BIM技術的專業人才需求日益增加，傳統的人才培養模式已無法滿足社會的需求。安徽工程大學土木工程專業積極調整人才培養模式，構建了基于BIM技術的土木工程專業人才知識體系，加大基于BIM技術的土木工程專業信息化人才培養力度；同時，為了保障基于BIM技術的土木工程專業人才知識體系順利實施，在師資力量、實踐平臺、管理制度等方面建立了系列保障措施，充分保障了基于BIM技術的土木工程專業信息化人才培養有效落地。在后續土木工程專業人才培養過程中，繼續推進專業信息化建設。