BIM+VR在高職工程造價教學中的應用研究

摘?要：基于BIM+VR虛擬仿真技術，探索高職院校工程造價虛擬教學體系，構建高職院校工程造價專業教育應用平臺；以完全仿真的形式再現建筑施工場景和工藝，展現實體建筑建造過程和各類工程節點，使專業知識教學具象化，提高課程教學和實訓效率，實現理、實、虛教學的完美結合。

關鍵詞：BIM+VR；工程造價；實踐教學

一、概述

建筑信息模型（BIM）是近年來建筑領域發展最有前景的技術，是一種在計算機輔助設計（CAD）等技術基礎上發展起來的多維模型信息集成技術，是對建筑工程物理特征和功能特性信息的數字化承載和可視化表達。BIM作為建筑產業信息化進程的重要思想和技術工具，可以對建設工程項目的設計、建造和運營全過程進行管理和優化，已成為當前高等院校數字化研究領域的重要發展方向。

近年來隨著信息技術的迅猛發展，教育技術領域出現了諸于多媒體、超媒體、虛擬現實、流媒體等多種教學媒體，其中虛擬現實技術（VR）使傳統教學從二維平面變成三維立體交互。VR能夠構建一個虛擬的、境界逼真的教學環境，激發學生的學習興趣和創新意識，啟發學生發揮自己的想象能力［1］，對傳統的教學模式和教學方法產生重大的影響。建筑行業作為傳統行業，在當前以大數據、互聯網、云計算為特征的信息化發展大趨勢下，其信息化發展和技術革新是必然趨勢，高職教育在人才培養體系和各類實踐課程中融入信息化教學手段也是必然要求。當前，眾多的學者和研究機構著眼于BIM和VR技術如何應用到現代化教學，從而改善當前實踐教學中存在的諸多問題，優化現有實踐教學運作機制，提升人才培養質量［2］。廣東科學技術職業學院是“國家示范性骨干高職院校”立項建設單位，建筑工程造價專業作為省重點專業建設群之一，對BIM+VR仿真實踐教學也進行了相關的探索和研究。

二、造價工程實踐教學傳統模式

（一）教學方式落后教學效果差

高職造價工程專業通常設置有建筑工程識圖、建筑施工技術、建筑構造、建筑安裝工程計量與計價等專業課程，傳統的教學模式多以黑板配合多媒體、注重基礎理論知識的講解、以“灌輸式”教學為主，課堂教學模式單調，教學方法比較落后，實踐教學實際占比比較小［3］；另外，高職院校學生對純理論的知識興致和接納程度相對較低，學生被動吸收知識，學習效果不盡如人意。

例如高職院校工程造價專業的核心課程“建筑工程識圖”課程，以培養學生熟練、準確識讀建筑施工圖及其配套文本文件的能力為目的。傳統教學主要通過圖片、幻燈片、視頻等形式給學生傳授知識，內容止步于二維圖紙，部分學生空間思維較弱，對于工程實體也無直觀認知，學生難以將二維施工圖紙的點、線、面等圖元、符號與相對復雜的建筑物實體聯系在一起［4］，在頭腦中通過二維圖紙構造出真實的建筑物模型則更為困難。

（二）實訓條件落后不能滿足實訓需求

建筑類專業實訓場地建設成本高、占地廣，場地內的布置成本高，很多機械布置不完善，實訓內容非常有限。受到科研經費投入限制，除少數骨干院校外其余大多數高職院校對實訓室、實訓設備、教學軟件的資源投入遠遠不足；而校外實訓基地數量及規模有限，或者由于教學實踐環節較短，而實際工程施工工期比較長，建筑工程施工進度與教學進度不能適時匹配；另外考慮到工地安全、出行管理及成本等因素，學生很少有機會到工程現場親身體驗，對工程項目無法形成全面的、真實的認知，無法切實感受工程現場實況。實訓條件的落后狀態不能滿足眾多學生的實踐需求，有待進一步提升改造。

（三）師資水平有待提升

當下建筑行業信息化蓬勃發展，日新月異，而師資隊伍建設逐漸脫節，未能跟上信息化發展步伐。高職院校建筑類專業教師僅少部分具有“雙師”資格，其余多數缺乏建筑行業一線生產、實踐經驗；學校對教師進行培訓多以企業輪崗實訓的模式進行，培訓時間短、輪崗規模也有限，受訓教師通常只接觸工程全過程中的某一階段，仍然缺乏全面的實踐經驗，教學過程中很難做到理論與實踐并重。

三、BIM+VR實踐教學的優勢與挑戰

高職教育工程造價專業BIM+VR實踐教學的探索與研究有助于改善當前實踐教學中存在的諸多問題，優化現有實踐教學運作機制，提升工程造價專業人才培養質量。與傳統教學方式比較，BIM+VR教學方式有著諸多優勢，主要體現在如下幾點：

（一）提升教學效果

BIM+VR教學方式區別于傳統的實踐教學方式，教師不再簡單運用二維圖紙或是多媒體圖片資料來描述比較抽象的圖形和建筑物場；BIM+VR實踐教學憑借虛擬仿真沉浸性、交互性等特點［5］，以逼真、立體的表現形式演示抽象的施工過程和建筑構造，學生無需去工地即可獲得現實的體驗，從而更好地理解和認識建筑實體；同時還有機會探索多樣性選擇及其不同后果，實踐教學的延展性得以充分體現，進而提升教學效果。不同個體學生的知識結構以及理解能力有較大差異，對教師傳遞的信息也有著不同的理解。而利用BIM+VR技術，生成一個逼真的虛擬環境，使學生親自進入空間，產生身臨其境的感覺，學生可以近距離觀察目標建筑，并與設計圖紙進行比對，從而提高對相關專業知識的認知，優化實踐教學效果。

（二）豐富教學資源

當前社會信息技術發展日新月異，教學資源越來越豐富。紙質書籍、多媒體、網絡技術呈現方式相對簡單，信息傳遞為單向傳遞，學生獲取知識的主動性差，學習帶入感不強。通過BIM+VR仿真技術模擬出的虛擬現實，是一種三維動態的教學資源，逼真的學習場景帶給學生多重感官刺激，生動地表達知識要點，有利于激發學生的學習興趣。學生還可以選擇個性化、定制化的學習資源，來適應自己的學習方式。

（三）改變課堂教學形式

BIM+VR融入實踐教學，使得教學過程更加豐富高效。借助BIM+VR虛擬仿真系統，學生可以直接體驗工程構件的組成及工程實體的建造過程。在這一過程中，學生通常不再被動接受知識，而是主動獲取知識、發現問題并進行解答。在模擬項目實訓過程中，學生可以對不同情況下的模擬結果進行對比，從中選擇最優方案；另外，學生也可以對實訓課題進行拓展，進行更深入的工程體驗。同時借助實訓中心信息化平臺，指導教師可以不受時間和空間限制，隨時隨地對學生進行指導。

（四）促進教學改革

傳統的實踐教學以教師課堂講授為主，采用“任務導向型”模式，從布置項目、項目實施、過程指導到成果的提交，各個過程均是在線下完成。而將BIM+VR融入實踐教學，有助于促進實踐教學從傳統方式向混合式教學轉型。實踐教學的項目布置、過程指導、資料獲取以及項目考核等都可以借助互聯網、職教云、智慧校園等信息化教學共享平臺展開。另外，BIM+VR融入實踐教學不再局限于時間和空間，為教師更適時、充分地指導學生提供便利。學生可在實踐教學的基礎上，自主開展學科探索，有助于學生從實踐課程學習拓展提升到第二課堂、學科競賽或自主創新。

然而，作為一種新的教學模式，BIM+VR技術融入課程實踐教學有著諸多優勢，但在實踐應用層面還面臨著許多挑戰：BIM與VR的結合應用在軟硬件技術上有待突破，現有系統在信息傳遞、參數控制、互動體現等方面仍有不足。現階段，BIM+VR的硬件配置水平較低，與學科教育契合度不足，教師進行虛擬仿真實踐教學的資源開發難度大，技術起點高。為了滿足教學需求，需要專業教師和軟件技術人員相互配合，由專業教師對土建類各專業教學內容和知識點進行分析，準確把握教學重點、難點，再由軟件開發人員設計、開發相關的虛擬教學資源。

BIM+VR技術為專業學科教學提供了新的發展方向，利用BIM+VR技術，課堂學習環境別開生面、教學模式推陳出新等。但教師在設計教學過程、學習過程中師生交互、督促學生按時自主完成學習、評價學生學習效果等方面都需要做更深入的研究。

四、BIM+VR虛擬仿真實踐教學體系建設及應用

我校工程造價專業，依托BIM實訓中心的軟硬件基礎，進行相關核心課程的實踐教學體系設計，建設虛擬仿真信息化教學平臺，通過虛擬仿真實踐教學的探索和研究，工程造價專業人才培養質量得到明顯提升。

虛擬仿真實踐教學體系建設采用主流的BIM和VR軟件，應用虛擬仿真技術，再現土木建筑施工場景和工藝流程，展現建筑物主體結構、裝飾裝修、設備安裝等施工工藝和節點細節；教學過程采用全新五大員角色扮演游戲模式，講授施工細節剖切展示、材料器具匯總、項目小結等工程造價專業技能知識。

我們組建了BIM+VR課程教學改革團隊，對歷屆畢業生、相關用人單位、相關院校進行訪談和調研，了解獲取工程造價專業崗位職業能力結構信息，研究行業、企業對工程造價人才的需求，從而分析人才的素質目標和核心技能，商討制定實踐教學組織形式和內容。組織形式和內容包括制定BIM+VR技術與現有實訓課程結合的基本框架，編制課程目標、課程教學大綱及教案，制訂BIM+VR技術實踐教學的實施方案及考評方案。

針對“建筑工程識圖”“建筑施工技術”“建筑構造”“工程造價管理”“建筑安裝工程計量與計價”等工程造價專業核心課程，在實踐課程教學體系設計時，以人才需求為導向，同時在專業實訓、畢業設計、頂崗實習等各大模塊中融入BIM+VR技術，配套完善教學教材，引入“互聯網+教育+建筑”理念，將目前建筑行業的實際情況與教學相結合，以實體建筑為中心載體，最大限度地涵蓋土木建筑工程所有節點；通過節點智能掃描系統新媒介，實訓學習與專業知識節點一一對應；借助虛擬現實技術，使抽象的專業知識學習具象化，猶如身臨其境；同時運用互聯網技術將所有建筑節點知識內容統一儲存在云端后臺，使學生隨時隨地讀取學習建筑結構相關知識，改善專業教學效果，提升實訓效率，實現理、實、虛教學的完美結合。通過虛擬仿真實踐教學的探索和研究，工程造價專業人才培養質量得到明顯提升。

本文以工程造價專業三門核心課程為例探討BIM+VR在課程教學中的應用，如下圖。

BIM+VR在課程教學中的應用圖

（一）建筑工程識圖

工程識圖課程的素質目標為著重培養學生的識圖、圖形算量、計價能力，實踐教學中就針對性選擇不同類型構件的節點大樣進行三維建模，隨后通過VR技術觀察模型，支持學生在虛擬場景中漫游，逼真的視覺效果可以使學生更清楚地了解構件各部分的相關知識，或者通過點擊提示點查看構件信息；模型還可以設置工程計量規則，利用諸如廣聯達的BIM插件，快速生成工程量表。BIM+VR融入課程后，課堂氣氛活躍、生動有趣，極大地激發了學生的學習興趣，提升了實踐教學效果。

（二）建筑施工技術

建筑施工是一種較為復雜的實踐工程，包括土方與地基工程、結構工程、裝飾裝修工程、機電安裝工程等，每一類分部工程還包括多道工序，是一門實踐性和綜合性強的課程。傳統的“建筑施工技術”課程主要通過圖片、PPT講義等形式向學生介紹建筑施工技術，這種形式學生互動較少，很難全面掌握多種建筑施工工藝；另外受實訓場地、安全等條件限制，學生只能進行極少數項目的施工工藝實訓，其他施工知識主要依靠傳統教學方式。在教學中融入BIM＋VR技術，通過BIM模擬各項施工工藝，再通過VR呈現模擬的場景、施工工藝，展示施工技術的每一個重點工程步驟，展示建筑實體的材料和具體構造，使學生有最直觀的感知和理解；還可以通過BIM擬定不同技術方案，進行比較展示，使學生更全面了解多種施工工藝，為后續的工程計量與計價等課程打好堅實的基礎。

（三）工程造價管理

工程造價管理是一門綜合性管理學科，包括建筑技術和管理，本課程的素質目標為培養學生領會、理解建筑工程造價管理的相關基礎理論，掌握建筑工程項目造價的確定原理和控制方法。課程涉及工程項目全過程各階段的造價控制，包括投資決策階段、設計階段、招標投標階段、施工階段，學習難度相對較大；采用傳統的教學方式教學，學生容易產生畏難情緒。在課程中融入BIM+VR技術，可以使學生更全面掌握工程造價管理的多個過程；決策階段融入BIM技術可以對多個投資方案進行綜合比較，選出最優方案，同時可以對整個項目的總體造價進行估算；設計階段融入BIM技術，可直觀生成工程概預算及明細，使工程造價管理更加清晰、明確；施工階段融入BIM+VR技術，對施工過程進行仿真模擬，有助于學生系統了解施工組織，分析施工過程中人員、材料、機械的管控措施，正確處理工程造價和工期、質量的辯證關系。BIM+VR融入工程造價管理課程后，教學以學生為中心，師生互動明顯增加，課堂氣氛活躍，學生變得自主學習、樂于學習，獲得更好的學習體驗。

結語

伴隨著互聯網信息化技術的飛速發展，高職院校作為技術和管理人才培養的重要基地，對新技術的研究和教學應有足夠的前瞻性［6］。BIM技術作為當前建筑產業信息化進程的重要思想和技術工具，也成為高等院校數字化、信息化研究領域的重要發展方向。高職院校應加速開展BIM+VR實踐教學改革，進行技術人才培養的模式創新，讓更多學生學習并運用BIM與VR技術，提高學生實踐能力，培養創新精神，適應我國社會發展對高質量創新型人才的需求。

參考文獻：

［1］王芳，張志強.融合BIM技術的應用型土木工程專業實踐教學平臺的優化與應用［J］.高等建筑教育，2016，25（1）：155157.

［2］齊寶庫，薛紅，張陽.建筑類高校BIM高端人才培養的瓶頸與對策［J］.中國建設教育，2014（1）：3033.

［3］李重，于淼.BIM+VR模式在高職建筑類專業教學中的應用［J］.河南農業，2019（18）：2931.

［4］陸海燕，鮑文博，王海軍，等，基于BIM與VR技術在土木工程CAD教學模式實踐探討［J］.土木建筑工程信息技術，2017，9（04）：6266.

［5］尹龍，張莉，趙莉.虛擬仿真技術與創新創業教育深度融合研究［J］.實驗技術與管理，2018，35（4）：118120+125.

［6］曹雙寅，蔣永生.國內17所高校建筑工程類專業設置及培養方案的現狀與建議［J］.高等建筑教育，1998（02）：1012.

基金項目：廣東省高等教育科學研究項目（項目編號：2021GXJK657）

作者簡介：張艷芬（1980—?），女，漢族，河北衡水人，研究生，講師，研究方向：工程造價管理、BIM技術。