BIM技術(shù)在消防工程專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用探索

王躍琴

（中國(guó)人民警察大學(xué) 防火工程學(xué)院，河北 廊坊 065000）

引言

BIM技術(shù)即建筑信息模型技術(shù)，集成了建筑工程項(xiàng)目各種相關(guān)信息，是對(duì)工程項(xiàng)目實(shí)體與功能特性的數(shù)字化表達(dá)，其完善的信息模型能夠連接建筑項(xiàng)目生命期不同階段的數(shù)據(jù)、過(guò)程和資源，可廣泛應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)、施工建造、運(yùn)營(yíng)管理的各個(gè)階段。在消防領(lǐng)域，BIM技術(shù)可用于建筑消防設(shè)計(jì)及審查、消防施工及驗(yàn)收、消防設(shè)施運(yùn)維管理、消防預(yù)案制定、救援指揮等過(guò)程［1］。目前國(guó)內(nèi)已有不少建設(shè)項(xiàng)目嘗試在建筑工程領(lǐng)域利用BIM技術(shù)協(xié)助進(jìn)行消防設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營(yíng)維護(hù)。在國(guó)家新工科建設(shè)和行業(yè)智慧消防建設(shè)背景下，將BIM技術(shù)運(yùn)用于消防工程專業(yè)教學(xué)對(duì)培養(yǎng)掌握行業(yè)新技術(shù)的復(fù)合型人才具有重要作用。

一、消防工程專業(yè)課程設(shè)置情況

以中國(guó)人民警察大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱警察大學(xué)）消防工程專業(yè)為例，該專業(yè)以培養(yǎng)從事消防科學(xué)技術(shù)研究、建設(shè)工程消防設(shè)計(jì)審查驗(yàn)收、消防技術(shù)咨詢與評(píng)估、消防設(shè)施檢測(cè)維保、消防安全管理等工作的高素質(zhì)專業(yè)技術(shù)人才為目標(biāo)。該專業(yè)核心課程主要包括“消防燃燒學(xué)”“房屋建筑學(xué)”“安全系統(tǒng)工程”“建筑防火”“工業(yè)企業(yè)防火”“電氣防火及火災(zāi)監(jiān)控”“建筑滅火設(shè)施”“建筑防煙排煙工程”“危險(xiǎn)化學(xué)品防火”“火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估”“消防管理”“消防法規(guī)”等必修課。此外，還有“建筑圖紙識(shí)讀”“建筑防火設(shè)計(jì)審查與驗(yàn)收”“消防設(shè)施檢測(cè)維保”“消防工程概預(yù)算”“消防工程運(yùn)營(yíng)技術(shù)”等專業(yè)選修課。

在現(xiàn)有的專業(yè)課程體系中，很多與建筑相關(guān)的課程都可將BIM 技術(shù)運(yùn)用到教學(xué)中，如“房屋建筑學(xué)”“建筑防火”“建筑滅火設(shè)施”“建筑防煙排煙工程”等［2］。而“房屋建筑學(xué)”作為消防工程專業(yè)接觸最早的建筑類課程，內(nèi)容涉及建筑制圖與識(shí)圖、建筑材料、建筑設(shè)計(jì)、建筑構(gòu)造等多門建筑學(xué)科的知識(shí)，是專業(yè)課程體系中與建筑技術(shù)聯(lián)系最為密切的課程，適合最先開(kāi)展BIM技術(shù)應(yīng)用，這也是后續(xù)“建筑防火”“建筑滅火設(shè)施”“建筑防排煙工程”等課程教學(xué)融入BIM技術(shù)的基礎(chǔ)。

二、融入BIM技術(shù)的“房屋建筑學(xué)”教學(xué)體系設(shè)計(jì)

警察大學(xué)消防工程專業(yè)“房屋建筑學(xué)”課程原教學(xué)內(nèi)容包括緒論（2學(xué)時(shí)）、建筑制圖與識(shí)圖（28學(xué)時(shí)）、建筑材料（4學(xué)時(shí)）、民用建筑設(shè)計(jì)（12學(xué)時(shí)）、民用建筑構(gòu)造（12學(xué)時(shí)）、工業(yè)建筑設(shè)計(jì)與構(gòu)造（3學(xué)時(shí)）、高層建筑與大跨度建筑（3學(xué)時(shí)）七個(gè)知識(shí)模塊，共64學(xué)時(shí)，其中實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)16學(xué)時(shí)，內(nèi)容為CAD制圖與圖紙識(shí)讀。融入BIM技術(shù)后，將教學(xué)模塊“高層建筑與大跨度建筑”改為課下拓展自學(xué)內(nèi)容，在總學(xué)時(shí)不變的情況下對(duì)其余六個(gè)知識(shí)模塊中的教學(xué)內(nèi)容和具體時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，重新構(gòu)建課程教學(xué)體系如圖1所示。

圖1 融入BIM技術(shù)的“房屋建筑學(xué)”課程教學(xué)體系

在教學(xué)內(nèi)容上，增加BIM技術(shù)與裝配式建筑概述、BIM建筑建模、BIM建筑方案設(shè)計(jì)、BIM構(gòu)件建模等相關(guān)BIM技術(shù)應(yīng)用的內(nèi)容，將高層與大跨度建筑調(diào)整為拓展性自學(xué)內(nèi)容。通過(guò)BIM技術(shù)及裝配式建筑概述學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解BIM新技術(shù)、BIM在建筑消防領(lǐng)域的應(yīng)用及建筑發(fā)展方向。通過(guò)BIM建筑建模學(xué)習(xí)，使學(xué)生學(xué)會(huì)BIM建模方法并初步具備BIM建筑建模能力；進(jìn)行BIM建筑方案設(shè)計(jì)，強(qiáng)化對(duì)建筑設(shè)計(jì)理論方法的理解與應(yīng)用，提高學(xué)習(xí)任務(wù)挑戰(zhàn)度，提升學(xué)生的專業(yè)技能；在民用建筑構(gòu)造與工業(yè)建筑構(gòu)造學(xué)習(xí)中，增加各類建筑構(gòu)配件的BIM建模，讓學(xué)生自己動(dòng)手完成BIM構(gòu)配件建模，將BIM成果作為課程的可視化教學(xué)資源，既能帶給學(xué)生一定的成就感，又能提升動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力［3-6］。在教學(xué)環(huán)節(jié)上，減少理論教學(xué)，增加實(shí)踐教學(xué)，將理論與實(shí)踐教學(xué)時(shí)長(zhǎng)調(diào)整為1∶1。由此可見(jiàn)，新構(gòu)建的課程教學(xué)體系更加側(cè)重于實(shí)踐，更加注重對(duì)學(xué)生實(shí)踐、動(dòng)手、創(chuàng)新、協(xié)作、自主學(xué)習(xí)、知識(shí)運(yùn)用等能力的培養(yǎng)，突出建筑初步設(shè)計(jì)、建模制圖、圖紙識(shí)讀核心教學(xué)等教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

融入BIM技術(shù)后的教學(xué)方式、方法將更加注重自主式、探究式、研討式、團(tuán)隊(duì)式的學(xué)習(xí)方式，引導(dǎo)學(xué)生積極開(kāi)展自學(xué)自訓(xùn)、工程實(shí)踐與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，加強(qiáng)以學(xué)生為主導(dǎo)的討論式、案例式、翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)方法的運(yùn)用。例如，在BIM建筑方案設(shè)計(jì)實(shí)踐中，讓學(xué)生以小組合作形式完成大量建造的中、小型民用建筑方案設(shè)計(jì)，在課堂上進(jìn)行成果展示與答辯，學(xué)生與教師共同點(diǎn)評(píng)交流討論，以模擬大賽方式評(píng)選優(yōu)秀設(shè)計(jì)獎(jiǎng)。借助BIM 進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，可降低立面和剖面設(shè)計(jì)難度，減少設(shè)計(jì)與繪圖工作量，便于將設(shè)計(jì)對(duì)象由簡(jiǎn)單的住宅樓、辦公樓、宿舍樓等擴(kuò)展到復(fù)雜的商場(chǎng)、影劇院等。通過(guò)自主設(shè)計(jì)和BIM建模，學(xué)生可以自由創(chuàng)作建筑作品，發(fā)揮主動(dòng)性和創(chuàng)造性。再如，學(xué)習(xí)建筑構(gòu)造時(shí)，讓學(xué)生對(duì)實(shí)際建筑開(kāi)展小組調(diào)研，觀察樓梯、走道、門窗、勒腳等構(gòu)造做法，測(cè)量尺寸，加深對(duì)構(gòu)造知識(shí)的理解，制作BIM構(gòu)造模型，將實(shí)踐成果帶到課堂討論，強(qiáng)化理論學(xué)習(xí)效果，提升實(shí)踐能力［7-9］。

三、基于“房屋建筑學(xué)”BIM設(shè)計(jì)成果的課程鏈設(shè)計(jì)

（一）課程鏈設(shè)計(jì)思路

消防工程是復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及建筑、水、暖、電幾大專業(yè)，分別以“建筑防火”“建筑滅火設(shè)施”“建筑防煙排煙工程”“電氣防火”及“火災(zāi)監(jiān)控”幾大課程作為理論支撐。目前，這些課程相對(duì)獨(dú)立，彼此間缺乏一定的聯(lián)系，學(xué)生難以對(duì)建筑消防工程系統(tǒng)形成整體的認(rèn)知。鑒于此，可將“房屋建筑學(xué)”課程BIM設(shè)計(jì)成果用于后續(xù)專業(yè)課程，形成基于BIM實(shí)踐成果的課程鏈，實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)在各門課程之間的協(xié)同應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)專業(yè)知識(shí)的綜合運(yùn)用［10］?；贐IM成果形成的消防工程專業(yè)課程鏈如圖2所示。

圖2 基于BIM成果的專業(yè)課程鏈

將“房屋建筑學(xué)”BIM建筑方案設(shè)計(jì)成果作為其他課程設(shè)計(jì)的建筑基礎(chǔ)資源，在同一BIM建筑模型中完成建筑防火、自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)、消火栓系統(tǒng)、防排煙系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)等各消防系統(tǒng)的BIM 設(shè)計(jì)，這樣多種消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)在同一建筑模型上，可以較好地實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)和管道系統(tǒng)的碰撞檢查。在“建筑圖紙識(shí)讀”“建筑防火設(shè)計(jì)審查與驗(yàn)收”課程中，把學(xué)生的BIM設(shè)計(jì)成果互換審閱，進(jìn)行圖紙識(shí)圖和消防設(shè)計(jì)審查訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)了BIM技術(shù)及成果在多門課程之間的協(xié)同應(yīng)用。

例如：在“建筑防火”課程教學(xué)中，可以讓學(xué)生基于BIM技術(shù)開(kāi)展“建筑防火”課程設(shè)計(jì)實(shí)踐。建筑防火設(shè)計(jì)是建筑設(shè)計(jì)和構(gòu)造設(shè)計(jì)的延伸，可在“房屋建筑學(xué)”課程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行，在建筑方案設(shè)計(jì)成果中，進(jìn)一步完成建筑防火設(shè)計(jì)。在這一過(guò)程中，可先讓學(xué)生利用BIM技術(shù)修改“房屋建筑學(xué)”課程設(shè)計(jì)成果，基于完善后的建筑模型補(bǔ)充開(kāi)展建筑防火設(shè)計(jì)，也可以由學(xué)生重新設(shè)計(jì)BIM建筑模型并完成建筑防火方案設(shè)計(jì)。通過(guò)具有個(gè)人創(chuàng)造性的課程設(shè)計(jì)，學(xué)生將對(duì)建筑防火設(shè)計(jì)原理與方法有更加深刻的理解，建立起更為系統(tǒng)的課程理論認(rèn)知，達(dá)到綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和提升能力的目的。

此外，還可以將課程鏈延伸到畢業(yè)設(shè)計(jì)階段，結(jié)合BIM進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)綜合運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)和專業(yè)技能解決工程實(shí)踐問(wèn)題的目的。

（二）課程鏈實(shí)施前提

要使課程鏈得以實(shí)施，一是學(xué)生要普遍具備BIM建模和制圖能力，這可在“房屋建筑學(xué)”實(shí)踐教學(xué)基礎(chǔ)上開(kāi)設(shè)BIM第二課堂，鼓勵(lì)學(xué)生開(kāi)展BIM技能方面的自主學(xué)習(xí)與訓(xùn)練，強(qiáng)化BIM建模能力；二是要加強(qiáng)各課程任課教師之間的溝通協(xié)作，達(dá)成課程鏈應(yīng)用共識(shí)，預(yù)先謀劃解決課程鏈應(yīng)用有關(guān)問(wèn)題。

四、師生共建BIM三維可視化教學(xué)資源

“房屋建筑學(xué)”“建筑防火”“建筑滅火設(shè)施”“建筑防煙排煙工程”“電氣防火”及“火災(zāi)監(jiān)控”等課程知識(shí)內(nèi)容抽象，又涉及很多規(guī)范條文，學(xué)生往往難以理解，如能將相關(guān)知識(shí)點(diǎn)和條文輔以BIM三維可視化模型進(jìn)行學(xué)習(xí)，將大大增加教學(xué)內(nèi)容的生動(dòng)性和易理解性，利于提升教學(xué)效果。為此，可在消防工程專業(yè)中建立BIM興趣小組，師生共同研發(fā)BIM三維可視化教學(xué)資源，該活動(dòng)可以依托第二活動(dòng)課堂開(kāi)展，將學(xué)生分成若干小組，每組負(fù)責(zé)部分章節(jié)知識(shí)點(diǎn)，在充分學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上完成BIM建模工作。在學(xué)生建模過(guò)程中，教師就知識(shí)內(nèi)容及模型搭建進(jìn)行全程指導(dǎo)。通過(guò)這種以學(xué)生為主導(dǎo)的小組建模訓(xùn)練，既加深了學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解，又強(qiáng)化了動(dòng)手、協(xié)作能力，大量建模成果又豐富了三維教學(xué)資源庫(kù)，反哺了課程的后續(xù)教學(xué)。

結(jié)語(yǔ)

BIM技術(shù)可從根本上促進(jìn)建筑業(yè)的發(fā)展，目前國(guó)家正在大力推廣和普及BIM技術(shù)。為培養(yǎng)掌握BIM技術(shù)的復(fù)合型人才，很多高校建筑類專業(yè)都紛紛開(kāi)展基于BIM技術(shù)的教學(xué)改革。將BIM技術(shù)與消防專業(yè)教育相結(jié)合，開(kāi)展消防專業(yè)教育教學(xué)改革，也必將會(huì)提升新工科建設(shè)背景下消防工程人才的培養(yǎng)質(zhì)量。