基于BIM5D協同項目管理的教學研究

王淑嬙 張 輝

(湖北工業大學土木建筑與環境學院, 湖北 武漢 430068)

引言

近年來,BIM技術在建筑業的運用越來越廣泛,國家政府及地方省市都在大力發展、推廣BIM技術的應用[1]。起初人們的整體觀念認為BIM應用大多是3D可視化模擬,各個企業多在投標的過程中應用,在其他階段做到實際應用的寥寥無幾。而目前隨著相關BIM標準、政策的頒發與完善,其在設計、生產、施工與運維全生命周期管理的優勢正在日益突顯[2]。隨著BIM技術在土木工程和建筑學領域中的廣泛應用,企業對能夠熟練使用BIM的技術人才需求日益迫切,為了迎合企業的實際需求,行內知名企業和很多軟件研發公司基于現今國家政策方向,和行業協會共同舉辦各類BIM大賽,通過行業實際需求制定比賽規則,以促進學生對BIM知識學習和BIM技術的應用[3]。在賽事和行業需求的推進下很多高校和職業院校都開設了BIM相關課程,但課程中更多側重于各類BIM軟件的操作技能培養,大部分集中在BIM建模與設計優化階段,其他階段的BIM應用較少[4]。

為了適應行業發展的需求,本項目以實際工程案例為依托,進行BIM5D協同管理的教學研究,形成以“BIM理論+項目實踐+BIM5D實訓”三位一體的教學體系。貫穿于最初的招投標階段、施工準備階段、施工階段到最后的運維管理階段,進行不同的場景和應用點設置,有助于學生了解和掌握工程項目各階段的業務應用思路和實現方法[5]。同時,學生可以通過不同的角色扮演和任務分工,形成以協同管理的思路解決項目策劃、質量管理、變更管理、進度管理和生產管理中所遇到的問題[6]。本項目有助于學生系統的理解和掌握基于BIM5D技術的工程項目管理的內容、方法和具體的實施措施,提高學生應用BIM5D綜合解決工程問題的能力,為行業培養優秀的BIM應用人才,提升學生的就業質量并拓寬就業領域。

1 課程建設目標

在建筑業朝著信息化與工業化發展的背景下,結合土木工程、管理科學與工程和土木水利專業就業工作的要求,本課程教學基于BIM5D圍繞著項目的全過程協同管理進行展開,旨在達到以下三個目標。

(1)知識目標。本課程要求學生應該掌握現代工程施工技術、現代工程項目管理和BIM技術的基礎知識,完成建設項目管理在基礎應用、技術應用和商務應用的內容模塊學習,主要包括項目策劃、質量事故處理、成本管理、變更管理和進度管理等相關BIM協同應用的知識內容。在夯實基礎知識前提下,通過實踐加深對知識的理解。

(2)能力目標。通過課程中具體的實際工程案例,將基礎理論與實踐相結合,著重培養學生的綜合能力。通過一些職業情景的創設,讓每名學生飾演項目中的實操角色,如項目經理、技術經理、商務經理、生產經理、質安總監等,對真實情景和問題發生進行模擬,使學生養成獨立思考的能力和一絲不茍的工作態度和工作作風,鍛煉使用理論知識解決實際問題的思維模式,進而達到提升學生應用 BIM5D 進行項目管理的綜合能力。

(3)人才目標。目前政府出臺了一系列措施助推BIM人才培養,但由于起步時間對于國外而言相對較晚,目前能熟練掌握BIM技術人員的供應不足,導致企業對于這方面的人才也較為稀缺。通過本課程的學習,學生不僅可以掌握基礎的BIM建模能力,更能形成協同管理的思想,通過參與模擬項目生產全流程來明確項目各參與方的不同分工和職責。當真實問題發生時,通過前期的實踐模擬,學生可以協同他人或自主解決問題,有助于提高學生應用問題和解決問題的職業能力,更好地為行業提供優秀的項目管理人才。

本課程研究總體目標是培養適應行業需求的 BIM 項目管理人才,使學生具備職業素質和具有執業能力高級專門人才所必須的思想認識水平、思維方式、職業道德及利用BIM技術進行協同項目管理的能力,掌握BIM5D管理方法,為研究生的求職和深造提供核心競爭力。

2 課程建設內容

依據本課程的特點,遵循合理的教學方式,為達到提升學生實踐能力進行課程體系、清單和具體應用場景和內容的設計,具體如下:

(1)BIM5D 協同項目管理涉及多個部門(物資部、技術部、商務部、生產部、質安部等)的不同分工,需要明確不同角色(項目經理、生產經理、技術經理、商務經理、質安總監等)的不同項目管理職責,結合BIM5D平臺功能,指導老師根據不同的教學內容設置不同的場景、問題、應用點和考核點,引導學生研究問題、分析問題、討論問題,最終給出解決方案。

(2)通過使用廣聯達、BIM5D、REVIT和GCCP等建筑設計和施工軟件,學生可以掌握如何對實訓教學樓項目進行建筑設計和建模。這些軟件可以提供IFC格式的信息交互功能,方便學生在后續的模型集成中使用,避免重復建模,并為實際工程應用提供支持。

(3)實現通過一個協同平臺貫穿工程項目從設計建模到交付維護的全生命周期流程,學生通過BIM5D協同項目管理課程,將已開發完成的項目通過線上平臺協同的方式,對項目生產流程的進度和完工后的維護過程進行管理控制。同時BIM5D協同平臺支持對項目建設中費用和進度等數據進行計算和分析,通過數據指標更好地指導項目生產。

(4)針對建筑生產全流程進行管理,包括上游設計和建模階段,還有建筑模型相關的構件、結構、基礎等計算,支持并提供多種軟件互傳接口,如REVIT、GTJ2018、GCCP等[7]。將建筑模型導入后,可以根據建筑模型的參數屬性,計算出本項目所需工程量清單和預算清單信息。

(5)導入基礎建筑模型,并在BIM5D軟件中集成生成總體建筑模型,即可開始模擬施工和漫游展示,利用BIM5D自動完成對施工計劃和構件生產、樓層生產的關聯,利用施工進度管理,將項目樓層分為不同的施工段,對施工過程實現了4D和5D的實時施工和進度跟蹤管理。同時可以利用BIM5D的漫游展示功能,根據課程需要制定的行走路線,對項目內部情況以第一人稱行走觀覽的方式進行展示,從而對項目的建筑細節有著更直觀的了解。

(6)導入建筑模型后完成項目施工及現場環境的初步設計和規劃,制定現場規劃和布置完成4D、5D建筑的施工模擬,提供項目相關的工程量和預算文件,利用對接的招標計價系統,在成本版塊錄入項目工程量清單,制定招投標文件制定并開展項目招投標工作。

(7)完成項目生產流程后,進入到項目維護階段。基于BIM5D協同平臺運維相關版塊,如質安、構件跟蹤等,利用質安模塊可以對生產和維護階段項目現場出現的問題進行記錄方便后續相關人員進行解決。同時預制構件搭載RFID記錄構件生產信息,在構件跟蹤版塊中,可以對出現問題的構件進行追溯,利于及時排除項目可能出現的安全隱患。

3 教學方法

本課程教學力求突出學生的主體地位和教師的引導作用,在教學過程中,結合具體的教學情況靈活運用教學方法,主要包括以下三種教學方式。

(1)互動式教學法。在集中授課的同時,努力倡導啟發式、互動式、探究式與開放式的教學。注重“教”與“學”的互動,從學生實際的認知和能力結構特點出發,創設有助于學生自主學習的問題情境,通過充分調動學生的主動性和積極性,提高每位學生的課堂參與度。

(2)案例教學法。選取一個真實的工程項目作為實際案例,教師作為課堂中的組織者,組織學生成立項目小組,由其提出整體思路與要求,設置階段性任務點,制定方案進行協同。通過不同情景的創設,每位學生都可以扮演項目中真實的角色。以選取的案例為依托,通過學習與實踐,培養學生分析問題和解決問題的綜合能力。

(3)任務驅動教學法。這是一種以完成任務為目標的教學方法。本課程重點在于完成學習任務,并致力于培養學生的綜合能力。通過創建職業情景,讓學生模擬真實項目場景中的角色,并以實際案例為基礎,模擬問題的發生,研究、分析和討論問題,最終提出解決方案。

(4)探究式學習法。在熟悉案例的前提下帶著問題思考和學習,讓學生自己思考怎么做做什么,倡導學生主動參與,學生通過親身經歷學習,從而在學習掌握理論知識的同時體驗、理解和應用科學研究方法,提升學生科研能力。

(5)分組教學法。學生根據自身特點組成若干個小組,采用 “分組教學”啟發學生發現問題思考問題。在小組建立協同項目的過程中,對每個小組都及時給予過程性的反饋評價,使每位學生都充分融入到項目角色中,讓學生在協同中掌握知識、提高能力。

4 教學案例建設

4.1 BIM建筑建模實訓

學生們將使用各種專業軟件,如Revit、GTJ2018、GCCP、BIM5D、斑馬Project和Lumion來構建三維全流程專業BIM施工模型系統,并快速進行設計和集成應用。這些軟件可以幫助他們更好地理解和掌握BIM技術,為他們的職業發展打下堅實的基礎。學生在設計圖紙基礎上運用Revit軟件對項目模型進行搭建,借助Revit插件導出IFC格式文件,利用IFC格式的共通性將模型導入其他專業軟件,如導入GTJ2018通過建立參數模型完成建筑工程的工程量匯總。導入BIM5D軟件,通過與場地模型結合建立項目整體模型,利用BIM5D內置功能模塊來進行協同和模型形象的整體展示。

4.2 BIM模型數據集成

經過前置活動建立了建筑基礎模型和場地模型,使用BIM5D對建筑模型和場地模型進行整合,生成實訓案例樓整體參數模型。通過IFC格式文件的共通性,利用GTJ2018軟件,對實訓教學樓項目進行工程量計算,對實訓教學樓項目所使用物資數據進行匯總,并導出工程量清單。使用斑馬project對應項目生產實際情況,進行進度計劃的編制,結合進度計劃對該項目構件完成進度計劃關聯,再根據GCCP所匯總的綜合單價明細進行成本關聯。在BIM5D中各方數據進行集成,并將集成模型上傳到同步協同平臺,在平臺上項目各成員都可以進行查看,支持后期協同工作進行。

4.3 BIM5D協同管理

BIM5D協同項目管理過程中涉及不同角色和任務分工,需要協同解決項目策劃、質量管理、變更管理、進度管理和生產管理等問題。學生進入BIM5D協同平臺,通過協同平臺可以對工程項目進行質安管理、構件跟蹤、進度控制等項目管理措施。在質安管理模塊,學生可以通過移動端建立質安問題,進行數據同步,可以通過界面查看發生質安問題,統計并進行整改。對于存在問題的構件,可以使用PC端的構件追蹤功能進行查看問題處理情況,在此之上項目人員可以上傳成本、物資、資金曲線等數據,之后在WEB端項目概括一覽項目近況。

4.4 全過程一體化管理

通過應用BIM技術,我們可以對實訓教學樓進行綜合分析,并將信息系統整合起來,生成教學樓構件的分項工程量清單。通過使用GCCP軟件,我們可以根據招標方和監理方的意見來制定招標投資預算文件。對于生產進度管理,可以通過協同平臺進行資金和物資曲線分析后得出數據進行生產控制,起到降低生產成本,增加工程建設率的作用。對于甲方的可視化需求,BIM5D的漫游功能和Lumion通過制作漫游視頻能很好滿足業主的展示要求。工程交付后進入運營階段,結合RFID技術和定位技術,依托BIM5D協同平臺對有問題構件進行跟蹤,對項目全生命周期進行管控。

4.5 成果可視化展示

BIM5D協同項目管理包含模型建立、數據集成分析、協同管理、成果可視化展示等環節。其中成果可視化階段是建立在項目整體協同工作完成基礎上對協同項目中的建筑模型、場地模型、模擬施工進度等成果的展示。建筑模型展示方式主要有利用BIM5D根據進度計劃制作模擬施工動畫,根據甲方需求模擬場景內漫游并導出動畫,利用Lumion進行環境渲染制作結合綠化、人群等環境因素的展示動畫。協同成果展示方式主要是基于BIM5D協同平臺,各成員通過導入成本預算、工程量清單、物料清單等數據,通過BIM5D協同平臺成本、進度模塊對項目數據進行匯總計算,并繪制出本項目的資金曲線、物資曲線、生產周期環比率等數據圖表。成果可視化的展示能更好幫助小組成員了解項目生產情況,減少甲方在成果驗收環節所耗費的時間。從而提升學生在協同項目中的實操能力,同時幫助老師快速發現學生實踐中出現的問題并及時指正。

5 研究重點與特色

5.1 研究重點

本課程以行業方向來進行課程設計,以學生就業所需職業崗位能力需要為目標,以實際工程案例為背景,結合項目管理業務流程,應用BIM5D平臺完成項目管理在基礎應用、技術應用和商務應用的學習,掌握關于項目策劃、質量事故處理、變更管理和進度管理的BIM協同應用,以解決各階段具體任務為貫穿主線,通過演繹工程案例流程和處理工程問題,提升學生在項目實踐中分析和解決問題能力。為了培養具有高級專業技能和職業素養的人才,我們需要讓學生具備良好的思維方式、職業道德以及使用BIM技術進行協同項目管理的能力,掌握BIM5D管理方法,為研究生的求職和深造提供核心競爭力。

5.2 研究特色

(1)與傳統的課程體系相比,本課程的開設規劃先行,強調頂層設計,以“規劃藍圖-提煉應用點-總結協同線-形成項目考試面”的思路展開整體課程設計。結合協同項目管理專業課內容,分析 BIM5D 技術能解決哪些問題,根據實際工程設置工程應用場景和管理中的角色,分析業務關聯,解決理論基礎認知。根據本課程設計的教學目標,按照以項目工作流程為方向,以就職綜合能力培養為本位、以教學實踐為主線,構建項目課程體系。

(2)與傳統的教學方式相比,本課程需要教師在上課前準備大量的課程資料,需要建立課程清單,主要包括完整的項目資料(含項目CAD圖紙、各專業BIM3D模型、場地模型,進度信息、成本信息等)提前梳理完整并添加至BIM5D平臺中,教師需要以BIM5D平臺應用手冊為指導,完成全過程場景設計書和考核任務書等資料,為課堂教學提供保證。最后本課程需要項目案例為支撐,制定項目式課堂管理制度,準備全過程場景設計書和考核任務書等資料,為課堂教學提供保證。

(3)在考核方面,與傳統考核方式相比,本研究采用項目真實模擬訓練的方法,通過虛擬項目生產中出現的實際問題來引導學生實踐,并需要教師制定好任務書,指引學生對場景模擬的任務進行分析和討論,明確任務實施的路徑和方法,形成分階段考試成果,教師根據階段成果進行成果驗收,最后教師根據綜合學生的總體完成情況進行總結與反饋。

(4)與傳統學生學習方式相比,本研究以協同為小組學習途徑:項目管理過程中涉及不同角色和任務分工,需要協同解決項目策劃、質量管理、變更管理、進度管理和生產管理的情景設置問題。教師應提前設置場景和問題,提供學生協同學習思路。在模擬場景之后,學生能以角色扮演的形式進行沉浸式學習,完成各自角色分配的工作從而達到提升能力的目的。

結語

《BIM5D 協同項目管理》旨在促進教學內容更新與優化,有效激發學生自主學習的積極性,為行業培養適應行業需求的BIM項目管理人才。課程覆蓋的知識面廣,相關知識涉及多個方面,有較強的實踐性和綜合性。《BIM5D 協同項目管理》創新性提出了以學生為主,老師為輔,讓學生通過模擬實際生產流程來進行實踐學習的教學理念。同時以本課程為契機,待建設成熟后,將優質教學資源提供給其他院校或企業共享,為社會提供BIM5D項目培訓服務。