BIM仿真在工程项目管理课程教学改革中的应用研究

钟 炜 张馨文 姜腾腾

(天津理工大学管理学院，天津 300384)

1 概述

2 BIM技术在国外教学改革实践应用

BIM是近年来在建筑行业广泛推行的一种新型技术，国外很多高等院校也将其作为辅助手段引入教学当中，美国多所高校在BIM方面开设了相关工程实践课程，使学生掌握综合项目交付过程，以满足建筑行业的要求。例如，美国亚利桑那州立大学是将BIM课程开展比较好的高校之一，他们善于利用讲座与实验室相结合的方式，注重学生的理论与实践相结合的具体的动手能力，并且他们的讲座不仅仅是由他们的老师进行讲解，也会邀请一些专业人士进行更加富有实战性的讲解。使得学生充分了解从事这个职业所需要的基本素质和融入这个行业的具体内在和外在的要求，与此同时，在人际关系交往的锻炼机会、企业实习机会、工作机会也都会接踵而来。

德克萨斯A＆M大学工程建设科学学院从2004年以来一直为学生开设关于BIM的两门课程。一门课程是为了本科生开设的，另一门课程是为了研究生开设的。这些课程将BIM定义为3D－2D模型集成信息的过程。在这个班级里学习的学生们需要熟练地会使用 Autodesk Revit，Google Sketch-Up，Google Earth，Autodesk，Navisworks等相关软件，最终实现一个4D集体建设序列模型。

宾夕法尼亚州立大学建筑工程系在BIM教学方法上也十分出色和富有成效。他们的优势之处在于将所有学生进行分组来实现IPD(集成产品开发)操作。学生在这种实践操作相互学习，相互学习，相互协作，最终及时的交付成果。通过团体工作的氛围，使得学生懂得无论他们有多少知识、无论他们的工作有多艰难，但他们仍然是彼此的财富，相互不可分割，在学习到知识的同时也深刻理解了团队协作的重要性。而BIM课程中重要的一部分就是学会团结协作的精神。虽然个人用软件技能、知识、天赋能创造出一个独特的设计，但是最终交付的成果仍然需要整个团队的努力。

与之相比，中国高校运用BIM开展教学改革上还处于初步阶段，就目前而言所面临的瓶颈是，由于社会上很缺乏能教授BIM课程的专业教授，所以提供BIM课程的难度确实很大，从而导致国内大部分高校建筑及施工管理类专业没有开设这门课程。根据现有几所高校在BIM课程中的不断摸索和改革中发现，解决问题的最好的方法就是将BIM可视化仿真技术应用到实际教学当中，运用其信息处理及动态仿真的特点，将课程中书面文字转换为生动立体的可交互式施工现场模拟场景。

3 BIM可视化仿真教学方法实施方案模式设计

通过广泛的调研及征求校内外意见，为了达到实际的应用效果将BIM可视化教学方法结合工程项目管理理论知识，设计该课程的教学改革思路应遵循如下原则:

1)模仿实际工程项目的工作环境和施工条件，培养分析和解决问题、协作和应变能力;

2)可视化工程动态仿真演示，对工程项目形成系统的、全面的、整体化的管理理念;

3)模拟自身所处的工程参与身份、工作内容、责任等，通过角色模拟，掌握工程项目建设全过程及整体系统。

要将BIM技术运用到《工程项目管理》课程教学工作中，就需要懂得课程范围内基本知识，比如BIM的基本工作原理、基本的实现方式和常用的软件等。考虑到一定的自学能力是大学生都已经拥有的，因此在组织《工程项目管理》课程的BIM教学工作中作如下规划安排:①对于项目管理和BIM方面的重点概念、技术、原则、理论和实践分析方法，详细的讲授对教师们来说是必须的;②对于项目管理和BIM方面的基础知识、操作方法和专业技能，扎实的基础对学生来说是必须具备的，不能给将来的具体工作留下可能的隐患;③通过分析项目管理和BIM相结合的综合性案例，搞清相关因素各方面的关系是学生必须实现的，使学生尽可能学会将定性分析方法与定量分析方法相结合;④由于这门学科涉猎知识范围较广，在教学过程中，学生难免会出现对专业知识困惑不解的情况，所以建议在教学条件允许的情况下，引入BIM技术手段辅助教学，通过模拟课外实践环境，以达到更好的教学效果。在针对这门课程进行的教改中，我们在教学形式上进行一定的改革创新，具体实行“课堂结合案例进行讲授+多媒体辅助教学+课程设计(可视化仿真建模)+现场实践”的模式，如图1，图2所示。课堂教学，即是根据综合实际项目工程案例，并加以强化各个章节的重点内容，有针对性讲授专业知识。

综上所述，在水利工程建设过程中一定要加强对水利工程建设质量与安全的监督管理，并且根据存在的质量与安全问题采取相应的改进措施，构建有效的水利工程建设质量与安全监督管理体系，促进我国经济的发展，提高我国人民的生活水平。

图1 办公楼模拟

图2 办公楼部分施工阶段模拟

在此阶段中，学生们也锻炼了逻辑水平及分析能力。教学内容不但包括工程项目的过程管理、质量、进度及造价管理、安全环境管理、信息管理、竣工验收及后评价等，还包括BIM技术的基本原理、应用、常用软件的掌握等。由于结合了BIM技术的多媒体教学具有形象生动逼真、虚拟和现实相结合的特点，学生们如身临其境，对于教材的部分章节，将采用BIM模拟、多媒体录像或实景拍摄相结合的新型教学方式，比如建筑施工现场管理、建筑施工料具管理、建筑施工现场健康、安全、环境的模拟等。

本课程除讲授36课时理论知识外，还有12课时安排上机操作和做课程设计，课程设计的内容主要有:将学生们分组，以每一小组10人为单位，按照工程管理工作步骤，合作编写工程概况、选择施工部署及施工方案、施工进度计划、施工平面图设计、各种经济技术指标等，并进行可视化仿真建模，通过该课程设计，使同学们大致了解单位工程施工组织设计的基本内容、组织设计的方法及步骤，也通过这个合作过程，使同学们深知团队团结协作的重要性，培养学生们团队意识。最终成绩考核我们更注重对实践动手能力的考察，因此采用532模式，即期末考试成绩占总成绩50%，日常实践成果占总成绩30%，课程设计占总成绩20%，试卷考试的内容以教材上基本原理、案例分析题为基础，进行一定的变动，以考察学生们是否对本学科知识基本掌握甚至在一定程度上能够达到灵活掌握。

4 实施BIM仿真在工程项目管理课程教学改革中的探索

笔者所在单位一直在工程造价领域不断地努力探索和创新，一直在尝试如何将课堂教学更好地与实践相结合，实现课堂实践一体化，并于2002年在全国率先创办了“工程造价”本科专业，并较早开设了《工程项目管理》课程，将其列为专业基础课。其教学大纲中明确规定:通过本课程的教学使学生掌握工程项目管理的基本理论和方法，包括工程项目的前期策划，工程项目系统分析，工程项目组织和计划，实施控制，信息管理等，具有从事一般工程项目管理工作的能力。为更好地实现工程造价专业的特色和定位，在教学改革、科学研究、人才培养、教材建设等教学改革和学科建设方面努力耕耘，针对目前存在的工程造价专业人才培养与市场要求、行业要求、国际化要求等方面相比还有较大差距这个现状，在《工程项目管理》的课程设置上突出学生学习的实用性和技能性就尤为重要了，教学目标一定要适应我国建设领域新的发展方向，促使本专业培养的毕业生的行业竞争力更强，更有韧性，更富有创新性。

针对以往课程过分偏重对学生们理论细节知识的教授而忽视了学生们的实践能力及应用能力这个问题，我们在教学中实现必要的课程创新改革，着重将项目管理的基本原理思想、先进的管理方法和手段的学习与掌握当代计算机技术相结合，一方面新增了计算机技术辅助工程管理软件实践教学内容，使学生基本掌握工程管理领域相关软件(如 AutoRevit2012，3DMax，Project2003、P3，Auto-Cad2012等)，安排具体工程仿真建模设计工作的学习和应用，培养学生们运用三维图形软件实现从工程项目管理的基础信息建模到设计数据这一具体过程，再到具体交付实践成果，为今后从事工程管理类工作及成为专业人士打下坚实的基础，如图3，图4所示。另一方面，课程中还增加了涉及具体工程管理实例的三维可视化动态仿真工程的教学环节，该环节中通过模拟不同工程案例，并配合了不同的项目管理工具(例如横道图、网络计划等)去解决虚拟工地环境下的实际问题，使得学生在课堂中的学习不是盲目无趣的，而是能在生动的教学模式下加深对工程项目管理理论和方法的理解，如图5、图6所示。实践证明，学生对通过类似这样的视频动画学习形式感到更有趣、也感到更好接受。从而激发了学生们的学习热情，由被动灌输知识变为主动吸收知识。

图3 基于3DMAX的建筑工程仿真建模

图4 建筑工程项目施工过程设计

图5 工程项目施工过程三维可视化动态仿真教学

图6 工程项目施工过程管理工具实现教学

除此之外，将国外工料测量专业实践教学中的BIM虚拟可视化工作坊模式移植到《工程项目管理》课程中也能起到非常好的教学效果，该模式通过搭建工程项目管理BIM虚拟仿真工作坊来实现，通过BIM虚拟技术使“软”、“硬”结合，更加逼真地呈现出工程项目施工过程，使每个学生身临其境地感受到现场施工的氛围。为学生提供咨询事务所的BIM可视化模拟工作环境，使学生可以通过可视化仿真工程平台从纸质图纸上读取数据，并研制大量三维可交互式的建筑信息模型，为学生提供工程项目动态逼真模拟现场的功能;选取典型建筑项目，搜集BIM信息，建立案例库，为学生提供不同行业的大型工程可行性研究报告、工程项目建议书、施工过程演示、项目运行效果以及建筑标准和施工规范，达到看见即掌握的教学效果。

工程项目管理BIM虚拟可视化仿真工作坊作用如下:

1)更加逼真地模拟工程项目现场施工活动，使学生身临其境，观察到现场施工管理活动的运作流程、运作细节和书本中难以用文字体现的专业知识;

2)通过将具体施工过程进行虚拟现实，学生扮演实际工程角色进行现场组织和管理，切实理解和体会团队协作的重要性，积累团队协作的直接经验;

3)BIM模型的最大特点是利用三维技术把施工管理中的信息集成优化，对于节约工程造价有现实意义，可丰富和补充学生对于工程经济、工程计价、施工组织等课程的认知度;

4)在课程中建立BIM工作坊可为学生提供一个可实地观察的教学模型，使BIM建筑信息模型能够提供给学生的不仅仅是图形，更可以提供全方位的专业展示。

图7 工程项目管理BIM虚拟可视化仿真工作坊系统图

工程项目管理BIM虚拟可视化仿真工作坊包含两部分内容，如图7所示，一是引入项目管理BIM电子仿真沙盘，通过BIM电子沙盘使学生模拟项目各参建方项目管理的组织策略、沟通管理、决策能力、项目运作等环节，同时学生们还可利用电子沙盘实践例如工程项目管理中的合同预算、施工预算、成本核算、竣工结算的过程，并设计方案对具体案例中的工期、费用、资源等进行优化。这样的教学方式对于学生深刻理解工程项目全寿命周期的工作内容及工作流程，并且认识了项目管理中物资流、现金流、工作流、信息流的本质;学生们可自选角色担任项目经理、生产经理、经营经理、采购经理、财务经理等工作岗位，体验项目团队的组织结构及其各个部门的分工合作，由此极大提高了工程项目管理课程的趣味性和参与性，并收到了较好的学习效果。

图8 教学软件主要功能模块

图9 教学实践大屏幕

将BIM技术应用到工程项目管理课程中的另一方面就是本专业与国内某建筑软件公司联合研发的工程项目管理虚拟仿真教学软件，该软件基本模块如图8所示。该软件配以大屏幕，如图9所示，可解决工程类课程所需要的视频输出，尤其是在建筑施工过程仿真单元中，包括了可行性研究、招投标、合同管理、项目管理等动态演示，具体且直观地将现实信息传递给学生，增强了学生们的实践工作能力。

5 结语

本文介绍了应用BIM中可视化仿真技术对《工程项目管理》课程改革的思想形成，改革的目的和原则以及改革的初步探索形式，从当前情况分析，提高《工程项目管理》课程的教学效果，确保学生在有限的时间内掌握更多的项目管理知识，是本课程专业教学改革中的一项重要内容。针对教学问题，我们应该从基础着手，努力将教学和学生需要相结合。因此本文认为，今后对《工程项目管理》课程改革的具体目标和方向应遵循如下几点:(1)建立与行业执业能力要求相适应的精品课程，引入国内外同类专业核心课程的优秀教材;(2)结合当前发展形势，积极采用现代化教学手段，要充分利用多媒体、录像及BIM可视化仿真等现代化教学手段，开展教学活动，增加教学的信息量;(3)在教学中要与时俱进，将行业最新动态与学生已学专业知识相结合，并用BIM技术手段进行辅助教学，注重理论与实践相结合，力求培养一批专业知识与实践能力兼备的专业人士。

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