基于BIM技术的土木工程专业实践教学体系构建

李楠　贾宏俊

摘要：本文首先对BIM技术进行了一个全面的介绍，结合土木工程专业培养的实际，对如何在土木工程实践教学体系中应用BIM技术作了全方位规划和探讨，对今后BIM技术在高校土木工程专业中的进一步应用必将起到很好的促进作用。

关键词：土木工程 BIM 实践教学 体系

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）09（c）-0000-00

1.BIM技术简介

BIM称为建筑信息模型（Building Information Modeling），是CAD技术出现后建设工程领域又一重要的计算机核心应用技术，BIM利用数字技术表达建设项目几何、物理和功能信息以支持项目生命周期建设、运营、管理决策的技术、方法或者过程。BIM对整个工程建设行业的带来了巨大的技术冲击。

原有的CAD技术在工程中虽然有了广泛的应用，但在工程实践中显现出参与项目的各相关专业间无法实现高效合作（见图1）。而建筑信息模型技术的推广应用可以为建设项目提供实时、集成信息，促进工程建造过程中不同参与者之间提供相互协作的标准，便于数据信息更新和修改处理（见图2）[1]。

图1：传统的建设信息交流模式 图2：基于BIM的建设信息交流模式

我国《2011-2015 年建筑业信息化发展纲要》已经把BIM作为工程施工、勘察设计类企业“十二五”信息化发展必须具备的核心技术。但国内大学对BIM教学改革进行实践或研究的成果还较少。随着建设项目越来越复杂以及现代计算机图形技术的发展，三维BIM模型的工程应用会更加广泛。

2.BIM技术对土木工程专业教育的影响

在国内外对BIM技术不断推广应用的大环境下，高等教育应做出及时的调整，从课堂教学到实践教学环节加大对建筑信息模型技术的认知。高校毕业生掌握BIM技术，对工程建设行业的快速发展会产生很好的促进作用[2]。一般高校在土木工程人才培养方案中，对专业课程的设置分为公共基础课、专业基础课和专业课程三类，而专业课的教学目的是使学生掌握专业技能，重要一环是对土木工程的建造全过程包括勘察、设计、施工等工艺进行教学。由于教师指导学生在现场实习受现场条件限制影响大，考虑施工现场安全，不可能使学生观察到完整全面的建造过程，同时很多高校青年教师都是直接从学生转变为教师，不具备现场工作的实践经验，造成指导教师现场知识缺乏。而应用建筑信息模型技术，可以直观、方便模拟项目的整个建造过程。土木工程各个建造环节均可在BIM模型上进行演示，保证了这一教学手段的可行性和准确性。

3.基于BIM技术的土木工程专业实践教学体系规划及构建方案

目前，高校土木工程专业实践教学体系中引入BIM技术比较少，现在正处于良好的发展阶段，我校定位于应用型人才的培养，从长远发展角度考虑，适时引入BIM技术，有助于学生实践技能的培养创新，基于此，计划在新的专业培养计划中进行有益的探索与实践。重点从以下几个方面进行规划和建设：

3.1将BIM技术相关内容逐步引入专业课程教学

根据各高校人才培养方案不同，BIM技术的学习可先渗透到土木工程专业相关专业课程中，使每个学期相关课程都安排有BIM教学内容（见表1）。课程深度可在大体分为基本课程和提高課程，BIM基本课程针对大学一年级和二年级的学生开设，主要介绍BIM的发展历程和工程应用。学生对BIM知识体系有一个全面基础的认知。BIM提高课程主要面向大学三年级和四年级的学生开设[3]。学生在学习新知识时能够有一个循序渐近的引入过程，如组建BIM课程教学小组[4]，沟通协调相关任课老师的授课内容，植入部分BIM技术的内容以及建筑信息模型基本层面的知识。

表1 土木工程专业的BIM课程体系

学年 主要课程 BIM内容深度 选/必修 组织方式

第一学年 土木工程概论 3D 必修 课堂教学

工程制图 3D 必修 课堂、上机操作

第二学年 房屋建筑学 3D 必修 课堂、上机操作

建筑材料 3D 必修 课堂教学

建筑结构 3D 必修 课堂教学

第三学年 建筑施工 3D 必修 课堂教学

基础工程 3D 必修 课堂教学

工程项目管理 3D、4D、5D 必修 课堂、上机操作

BIM技术 3 D 选修 课堂、上机、专家讲座

第四学年 BIM软件及应用 3D、4D、5D 选修 课堂、上机、专家讲座

毕业设计 3D、4D、5D 必修 上机操作

在BIM的教学过程中，目前部分高校主要采取三种课程组织方式：（1）课堂教学。属于传统的教学方式。讲授的主要内容包括：BIM技术的内涵、模型构建、建筑信息存贮、进度计划编制、造价控制与管理等。（2）上机软件操作。BIM重视强调知识的应用，实践性更强，在具体的授课过程中，重要的BIM知识点应该设置相应的上机试验内容，学生通过应用BIM软件来解决工程中遇到的实际问题。BIM的上机软件操作主要有：工程量计算、工程造价计算、进度计划编制、施工环节模拟、造价控制与分析等。此外，可以通过跨专业的、有针对性的BIM课程设计和毕业设计，提高学生动手实验能力的培养。（3）工程建设行业专家讲座。专家讲座能够为土木工程专业BIM教学提供新的视角，通过讲授BIM的发展前沿、BIM的虚拟管理等专题讲座，学生可以了解BIM最新的工程应用及对建筑业发展的影响等，激发学生学习和应用BIM的兴趣，使学生进一步明确学习BIM的目标，BIM课程的三种组织方式是相互关联、相互促进的，通过三种教授方式的有机搭配，显著提高BIM 教学及应用的效果。另外，在设置BIM技术讲授内容时，必须首先立足于现有的专业课程。

3.2可将BIM技术作为一门独立实践教学课程

学校土木工程专业围绕BIM技术的推广应用，可单独开设一门课程来讲授，至于课程选择必修还是选修，可根据学校的具体情况来设定。对课程的内容可分两个阶段来设计，第一阶段是BIM的基础教学，主要讲授BIM相关软件界面及基本原理、梁柱等基本构件的绘制、工程管线模型的搭建等，旨在让学生熟悉BIM软件操作方法，可进行简单的基础建模，另一阶段主要集中在BIM软件功能的延伸教学上，对BIM的提高训练，结合前面学习的BIM建模，加上成本管理和项目管理的知识，继而由3-D延伸至4-D、5-D层面，这样学生就能对BIM软件有一个简单系统的学习。对于该课程的考核，可以采取平时考核和期末考核相结合的方式，平时考核加强对学生平时所学每一部分知识的考察和督促，期末考核可以安排学生做一个小的项目，以期考查学生对这部分知识的综合应用能力。由于这门课程或技术的应用前景较好，建议学校可以将这门课程的考核与学生考证相结合，目前在这一领域可考取建筑信息模型职业资格水平证书，学生查以从初级开始准备。

3.3适时开设与BIM技术应用相关的专家讲座

具有丰富实践经验的BIM行业专家，能够为土木工程专业的BIM教学提供新的视角、补充新的知识。BIM课程教学过程中，如果能够用尽可能多的真实案例，实现项目的从设计、施工、造价计算、进度计划、成本管理的全过程仿真模拟，将能加强学生对BIM技术知识的理解，提高实践动手能力。近年来，学校邀请业界专家学者所作的报告主要涉及大型公共项目施工现场管理、高层住宅项目设计与施工管理、大型商业单体设计管理等，通过对这些专业报告的学习，使学生对这一领域的前沿知识有了更加深入的了解，同时学校也邀建设工程行政管理部门的管理人员来校做讲座，使学生及时了解国家在工程建设领域的一些推广政策及要求，对毕业生今后较好的从业提供了必要的指导。

3.4加强专业师资培养和教学环境改进

为做好建筑信息模型课程方面的教学改革，首先要提供一个适宜的教学平台。鉴于此，学校近年来加强了青年师资的培养和仪器设备的投入。一方面，学校重视BIM专业师资的培养，先后到省内外高校及培训机构调研和学习，不定期参加全国层面的BIM学术交流会及BIM应用技术培训和讲座，及时领会前沿知识，积极参加BIM师资培训，使更多的专业教师能够掌握这个工具；另一方面，不断改进实验教学环境，配备高性能计算机和相应的BIM软件，目前主要有Revit，Graphisoft等，利用BIM相关软件实现数字化工程设计和虚拟施工、调试及运行，BIM软件更加适合对工程施工建造进行虚拟仿真，借助这一技术，学校土木工程专业整合并建立了工程仿真模拟实践教学平台，学生通过此平台，并充分利用BIM软件，实现对土木工程关键施工过程模拟动画，收到了较好的工程模拟仿真效果。专业教师利用这一平台对真实的项目进行虚拟设计，与此同时，通过安排学生操作，使其真正接触到工程实施过程中可能出现的问题、借助BIM技术提出行之有效的解决措施。

3.5加大培养学生的自主创新能力

高校土木专业引入并推广BIM知识体系，目的是对学生应用能力的培养，实现应用型人才的培养目标。所以，在教学实施中，积极鼓励土木工程、工程管理、工程造价专业学生自主学习BIM知识及相关软件，同时借助教师有关课题带动学生实践，此外，专业教师指导学生积极参加相关BIM技能大赛也是很好的方式。由于BIM是在我国高校属于新生事物，相关专业的研究刚刚起步，全国范围的学生竞赛主要在两个方面：大学生工程项目管理沙盘[5]比赛和建筑信息模型（BIM）技术应用比赛。工程项目管理沙盘模拟一定程度上克服了学生对工程项目管理实践环节认识较为抽象和模糊的现象，一定程度上改善了学生对这部分知识的认知效果。BIM技术应用比赛主要侧重学生BIM软件技能的掌握，主要包括六块技能内容，分别是建筑设计、绿色建筑分析、结构设计、设备设计、三维算量与清单计价、项目管理与投标，通过参加BIM技术应用比赛对提升学生BIM有很大的促进作用。今年省内组织开展了首届大学生建筑信息模型大赛，也是一个新的开端，学校积极组织学生训练，在比赛中取得了综合和单项一等奖的优异成绩，这也说明有了这样的一个平台，加之教师的专业引导，对学生在创新能力培养将会收到较好的效果。

4结语

建筑信息模型技术作为建筑行业的新兴技术，在降低建造成本，提高建造效率方面发挥了巨大的作用，建设工程领域对具备BIM技术的专业人才的需求不断加大，对专业人才的培养提出了更高的要求，高校作为专业应用型人才的培养基地，更应在BIM技术方面加强应用研究，适应工程建设行业的发展，及时调整和创新，逐步建立起基于BIM技术的科学完善的实践教学培养体系，使专业人才培养更加适应现阶段行业发展的需求。

参考文献

1.刘照球，李云贵.土木工程专业BIM技术知识体系和课程架构[J]，建筑技术2013，44（10）.

2.柳锋，何燕.基于BIM技术的土木工程教育改革， 2010 Third International Conference on Education Technology and Training （ETT）.

3.张尚.任宏，Albert P.C. Cha.BIM的工程管理教学改革问题研究（二）—BIM教学改革的作用、规划与建议.2015，36（2）.

4.刘红勇等.普通高等院校BIM实践教学路径探索[J]，土木建筑工程信息技术，2013.10.

5.劉成.基于BIM的工程项目管理沙盘模拟实践教学研究[J]，实验室研究与探索，2012，31（10）.

作者简介：

李楠（1977-），博士，讲师，主要从事土木工程仿真模拟实验教学方面研究。

基金资助：

山东省教学改革研究项目“工程仿真模拟实践教学平台”（（No.2012248）