基于BIM技术的工程管理综合实验虚拟教 学 平 台 的 构 建

杨太华, 汪 洋, 赖小玲

(上海电力学院 经济管理学院，上海 200090)

基于BIM技术的工程管理综合实验虚拟教 学 平 台 的 构 建

杨太华, 汪 洋, 赖小玲

(上海电力学院 经济管理学院，上海 200090)

建筑信息模型(BIM)技术作为现代建筑领域的一项新技术革命，为工程管理类课程实验教学改革提供了契机。通过分析国内外主要高等学校教学过程中BIM技术的应用现状，提出了构建工程管理类综合实验虚拟教学平台的框架结构，并根据其不同模块的专项功能，开发出多门实验课程设计，从而打破了传统课堂知识灌输的教学模式，是对传统实验教学模式的创新性变革。BIM综合实验教学平台的建设和多门实验课程的开发，有利于提高学生综合素质和创新能力，也利于提高实验室的综合利用效率，使学生对工程管理类课程知识有较为系统、全面的认识。教学实践表明，运用这一平台具有较好的实验教学效果。

综合实验教学平台； 建筑信息模型； 实践课程设计; 工程管理

0 引 言

建筑信息模型(Building Information Modeling, BIM)是20世纪70年代由美国乔治亚理工大学建筑与计算机学院 Chuck Eastman 博士提出[1-2]，这一全新的理念和技术不仅带来了工程技术的改变，更是引领着建筑行业思维方式和管理模式的变革方向。BIM技术自2002年引入建设工程领域以来，已在全球建设行业内得到广泛认可，并为工程项目全过程管理决策提供了科学依据与信息[3-5]。随着我国经济社会的快速发展，大批建设项目上马，对工程管理人才的需求也更为迫切，因此，如何使工程管理类专业的毕业生适应社会需求，将成为课程教学改革的方向和目标。本文基于BIM可视化仿真技术[6-12]，构建工程管理类综合实验教学平台，目的是使本专业学生通过平台实践，加深对工程管理类课程理论知识的理解，从而巩固所学的专业知识，提升学生的实践技能。

1 BIM技术在国内外实验教学中的应用现状

BIM 技术是当前建筑行业广泛运用的一种新技术，国外很多高校将其作为辅助手段引入到教学当中[3,9,13-15]。如美国亚利桑那州立大学将BIM 技术引入到实验教学中，利用课程讲座与实验室相结合的方式，将学生的理论知识与实践相结合培养其动手能力。课程讲座不仅安排任课教师，也会邀请一些企业的专业人士进行更加富有实战性的讲解，让学生充分了解未来所从事的职业所需要的基本素质，以及融入建筑行业的基本要求。在工程管理类课程中引入BIM技术相关的工程实践课程，能让学生掌握工程项目的交付过程，以满足建筑行业的职业要求，图1为BIM技术应用于工程项目管理的全过程(包括：建筑规划、概念设计、详细设计、计算分析、出图、预制、4D/5D施工、施工物资采购、运营维护、建筑拆除、翻新改造等)。

图1 BIM技术应用于工程管理全过程

德克萨斯A&M 大学在工程建设学院开设了与BIM技术相关的课程。要求学生熟练地使用Autodesk Revite，Autodesk等相关软件。

宾夕法尼亚州立大学在BIM教学方法的应用上也是十分出色的，并富有成效。将BIM技术引入到实验教学中，让所有学生以分组的形式来实现建设工程项目集成产品开发(IPD)操作。学生通过实践操作，相互学习，分工协作，最后交付一个统一的完整成果。通过团队的形式，让学生懂得无论他们有多少知识，无论他们的困难有多大，可以通过相互协作共同解决，彼此不可分割，从而在学习知识的同时，也锻炼了学生的团队精神。

在韩国和日本，很多高校也都开展将BIM技术引入工程管理课程教学，提升学生实践能力。

与国外相比，我国高校在引入BIM技术，开展教学改革方面还处于起步阶段[6-12]。其中，最主要的原因是缺乏能教授BIM 课程的专业教师，由于BIM技术具有很强的技术性，必须具备工程技术及相关的经济和管理知识，课程教学具有一定的难度，从而导致国内大部分高校工程管理类专业没有开设这门课程。从目前已经引入BIM 课程的高校来看，最好的方法就是将BIM技术应用到实际教学改革中，运用其强大的信息处理和动态仿真能力，将课程中书本内容转换为形象生动、可交互式的施工现场模拟场景，提高学生的学习兴趣和实际操作能力。

2 工程管理类课程综合实验教学平台设计

综合实验教学平台的建设要有利于复合型人才的培养，在实验教学中要针对某一项目管理岗位职能和业务流程进行设计，并且能够整合工程管理类多门课程的实践教学，以体现多学科知识的综合性。传统的课程设计是独立进行的，其实验教学手段和工具也是按照传统模式，但BIM系统不同，它本身就是对传统建设工程的发展和升级，因此，一旦引入实验教学以后，将改变现有的单个独立实验教学模式，这就是它的整合性。构建BIM实验教学平台可以实现项目管理全过程多个岗位的完整模拟，使学生对项目的信息流、资金流、物质流相关知识有一个全面系统的了解，有利于培养学生对建设工程管理的整体观和系统认识，通过项目参与方的协作，也有利于培养学生的团队协作精神，这也是过去工程管理学科教学中的薄弱环节。

本研究的目标是利用目前建设行业比较成熟的BIM软件系统，构建工程管理类综合实验教学平台,图2为构建的平台框图。在此基础上，开发出工程管理类多门核心课程设计和综合性实验课程。开设工程管理类综合性实验是我校管理学科教学的创新性工作。与核心课程设计不同，开设综合性实验课程的要求高一些，涉及的知识面广，这是本课题的难点。考虑到项目管理本身特点，主要应遵循这样几项原则:①选择具有代表性的实际工程项目建立教学案例库，每个项目都可以提供真实的业务处理功能，其工作内容和工作流程与实际操作情景一样。②整个教学过程可以在BIM平台上进行动态可视化仿真演示，这种情景可使学生自觉调整自身不同于课堂上课的状态，促使学生主动思考、规划实验过程和实验步骤，主动加入群体活动中去完成实验。③通过岗位角色模拟，使参与者对自身的工作内容、职责等有较好的体验和认识，从而加深对课堂所学知识的理解，培养解决实际问题的能力。在模拟实验中，不同岗位的同学，可以互换角色，以熟悉不同岗位的业务流程，通过不同角色岗位学员之间的协同配合，锻炼自己的团结协作能力，让每一个学生都能找到相应的职业角色的感觉。

图2 工程管理类综合实验教学平台设计

3 工程管理类综合实验课程开发

目前，国内BIM软件已经具备较为完善的功能，并广泛应用于工程建设实践。在完成工程管理类BIM实验教学仿真平台构建后，根据其不同的专项功能可以开发出多门实验课程设计。如利用其强大的建筑设计功能开发出“工程制图与识图”“房屋建筑学”等课程的实验教学训练；利用其强大的结构设计功能，可以开设出“建筑结构”“土建施工技术”等课程的实验教学课程。加上其强大的安装设计、项目管理、工程三维算量、工程概预算和招投标等功能可以开发出“机电施工技术”“工程概预算”“工程招投标和合同管理”等课程的实习课程。课程设计的整体思路如图3所示。

为了体现BIM实验教学平台的综合优势，以整合各门课程的知识,需要对工程管理类综合实验教学课程进行专门设计, 提出课程设计的整体思路、课程教学大纲、课程教学计划等，如毕业设计就是其中较为综合性的实验课程形式。

图3 工程管理类学生毕业实习课程设计

另外，利用BIM实验教学平台还可以承担各级工程管理领域和投资领域的基础研究、应用研究、开发研究及科技创新工作，为专业课程的教学提供科技储备和技术支撑，培养现代高层次复合型人才。

4 工程管理BIM综合实验教学实践探索

多年来，我们一直尝试着如何将工程管理类课程的课堂教学与实践更好地结合，以实现课堂实践一体化。按照培养方案要求，通过各种基础课程的学习，使学生熟练掌握建设工程管理的原理和方法，并得到工程管理基本技能，包括工程项目的前期决策策划、组织协调和管理、实施控制和信息管理等实际能力训练。为了更好地体现工程管理专业教学特色和定位，针对以往课程教学过程中过分偏重对学生理论知识的讲授，而忽视学生的实践能力和应用能力的训练问题，我们进行了必要的课程创新和改革，着重将工程管理的基本原理、先进管理理念和方法的讲解与实验教学平台相结合，一方面新增了课程设计和工程管理实训操作的实践内容，另一方面借助于BIM实验教学平台相关软件和操作系统(如AutoRevit2012，3DMax，Project2003、P3，Auto-CAD2012等)，安排具体工程虚拟仿真建模学习和训练，培养学生运用三维图形软件,实现从工程项目管理的基础信息建模到设计数据化，再到具体交付实验成果。课程中还增加了涉及具体工程管理施工实例的三维可视化虚拟动态仿真的教学环节(见图4、5)。通过模拟不同工程案例，并配合不同的项目管理工具(例横道图、网络计划等)去解决工程项目的实际问题，使学生在课堂学习中不是盲目无趣，而是生动形象地加深对工程项目管理理论和方法的理解(见图6)。实践证明，学生对类似这样的视频动画学习形式感到更有趣、也更容易接受。从而激发了学生的学习热情，课堂教学由被动灌输变为学生主动吸收，从而收到较好的学习效果。

图4 工程项目施工过程三维仿真模拟

图6 工程项目施工进度管理仿真模拟教学

如“工程项目管理综合实训”就是利用BIM实验虚拟教学平台完成实验教学的一个较好的例子。由于该门课程涉及知识面广，在理论课教学过程中，我们选择一个完整的工程项目作为教学实例，把平台上的部分内容截图，用多媒体给同学们进行演示，辅助课堂教学，能够形象生动地展示工程项目的实际状况，并实现虚拟和现实的结合，使学生身临其境。本课程总课时为48学时，其中理论知识讲授36学时，上机操作和课程设计12学时(全部在BIM平台上完成)。实验课程设计主要是将学生按5～10人一组，根据项目管理工作步骤，共同完成项目组织结构设计、施工进度计划安排、施工平面图设计、工程质量管理、项目合同管理、工程造价核算、项目安全管理等，并完成可视化仿真建模。通过理论与实践相结合的创新教学方式，让学生了解工程项目管理的基本内容、施工组织协同管理，从而加深理论知识的理解，巩固相关基础知识，培养学生们团队意识。从教学效果来看，达到了预期目的，学生对类似的视频动画学习形式很感兴趣，也更容易接受。通过与国内一些知名软件公司合作，多次邀请企业技术人员给学生开设专题讲座，组织学生参加全国BIM大赛，并取得了运用BIM技术三维算量竞赛、全能竞赛的优异成绩。

5 结 语

BIM技术作为现代建筑领域的一项技术革命，为工程管理类课程教学改革提供了契机。传统的课堂知识灌输已不能适应当代工程管理的教学需求，大量应用型人才和创新型人才的培养迫切需要我们进行教学改革。通过BIM综合实验教学平台的实施，使学生对工程管理工作有了深入了解，并能按照培养方案要求，运用规范的教学指南完成管理工作，能将课堂上所学的理论知识与操作实践结合起来，灵活运用，大大提高了课堂教学的效果。

(1) 综合实验平台的建设，有利于提高学生综合素质和创新能力。实验课程的开发，不仅能够加深学生对课堂知识的理解，提高综合运用知识的能力，而且能够提升学生分工合作的团队意识，锻炼其协调处理技术问题和人际关系的能力。充分发挥学生在实验教学中自主学习的主动性和探索创新精神，有利于培养具有开拓意识和创新能力的复合型人才。

(2) BIM综合实验平台的建设，有利于提高实验室的利用率。该平台充分利用BIM技术的建筑设计、结构设计、安装设计、项目管理等强大功能，把多门工程管理类课程设计和工程案例集中于一个平台，克服了传统教学实验单个独立实践教学需要独立实验室的缺陷，从而提高实验室的综合利用率，并在工程管理领域基础研究、应用研究和科技创新中发挥重要作用。

(3) 工程管理类BIM综合实验虚拟教学模式是一种创新，是对传统实验教学模式的改革，有益于学生综合素质的培养。通过这一综合创新实验教学的改革，使学生得到工程项目管理全过程主要知识和管理技能的训练，从而提升学生对工程项目管理整体性和系统性的认识，为将来走上工程管理工作岗位奠定基础。教学实践表明，这一全新的教学模式，是工程管理类专业行之有效的实践教学手段，值得推广应用。

[1] Charles Eastman， David Fisher， Gilles Lafue，etal. An outline of the building description system[D]. Institute of Physical Planning, Carnegie-Mellon University,1974.

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Establishment of Comprehensive Experimental Platform for Engineering Management Teaching Based on BIM

YANG Taihua， WANG Yang， LAI Xiaoling

(School of Economics & Management， Shanghai University of Electric Power, Shanghai 200090, China)

The development of building information modeling (BIM) is a new technological revolution in the field of modern construction, and provides an opportunity for the teaching reform of construction management. In this paper, we put forward a framework which establishes the virtual teaching platform of comprehensive experiment for construction management based on analyzing the application of BIM technology in the college teaching process, and developed several experimental curriculums by means of the special functions of the different modules. It is an innovation of the traditional experimental teaching mode. The utilization of BIM comprehensive experimental teaching platform will improve the comprehensive quality and innovation ability of students, and increase the comprehensive utilization efficiency of the laboratory. The teaching practice shows that the use of this platform has a good effect in the experimental teaching.

comprehensive experimental teaching platform； building information modeling (BIM)； practice curriculum design； engineering management

2016-09-29

上海教委重点课程建设项目(沪教委高[2015]37号)

杨太华(1963-)，男，贵州仁怀人，博士，教授，主要研究方向：工程项目管理、电力安全管理等方面的教学和科研工作。

Tel.：021-68021485；E-mail: yangth@shiep.edu.cn

TU 05

A

1006-7167(2017)08-0108-04