基于BIM技术的应用型本科土建类专业实践教学路径研究

崔德芹，南锦顺，朱宝英

1　引　言

1.1　BIM含义

美国国家建筑科学研究院对BIM的描述为：BIM是一个设施(建设项目)物理或功能特性的数字表达；是一个共享的知识资源，是一个分享有关这个设施的信息，为该设施从建设到拆除的全生命周期中的所有决策提供可靠依据的过程；在项目不同阶段，不同利益相关方通过在BIM中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映其各自职责的协同作业[1]。由此，BIM有如下三个含义：即Building Information Modeling-建筑信息模型建模；Building Information Model-建筑信息模型；Building Information Management-建筑信息管理。进一步拓展，建筑业所有的基于信息模型的建筑信息管理都是BIM。

1.2　BIM技术对建筑业的影响

建筑信息模型BIM技术，把传统的二维平面转换成三维建模，并进一步拓展到4D、5D，实现可视化、多专业协同协调、建筑物全生命周期管理、信息共享等特点，给建筑业和建筑工程师带来了一次巨大的信息技术革命。斯坦福大学综合设施工程中心研究了32个采用BIM技术的工程得出了如下结论[2]：(1)节约了40%的预算成本；(2)成本估算精度在3%之内；(3)减少了高达80%由于时间产生的成本估算；(4)通过冲突检测节省了10%的合同价值；(5)减少了7%的项目时间。

1.3　BIM国内外应用现状

美国在建筑信息技术应用方面走在全球前列，国家科学研究院于2007年发布了美国国家BIM标准，工程建设行业应用BIM技术的比例从2007年的28%增长到2012年的71%[3]。新加坡建筑管理署(BCA)2011年发布了新加坡BIM发展路线规划，要求2015年前所有建筑面积5 000 m2以上的项目必须使用BIM技术。日本从2008年开始，大量的设计公司、施工企业开始应用BIM。韩国公共采购服务中心(PPS)提出，2012-2015年，超过50亿韩元大型工程项目都采用4D BIM技术，2016年前，全部公共工程项目应用BIM技术。

1.4　BIM技术对应用型本科土木建筑类专业人才培养的影响

应用型高校工程类专业在人才培养中，注重学生专业实践能力和创新能力的培养。对于操作性很强的课程，理实一体化的现场教学效果显著，但往往受现场条件所限(是否有正在建设的项目、项目能容纳人数、现场教学的安全保障及学校是否具备完善的实践教学基地等)有着很大的不确定性，无法使学生观察到全面且完整的施工全过程的技术和管理内容。同时应用型本科的青年教师指导学生实践能力缺乏。应用BIM技术，可以直观地模拟建筑物生命周期的全过程，使学生对专业技能知识有了直观性认识，提高学生对理论知识的理解力和实践操作的认知力，更加有助于应用型人才的培养。同时，工程界BIM技术的应用与推广有力的促进了高校信息化教学的发展，也促进了高校实践教学水平和教学效果的提升。

2　BIM技术在国内外高校的教学现状

2.1　国外教学现状

在美国，70%的高校已经将BIM融入到课程教学中，未开设BIM课程的高校中有88%计划增设BIM课程[4]，如加州理工大学等。克罗拉多州大学施工管理系，在入学第一年就开设BIM建模课程，既提高了学生对工程图的理解，又培养了学生BIM建模能力，同时为后续专业课程的BIM综合应用建立模型。

2.2　国内教学现状

在中国，高校的BIM技术研究也如火如荼。2009年，清华大学软件学院BIM标准研究课题组正式启动；2011年鲁班软件与同济大学建立了BIM技术研究等方面的合作；2012年，华中科技大学土木工程与力学学院开设国内首个BIM工程硕士班；2013年，哈尔滨工业大学在国内高校中首次开设《BIM技术应用》短课程[5]。全国范围内关于BIM方面的学生竞赛也很多，如“全国高等院校学生斯维尔杯BIM系列软件建筑信息模型大赛”，目前已举办了七届，有600多所高校参加；广联达、鲁班、PKPM等相关BIM竞赛，也在进行中。在建筑业BIM转型的新时期，企业界也积极开展和参与BIM的人才培训。

2.3　BIM在吉林市高校应用效果调查

笔者于2016年暑期，对吉林省北华大学、长春工程学院、吉林农业科技学院、吉林电子信息工程学院4所院校工程类专业学生进行了调查，如图1。

图1 吉林省高校学生对BIM的认知情况

调查了解到：(1)大学低年级的学生，对BIM了解较少，进入大三、大四的学生，对BIM的兴趣大大提高。(2)学生普遍对学校BIM教学的满意度低，仅占受访学生的8.51%。(3)有2所院校在培养方案中开设了独立的BIM课程，也仅仅是建模的部分。(4)有3所院校成立了BIM研究小组和学生的BIM协会。(5)有1所院校尝试了将BIM技术应用于毕业设计环节。(6)有2所院校组织学生参加了关于BIM的全国竞赛并取得了较好的成绩。

可见，在BIM的教学方面，吉林省的高校也取得了一定的效果，但从学生对BIM的认知度来看，吉林省的BIM教育远远落后于国内南方和沿海等发达城市。同时，BIM教学开展的还不够深入，还没有达到BIM综合应用的程度。在国内的应用型本科院校，BIM教学普遍存在着师资匮乏、教材缺少、BIM软件的选择困难、计算机硬件不达标、实训室建设不成熟及综合实训不综合等问题。

3　基于BIM技术的实践教学路径

BIM技术具有交互性、信息协作共享性和集成性等特点，利用这一特点，以BIM技术为依托，将课程教学、专业实践、综合实训、毕业设计、互联网+、学科竞赛、创新创业、技能考证等有机的融合起来，形成基于BIM实践能力培养的土木建筑类专业实践教学路径。

SI4133芯片可以通过三线串行总线配置各分频系数。三线串行总线的时钟不能大于25 MHz，因此控制器通过通用IO模拟三线串行总线，设置三线串行总线的时钟为80 kHz，非工作状态电平为高电平，时钟线在上升边沿进行采样。SI4133芯片每次被选中，可以配置一个配置寄存器；其可配置空间为9个寄存器。三线串行总线发送的数据结构如图10所示，发送数据为22 bit，由18 bit数据域与4 bit地址域组成，地址域存放配置数据，地址域存放配置空间的地址。发送配置信息时，数据采用大端模式发送。

3.1　建立基于BIM实践能力培养的土木建筑类专业课程体系

BIM的可视化信息技术包括3D、4D和5D三种[6]。3D主要是通过三维空间的方式表述建筑构件模型，实现建筑三维的可视化、构件材料信息的数字化、三维碰撞检测。同时，3D模型也可以直接转换成2D图纸并打印出来，而且当3D模型修改时，2D图纸随之自动更新。4D技术是在3D技术基础上增加了时间维度，能够模拟工程项目的施工过程，5D是在4D的基础上加上成本的维度，能够进行建筑工程的预算和成本管理。

3.1.1开设独立的BIM课程在一年级开设基础的BIM建模课程，为BIM的基础教学，在专业认知实习后并先于专业课开设。主要讲授BIM相关软件的操作方法，使学生掌握BIM3D的建模技术，并通过三维建模的过程练习，更好的理解工程制图的理论知识和更快捷地读懂工程图纸。在四年级以项目教学为主开设独立的BIM综合实训课程，即4D、5D，为BIM建模的延伸教学，让学生利用BIM技术将所学各门专业知识集成整合起来。

3.1.2在现有的专业课程中引入BIM技术根据人才培养方案，将BIM技术融入到土木建筑类专业的相关专业方向课程中，使每个学期的相关课程都安排BIM的教学内容，使各门课程在BIM平台下做到充分融合。

课程体系中引入BIM技术，可在建模阶段以一个完整的工程项目作为教学案例，将该项目建立BIM系统，各专业课程的教学均可从该BIM系统中获取信息和进行相关操作，既可以提高教学效率，又能提高学生学习的主动性。在BIM综合实训阶段，对该案例项目进行全生命周期的BIM应用模拟。土木建筑类专业基于BIM能力培养的课程体系如表1。

表1　土木建筑类专业基于BIM能力培养的课程体系

3.2　建设以项目教学为核心的BIM实践教学体系

在当前应用型本科土木建筑类专业BIM教学发展的初期，在开设BIM课程及专业综合实训基础上，通过毕业设计、学科竞赛、科技创新、技能鉴定、组建BIM团队等多种方式开展BIM教学，形成多元化的实践教学体系。

3.2.1开展BIM毕业设计在BIM课程学习和实训的基础上，学生已掌握了相关BIM技术，而毕业设计是四年来专业技能和综合能力的展现，将专业知识和BIM技能融合起来，完成毕业设计工作，将更有利于学生适应建筑行业对能力要求。毕业设计以团队方式进行，建立毕业设计小组，团队成员分工并协作完成一个项目全生命周期的BIM应用。毕业设计在传统2D设计的基础上，实现BIM建模，同时实现图纸会审模拟、碰撞检测、施工模拟、进度模拟、成本分析、各专业协同等工作。

3.2.2开展BIM科技创新和学科竞赛高等教育十分重视学生的创新创业能力和学科竞赛水平，国家和各省、市每年都举办各级大学生创新创业、互联网+和学科竞赛活动。将BIM技术应用于大学生科技创新和学科竞赛中，促进学生动手操作、动脑思考，通过参加各级BIM竞赛的培训和竞赛活动，与兄弟院校进行交流，将极大地提高学生的学习兴趣，无疑能促进学生对BIM技术的学习和掌握。

3.2.3开展BIM技能认证目前中国建筑科学研究院开展的BIM技能认证和结构设计师认证，有针对在校学生的级别。目前行业对BIM的人才需求很大，学生毕业前如果能取得相关BIM等级证书，对将来的就业有着很大的作用。学校可与社会认证机构合作，共同开展BIM认证活动。

3.3　培养专业的BIM技术教师队伍

在建筑业缺少BIM人才的同时，高校的BIM师资也严重匮乏。高校教师缺乏项目建设的实践经验，缺少BIM在实际工程中的综合应用能力和经验，而且年轻教师基本上是从校门到校门，教学经验也十分不足。

通过引进BIM方向的复合型人才和对专业教师进行培训，共同组建BIM教学团队；注重校企合作实践为主的方式培养师资，选派教师到企业顶岗实习，积累BIM的实践经验；通过与软件供应商合作的方式，培养教师的BIM应用技能；安排教师参加行业协会、科研院所组织的BIM技术培训和交流会议，使教师及时掌握BIM新技术和新政策，提高教师的BIM应用能力。

3.4　组建以学生为主体的BIM兴趣小组

利用课余时间，组建以学生为主体的BIM兴趣小组，选派具有丰富BIM实践经验的专业教师担任指导教师，时刻关注和定期进行指导。也可以与企业合作设立BIM专业协会，定期开展BIM应用、BIM最新进展等讲座或举办BIM竞赛活动，帮助学生提高BIM应用能力。同时，通过BIM协会举办的竞赛活动，也为BIM的国赛和省赛进行人员选拔。通过参加各级BIM竞赛，既可以提高学生的BIM实践能力，又可以扩大学校的知名度。

3.5　校企合作组建BIM实训中心

改进实验教学的软硬件条件，配备高性能计算机和相应的BIM应用软件，成立工程仿真模拟实验平台。常见的BIM软件有Revit，Bentley，ArchiCAD，Tekla及国内的PKPM-BIM、广联达-BIM、鲁班-BIM、斯维尔-BIM等。应用型本科也可以在原有校企合作的基础上，以BIM技术应用为契机，与施工企业、软件公司、科研院所进行合作，也可以与同类高校进行合作，共建BIM实训室，为BIM技术的教与学创造条件，为学生BIM技能的提高提供平台。

3.6　适时组织BIM技术专家讲座

学校的教育与行业的需求是分不开的，适时了解岗位对专业能力的要求，实时调整人才培养的目标和方向，是提高人才培养质量的有力保障。行业专家具有丰富的实践经验并掌握着大量的真实案例，运用真实案例法并结合自身经历(验)的教学，能极大的激发学生的学习积极性和提高教学效果。通过行业专家的报告，学生也可以进一步了解所学专业领域的前沿知识和先进技术。通过工程行政管理部门的专家讲座，学生能进一步了解国家在这一领域的政策和法规，为毕业后更好的就业进行指导。

4　结　语

BIM技术的运用将给建筑业带来质的飞跃，需要大量真正掌握软件操作和工程专业知识的BIM综合人才。应用型本科院校在BIM人才的培养中，应通过课程实验、综合实训、毕业设计、参加竞赛、技能鉴定、专家讲座等多种途径全面提高学生的BIM实践应用能力，以适应行业的发展需求。

参考文献：

[1] National Institute of Building Sciences.United States National Building Information Modeling Standard [S].

[2] Azhar S.Building I NFORMATION Modeling (BIM)：Trends，Benefits，Risks，and Challenges for the AEC Industry[J].Leadership &Management in Engineering，2011，11(3)：241-252.

[3] 张尚，任宏，Albert P.C.Chan.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[J].建筑经济，2015(2)：92-96.

[4] Christopher Pavelko，Allan D Chasey.Building Infotmation Modeling In Today’s University Undergraduate Curriculum[J].2012，20-28.

[5] 刘红勇，何维涛，黄秋爽.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，2013，5(5)：98-101.

[6] 黄海生，吴丹丹.基于BIM的土木工程课程体系教学改革[J].湖北科技学院学报，2016，36(4)：74-77.