BIM技术在建筑环境与能源应用专业中的应用研究

任晓耕 王浩宇 杨志成 何林清

摘  要：文章通过分析BIM技术在高校教学应用现状，进行了基于BIM的建筑环境与能源应用专业中的教学改革，通过对已有课程内容重构和改革，以及增设新的课程，把BIM技术有机融合到建能专业的教学计划中，并结合实习，校企合作等环节，摸索出基于BIM的“科教融合”道路，为进一步深化BIM技术在高校教学改革中的应用提供宝贵经验。

关键词：BIM技术;工程制图;科教融合;课程群;教学改革

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2019）03-0127-04

Abstract： This paper analyzes the current situation of BIM technology in college teaching and application， and carries on the teaching reform in BIM-based building environment and energy application. Through the reconstruction and reform of existing curriculum content and the addition of new curriculum， the BIM technology is organically integrated into the professional teaching plan of Building Energy， and combining with the practice， school-enterprise cooperation and other links， the road of science and education integration based on BIM is explored， which provides valuable experience for further deepening the application of BIM technology in college teaching reform.

Keywords： BIM technology; engineering drawing; science and education integration; curriculum group; teaching reform

一、概述

十三五特别指出勘察设计类企业要加快BIM等信息技术在建筑业的普遍发展，我国政府对BIM大力推广及建设行业应用BIM的政策不断增多。[1]各地陆续推出促进BIM在相关行业应用的政策条文。住房城乡建设部办公厅关于国家标准《绿色建筑评价标准》公开征求意见通知中，应用建筑信息模型（BIM）技术，评价总分值为10分。在建筑的规划设计、施工建造和运行维护阶段中的一个阶段应用，得5分;在两个及以上阶段应用，得10分。在“多业态地产的数字化建设路径”的报道中，阿里云地产行业首席架构师郭世伟指出，利用高精度的地图、BIM、GIS场景的应用，可视化的应用（AR/VR）实现多维度多样性的企业应用融合。除了阿里，Israel、腾讯、intel等大公司开始介入BIM。助力全国各城市推广BIM技术逐步开展，真正实现在全国范围内的普及应用。

国内BIM技术应用经典案例有水立方、国家会展中心、北京奥林匹克公园瞭望塔、北京凤凰传媒中心、中国尊、上海迪士尼、望京SOHO、武汉绿地中心等大型综合体建筑。这些建筑无一例外均是施工技术难度大，与传统的工作流程相比，削减了不少风险，节约时间的同时还提高了工程质量。同时实现了绿色环保、节能减排的成效。在这些案例中，BIM技术充分发挥了助力解决项目全生命周期难题、多部门多岗位协同应用的特点。尤其在可持续发展、协调合作、空间信息管理和设施管理三大方面发挥作用。随着BIM的推广和广泛应用，国家需要大量的BIM人才， 我国目前BIM人才数量短缺，培训BIM人才迫在眉睫。

二、高校BIM技术应用现状分析

美国近年的BIM技术应用已经高达80%，部分建设项目强制实施BIM技术，通过学术调查结果显示，美国目前75%的学校已经将BIM融入课程中，很多目前没有设置BIM课程的学校，根据调查，也要很快把BIM纳入其课程中。

BIM建筑行业中迅速普及和超前引领性，我国建筑业的信息化已经提升到国家战略位置，使得开展基于BIM的教学改革成为必然趋势。我国很多高校开始在专业教学中引入BIM，进行相关教学改革尝试。如，青岛理工大学、哈尔滨工业大学在专业教学体系中增设BIM技术应用专业课程，吉林建筑大学、长春大学、北京工业大学开设了BIM创新实践课和专业选修课，安徽工程大学在系列专业课中融入BIM技术，大连理工大学在毕业设计环节尝试了BIM方向，大连民族学院增设了BIM实验选修课程[2]。另外，还有练兰英在BIM对高校应用型人才培养的作用研究中做了分析。刘洁在應用型高校的BIM教学改革问题探究中分析了高校课程体系融入BIM的制约因素，曹曦进行了BIM技术融入高校工程管理教学探究。章帅也在BIM技术在高校教学中的应用研究中提出了最大化使用BIM技术在高校进行教学的观点，在BIM技术在水工程施工教学中的应用探索苗群介绍了如何把BIM特点和施工教学环节结合。李茜在基于BIM素质培养的高校建筑学专业教学研究中系统介绍了建筑学专业如何将BIM相关软件结合到课程体系中。韩锐在基于BIM的多专业协同建筑设计教学模式探索中分析了传统建筑设计教学中存在的问题，以及通过BIM实验室集中各专业同学进行建筑设计项目模拟，得出三维设计相比传统设计的深入性和直观性，以及不能仅把BIM作为一门单纯的软件课程，必须加载在原有教学体系中的教学改革经验和结论。

三、BIM技术在我校建筑环境与能源应用专业中的改革

建筑类课程的设计从传统的手工二维图纸表达演变成CAD、天正CAD等计算机辅助设计，表达手法逐渐向技术信息化迈进。但设计本质却依旧以二维设计为主，方案修改还要重复原先过程。（如图1所示）而BIM 辅助设计是一个全新的立体设计体验。在整个设计过程中，设计者将一直处于虚拟的三维建筑空间中，并将3D和2D技术与信息相结合，将建筑构件的技术信息与各门专业课程内容紧密结合，把设计阶段出现的所有的问题先解决掉，大大缩短方案设计的进程，有效地提高建筑类课程的实用价值。同时利用BIM的可视性、协调性、模拟性、优化性和可出图性，可以和建能专业课程体系多门课程进行渗透、交叉、促进。随着软件升级，这种整个教学体系架构的教学改革可以进一步深入和持续。从以上信息可以看出，BIM既是一种新的三维新技术的理念，更是一种深化专业教学改革，提升建筑人才培养质量，重塑自身办学特色的绝佳机遇。掌握BIM技术不仅能增强人才的竞争力，还能为职业发展提供很多新的机会和可能。因此高校从不同层面积极重视学生BIM 素质和能力的培养。

企业对BIM应用人才有迫切的需求。我校建筑环境与能源应用专业也抓住机遇，依托在北京的资源优势，及时在目前教学过程中加入BIM的教學内容。由于BIM的应用是全生命周期的，需要跨专业、甚至跨院校，多专业协同，单一教学难以满足实践要求，要改变现有课程高校体系存在较大困难。我院在BIM课程改革中进行了探索，找出了一套因地制宜的BIM教学改革模式。目前运行较为顺畅。

新技术融入教学计划主要有两种途径：新增BIM 技术相关课程和在建能专业原有专业课程中加入BIM内容。针对建环专业的教学计划，在“房屋构造”课中引入BIM 标准体系和工具，将教学内容重新整合，以任务或项目驱动方式完成建筑制图（Revit Architecture）的入门介绍。另外增设“建筑机电系统三维建模（MEP）”、“BIM工程应用强化训练”两门专业选修课。系统介绍建筑机电系统制图（Revit Mep）、Navisworks等BIM系列软件。具体改革思路和措施如下：

（一）Revit Architecture和“房屋构造”课程的无缝对接

“房屋构造”课为建筑环境与能源应用工程本科拓展类专业选修课。通过课程的学习，了解建筑的基本概念和一般设计方法，熟悉民用建筑和工业建筑的组成、构造原理和构造方法。该课程注重实践， 而之前的教学主要以课堂教授为主， 通过图片和视频资料辅助介绍， 课程内容相对比较单一，课堂上老师的讲解枯燥、空洞无物， 学生的学习兴趣不大，主动学习的积极性也不高。

结合房屋构造课程特点，减少理论时数，穿插进去Revit Architecture教学内容，以一个小别墅为案例，在电脑上用REVIT软件三维建模仿真建造房屋，从标高、轴网、柱、墙、门窗、楼板、屋顶、楼梯坡道、阳台扶手、室内外常用构件……按顺序一步步搭建三维模型。在这个过程中，原来用二维表达的图形栩栩如生展现在学生面前，原来枯燥的理论课变得立体生动，帮助学生更好地理解抽象的内容， 既学了软件的使用方法，同时仿真建造了一所小别墅，促进了对“房屋构造”这门课的主要知识点的理解掌握。

课堂上， 二维施工图和三维模型一起使用、对比演示， 加深学生的理解。着重培养学生建筑工程意识和建筑工程思维方法，培养学生建筑环境与自然环境协调、互为辨证统一的发展观。同时， 还可向学生进一步渗透BIM理念，介绍BIM的发展趋势， 体会BIM技术的深化设计、优化原始平面设计的优势， 引导学生将BIM技术应用到未来的工程实践和工作中。

（二）增设“建筑机电系统三维建模（MEP）”、“BIM工程应用强化训练”两门专业选修课

借助教学计划调整时机，增设“建筑机电系统三维建模（MEP）”、“BIM工程应用强化训练”两门专业选修课。通过“建筑机电系统三维建模（MEP）”学习，学生将学会在 Revit MEP 中进行 BIM机电模型（水暖、电气、消防等专业）搭建，然后将模型轻量化后导入Navisworks进行碰撞检查，确立协同工作方式和优化方案。在“BIM工程应用强化训练”中，将通过真实案例来强化暖通专业识图和在 Revit中全专业建模的方法，同时加入参数化建族、BIM插件应用拓展及创新训练。

“建筑设备与工程制图”、“房屋构造”、“建筑机电系统三维建模（MEP）”、“BIM工程应用强化训练”一共四门课，把建筑制图-建筑设备工程制图-CAD-天正CAD- Revit Architecture-Revit Mep这些知识点串在一起，同时将二年级、三年级、四年级的课程也有了衔接和深化递进的设计，逐步形成“梯队式BIM”人才培养方案。

（三）BIM技术促进师资队伍建设

BIM课程体系建立的第一项任务便是BIM师资队伍的建设。要求相关课程的专业教师都能够掌握相应的BIM知识和相关工程经验。高校教师作为施行BIM 建筑教育改革的主体，首先要对BIM知识进行系统的培训与学习。利用参加培训班、去设计院实习等各种渠道增加建能教师的BIM学习机会，为学生学习BIM技术奠定坚实的师资基础。确定课程方案之前，相关老师参加了为期三个月的“北京华茂BIM项目工程师/项目经理建模到项目应用的培训”，并获结业合格证书。

在BIM理念的渗透之下，教师重新制定专业课程的教授顺序与侧重点。撰写大纲、教学日历、考核方案和模式、任务书等教学文件，调研搜集整理确定案例、电子课件、课外练习题，完成这四门课的课程建设任务。从2015届毕业生中，和BIM相关的毕设课题也逐渐增多，并且BIM类毕设课题深度广度在逐年增加，通过指导学生进行毕设，专业老师的BIM能力也得到提高。

（四）BIM技术促进了高校应用型人才培养的改革

借助于BIM技术平台，在“房屋构造”和“建筑机电系统三维建模（MEP）”、“BIM工程应用强化训练”课程教学中以一个完整工程的真实案例为核心，通过三维建模技术表达真实建筑所具有的信息，真实再现建筑的空间布局、管线走向及位置，具有可视、具象、完整、关联和互用性等特征，是原始二维设计技术根本性的提升，也使原本“枯燥无味”的课堂教学变得生动起来，激发了学生学习专业课的动力。在BIM技术平台下讲述比传统授课更具系统性和层次性和可操作性。

“梯队式BIM”的培养模式进行教学，根据学生的学习程度和职业目标，按照初级的建模员、中级的工程师、高级的项目管理员分阶段、分层次培养，本课题的基本培养目标是初级建模员，下一步准备在后续课程设计和预算施工实训阶段目标是工程师。

（五）结合创新创业，逐步形成科教融合的教學体系

借助BIM类课程在专业设置中的渗透，我校建能专业这几年积极和北京住宅建筑设计研究院、北京市建筑设计研究院有限公司、中国建筑科学研究院等设计院进行联系，输送一批批学生到设计院进行暑期实习、毕业实习，设计院根据学生能力情况择优录取，目前已经有多名毕业生在以上设计院就业。结合暑期实习，毕业实习，用设计院真实项目进行强化训练，对于设计院的工作流程、项目分工、工程经验等知识技能进行了培训，老生带新生，形成“梯队式BIM”人才培训。

2016年我校建筑环境与能源应用专业的毕业生已有15%从事与BIM相关的工作，这两年有更多学生在BIM 岗位工作。通过这两年学生在课程和实习过程中的学习磨练，积累聚集一批具备BIM建模技能的学生。响应大学生创新创业号召，于2017年底成立“BIM&CFD建模与分析工作室”，承接北京各大建筑设计院的基础建模、绿建分析等外包工作。该工作室以学生为主体，教师辅助，和设计院资深建模师横向交流合作，借助大学生创新创业为平台，真正做到学以致用。

利用BIM平台分别在企业委托课题、合作申报自然科学基金项目，共建“BIM&智慧城市”实验室等方面进行深度合作，摸索出一条科教融合的“产学研”道路。

四、存在的问题与进一步研究设想

由于课程改革的进一步深化，师资队伍的新知识和技术的培训和教学管理工作的协调如何平衡，学生的日常学习和BIM工作室的活动如何平衡，这些问题有待于进一步协调解决。

BIM这个概念是基于工程的全生命周期的，目前学校的课程改革和应用也仅是完成最基本的一步。下一步准备在后续空调课程设计和施工预算等实训环节进一步进行改革，阶段目标是培养出BIM工程师。让学生直接可以进行BIM正向设计，直接实现从平面二维设计到三维设计的飞跃。

参考文献：

[1]练兰英，刘加冬，杨莉.BIM对高校应用型人才培养的作用研究[J].新教育时代，2017，5.

[2]郝丽.BIM技术融入高校工程类专业教学的应用研究[J].土木建筑工程信息技术，2015，7（4）：108-111.

[3]刘洁，张晓燕.应用型高校的BIM教学改革问题探究[J].安徽建筑，2017，8.

[4]苗群，王佳媛，邓莉蕊，BIM技术在水工程施工教学中的应用探索[J].高等建筑教育，2017，26（4）;115-118.

[5]张尚，任宏，Albert P C Chan. BIM的工程管理教学改革问题研究（一）——基于美国高校的BIM教育分析[J].建筑经济，2015（1）：113-116.

[6]李茜，基于BIM素质培养的高校建筑学专业教学研究[J].廊坊师范学院学报（自然科学版），2017（1）.

[7]韩锐，刘大平，邵丹，等.基于BIM的多专业协同建筑设计教学模式探索[J].实验室研究与探索，2017（4）.