BIM技术在新工科建设土木工程专业中的应用研究与探索

李 昕

(黑龙江工程学院 土木与建筑工程学院，黑龙江 哈尔滨 150050)

我国的高等教育发展是与国家和时代发展同向同行的，网络信息化进程的快速发展已经改变了传统的教学方式，从而实现了教育的个性化及学习的自主化，促进了教育的全面改革。近年来建筑信息模型(Building Information Modeling，简称BIM)技术在全国的土木工程行业掀起了一股学习浪潮。目前以Revit、Bentley为主流的BIM软件已进入国内市场，随着BIM技术的推广及其优势的凸显，国内土木行业也将出现崭新的变化。在国家大力推行应用技术型大学、新工科建设的背景下，把BIM技术运用到土木工程专业体系中势在必行，对于高校土木工程专业的教育发展极其重要。当前高校培养的土木工程专业毕业生大多是工作在施工现场，具备符合行业特点的BIM技能，可以加大就业择业面的广度，也能提高工作中专业和BIM技能结合的深度。

1 BIM技术运用在土木工程专业教学现状

为了适应行业需求，高校建设也紧跟时代步伐，积极开展BIM技术的生产、教学、应用等工作，在深化创新创业教育改革方面具有良好外部条件与领先技术基础。目前国内众多高校已经使用BIM技术开展建筑类专业的教学工作，并与企业合作成立了BIM研究中心，发挥自身专业特长，深化产教融合、校企合作、协同育人，推动传统工科专业改造升级，积极开展地方高校新工科研究和实践。我校的土木工程专业是在2015年才接触BIM技术的，相比较其他学校起步较晚，与国内外各高校在该领域的教学改革和研究水平存在一定的差距，因此如何将BIM技术运用到土木工程专业体系中的教学改革亟需开展。

1.1 BIM教学缺少配套的土木工程专业教材

初期BIM技术的推广和发展，主要是通过BIM各大软件公司举办的相关会议和软件应用培训等方式获得的，得到行业各界和高校的认知。作为工科熟知的Autodesk公司率先和国内相关高校展开合作，出版了一系列的BIM丛书，主要介绍了BIM理念以及开发出来的系列相关工具，这些工作在很大程度上对 BIM技术在工程领域的认识、应用与推广起到了重要作用。目前市面上有很多各个出版社的BIM技术相关书籍， 但是针对高校土木工程专业BIM技术的教育教学缺乏成熟完善的成果，高校规划类系列配套教材极为少见。

1.2 每门课程的单独设计使BIM教学缺乏连贯性

有些高校认识不够，将BIM技术作为计算机基础课程列入培养方案中。开设BIM课程的主要目的是使学生掌握BIM软件的操作，辅助学生更好地学习工作。目前针对不同的课程，采用的教学模式区别不大。每门专业课的讲解中都会融入BIM的理念，普及率提高，但是不够深入，尤其是相关专业课的课程设计没有延续性，导致BIM的使用缺乏连贯性。

1.3 实践教学中工程案例参与性不足

大部分高校的专业课程中会有认识实习，带学生去施工现场参观学习，这种方法可以使学生把理论和实践结合在一起，但是施工现场一般较远，除了路途时间因素、安全因素，还有现场干扰都很难达到满意的教学效果。很多专业课的工程案例只靠教师在课堂上用板书和PPT的形式讲解，对于某些工程细节的认知缺乏深入的理解。

1.4 毕业设计中的各专业BIM软件缺少衔接性

毕业设计是学生展现大学四年学习知识积累的一个真实反馈，计算机辅助毕业设计已经是不可或缺的环节。但由于BIM技术的相关软件较多，不同的生产商会造成各专业之间的“断点”，落实到设计中就会出现学生重复建模、数据互换困难的现象，完成一个完整的毕业设计比较吃力，体现不出各专业之间的协同性、合作性，更培养不出来学生之间的团队合作素质。

2 土木工程专业课程协同教学改革思路

目前学院正在修订2019版培养方案，培养方案以BIM技术为主线，实现了专业课程协同教学改革，让土木工程专业本科学生主动适应建筑工业化的需求，实现不同课程中的建筑模型、结构模型、施工模型的有效衔接。BIM课程按深度分为基础课程和专业课程，BIM基础课程针对低年级学生开设，主要介绍BIM的发展历程和基础操作。学生对BIM知识体系有了一个初步的认知后，BIM专业课程再面向高年级的学生开设，将BIM技术植入到每门专业课中，使学生在学习新知识时能够有一个循序渐进的引入过程。

2.1 BIM技术在土木工程制图中的运用

我校的土木工程专业从大一新生入校第一学期就开始学习“土木工程制图及BIM”这门课程。该课程原名“土木工程制图”，以画法几何、专业制图结合AutoCAD为教学重点，抽象的画法几何教学内容使大一新生对几何形体的特性缺乏直观的感受，无法满足较早开展建模训练的需求。在进行大量的毕业生回访、用人单位反馈意见的基础上，该课程2019版大纲加入了BIM相关软件的初级内容，同时为了避免过度的激进改革和适应部分中小型用人单位的实际需求，对二维CAD的教学内容给予适当的保留。其次，“土木工程制图及BIM”课程的BIM教学内容学时不多，但BIM相关软件的启蒙教育，也为后续各专业方向的相关课程学习作出了铺垫,这样避免了其他课程还要重复教授BIM软件的操作内容。

2.2 BIM技术在桥梁工程中的运用

桥梁工程是一门实践性非常强的课程，更是一门需要专业技能的课程，需要依托感性认识、经验和构造图示才能较好把握、理解其实际结构。由于桥梁的各个构件大多数属于异性结构，很难想象出立体效果，所以利用Revit建好的模型在课堂上展示教学，教学效果会大大提高。例如箱梁是桥梁工程中一种常用的梁，内部为空心，上部两侧有翼缘。从边跨到跨中，箱梁的截面尺寸还会发生变化，同时箱梁顶具有横坡度。用Revit把箱梁模型建好后，可以360°任意旋转查看各截面各节点的变化，相比图片展示更加详尽。BIM技术运用到桥梁工程这样专业性非常强的课程中，利用BIM技术的可视性、虚拟性可以降低专业课的学习难度，激发学生的学习热情。

2.3 BIM技术在房屋建筑学中的运用

“房屋建筑学”是土木工程专业中的一门专业基础课程,同时又具备一定的综合性,它主要介绍基本的常见的建筑构造等，具有内容繁杂抽象、知识点、难点多的特点。本门课在土木与建筑工程学院开课安排在大三下学期，24学时。在课时缩短内容无减的背景下，仅凭房屋的二维平面图纸很难使学生形成直观立体的三维模型，课程的教学内容吸收理解效果不好。将BIM技术引入房屋建筑学课堂教学中，通过实践发现，用Revit创建出房屋建筑的三维立体模型，有助于学生对建筑复杂节点构造的理解吸收。有了课堂上房屋建筑学专业知识的储备及对照图纸使用Revit软件的实体建模、动画漫游，学生能够较好地完成从初步认识再到深刻理解的过程，从而达到本课程的预期教学目标。

3 土木工程专业课程协同改革实施的建议

3.1 加快配套高校系列BIM 丛书的编制

跟传统的软件操作书籍不同，高校教材的编写应该引入当前典型的工程案例，涵盖土木工程各个专业，把专业知识和软件操作结合在一起，具有针对性地编写BIM系列丛书，这样能够让学生对工程项目的设计到施工过程有更好的了解，深刻理解各个知识点，有效打开学生和老师的思路和视野。

3.2 加强师资的技能培训和实践锻炼

BIM技术在相关专业课程的植入对相关专业课程的教师掌握相应的BIM知识和相关工程经验要求都非常高，而BIM技术在国内各高校推行时间较短，绝大多数的专业老师都了解不多，所以BIM课程体系建立的重点便是BIM师资队伍的培养建设。我学院已从2015年开始相继派出相关教师进行培训学习，2019培养方案全面实施后，很多相关专业课程都融入了BIM的内容，所以要提高BIM专业师资的普及率，选派教师参加全国层面的BIM学术交流会及BIM应用技术培训，及时领会前沿知识，使更多的教师能够掌握这个技能，做好知识储备。

3.3 定期开设讲座报告

高校学生正处于思想先进、思维活跃、能够快速接受新鲜事物的时期，BIM技术中的虚拟仿真教学形式新颖，相对于板书和多媒体教学，能够充分调动起学生的主动学习的积极性。为了保持与实际工程项目的同步性，应定期邀请施工一线具有丰富BIM经验的业界专家学者来校作报告，介绍实际工程项目中如何运用BIM技术来解决疑难问题，给BIM教学提供新视角、补充新知识。以讲座报告的形式既能挖掘学生对专业知识的求知欲，也能对学生今后较好的从业提供了必要的指导。

3.4 鼓励学生自主学习，积极参加比赛和资格认证

为了推广宣传BIM技术在高校的应用，近几年国内开展了多种形式的大学生BIM技能比赛。以赛促学是鼓励学生自主学习提升技能的一个有效途径。通过参加比赛，不仅可以建立起学生间相互配合的学习模式，还可以取长补短、提高熟练程度，最关键的是信息互通，掌握BIM技术发展趋势，取得的资格证书可以作为将来就业的一块敲门砖，也是实现自我价值的肯定。

4 结束语

BIM技术在土木工程专业课程教学中的应用，的确产生了质的飞跃。通过创建三维实体模型，漫游动画模拟仿真，能够把土木工程的专业知识融会贯通，实现了抽象概念形象化。做好BIM融入各个课程的教学改革，在专业教学当中精心设计，保证教学效果是一个循序渐进的过程，新事物的出现必定会带来一系列的变化，教师、学生之间会在不同的视角下发现新的观点和方法，对传统教学环节的不足进行补充和改善。因此，转变理念、储备知识、敢于尝试、结合实际才能实现教学改革上的突破。