以“参数化族”为主线的BIM应用技术课程教学改革与实践

何勇毅 李胜强 蔡龙 郭红燕 蒋士磊

[摘           要]  根据建筑信息化发展和BIM应用人才需求，结合广东石油化工学院建筑工程学院土木工程专业应用型人才培养目标，针对BIM应用技术课程教学存在的问题，提出以“参数化族”为主线的BIM教学模式，并对该课程教学方法进行改革与实践，旨在更好地实现专业人才培养目标，为BIM应用人才培养提供一定借鉴与帮助。

[关    键   词]  BIM技术;参数化族;教学改革;人才培养

[中图分类号]  G642                   [文献标志码]  A                      [文章编号]  2096-0603（2020）14-0062-03

近年来，信息化引领建筑业发生一场革命，而方式是BIM技术。[1-2]BIM（Building Information Modeling）即建筑信息模型，是以三维数字技术为基础，集成建设工程项目各种信息的工程数据模型，同时又是一种应用于设计、建造、管理的数字化技术。吴中江[3]指出：应用型人才培养过程中需要解决“怎么办”的问题，并凸显“学以致用，以用为本”的本质特征。刘献君[4]认为：高校人才培养应向应用型人才培养转型，要转变教育观念，改革课程与课程体系，努力推动创新驱动发展。另外，有关文献[5-7]表明BIM技术参数化研究和应用蕴含着巨大价值。因此，为了契合应用型人才的培养目标，结合课程教学方法存在的问题，对课程教学方法进行改革与实践。

一、BIM应用技术课程教学存在的问题

（一）课程教学内容机械重复

课程教学为32学时，包含BIM发展现状与应用概述、Revit软件介绍、BIM建筑建模、BIM结构建模、BIM设备建模、族的定义与创建等内容，各教学内容、学时及教学方式见表1。

由此可知，本课程对BIM（建筑、结构、设备）建模内容存在机械重复的教学，显然，这不利于本科生创新思维的培养与素质能力的提升。

（二）课程教学与国家标准、行业标准结合不够

近年来，随着国家、行业及地区BIM标准相继出台，如《建筑信息模型应用统一标准GB/T 51212-2016》《建筑信息模型分类和编码标准GB/T 51269-2017》《建筑工程设计信息模型制图标准JGJ/T 448-2018》《广东省建筑信息模型应用统一标准DBJ/T15-142-2018》等标准。另外，因课程具有很强的实践性和应用性，加之实际工程项目存在复杂性与多变性，这将对BIM应用型人才培养模式提出更高的要求。显然，课程教学安排不能满足BIM行业发展要求。

（三）课程教学对BIM应用人才培养目标的支撑度不够

目前，对普通本科院校土木工程专业毕业生而言，不管从事专业领域何种工作都需要对BIM技术进行工程应用。[8]如施工单位应用BIM技术进行场地布置、施工模拟与进度控制、施工漫游和图像渲染;建筑设计进行方案设计与光照分析;结构设计进行结构分析与深化设计;机电设备进行碰撞检查与可视化分析;造价咨询单位应用BIM三维建模，将模型通过插件导入广联达、斯维尔等算量软件进行工程算量与工程计价。由此可知，这将要求学生具备良好的BIM基础理论知识和超强的BIM综合应用能力。但由于课程教学存在不足，造成对BIM人才培养的支撑度不够。

二、族概念和参数化族的作用与意义

BIM技术核心建模是Revit，而它是通过族概念来实现。族是Revit的基础，也是组成项目的基本元素构件，同时还是参数化信息的载体。Revit族类型包含可载入族、系统族和内建族三种类型。其中，又以可载入族为最经常使用的族类型，究其原因：由于可载入族可以通过族样板在项目外创建形成“.rfa”格式的族文件，还可对其进行参数化相关联，从而实现了一个类别图元的一种类型族可以长久有效并参数化修改使用，这就是参数化族的作用。此外，经过大量实践与沉淀将会形成强大的族库，这对BIM技术而言无疑具有里程碑式意义。

三、BIM应用技术课程教学改革思路、目标与具体措施

（一）课程教学改革思路

国内有不少院校开设了BIM课程，但不同院校及不同专业方向开设BIM课程的侧重点有所不同，由此引发思考：不同院校及不同专业开设BIM课程的核心是什么？如何在我校“高水平理工科大学”建设目标的指引下更好地开设本课程呢？针对以上问题，课程改革朝以下几方面进行探索与实践：（1）BIM基础软件的掌握;（2）创建参数化族及模型数据;（3）BIM指导与实施标准介绍。由此可知，BIM技术应用基础在于三维数字建模的准确性与适用性，而三维数字建模的关键又在于族的创建与应用，族的创建与应用的本质特征则在于如何参数化对族进行相关联进而形成族库。

（二）课程教学改革目标

1.构建以参数化族为主线的BIM技术应用能力教学模式

在借鉴国内部分高校BIM课程开设情况的基础上，结合学校自身办学特色与本专业人才培养目标，探索实践由传统的侧重BIM三维建模向BIM三维建模与参数化族创建相结合的教学模式转变，构建以参数化族为主线的应用能力教学模式。为此，课程开展以参数化族为主线的BIM技术分阶段教学方法。第一阶段是Revit软件三维建模基础教学，侧重培养学生的BIM基础知识，通过入門基础知识的学习让学生逐渐理解BIM理念和形成初步建模能力。第二阶段是参数化族应用能力教学阶段，构建以参数化族为主线的BIM技术应用能力教学模式，让学生参与参数化族创建与应用训练。第三阶段由工程实践中一般的族类型逐步向工程实践中异形复杂的族类型摸索，积累形成强大的族库。这将引发学生的兴趣与思考，使其逐步形成参数化族创建和应用能力。

2.激发学生的兴趣和培养学生的创新与应用能力

课程教学改革是根据BIM技术应用特点和工程项目实际需要而提出。如针对项目式课程任务，教师鼓励并引导学生通过各种渠道学习BIM技术基础理论和探究系列专业软件的要点，以一个完整工程实际项目的BIM建模为切入点，通过模拟解决工程实际项目为着落点，这一过程中教师应密切掌控各个环节的教学效果及学生反馈，尤其是创建参数化族进行关联工程项目实际需求等方面，如发现存在问题应及时指出并纠正，最后再进行总结与归纳。这旨在通过掌握创建参数化族为起点加以创新并应用到工程项目具体问题中，最大限度地激发学生的兴趣与创新能力，进而促进学生BIM技术综合应用能力的提高。

（三）课程教学改革具体措施

1.课程教学内容模块化设计

（1）Revit中族基本介绍及基础命令运用（4学时）

本模块主要内容是族的概念、类型和分类，族样板文件及分类，族创建的基础操作命令拉伸、融合、旋转、放样、放样融合、空心形状等。

（2）建筑模型常用实例族参数化创建及应用（6学时）

本模块主要内容是建筑中常用到的族实例参数化创建并实现相关联，如窗、门、把手、建筑柱、栏杆扶手等。

（3）结构模型常用实例族参数化创建及应用（4学时）

本模块主要构建的内容是结构中常用到的族实例参数化创建并实现相关联，如基础、集水坑、挡土墙、异形梁柱、墙洞口、桁架、连接件等。

（4）机电模型常用实例族参数化创建及应用（6学时）

本模块主要内容是机电中常用到的族实例参数化创建并实现相关联，如风管弯头、配电箱、止回阀、T型三通、风管支架、水龙头、插座、接线盒、变径四通等。

（5）概念体量实例创建及应用（2学时）

本模块主要内容是体量的介绍与意义，体量创建形成的命令原理，体量建筑造型、参数化异形玻璃幕墙、内建体量的使用等。

（6）族参数化的公式和函数的基本应用（4学时）

本模块主要内容是族参数化创建过程中的公式和函数的应用原理与实例，有四则运算公式、绝对值公式、指数公式、对数公式、平发根公式、三角函数公式、e的x次方公式、条件语句的运用等。

（7）课程学习过程中的常見问题及解决方法（2学时）

本模块主要内容是学习过程中会遇到的问题，如参数化族柱图元无法自适应楼层标高、轴网出现非正常显示、材质库无法加载使用、墙体开不规则洞口、可见性选择及视图范围调整等常见问题，重点在于要学会如何解决问题的方法。

（8）BIM标准和相关软件介绍与应用（4学时）

本模块主要内容是国家、行业及地区BIM系列标准进行重点介绍。另外，相关的Navisworks、Lumion、PKPM及广联达等软件基本介绍。需要说明，本模块主要以自学为主。

2.开展以参数化族为主线的BIM技术应用能力教学

从工程项目实际需要为出发点到回归工程项目具体应用为落脚点，这一过程中需要创建参数化族并使用其与工程项目进行关联应用，这就要积极开展以参数化族创建并作为主线且强调其应用能力的教学过程。因参数化族创建的内容大部分源于工程实际项目，让学生在教师的引导下积极学习与探索各专业类别的各图元类型从族模型构成拆分、模型形成路径、模型命令实现、模型参数化关联等环节，以锻炼和培养学生的BIM技术综合应用能力，提升学生的职业核心竞争力。

3.课程教学与BIM工作室教学相贯穿

依托已有BIM工作室平台，结合BIM教师团队实际工程项目及全国各类BIM应用大赛，同时开展BIM课程教学与BIM工作室多专业协同培养教学模式相贯穿。具体做法是：在进行BIM课程教学时，同时实施针对某个或某几个特定项目组织学生进行相关辅导、练习、讨论、设计和参加BIM比赛的培养模式，提倡理论与实践相结合并注重创造性思维培养，这种模式十分适合建筑类专业的人才培养。

4.课程教学融入毕业设计

毕业设计是土木工程专业必修的、重要的实践性教学环节，同时也是对本科生专业知识掌握程度与应用能力的综合检验。为此，将BIM技术课程教学融入毕业设计环节中去[9]，就显得很有必要。因为这能够拓宽毕业设计的选题范围，也会提升学生的团队合作与组织能力，还可以满足行业发展对BIM技术人才的需求。

5.课程考核和评价方式改革

高校的教学过程中较多存在课程考核和课程评价方式单一化现象。一方面，课程考核的内容与方式多数是由任课教师决定，而且在课程评价时任课教师又作为评价的主体;另一方面，任课教师往往在评价方式上又过于重视对学生最终结果的评价，如此就容易忽视课程学习过程本身的评价。为此，课程教学改革实行开放式的课程考核和多元化的课程评价机制就显得必要了。

对课程教学实行开放式考核方式和多元化评价方式，具体见表2、表3。

通过以课程考核与评价方式改革为着落点，达成“评促教，以教催用”的初衷，进而实现“教学相长，学以致用”的目标。显然，这是一个良性的循环过程。

四、课程教学改革初步成果

近年来，课程进行以参数化族为主线的教学改革，采取“以赛促教，以赛促学，教学赛相结合”的方式，积极参加全国及地区各类BIM应用大赛并喜获佳绩。如获得“首届粤港澳大湾区高校学生BIM—CIM创新大赛”全能一等奖;“中国建设教育协会第十届全国高等院校学生‘斯维尔杯建筑信息模型（BIM）应用技能大赛”一等奖;“第二届‘优路杯全国BIM技术大赛”银奖;“第四、五届全国高校BIM毕业设计大赛”二等奖和三等奖;“第四、五届‘鲁班杯全国高校BIM毕业设计作品大赛”二等奖和三等奖;“广东省第二届BIM应用大赛”三等奖。可见，我校土木工程专业BIM应用型人才培养方式初见成效。

五、结语

基于我校土木工程专业以培养“人格健全，基础扎实，实践能力强，具有创新精神的应用型高级专业人才”为目标，为此，本课程教学改革是与之相适应的。为了满足人才培养目标与BIM行业需求，针对课程教学存在的问题，提出以参数化族为主线的课程教学模式，重新构建课程体系，积极开展以参数化族为主线的BIM应用能力教学，实施与BIM工作室教学相贯穿及课程教学融入毕业设计的方式，并对课程考核与评价方式进行改革等措施。实践表明，课程教学改革有利于提升学生的知识水平与素质，能够激发学生的兴趣与增强学生的创新能力，同时促进学生BIM技术综合应用能力的提高。

参考文献：

[1]龙文志.建筑业应尽快推行建筑信息模型（BIM）技术[J].建筑技术，2011，42（1）：9-14.

[2]龙文志.建筑业应尽快推行建筑信息模型（BIM）技术（续完）[J].建筑技术，2011，42（2）：102-107.

[3]吴中江，黄成亮.应用型人才内涵及应用型本科人才培养[J].高等工程教育研究，2014（2）：66-70.

[4]刘献君.创新驱动发展战略背景下高校应用型人才培养[J].中国高教研究，2017（10）：1-3，12.

[5]高岩.基于设计实践的参数化与BIM[J].南方建筑，2014（4）：4-14.

[6]牛一凡.BIM参数化设计技术在异形建筑工程中的应用[J].价值工程，2019，38（14）：160-162.

[7]陆海燕，钟铁夫，王秀文.基于BIM的框架结构参数化设计研究[J].土木建筑工程信息技术，2015，7（5）：107-112.

[8]郑华海，刘匀，李元齐.BIM技术研究与应用现状[J].结构工程师，2015（4）：233-241.

[9]杨博，金仁和.BIM技术在土木工程毕业设计中的应用：以广东石油化工学院为例[J].科教导刊，2017（10）：62-64.

编辑 冯永霞