基于BIM技术的土木工程专业人才培养体系创新与实践

2020-10-09胡梦玲吴迪张辉陈兴周曹萍

技术与创新管理 2020年5期

胡梦玲吴迪张辉陈兴周曹萍

摘要：BIM技术是继二维 CAD图纸代替手工制图之后在土木工程领域掀起的又一次信息技术革命，在不久的将来必将成为工程项目全寿命周期管理的重要技术手段。当前，我国土木工程领域的BIM技术应用尚处于初级阶段，掌握BIM技术的工程技术人员远远不能满足企业和市场的人才需求，因此高校土木工程专业亟待培养掌握坚实的专业知识和系统的BIM技术的高素质应用型专业人才。本文分析了当前土木工程专业实践教学现状，总结了BIM技术在国内高校的应用现状，提出构建融入BIM技术的土木工程专业教学体系，组建BIM技术教学师资队伍、搭设BIM教学平台，建设BIM技术土木工程专业应用教材，成立BIM技术企业实训基地等创新性措施来建立融入BIM技术的土木工程专业人才培养体系，为培养高水平的土木工程应用型技术人才提供新的思路。

关键词：BIM技术;土木工程;人才培养;创新与实践

中图分类号：G 642.0

文献标识码：A 文章编号：1672-7312（2020）05-0527-06

Innovation and Practice of Talent-cultivation System of Civil Engineering Specialty Based on BIM Technology

HU Meng-ling，WU Di，ZHANG Hui，CHEN Xing-zhou，CAO Ping

（College of Civil and ArchitecturalEngineering，Xian University of Science and Technology，Xian 710054，China）

Abstract：The application of BIM in the field of civil engineering is another information technology revolution after the two-dimensional CAD drawing replacing with the hand drawing.It will become an important technique for the whole life cycle management of engineering projects in the near future.In current，the application and development of BIM in the field of civil engineering in our country is still in the primary stage.Engineers who master BIM technology are far from enough to meet the talent demands in enterprises and market.So a large number of qualified and applied talents with solid professional knowledge and systematic BIM application skills are needed urgently.In this paper，the present situation of practical teaching in civil engineering is analyzed，and the application conditions of BIM technology in domestic colleges and universities is summarized.The innovative measures for establishing the talent-cultivation system of civil engineering specialty integrated with BIM are also put forward，such as establishing the civil engineering specialty teaching system incorporating BIM technology，cultivating specialized teaching faculty，building BIM teaching platforms，compiling civil engineering professional application textbooks of BIM technology and establishing BIM training bases in enterprises，which would provide new ideas for training high-level civil engineering applied technological talents.

Key words：BIM technology;civil engineering;talent-cultivation;innovation and practice

0 引言

BIM是英文Building information Model的簡称，意思是建筑信息模型，最早是由美国工程技术人员基于“虚拟施工技术”的理念提出[1-2]。BIM技术的实质是通过对三维建筑虚拟模型赋予空间、时间、材料、成本等相关工程信息来建立一个大型信息数据平台，基于该平台可方便地调用各种信息数据以模拟建筑物在建设过程中各个阶段的形态，分析可能出现的问题，实现建筑信息的快捷共享与传输，从而为工程项目建设过程各专业协同配合、质量检查、运营管理等多项工作的顺利进行提供技术保障。

BIM技术自2000年左右提出以来，由于其具有将土木工程建设项目从策划、设计、施工、运维及管理这一全过程以多维形式呈现出来的显著优势，在国外便引起了业界人员的关注和认可。BIM技术最初应用于美国，到2012年为止，美国土木工程建设项目采用BIM技术覆盖率已达到 71%[3];英国在 BIM技术诞生初期也较早发布了详细的 BIM技术应用与推广计划，并明确提出在 2016年之前全面实现应用BIM技术进行工程项目协同化管理;韩国也于2010年制定了 BIM技术应用与推广的十年规划，计划于十年之内建立系统的大型公共建筑BIM技术应用体系[4]。我国BIM技术起步较晚，2005年，华南理工大学与 AUTODESK公司合作率先在国内建立了我国第一个BIM实验室。2010年，清华大学科技人员创造性地提出了中国BIM技术标准框架，并进一步提出面向技术层和应用层的实施标准，随后还将最新的BIM技术（时间4D/成本5D）研究成果应用于北京奥运会场馆的设计建造与运维管理之中[5]。2015年以后，BIM在国内获得快速发展，被广泛应用于多个大型工程建设项目中，例如北京“中国尊”、港珠澳大桥、雄安大兴机场、天津117大厦等工程。分析国内外应用BIM技术的工程案例可知，在设计与施工过程中应用BIM技术可使工程变更与返工减少60%～70%，不同专业的工程技术人员之间的协同作业与技术对接时间节省 20%～30%，工期提前5%～10%，工程成本降低1.5%左右[6]。随着近二十年BIM技术在土木工程领域的应用和发展，运用二维平面图纸进行工程项目的全寿命周期管理的时代将一去不复返。与此同时，BIM的产生和应用也标志着建筑信息化时代的到来，它将给土木工程行业及其相关产业带来深刻的技术变革，在不久的将来必将成为土木工程项目进行“项目全寿命周期”管理的重要技术手段。可见，BIM技术在我国土木工程行业的应用与推广势在必行。

然而，BIM技术在我国的应用与发展仅有十余年，尚处于初级阶段，掌握BIM技术的工程技术人员远远不能满足当前土木工程專业市场的人才需求[7]。而大学作为培养社会与企业需要的应用型工程技术人才的基地，必须承担起培养掌握BIM技术的土木工程专业技术人才的职责。因此，如何在当前的本科教学体系中融入BIM的教学内容，并通过BIM技术提高学生的综合专业素养是当前各大土木工程专业高校迫切需要解决的问题。文中分析了高校土木工程专业实践教学现状，总结了BIM技术在高校的应用现状，在此基础上提出了融入BIM的土木工程专业实践教学改革措施，以期培养出企业急需的掌握BIM技术的高素质应用型创新人才。

1 高校土木工程专业实践教学现状

土木工程是一门专业性与实践性较强的工科专业。该专业人才培养的目标是：通过四年的专业学习，全面掌握坚实的学科基础理论和系统的专业知识，具备运用专业知识分析土木工程复杂工程问题并提出解决方案的实践能力，能够胜任土木工程项目规划、勘察、设计、施工、管理及科研等多项任务。为了达到以上的培养目标，我国土木工程专业高等院校普遍采用理论课程教学、课程设计、专业实习和毕业设计等四大模块对学生进行培养。然而，当前在专业实践教学过程中多数高校存在课程教学模式与内容陈旧、课程设计和毕业设计与工程实践严重脱节、现场实习实施过程形式化等问题。例如，土木工程专业教学课程体系多年未有变动，相应的课程大纲也未有修改，教师的教学内容与方法也没有变化，这就导致学生无法学习甚至说了解到当前信息化时代快速发展的各种先进技术，缺乏对当前行业发展和需求的认识。培养方案中为房屋建筑学、混凝土结构基本原理、钢结构基本原理、施工组织与概预算等土木工程专业核心课程设置了相应的课程设计，但在实践过程中，课设题目与内容多年不变，学生很容易找到相同的案例照搬整个设计过程即可完成，导致学生只知其然不知其所以然，对专业知识没有进行深入理解。在专业现场实习方面，按照学生接触专业的深入程度，各大高校都分别在第二学期、第六学期和第八学期设置有认识实习、生产实习和毕业实习，但由于时间有限、联系企业生产工地存在困难以及考虑学生人身安全等多种因素，实施过程很难按照实习大纲的要求开展，多数流于形式，实施效果差强人意。而在毕业设计方面，毕业设计内容过于陈旧，大多采用的是工程实践生产在十余年前采用的设计方法或施工技术，与当前行业所运用的先进的建筑信息化管理、绿色可持续发展、多专业协同设计等新理念和优化施工方案、提升生产效率的新技术和新工法严重脱节，导致学生耗费一个学期完成的也只是套路式的设计与计算，不符合实际工程应用的要求，因而对其掌握专业理论知识和提高专业实践能力作用不大。更为严重的问题是，虽然土木工程专业本科教学持续4年，学生按照培养方案完成所有学习计划，但大多数学生对专业的认识是零星的、片面的，他们仍然无法剖析工程问题来建立理论模型，也无法应用所学的理论知识去分析工程问题。

2 BIM技术在高校教学中的应用现状分析

BIM技术具有三维动态可视化、多专业协同设计和全面数字信息化等特点，对工程优化设计、可持续性绿色设计、减少设计与施工变更、模拟施工与运营管理起到强有力的促进作用。近年来，BIM技术在国内许多重大工程项目的建设过程中进行了应用，国家住建部也多次发布指导性文件以推进BIM技术在土木工程行业的应用与推广。为了培养满足企业和市场需求的土木工程专业技术人才，国内许多高校建立了BIM技术研究中心，并开展了基于BIM技术的专业实践教学改革与研究。曾文海等通过调查研究深刻剖析了当今高校课程教学的现状，提出在专业实践教学中融入BIM课程体系[8];赵雪峰等在研究国外 BIM教育模式的基础上提出适合国内高校教育应用的BIM课程教学体系[9];郝丽结合本校土木工程专业的实践教学现状，提出了切实可行的将BIM技术融入教学的多种形式[10];刘红勇等系统分析了在高校开始 BIM课程教学的可行性，并从开展BIM课程的教学内容、目标、方式及方法等方面提出了多种建议[11];邢栋等[12]分析了进行BIM教学改革所面临的问题，并提出了在土木工程专业教学体系中融入BIM知识的实施建议[12]。综合分析以上的研究可知，目前国内仅有几所重点大学开设了 BIM 技术相关的专业，在土木工程专业教学中融入BIM技术应用也处于摸索阶段，且真正将BIM技术引入专业人才培养体系也不多见。

2.1 高校对BIM技术教育不够重视

目前BIM技术在我国主要应用于大型工程建设项目，还未曾普遍应用到一般工程项目之中，因此，很多土木工程专业院校对BIM技术的专业教育重视程度不足。当前各大高校的职称晋升和各种荣誉都偏向于科研成果，导致教师普通存在“重科研、轻教学”的现象，高校教师把大部分时间用于科研工作，投入教学工作的时间非常有限，投身于教学改革的热情和积极性大为降低。此外，大多数高校教师欠缺工程实践经验，对当前国内工程建设的新技术和新成果缺乏了解，认为BIM技术只是一个构建建筑实体三维模型的工具，没必要专门设置课程来讲解相关内容。另外，部分高校还没有配置BIM技术应用所需要的计算机硬件设施和软件系统，这也严重限制了BIM技术教育在高校的实施。

2.2 缺乏系统的BIM技术应用教材

BIM技术在我国的应用和发展主要依赖于BIM相关软件开发公司的技术推广和应用培训，以及一些介绍BIM理念和BIM建模软件操作的书籍，还有一些介绍国内重点工程应用BIM技术的应用案例等。但这些资料要么是通过几个简化的工程案例来简单地介绍BIM建模软件的操作，要么是引用国内重大工程案例来粗略地介绍BIM相关软件的应用，将其作为本科教学教材用于系统学习BIM技术显然是不够的，而专门用于土木工程专业人才培养的BIM技术应用教材更为匮乏。

2.3 BIM技术师资严重不足

高校教师大多从事理论研究，真正参与到工程实际中能够应用BIM技术的并不多。高校“重科研、轻教学”的现象，也使得教师在没有承担相应教学任务时不会花费时间去主动学习BIM技术用于本科教学。而BIM技术应用涉及到土木工程众多相关专业，各专业对BIM相关软件应用的要求各不相同，这就需要大量掌握BIM技术的专业师资。当前各大高校都急需培养大量掌握BIM技术应用的专业教师，一方面用于BIM技术的教学，另一方面将BIM技术用于土木工程专业其他核心课程的教学。

3 融入BIM技术的土木工程专业人才培养体系创新措施

3.1 构建融入BIM技术的土木工程专业教学体系

由于BIM技术建立的三维建筑信息模型可以不间断地服务于建筑的全寿命周期，因此在土木工程专业教学体系中，除了专门开设讲解BIM技术的软件应用课程以外，还可以在土木工程概论、房屋建筑学、工程施工技术、项目管理和施工组织等各门专业课程中结合课程内容有针对性地渗透BIM技术，利用BIM技术三维动态可视化的特点服务于专业教学，使学生更加深入系统地理解专业知识。

3.1.1 土木工程概论课程中应用BIM技术

土木工程概论是土木工程专业在大一上学期开设的一门学科认识课。在教学时可应用BIM技术将土木工程领域的多个经典案例以三维信息模型呈现出来，让学生直观地认识土木工程专业的发展趋势和从业范围，思考工程建设所涉及的主要问题，并初步了解BIM的概念、用途和重要性。

3.1.2土木工程制图与计算机辅助设计课程中增加BIM技术教学内容

建筑信息化时代已经到来，BIM技术是当前也是今后土木工程专业从事人员必备的工程技能之一。因此各大高校都开始了如何在课程体系中增加BIM技术教学内容的探索。当前土木工程专业教学存在专业课程设置较多而总学时非常有限的情况，在现在的课程体系中很难删掉已经开设的课程而换取BIM技术教学学时。BIM技术的核心思想是建筑实体的三维模型信息表达，相对于当前企业在设计与施工中所用的二维CAD图纸能够更直观地表达工程信息。从BIM技术在工程中所发挥的作用来看，可归纳到计算机辅助设计当中。因此，可以将《画法几何与工程制图》与《土木工程CAD》这两门专业基础课融合为《土木工程制图与计算机辅助设计》一门课。在这门课中，系统介绍画法几何、工程制图、AUTOCAD二维制图和BIM技术等工程制图基础理论与应用知识，课程具体安排见表1。这种课程改革一方面可以在不增加学时和学分的情况增加BIM教学内容，另一方面通过BIM模型出图可以增加学生的空间想象力，降低逻辑思维难度，从而加深对制图理论的理解，全面系统地掌握计算机二维和三维制图技术。

3.1.3 房屋建筑学课程中应用BIM技术

《房屋建筑学》这门课程主要介绍建筑设计从总体到细部，从平面到空间的设计程序和方法。传统的教学是分章节介绍工业民用建筑的各种结构构件，如楼面和地面、墙与基础、楼梯、屋顶等的构造原理和常用方法，并以二維图形的方式呈现让学生理解。这种教学模式导致学生对各种结构构件的认识停留在个体上，不能系统地掌握相关知识。因此，可以在房屋建筑学课程教学中借助BIM技术，将典型的工业和民用建筑用三维信息模型呈现出来，通过实体模型来讲解各个结构构件在模型的位置和发挥的作用，帮助学生理解民用与工业建筑设计的基本原理和基本方法，实现教学质量的提升。

3.1.4 施工技术课程中应用BIM技术

土木工程各个方向的施工技术课程教学中，需要介绍多种施工技术或方法。教材上基本是通过文字描述和图片展示相结合的方式来进行介绍的，但实际上原本非常简单的施工技术在教材上却介绍不清楚，学生很难理解。因此，可以借助BIM技术的三维建模功能将各种施工过程进行模拟，并以立体模型的形式分步地展示给学生观看，有助于学生系统掌握各种施工技术。在此过程中，还可以向学生展示运用BIM技术对施工过程实施碰撞检查，从而在施工前期模拟出各个施工环节或工序之间可能出现的衔接问题，及时进行调整，避免施工变更和返工的情况出现。

3.1.5 工程项目管理课程中应用 BIM技术

工程项目管理的内容包括项目施工过程中的物料管理、成本管理、质量管理和安全管理等。在该课程教学中，可以介绍运用BIM技术建立建筑信息模型实现对项目施工过程的全面管理。在物料管理方面，基于BIM建筑模型中对各种构件和材料的信息化表达，可以直接生成能够直观表达三维空间效果的构件加工图以及施工设备、加工构件和建筑材料的数量表，实现物料管理的数字化。在成本管理方面，在BIM模型中纳入时间和成本维度，形成成本的5D信息数据库，从而可对各个施工阶段和多个关键时间节点进行成本的快速核算，实现对工程造价的持续追踪管理。在质量管理方面，通过将各种材料、构件或施工产品的BIM三维模型与工程实体三维激光扫描模型在项目建设不同阶段进行跟踪对比，分析工程质量是否符合要求。在安全管理方面，通过BIM建筑开展模拟过程施工，可以分析出施工过程可能存在的风险，提前采取措施规避或消除潜在的安全隐患。

3.1.6 毕业设计中应用BIM技术

根据工程设计基础资料建立三维信息模型，基于模型的数字信息可以进行结构构件的碰撞检查与设计方案优化、施工过程中不同阶段的工程计量与计价、施工场地布置模拟以及施工进度计划安排的分析。通过BIM技术在毕业设计中的应用，帮助学生全面了解工程项目从策划、设计、施工到运维管理的整个建设过程，弄清各个建设阶段需要完成的内容和应该注意的问题，强化学生对专业的系统认识，进一步提升人才培养的综合质量。

通过以上在课程设置和课程内容方面的改革与创新，形成融入BIM技术的土木工程专业教学体系，如图1所示。该课程体系的实践教学，可以使学生全面掌握BIM技术在土木工程专业的应用，成为企业需要的BIM技术应用人才。

3.2搭设BIM教学平台

良好的教学师资队伍和完善的BIM教学平台是BIM本科教学的硬件基础。BIM技术是一种新型建筑信息化技术，考虑到对软件应用的接受能力，BIM教学师资队伍的培养对象主要选择40岁以下青年教师。通过参加BIM技术学习培训和专题讲座、到企业实践全面参与BIM工程案例应用等方式，加强授课教师的专业知识面及实践操作能力，通过3～5年的持续培养，逐步形成稳定的BIM技术教学师资队伍。另外，学校应投入相应的教学经费，用于购置BIM技术教学所需的各种建模与分析软件，如Revit，PKPM-PC，Navis Works等，搭设完备的BIM教学平台，保障BIM教学工作的正常开展。

3.3 建设BIM技术土木工程专业应用教材

在引入BIM这种新技术的教学改革中，建设教学应用教材是保证BIM技术教学效果和专业改革的必要措施。在教学应用教材建设方面，鼓励教师根据课程目标，结合学生学习情况认真研究BIM技术的教学大纲和课程教学内容，成立BIM教学研讨小组联合编写一套能够全面介绍BIM技术应用于土木工程专业的工民建、道路与桥梁、岩土与地下等多个学科方向的通用性教材，用于含有多个专业方向的土木工程专业高院的基础教学。

3.4 成立BIM企业实训基地

考虑到高校教师的BIM技术工程应用经验不足，学生在校内学习到的BIM技术可能与实际应用存在差异，高校可以与企业建立长期合作关系，将企业建设成高校的BIM技术实训基地，在假期或实习期间安排学生进入企业，通过1～2个月的实践让学生全面地参与到企业的BIM技术应用当中，系统地了解BIM技术在工程建设项目全寿命周期管理中发挥的信息化作用，为学生毕业之后走向工作岗位适应企业需求打下坚实基础。

由此，通过开展融入BIM技术的土木工程专业教学体系创新，组建BIM技术教学师资队伍、搭设BIM教学平台，建设BIM技术土木工程专业课程应用教材，成立BIM企业实训基地等措施来建立融入BIM技术的土木工程专业人才培养体系，如图2所示。

4 结语

1）BIM技术在土木工程行业的广泛应用和快速发展，表明我国已经进入建筑信息化时代。土木工程专业高校必须紧跟行业发展的步伐，结合BIM技术进行土木工程专业人才培养体系创新与实践，开展融入BIM技术的专业实践教学改革，培养出满足企业和市场需求的掌握BIM技术的土木工程专业人才。

2）开展融入BIM技术的土木工程专业教学体系创新。将《画法几何与工程制图》与《土木工程CAD》融合为《土木工程制图与计算机辅助设计》这一门课，系统介绍画法几何、工程制图、AUTOCAD二维制图和BIM技术等工程制图基础理论和应用，使学生全面掌握计算机二维和三维制图技术;在土木工程概论、房屋建筑学、工程施工技术、项目管理和施工组织等专业课程中有针对性地渗透BIM技术，使学生系统掌握BIM技术在工程项目全寿命周期管理中的应用。

3）通过开展融入BIM技术的土木工程专业教学体系创新，培育BIM技术教学师资队伍、搭建BIM

教学平台，建设BIM技术土木工程专业应用

教材，成立BIM企业实训基地等措施，进行土木工程人才培养体系创新与实践改革，以期培养出掌握坚实的专业知识和系统的BIM应用技术的高素质应用型专业人才。

参考文献：

[1]何关培.“中国工程建设BIM应用研究报告2011”解析[J].土木建筑工程信息技术，2012，4（01）：15-21.

[2]王照安，赵瑞刚，铺科宇，等.BIM课程融入土木工程专业的设想[J].内江师范学院学报，2019，34（02）：105-110.

[3]张江波.BIM在美国的应用现状[J].创新科技，2016（01）：83-86.

[4]陈延敏，李锦华.国内外建筑信息模型BIM理论与实践研究综述[J].城市，2014（09）：72-76.

[5]郭亮，邓朗妮，廖羚等.基于BIM的工程管理专业教学模式研究[J].自然科学，2016（06）：120.

[6]于晓明.BIM在施工企业中的应用[J].中国建设信息，2010（12）：22-24.

[7]车伟，崔玥.土木工程BIM教育“四位一体”全过程融合教学体系研究[J].高等建筑教育，2019，28（04）：126-133.

[8]曾文海，付伟明.BIM技术在高校教学中的应用研究[J].黑龙江生态工程职业学院学报，2014，27（06）：85-86.