基于改进层次分析法的高职院校土建类专业BIM教学应用效果评价研究

曾寅 赵龙 杜志芳 葛美萱

【摘要】基于改进层次分析法理论，对以河北软件职业技术学院为代表的高职院校土建类专业BIM教学效果评价开展研究。以0.1～0.9的权重分配对传统层次分析法进行改进，设计影响指标分为三个级别，其中包括有3个二级指标与15个三级指标;二级指标中影响最大的为教师教学质量，而该指标所辖的三级指标中影响最大的又为教师实践操作能力、教師交流沟通合作度。综合计算获得研究对象BIM教学效果综合分为8.138，评价属较好级别。论文可为高职教育体系中应用层次分析法研究BIM教学效果提供一定参考。

【关键词】改进层次分析法;高职院校;土建类专业;BIM教学;评价

【中图分类号】TU-4;G642

1、引言

BIM技术作为当前建筑土木行业的发展方向，不论是从国家层面亦或是地方层面，均在鼓励BIM技术的实践落地，而在发展BIM技术落地应用层面中，以高职教育作为BIM技术人才的培养摇篮尤为重要，推动高职系统BIM技术教学发展对提升建筑土木行业BIM应用以及二次开发等均有重要作用[1-3]。层次分析法作为重要的评价理论方法，其在建筑[4]、水利[5]、交通[6]、矿山[7]等行业应用效果均较佳，引入层次分析法在高职教育中评价BIM技术的教学效果具有重要现实意义，不仅对当前高职教育总体状态有清晰的认识，也为探讨BIM技术教学在高职院校中所受影响层面提供了一定参考。本文在传统层次分析法基础上，对笔者所在的河北软件职业技术学院土建类专业群BIM教学效果开展综合性评价，并探讨相关指标对教学效果的影响程度，为提升高职院校BIM教学效果水平提供一定理论参考。

2、项目概况

河北软件职业技术学院乃是以IT信息类作为发展方向的高职院校，而所设立的建筑土木类专业群中包括有工程造价在校生160人，建筑工程专业学生65人，配有10余名专、兼职教师队伍，该专业群的发展方向定位于建筑信息化，以BIM作为核心课程推动学生建筑信息化理念，为学生未来发展以及行业教育提供重要坚实平台。目前已开设有多门BIM技术相关课程，包括有《BIM技术应用》、《BIM5D施工管理》、《BIM安装项目预算》、《BIM钢结构预算》、《BIM建模》、《BIM综合实训》等新技术新方向课程，为新基建时代建筑信息化发展提前布局，不仅提升学生应用BIM的能力，而且为区域发展以及普及建筑行业信息化提供基础动力。现为准确谋划专业发展布局以及课程设置，考虑对当前专业BIM技术教学应用效果开展分析研究，以改进层次分析法作为评价基础，为准确、科学评价河北软件职业技术学院BIM技术教学效果提供重要参考。

3、改进层次分析法简介

3.1改进层次分析法理论

3.1.1  权重分配

当以0.1～0.9的分配比例改变为1～9的权重分配比例后，层次分析法的实际求解应用就变佳了呢？实质上此与矩阵求解过程中1～9的权重分配对标准矩阵的归一化以及求解均带来较大困难，无法准确获得精确解，对评价参数的准确性带来较大负面影响，因而从实际角度考虑，利用0.1～0.9的权重分配更有利于评价分析，笔者设计0.1、0.5、0.9三个指标分配权重，其中以0.5作为中间状态权重值，而0.1、0.9分别为两个极端状态指标权重值，此为准确预判BIM技术教学效果提供了重要铺垫。

3.1.2  模糊归一化

在层次分析法中，模糊矩阵乃是计算指标权重的重要中间参数矩阵，根据各个影响指标，按照改进层次分析法中权重分配比例[14]，构建起模糊矩阵C，如（1）式所示：

（1）

式中cij为权重比值。

由于各个模糊矩阵并不是处于同一评价基准指标下，因而需要将各个模糊矩阵进行归一化处理，使各个影响指标逐渐从定性至定量的转变，所获得归一化矩阵指标G如下式所示：

（2）

（3）

式中gij为矩阵G的元素，i，j均为1，2，…，m，下同。

再进行归一化的列向量处理，获得

（4）

式中rif '为矩阵R中元素。

利用行向量或列向量之和作为各个模糊矩阵归一化处理后的总评价矩阵，以影响参数的模糊归一化矩阵分布，按照行向量求和的方法，获得：

（5）

（6）

式中ri'为矩阵R第i行元素之和。

同理，获得各个影响参数的归一化矩阵，如下式：

（7）

（8）

式中r为指标占比矩阵，而ri为该矩阵中元素。

3.3 BIM教学效果影响指标

本文针对BIM教学效果影响指标分为三个大类：教师教学质量指标N、学生学习效果指标M、BIM技术社会影响力指标K;其中教师教学质量指标N包括教师实践操作能力N1、教师理论授课能力N2、教师BIM相关科研能力N3、教师课堂掌控能力N4、教师与课题组教师交流沟通合作度N5、教师备课水平N6、教师教学过程中授课状态N7、教师职业兴趣度N8。按照BIM技术实际教学效果所受影响对指标的权重进行设计，以教师实践操作能力指标N1为例，可知

（10）

式中Fr指教师实际操作BIM技术的能力，Fd指教师可独立完成BIM建模及预算等的最大能力。

可依据教师实践操作能力指标N1划分出教师实践操作能力权重分配，并获得相应的权重比，如表1。

表1教师BIM技术实践操作能力权重表

3.2 BIM教学效果评价

影响BIM教学效果评价的三个大类指标分别容纳了所有影响因子的指标权重值，借助三个大类指标占BIM教学效果的比重，即可获得BIM教学效果评分值，最终确定教学效果状态，以函数表达式表述如下：

（11）

式中Q指BIM教学效果综合分值，Ui为第三级指标评分值，Ri、Rj分别为第三级指标、第二级指标权重值。

根据计算出的BIM教学效果综合评估分值Q，并结合表2中教学效果划分的等级，获得河北软件职业技术学院BIM教学效果评价结果。

表2BIM教学效果等级表

4、BIM教学效果应用分析

4.1  构建评价指标

以改进层次分析法为理论基础，确定BIM教学效果Q为第一级指标;其所包括的教师教学质量指标N、学生学习效果指标M、BIM技术社会影响力指标K为第二级指标;而各个第二级指标所包括的小类指标乃为第三级指标，其中教师教学质量指标已在前文指出，而学生学习效果指标M包括有学生学习基础能力M1、学生对BIM技术的兴趣度M2、学生投入BIM学习的用功程度M3;BIM技术社会影响力指标K包括有政府推动BIM应用广泛性K1、BIM功能综合性K2、建筑行业信息化发展程度K3、企业应用BIM技术的广泛性K4。上述各级别指标可采用图1指标组织结构图表述。

图1BIM教学效果指标组织图

4.2  指标评分值计算

当三级指标均确定后，专家按照改进层次分析法的“0.1～0.9”指标分配分别对15个三级指标依次打分，依次获得第二级指标以及第一级指标的评分值。其中第一级指标Q的权重配比组成如下：

（12）

第二级指标N、M、K的权重配比又分别为：

经归一化后获得第一级指标：

（20）

第二级指标：

（21）

最终获得各级指标评判权重结果，如下：

第一级指标权重解：

（22）

第二级指标权重解：

（23）

从BIM教学效果指标权重量分配可知，第一级指标中占比最大的乃为教师教学质量指标，占比可达0.43，表明高职院校BIM教学效果状态主要取决于教师教学质量;而BIM教学效果权重分配最低的乃为BIM技术社会影响力指标，仅为0.24，表明BIM技术高职教育效果好坏很大程度上取决于师生的教与学。在教师教学质量指标中，又以教师实践操作能力N1、教师与课题组教师交流沟通合作度N5两个层面为最重要指标。

4.3 BIM教学效果综合评价

根据BIM教学效果的评判标准，7个专家对三个二级指标、15个三级指标分别进行量化评分，获得15个三级指标的评分值，如表3所示。

表3BIM教学效果第三级指标评分值结果

综合表3中结果，并根据式（14）计算出BIM教学效果综合评估分：

并根据表2中BIM教学效果评价等级划分可知，本学院专业群BIM教学效果综合评分值为8.138，属较好状态，应保持当前教学质量;从教师层面逐步提升影响BIM教学效果评分值指标：教师BIM相关科研能力N3、教师备课水平N6，而从学生层面，应提升学生对BIM技术的兴趣度M2，社会方面应多鼓励教师参与建筑行业信息化发展，为行业发展提供推动力。

结论：

（1）对传统层次分析法进行权重分配改进，以0.1～0.9为权重的分配，设计高职教育中BIM教学效果有三级影响指标，以BIM教学效果综合评价为第一级指标，第二级指标包括有教师教学质量、学生学习效果、BIM技术社会影响力，第三级指标乃是二级指标所辖的总共15个基础指标。

（2）研究了BIM教学效果综合评价中二级指标影响最大的为教师教学质量，权重达0.43，而教师教学质量指标所辖第三级指标中以教师实践操作能力、教师交流沟通合作度为最重要指标;BIM教学效果综合分为8.138，屬较好状态。

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作者简介：

曾寅（1994-），男，江西吉安人，硕士研究生，助教，主要从事土木工程方面及高职BIM技术教学研究。

基金项目：

2020年度河北软件职业技术学院院级研究课题（YZ2020003）