BIM技术在土木工程专业教学中的应用研究

郑少瑛 周东明 张玉香

摘要：文中结合土木工程专业课程教学特点，在土木工程各专业课程教学中利用BIM技术辅助各专业课程教师讲解工程结构与构造、施工工艺、施工进度、施工现场平面布置以及工程质量、成本方面的控制等相关基本知识，探索和分析BIM技术在土木工程专业教学中应用的意义。目的是解决土木工程专业教学中的难点和重点问题，加强学生专业基础认知与技能训练，以达到教学大纲所要求的教学效果。

关键词：BIM技术;土木工程;应用

住建部通知建质[2011]67号文中关于住房和城乡建设部在《2011—2015年建筑业信息化发展纲要》中提出，“十二五”期间，基本实现建筑企业信息系统的普及应用，加快建筑信息模型（BIM）、基于网络的协同工作等新技术在工程中的应用，推动信息化标准建设，要加快建设信息模型（Building Information Modeling）新技术在工程中的应用的总目标。强调加快推广BIM等有关项目管理技术在工程勘察设计、施工和工程项目管理中的应用，改进传统的生产与管理模式。

BIM技术是工程建筑管理中有效管理技术手段，作为高校工程类专业，更应将BIM技术普遍应用到教学中，能有效提升学生的专业知识，能增强学生的职业竞争力。BIM技术以其独有的专业性为土木工程专业教学提供新的发展技术平台。

一、土木工程专业的特点

土木工程的建造一般要经过勘察、设计、招投标、施工等阶段，教学中涉及的专业课程有工程水文地质勘察、工程测量、土力学、工程力学、工程设计、招投标、建筑材料、工程经济学、土木工程施工、工程项目管理等学科。涉及的课程内容多，范围广，因而土木工程是涉及多学科的综合性专业，这些专业课程与BIM有一定的相关性。

二、高校BIM技术应用的现状分析

BIM技术将以往的线条式的构件形成一种三维的立体实物图形展示在人们的面前，在建筑业得到广泛应用，越来越多的高校将BIM技术应用于教学和研究中，并成立BIM研究中心，使学生通过建筑模型很直观的看到设计、施工、管理过程中应该注意的问题。致力于这方面的研究，充分调动了在校大学生的学习与探究的兴趣。但在教学层面，目前很多高校开设与BIM相关软件的课程，但是教學质量整体有待提高。目前工程建设行业的信息化已迎来全面提升的时期，BIM技术应用在高校也将作为一项重要研究课题。教学方式的改革也将进一步的推动实践教学和人才培养模式的革新。

BIM技术在各高校内的应用与发展仍处于初级阶段，BIM技术应用比重逐步扩大，未来BIM技术的发展还有很长的路要走[1]。

三、BIM技术引发高校的教学改革

（1）教学目标改革。设置BIM相关课程内容时，应结合现有的课程，如房屋建筑学、工程项目管理、建筑制图、CAD教学、施工技术，上述课程内容可以渗入BIM的教学中去。因此，BIM教学目标是要将BIM技术融入土木工程专业教学体系，增强学生对专业知识的理解，提高教学质量，提高实践能力[2]。

（2）教学模式改革。BIM的教学模式有别于其他专业课，基于BIM人才培养不仅会软件，还要注重思维能力、动手能力及分析问题和解决问题方面能力的培养，因此在教学改革中，注重课程教学模式，制定具有土木特色的BIM专业人才培养方案，对课程进行综合以适应信息化与科学技术高速发展的时代。

（3）优化教学内容。理论教学方面，以BIM技术作为教学载体，讲解数据集成技术概念及开发和集成方法，介绍组织集成和过程集成模型的方式，以及BIM信息集成平台技术和BIM生命周期不同阶段的信息流积累过程。讲解可视化技术，介绍BIM数字化模型的可视化设计和管理原理。案例教学方面，根据目前BIM的主要应用领域，结合实际学生就业情况，可通过对支持BIM的多种设计软件的介绍，并辅以实际项目工程BIM案例和学术讲座来满足学生对实际应用技能学习的需求，让学生充分了解工程项目的各项施工工序和各个部位结构构件，以加深学生对工程项目设计与施工过程的认识，进一步增强学生的学习能力。

（4）丰富教学方法。科学合理的教学方法是提高教学成效的关键，加强BIM专业教师的培养。选用专业特色的、更加适合BIM软件教学的教材。高校可以通过组织专业知识培训、专家讲座、建模大赛、与企业进行交流合作、与相关软件公司进行合作的方式提高BIM技术专业教学水平。

四、BIM技术在工程专业课程教学中的应用分析

（一）在建筑结构构造、施工技术教学中的应用

现代建筑越来越复杂，技术要求越来越高，掌握建筑基本构造和基本设计方法，对于学生而言理解起来有一定的难度;土木工程施工过程是一项十分复杂的活动，施工过程是一个将平面设计方案图纸转变为立体空间实际物体的创作过程，具体表现为技术方法、施工工艺等，这个过程在教学中难以准确描述，对于学生来说难以理解与掌握。房屋建筑学、施工技术等专业课程利用BIM三维模型，模拟真实的过程，达到可视化的施工效果，通过施工模拟使学生了解工程基本结构与构造、实际施工方法的选择、材料的选用等[3]。

学生自己动手操作进行建筑工程信息建模，系统以互动式三维动画、视频、图片、文字为基础，将工程的建筑、结构、施工方法展现在眼前，使学生熟悉建筑物的结构特点、主要工艺流程、技术要点，从而掌握工程专业技能。将BIM技术用于专业课程教学上，能实时、直观地显示结构性质、施工过程的实际情况，有助于学生全面了解建筑物的三维立体图像、工艺流程和施工方案、施工方法等。使抽象复杂的施工周期长的施工过程浓缩在形象逼真的动画演示中，学生从定性分析和定量综合集成的虚拟环境中获得对施工过程控制方法、施工方案的感性及理性认识，进而对工程专业性较强的某些难以理解的概念进行深化，教师结合实际的教学需求，最大限度地发挥资源的优势，提高教学效果。使课程中的难点和重点等不易掌握的知识通过BIM技术得以解决，并能产生新的构思和创意。

（二）在施工组织管理教学中的应用

施工组织管理主要涉及到施工部署、施工進度计划的确定、施工现场的平面布置、质量要求、工期目标、安全目标等内容，涉及到大量的人员、设备和材料。这部分理论知识内容多，不易理解，这也是教学中的重点和难点。因此如何保证工程工期，并合理的分配企业的劳动力、物力和财力等资源，做到人尽其力、物尽其用是教学中的重要内容。

施工进度管理方式主要以数据为主，通过横道图、网络图等图表方式展现施工进度计划安排。教学中以图表形式来表达，数据量大，课时有限，难以描述。将BIM技术引入到施工进度管理教学中，将传统的施工进度计划表转换成数据库，将三维模型与数据库中的信息链接起来，能实现对建筑工程施工进度计划的三维动态模拟，以图形、可交互的方式帮助学习者进行施工进度管理方面的学习。对项目各施工阶段的劳务、材料、设备等需用量进行计算、模拟和优化，建立人工、材料和机械的需求计划，从而形成项目的成本计划，通过BIM5D模型可以自动提取材料需求计划[4]。

施工现场规划布置能够减少作业空间的冲突，能够合理优化利用空间。随着工程主体建造的进展施工空间不断的发生变化，现场工人工种增多，工作面减小，影响工人的工作效率和施工安全。若通过BIM5D模型可视化模拟工人的施工，可以形象地看到现场各工种工人工作面、材料堆放、施工机械位置的情形，能够有效地对施工中这些工作空间的可用性、安全性做出判断。

如塔吊布置利用BIM技术可视化模拟，塔吊位置的确定与塔吊旋转半径、覆盖施工楼层面积、现场材料堆放、施工道路、材料装卸及材料加工场地有直接关系;利用BIM5D技术模拟塔吊与拟建建筑物、材料运输车辆卸货位置是否满足现场布置;以及现场材料堆场布置与塔吊、施工机械（混凝土搅拌机）、施工道路布置，其相互间位置是否合理，是否出现材料二次运输问题等;施工现场整体规划是否合理与施工现场道路位置、材料堆放的位置、起重机械的位置及危险区域有关，如何确保工程施工用料在起重机械安全有效范围作业，是管理者重视的内容，也是教学的重要内容，通过BIM5D模拟施工现场可以直观地协助教师分析现场的情况，找出潜在的问题，将教学内容渗透于其中，有利于提高学习效率、加深学习者的印象。同时可以将施工现场布置中存在的漏洞、缺陷及时反映出来，对学习者有帮助和辅导意义。

（三）在实践教学中的应用

毕业设计、施工组织课程设计等实践教学环节，是理论联系实际的“切入点”，是理论过渡到实际的桥梁。对学生理解知识点，以及理论与实践相结合有着很强的促进作用。

毕业设计涉及房屋建筑学、CAD绘图、工程结构、工程施工技术、工程项目管理、工程计量与计价等专业课程。设计过程中学生使用Revit软件进行建筑、结构建模，得到一个比较完整的建筑物模型。将书中单个详图和二维图纸通过Revit软件相对应的构建起建筑物的三维立体图像，可以对整体的建筑构件的相互位置、尺寸、形状有更清晰的认识。通过利用三维模型进行有效模拟，充分实现可视化的施工效果，使学生对施工技术和施工工艺方法、材料选用有了真正意义上的理解。

另外利用BIM5D技术通过定量计算与定性分析相结合，进行各种模拟分析，再加上时间维度、模拟施工进度，能够有效地把整体的施工进度和工程成本与三维模型进行有针对性的关联和整合。模拟计算和优化人工、材料和机械的需求计划，能够有效明确项目的成本计划和进展程度，增加学习内容的形象性和趣味性，进而实现模拟训练，以调动学生积极主动性。

五、结语

BIM技术作为现代工程类专业人才必备的技能，对专业人才的培养提出了更高的要求。应该不断进行BIM技术教学模式的改革，最大可能地应用BIM技术发挥其真正的优势。

参考文献：

[1]章帅.BIM技术在高校教学中的应用研究[J].绿色环保建材，2017（07）：248

[2]宫培松，郭聖昱，郭海湘.高校工程管理专业BIM教学改革探索[J].内蒙古电大学刊，2017（02）：96-100

[3]刘海芳.BIM技术在高校工程造价专业中的应用研究[J].工程经济，2016，26（02）：10-13

[4]刘丽阳.基于BIM技术的建筑施工组织与管理课程教学探究[J].西部素质教育，2019，5（07）：223+230

作者简介：郑少瑛（1966— ），女，汉族，山东商河人，硕士，副教授，主要从事土木工程施工与管理研究。