BIM技术在消防工程专业教学中的应用探索

2023-09-27王跃琴

教育教学论坛 2023年23期

王跃琴

（中国人民警察大学防火工程学院，河北廊坊 065000）

引言

BIM技术即建筑信息模型技术，集成了建筑工程项目各种相关信息，是对工程项目实体与功能特性的数字化表达，其完善的信息模型能够连接建筑项目生命期不同阶段的数据、过程和资源，可广泛应用于工程设计、施工建造、运营管理的各个阶段。在消防领域，BIM技术可用于建筑消防设计及审查、消防施工及验收、消防设施运维管理、消防预案制定、救援指挥等过程［1］。目前国内已有不少建设项目尝试在建筑工程领域利用BIM技术协助进行消防设计、施工及运营维护。在国家新工科建设和行业智慧消防建设背景下，将BIM技术运用于消防工程专业教学对培养掌握行业新技术的复合型人才具有重要作用。

一、消防工程专业课程设置情况

以中国人民警察大学（以下简称警察大学）消防工程专业为例，该专业以培养从事消防科学技术研究、建设工程消防设计审查验收、消防技术咨询与评估、消防设施检测维保、消防安全管理等工作的高素质专业技术人才为目标。该专业核心课程主要包括“消防燃烧学”“房屋建筑学”“安全系统工程”“建筑防火”“工业企业防火”“电气防火及火灾监控”“建筑灭火设施”“建筑防烟排烟工程”“危险化学品防火”“火灾风险评估”“消防管理”“消防法规”等必修课。此外，还有“建筑图纸识读”“建筑防火设计审查与验收”“消防设施检测维保”“消防工程概预算”“消防工程运营技术”等专业选修课。

在现有的专业课程体系中，很多与建筑相关的课程都可将BIM 技术运用到教学中，如“房屋建筑学”“建筑防火”“建筑灭火设施”“建筑防烟排烟工程”等［2］。而“房屋建筑学”作为消防工程专业接触最早的建筑类课程，内容涉及建筑制图与识图、建筑材料、建筑设计、建筑构造等多门建筑学科的知识，是专业课程体系中与建筑技术联系最为密切的课程，适合最先开展BIM技术应用，这也是后续“建筑防火”“建筑灭火设施”“建筑防排烟工程”等课程教学融入BIM技术的基础。

二、融入BIM技术的“房屋建筑学”教学体系设计

警察大学消防工程专业“房屋建筑学”课程原教学内容包括绪论（2学时）、建筑制图与识图（28学时）、建筑材料（4学时）、民用建筑设计（12学时）、民用建筑构造（12学时）、工业建筑设计与构造（3学时）、高层建筑与大跨度建筑（3学时）七个知识模块，共64学时，其中实践教学环节16学时，内容为CAD制图与图纸识读。融入BIM技术后，将教学模块“高层建筑与大跨度建筑”改为课下拓展自学内容，在总学时不变的情况下对其余六个知识模块中的教学内容和具体时长进行适当调整，重新构建课程教学体系如图1所示。

图1 融入BIM技术的“房屋建筑学”课程教学体系

在教学内容上，增加BIM技术与装配式建筑概述、BIM建筑建模、BIM建筑方案设计、BIM构件建模等相关BIM技术应用的内容，将高层与大跨度建筑调整为拓展性自学内容。通过BIM技术及装配式建筑概述学习，使学生了解BIM新技术、BIM在建筑消防领域的应用及建筑发展方向。通过BIM建筑建模学习，使学生学会BIM建模方法并初步具备BIM建筑建模能力；进行BIM建筑方案设计，强化对建筑设计理论方法的理解与应用，提高学习任务挑战度，提升学生的专业技能；在民用建筑构造与工业建筑构造学习中，增加各类建筑构配件的BIM建模，让学生自己动手完成BIM构配件建模，将BIM成果作为课程的可视化教学资源，既能带给学生一定的成就感，又能提升动手能力和创新能力［3-6］。在教学环节上，减少理论教学，增加实践教学，将理论与实践教学时长调整为1∶1。由此可见，新构建的课程教学体系更加侧重于实践，更加注重对学生实践、动手、创新、协作、自主学习、知识运用等能力的培养，突出建筑初步设计、建模制图、图纸识读核心教学等教学目标的实现。

融入BIM技术后的教学方式、方法将更加注重自主式、探究式、研讨式、团队式的学习方式，引导学生积极开展自学自训、工程实践与现场调研，加强以学生为主导的讨论式、案例式、翻转课堂等教学方法的运用。例如，在BIM建筑方案设计实践中，让学生以小组合作形式完成大量建造的中、小型民用建筑方案设计，在课堂上进行成果展示与答辩，学生与教师共同点评交流讨论，以模拟大赛方式评选优秀设计奖。借助BIM 进行方案设计，可降低立面和剖面设计难度，减少设计与绘图工作量，便于将设计对象由简单的住宅楼、办公楼、宿舍楼等扩展到复杂的商场、影剧院等。通过自主设计和BIM建模，学生可以自由创作建筑作品，发挥主动性和创造性。再如，学习建筑构造时，让学生对实际建筑开展小组调研，观察楼梯、走道、门窗、勒脚等构造做法，测量尺寸，加深对构造知识的理解，制作BIM构造模型，将实践成果带到课堂讨论，强化理论学习效果，提升实践能力［7-9］。

三、基于“房屋建筑学”BIM设计成果的课程链设计

（一）课程链设计思路

消防工程是复杂的系统工程，涉及建筑、水、暖、电几大专业，分别以“建筑防火”“建筑灭火设施”“建筑防烟排烟工程”“电气防火”及“火灾监控”几大课程作为理论支撑。目前，这些课程相对独立，彼此间缺乏一定的联系，学生难以对建筑消防工程系统形成整体的认知。鉴于此，可将“房屋建筑学”课程BIM设计成果用于后续专业课程，形成基于BIM实践成果的课程链，实现BIM技术在各门课程之间的协同应用，从而实现专业知识的综合运用［10］。基于BIM成果形成的消防工程专业课程链如图2所示。

图2 基于BIM成果的专业课程链

将“房屋建筑学”BIM建筑方案设计成果作为其他课程设计的建筑基础资源，在同一BIM建筑模型中完成建筑防火、自动喷水灭火系统、消火栓系统、防排烟系统、火灾自动报警系统等各消防系统的BIM 设计，这样多种消防系统设计在同一建筑模型上，可以较好地实现多系统之间的协调和管道系统的碰撞检查。在“建筑图纸识读”“建筑防火设计审查与验收”课程中，把学生的BIM设计成果互换审阅，进行图纸识图和消防设计审查训练，实现了BIM技术及成果在多门课程之间的协同应用。

例如：在“建筑防火”课程教学中，可以让学生基于BIM技术开展“建筑防火”课程设计实践。建筑防火设计是建筑设计和构造设计的延伸，可在“房屋建筑学”课程设计的基础上进行，在建筑方案设计成果中，进一步完成建筑防火设计。在这一过程中，可先让学生利用BIM技术修改“房屋建筑学”课程设计成果，基于完善后的建筑模型补充开展建筑防火设计，也可以由学生重新设计BIM建筑模型并完成建筑防火方案设计。通过具有个人创造性的课程设计，学生将对建筑防火设计原理与方法有更加深刻的理解，建立起更为系统的课程理论认知，达到综合运用所学知识和提升能力的目的。

此外，还可以将课程链延伸到毕业设计阶段，结合BIM进行毕业设计，从而实现综合运用所学理论知识和专业技能解决工程实践问题的目的。

（二）课程链实施前提

要使课程链得以实施，一是学生要普遍具备BIM建模和制图能力，这可在“房屋建筑学”实践教学基础上开设BIM第二课堂，鼓励学生开展BIM技能方面的自主学习与训练，强化BIM建模能力；二是要加强各课程任课教师之间的沟通协作，达成课程链应用共识，预先谋划解决课程链应用有关问题。

四、师生共建BIM三维可视化教学资源

“房屋建筑学”“建筑防火”“建筑灭火设施”“建筑防烟排烟工程”“电气防火”及“火灾监控”等课程知识内容抽象，又涉及很多规范条文，学生往往难以理解，如能将相关知识点和条文辅以BIM三维可视化模型进行学习，将大大增加教学内容的生动性和易理解性，利于提升教学效果。为此，可在消防工程专业中建立BIM兴趣小组，师生共同研发BIM三维可视化教学资源，该活动可以依托第二活动课堂开展，将学生分成若干小组，每组负责部分章节知识点，在充分学习的基础上完成BIM建模工作。在学生建模过程中，教师就知识内容及模型搭建进行全程指导。通过这种以学生为主导的小组建模训练，既加深了学生对所学内容的理解，又强化了动手、协作能力，大量建模成果又丰富了三维教学资源库，反哺了课程的后续教学。