基于BIM5D协同项目管理的教学研究

王淑嫱 张 辉

(湖北工业大学土木建筑与环境学院, 湖北 武汉 430068)

引言

近年来,BIM技术在建筑业的运用越来越广泛,国家政府及地方省市都在大力发展、推广BIM技术的应用[1]。起初人们的整体观念认为BIM应用大多是3D可视化模拟,各个企业多在投标的过程中应用,在其他阶段做到实际应用的寥寥无几。而目前随着相关BIM标准、政策的颁发与完善,其在设计、生产、施工与运维全生命周期管理的优势正在日益突显[2]。随着BIM技术在土木工程和建筑学领域中的广泛应用,企业对能够熟练使用BIM的技术人才需求日益迫切,为了迎合企业的实际需求,行内知名企业和很多软件研发公司基于现今国家政策方向,和行业协会共同举办各类BIM大赛,通过行业实际需求制定比赛规则,以促进学生对BIM知识学习和BIM技术的应用[3]。在赛事和行业需求的推进下很多高校和职业院校都开设了BIM相关课程,但课程中更多侧重于各类BIM软件的操作技能培养,大部分集中在BIM建模与设计优化阶段,其他阶段的BIM应用较少[4]。

为了适应行业发展的需求,本项目以实际工程案例为依托,进行BIM5D协同管理的教学研究,形成以“BIM理论+项目实践+BIM5D实训”三位一体的教学体系。贯穿于最初的招投标阶段、施工准备阶段、施工阶段到最后的运维管理阶段,进行不同的场景和应用点设置,有助于学生了解和掌握工程项目各阶段的业务应用思路和实现方法[5]。同时,学生可以通过不同的角色扮演和任务分工,形成以协同管理的思路解决项目策划、质量管理、变更管理、进度管理和生产管理中所遇到的问题[6]。本项目有助于学生系统的理解和掌握基于BIM5D技术的工程项目管理的内容、方法和具体的实施措施,提高学生应用BIM5D综合解决工程问题的能力,为行业培养优秀的BIM应用人才,提升学生的就业质量并拓宽就业领域。

1 课程建设目标

在建筑业朝着信息化与工业化发展的背景下,结合土木工程、管理科学与工程和土木水利专业就业工作的要求,本课程教学基于BIM5D围绕着项目的全过程协同管理进行展开,旨在达到以下三个目标。

(1)知识目标。本课程要求学生应该掌握现代工程施工技术、现代工程项目管理和BIM技术的基础知识,完成建设项目管理在基础应用、技术应用和商务应用的内容模块学习,主要包括项目策划、质量事故处理、成本管理、变更管理和进度管理等相关BIM协同应用的知识内容。在夯实基础知识前提下,通过实践加深对知识的理解。

(2)能力目标。通过课程中具体的实际工程案例,将基础理论与实践相结合,着重培养学生的综合能力。通过一些职业情景的创设,让每名学生饰演项目中的实操角色,如项目经理、技术经理、商务经理、生产经理、质安总监等,对真实情景和问题发生进行模拟,使学生养成独立思考的能力和一丝不苟的工作态度和工作作风,锻炼使用理论知识解决实际问题的思维模式,进而达到提升学生应用 BIM5D 进行项目管理的综合能力。

(3)人才目标。目前政府出台了一系列措施助推BIM人才培养,但由于起步时间对于国外而言相对较晚,目前能熟练掌握BIM技术人员的供应不足,导致企业对于这方面的人才也较为稀缺。通过本课程的学习,学生不仅可以掌握基础的BIM建模能力,更能形成协同管理的思想,通过参与模拟项目生产全流程来明确项目各参与方的不同分工和职责。当真实问题发生时,通过前期的实践模拟,学生可以协同他人或自主解决问题,有助于提高学生应用问题和解决问题的职业能力,更好地为行业提供优秀的项目管理人才。

本课程研究总体目标是培养适应行业需求的 BIM 项目管理人才,使学生具备职业素质和具有执业能力高级专门人才所必须的思想认识水平、思维方式、职业道德及利用BIM技术进行协同项目管理的能力,掌握BIM5D管理方法,为研究生的求职和深造提供核心竞争力。

2 课程建设内容

依据本课程的特点,遵循合理的教学方式,为达到提升学生实践能力进行课程体系、清单和具体应用场景和内容的设计,具体如下:

(1)BIM5D 协同项目管理涉及多个部门(物资部、技术部、商务部、生产部、质安部等)的不同分工,需要明确不同角色(项目经理、生产经理、技术经理、商务经理、质安总监等)的不同项目管理职责,结合BIM5D平台功能,指导老师根据不同的教学内容设置不同的场景、问题、应用点和考核点,引导学生研究问题、分析问题、讨论问题,最终给出解决方案。

(2)通过使用广联达、BIM5D、REVIT和GCCP等建筑设计和施工软件,学生可以掌握如何对实训教学楼项目进行建筑设计和建模。这些软件可以提供IFC格式的信息交互功能,方便学生在后续的模型集成中使用,避免重复建模,并为实际工程应用提供支持。

(3)实现通过一个协同平台贯穿工程项目从设计建模到交付维护的全生命周期流程,学生通过BIM5D协同项目管理课程,将已开发完成的项目通过线上平台协同的方式,对项目生产流程的进度和完工后的维护过程进行管理控制。同时BIM5D协同平台支持对项目建设中费用和进度等数据进行计算和分析,通过数据指标更好地指导项目生产。

(4)针对建筑生产全流程进行管理,包括上游设计和建模阶段,还有建筑模型相关的构件、结构、基础等计算,支持并提供多种软件互传接口,如REVIT、GTJ2018、GCCP等[7]。将建筑模型导入后,可以根据建筑模型的参数属性,计算出本项目所需工程量清单和预算清单信息。

(5)导入基础建筑模型,并在BIM5D软件中集成生成总体建筑模型,即可开始模拟施工和漫游展示,利用BIM5D自动完成对施工计划和构件生产、楼层生产的关联,利用施工进度管理,将项目楼层分为不同的施工段,对施工过程实现了4D和5D的实时施工和进度跟踪管理。同时可以利用BIM5D的漫游展示功能,根据课程需要制定的行走路线,对项目内部情况以第一人称行走观览的方式进行展示,从而对项目的建筑细节有着更直观的了解。

(6)导入建筑模型后完成项目施工及现场环境的初步设计和规划,制定现场规划和布置完成4D、5D建筑的施工模拟,提供项目相关的工程量和预算文件,利用对接的招标计价系统,在成本版块录入项目工程量清单,制定招投标文件制定并开展项目招投标工作。

(7)完成项目生产流程后,进入到项目维护阶段。基于BIM5D协同平台运维相关版块,如质安、构件跟踪等,利用质安模块可以对生产和维护阶段项目现场出现的问题进行记录方便后续相关人员进行解决。同时预制构件搭载RFID记录构件生产信息,在构件跟踪版块中,可以对出现问题的构件进行追溯,利于及时排除项目可能出现的安全隐患。

3 教学方法

本课程教学力求突出学生的主体地位和教师的引导作用,在教学过程中,结合具体的教学情况灵活运用教学方法,主要包括以下三种教学方式。

(1)互动式教学法。在集中授课的同时,努力倡导启发式、互动式、探究式与开放式的教学。注重“教”与“学”的互动,从学生实际的认知和能力结构特点出发,创设有助于学生自主学习的问题情境,通过充分调动学生的主动性和积极性,提高每位学生的课堂参与度。

(2)案例教学法。选取一个真实的工程项目作为实际案例,教师作为课堂中的组织者,组织学生成立项目小组,由其提出整体思路与要求,设置阶段性任务点,制定方案进行协同。通过不同情景的创设,每位学生都可以扮演项目中真实的角色。以选取的案例为依托,通过学习与实践,培养学生分析问题和解决问题的综合能力。

(3)任务驱动教学法。这是一种以完成任务为目标的教学方法。本课程重点在于完成学习任务,并致力于培养学生的综合能力。通过创建职业情景,让学生模拟真实项目场景中的角色,并以实际案例为基础,模拟问题的发生,研究、分析和讨论问题,最终提出解决方案。

(4)探究式学习法。在熟悉案例的前提下带着问题思考和学习,让学生自己思考怎么做做什么,倡导学生主动参与,学生通过亲身经历学习,从而在学习掌握理论知识的同时体验、理解和应用科学研究方法,提升学生科研能力。

(5)分组教学法。学生根据自身特点组成若干个小组,采用 “分组教学”启发学生发现问题思考问题。在小组建立协同项目的过程中,对每个小组都及时给予过程性的反馈评价,使每位学生都充分融入到项目角色中,让学生在协同中掌握知识、提高能力。

4 教学案例建设

4.1 BIM建筑建模实训

学生们将使用各种专业软件,如Revit、GTJ2018、GCCP、BIM5D、斑马Project和Lumion来构建三维全流程专业BIM施工模型系统,并快速进行设计和集成应用。这些软件可以帮助他们更好地理解和掌握BIM技术,为他们的职业发展打下坚实的基础。学生在设计图纸基础上运用Revit软件对项目模型进行搭建,借助Revit插件导出IFC格式文件,利用IFC格式的共通性将模型导入其他专业软件,如导入GTJ2018通过建立参数模型完成建筑工程的工程量汇总。导入BIM5D软件,通过与场地模型结合建立项目整体模型,利用BIM5D内置功能模块来进行协同和模型形象的整体展示。

4.2 BIM模型数据集成

经过前置活动建立了建筑基础模型和场地模型,使用BIM5D对建筑模型和场地模型进行整合,生成实训案例楼整体参数模型。通过IFC格式文件的共通性,利用GTJ2018软件,对实训教学楼项目进行工程量计算,对实训教学楼项目所使用物资数据进行汇总,并导出工程量清单。使用斑马project对应项目生产实际情况,进行进度计划的编制,结合进度计划对该项目构件完成进度计划关联,再根据GCCP所汇总的综合单价明细进行成本关联。在BIM5D中各方数据进行集成,并将集成模型上传到同步协同平台,在平台上项目各成员都可以进行查看,支持后期协同工作进行。

4.3 BIM5D协同管理

BIM5D协同项目管理过程中涉及不同角色和任务分工,需要协同解决项目策划、质量管理、变更管理、进度管理和生产管理等问题。学生进入BIM5D协同平台,通过协同平台可以对工程项目进行质安管理、构件跟踪、进度控制等项目管理措施。在质安管理模块,学生可以通过移动端建立质安问题,进行数据同步,可以通过界面查看发生质安问题,统计并进行整改。对于存在问题的构件,可以使用PC端的构件追踪功能进行查看问题处理情况,在此之上项目人员可以上传成本、物资、资金曲线等数据,之后在WEB端项目概括一览项目近况。

4.4 全过程一体化管理

通过应用BIM技术,我们可以对实训教学楼进行综合分析,并将信息系统整合起来,生成教学楼构件的分项工程量清单。通过使用GCCP软件,我们可以根据招标方和监理方的意见来制定招标投资预算文件。对于生产进度管理,可以通过协同平台进行资金和物资曲线分析后得出数据进行生产控制,起到降低生产成本,增加工程建设率的作用。对于甲方的可视化需求,BIM5D的漫游功能和Lumion通过制作漫游视频能很好满足业主的展示要求。工程交付后进入运营阶段,结合RFID技术和定位技术,依托BIM5D协同平台对有问题构件进行跟踪,对项目全生命周期进行管控。

4.5 成果可视化展示

BIM5D协同项目管理包含模型建立、数据集成分析、协同管理、成果可视化展示等环节。其中成果可视化阶段是建立在项目整体协同工作完成基础上对协同项目中的建筑模型、场地模型、模拟施工进度等成果的展示。建筑模型展示方式主要有利用BIM5D根据进度计划制作模拟施工动画,根据甲方需求模拟场景内漫游并导出动画,利用Lumion进行环境渲染制作结合绿化、人群等环境因素的展示动画。协同成果展示方式主要是基于BIM5D协同平台,各成员通过导入成本预算、工程量清单、物料清单等数据,通过BIM5D协同平台成本、进度模块对项目数据进行汇总计算,并绘制出本项目的资金曲线、物资曲线、生产周期环比率等数据图表。成果可视化的展示能更好帮助小组成员了解项目生产情况,减少甲方在成果验收环节所耗费的时间。从而提升学生在协同项目中的实操能力,同时帮助老师快速发现学生实践中出现的问题并及时指正。

5 研究重点与特色

5.1 研究重点

本课程以行业方向来进行课程设计,以学生就业所需职业岗位能力需要为目标,以实际工程案例为背景,结合项目管理业务流程,应用BIM5D平台完成项目管理在基础应用、技术应用和商务应用的学习,掌握关于项目策划、质量事故处理、变更管理和进度管理的BIM协同应用,以解决各阶段具体任务为贯穿主线,通过演绎工程案例流程和处理工程问题,提升学生在项目实践中分析和解决问题能力。为了培养具有高级专业技能和职业素养的人才,我们需要让学生具备良好的思维方式、职业道德以及使用BIM技术进行协同项目管理的能力,掌握BIM5D管理方法,为研究生的求职和深造提供核心竞争力。

5.2 研究特色

(1)与传统的课程体系相比,本课程的开设规划先行,强调顶层设计,以“规划蓝图-提炼应用点-总结协同线-形成项目考试面”的思路展开整体课程设计。结合协同项目管理专业课内容,分析 BIM5D 技术能解决哪些问题,根据实际工程设置工程应用场景和管理中的角色,分析业务关联,解决理论基础认知。根据本课程设计的教学目标,按照以项目工作流程为方向,以就职综合能力培养为本位、以教学实践为主线,构建项目课程体系。

(2)与传统的教学方式相比,本课程需要教师在上课前准备大量的课程资料,需要建立课程清单,主要包括完整的项目资料(含项目CAD图纸、各专业BIM3D模型、场地模型,进度信息、成本信息等)提前梳理完整并添加至BIM5D平台中,教师需要以BIM5D平台应用手册为指导,完成全过程场景设计书和考核任务书等资料,为课堂教学提供保证。最后本课程需要项目案例为支撑,制定项目式课堂管理制度,准备全过程场景设计书和考核任务书等资料,为课堂教学提供保证。

(3)在考核方面,与传统考核方式相比,本研究采用项目真实模拟训练的方法,通过虚拟项目生产中出现的实际问题来引导学生实践,并需要教师制定好任务书,指引学生对场景模拟的任务进行分析和讨论,明确任务实施的路径和方法,形成分阶段考试成果,教师根据阶段成果进行成果验收,最后教师根据综合学生的总体完成情况进行总结与反馈。

(4)与传统学生学习方式相比,本研究以协同为小组学习途径:项目管理过程中涉及不同角色和任务分工,需要协同解决项目策划、质量管理、变更管理、进度管理和生产管理的情景设置问题。教师应提前设置场景和问题,提供学生协同学习思路。在模拟场景之后,学生能以角色扮演的形式进行沉浸式学习,完成各自角色分配的工作从而达到提升能力的目的。

结语

《BIM5D 协同项目管理》旨在促进教学内容更新与优化,有效激发学生自主学习的积极性,为行业培养适应行业需求的BIM项目管理人才。课程覆盖的知识面广,相关知识涉及多个方面,有较强的实践性和综合性。《BIM5D 协同项目管理》创新性提出了以学生为主,老师为辅,让学生通过模拟实际生产流程来进行实践学习的教学理念。同时以本课程为契机,待建设成熟后,将优质教学资源提供给其他院校或企业共享,为社会提供BIM5D项目培训服务。