基于BIM技术的工程管理类人才建筑信息化技能培养研究

张 恒, 郑兵云,王志远,丁华军,唐根丽

(安徽财经大学管理科学与工程学院,安徽 蚌埠 233030)

1 研究背景

随着以数字经济为代表的新业态、新模式、新理念等的不断迭代与深入发展,制造业、建筑业等国民经济支柱产业在不断发生变革,新一代信息技术、数字技术在工程建筑领域也在不断发展与融合,我国建筑行业信息化应用水平有了较大程度提高。众多复杂工程与超级工程项目的设计建设管理都需要建筑信息化手段来实现,以智能建造与建筑产业化为代表的建筑信息化转型发展模式已初露锋芒[1]。建筑信息化是中国乃至世界未来十几年工程建筑领域的重要变革方向之一,而形式变化多样、结构设计复杂的现代建筑物产品特征决定了工程项目具有涉及部门人员较广、信息资源要素较多、材料用量相对较大、组织结构相对繁杂等诸多特点,建筑信息化的快速推广能够保证工程项目在投资决策、规划设计、施工建设、运营管理等各个环节的高效运行。

目前我国工程建筑领域的建造技术水平与项目数量已迈入世界建造大国行列,但建筑行业信息化投入水平仍然较低,工程领域信息化数字化转型仍有较大空间。建筑信息化应用主要是指工业化生产模式与技术(以装配式建筑为代表)和信息化技术与资源(以建筑信息模型技术为代表)的协同应用。要想迈入智能建造世界强国行列,仍需要一系列的政策帮扶引导、技术创新支撑与人才供给支持。建筑信息模型(BIM)技术作为实现建筑信息化的主要手段与关键技术,通过搭建包含工程项目所有数据信息的虚拟仿真模型,呈现出可视化、协同性、模拟性等特征,主要应用于工程设计、施工及运营管理等全生命周期阶段[2]。

在智能建造与建筑产业化背景下,建筑信息化已成为不可避免的发展趋势,行业与社会对信息化人才的技能水平要求也会越来越高,而现阶段建筑信息化应用人才的匮乏成为阻碍建筑信息化快速发展的重要因素。近年来,虽然许多高校已开设了智能建造、BIM技术等新兴专业,但仍难以弥补行业及岗位人才需求缺口。工程管理类专业人才培养目标与建筑信息化的契合度较高,且目前已有500多所高校开设了工程管理类本科专业,要想在短期内提升建筑信息化应用人才的数量与质量,融合BIM技术的工程管理类专业建筑信息化技能人才培养成为关键所在[3]。

2 工程管理类人才建筑信息化技能培养的现实困境

新一代信息技术与建筑信息化相关产业日益发展,迫切需要拥有建筑信息化技能的高素质应用型人才。相关建筑类本专科院校联合协会学会、产业联盟、BIM软件公司等,充分结合学校自身的办学特色与相关组织的资源优势,纷纷开展了建筑信息化技能紧缺人才培养改革试点示范工作,积极探索工程管理类专业建筑信息化技能创新型人才培养模式,取得了一定的成效[4]。但目前高校工程管理类专业人才建筑信息化技能培养还存在以下几个问题。

2.1 建筑信息化技能的专业知识逻辑体系亟待梳理

面对智能建造与建筑产业化所引发的建筑领域信息化技术变革,审视传统工程管理类专业人才培养的知识结构体系,梳理出一套完善的建筑信息化技能专业知识逻辑体系是培养创新型工程管理类人才的首要任务[5]。在工程管理类专业人才的培养过程中,通过多学科知识的融合与相互嵌入,形成了全面而综合的能力体系。其中,工程建造技术、经济管理素养与信息化软件应用技能的有机结合,构成了目前众多高校工程管理类专业人才培养的核心能力架构,其目标是提升学生会使用信息化软件、会操作信息化软件、会应用信息化软件,以此来解决工程建造及项目管理等实际问题,属于建筑信息化技能的基础能力。工程建造技术与BIM软件系统开发技能的深度融合,使得工程管理类专业人才能够在工程实践过程中敏锐地识别核心技术问题,并提出创新性的信息化解决方案。专业人才不仅能够与BIM软件开发团队进行高效沟通,甚至具备独立进行软件二次开发的能力,这种能力标志着其在建筑信息化领域的专业技能达到了一个更高的水平,属于建筑信息化技能的高阶能力,这是目前行业急需的建筑信息化人才应具备的知识能力,也是BIM软件开发企业急需人才应具备的知识能力[6]。

2.2 建筑信息化技能的专业课程体系尚未完善

建筑信息化技能培养不仅需要传统工程管理类专业课程,更需要增设融入BIM技术的建筑信息化专业课程和软硬件开发类信息技术课程,不断将专业课程体系围绕建筑信息化技能进行更新,形成课程结构合理、课程模块多元、课程内容协同的专业课程结构体系。目前,在工程管理方面,大多数高校的专业课程设置尚处于发展阶段,仅仅是将BIM技术融入某些专业课程或教学案例中。应根据培养目标要求,重新规划课程体系,将应用软件与系统开发技术科学地引入课程教学,开设必要的新课,改革核心课程教学内容[7]。比如,要明确哪些原有专业课程需要增加BIM技术知识,专业课程间及课程群间如何通过BIM模型进行衔接,新增哪些BIM技术课程及信息技术开发类课程,进而形成科学的建筑信息化技能专业课程结构体系。

2.3 建筑信息化技术的实践创新能力培育较为欠缺

实践是工程的本质,是创新的基础,也能促进多学科知识交叉融合。目前工程管理类专业的理论教学内容与实践教学环节缺乏紧密联系,实践与创新能力培养环节缺少能够适应建筑信息化技术的全真实训环境,导致教学效果与培养目标、毕业要求、行业期盼等存在一定差距[8]。新工科建设背景下工程教育模式的最大特点在于注重对学生实践创新能力的培养,而现阶段的实体实验室环境虽然能提供直观与真实的实践与创新环境,但难以实时跟踪和反复模拟工程项目内外部环境变化所产生的动态影响过程,且潜藏着一定程度的安全风险。工程实践训练与创新能力培养等环节较为缺乏,导致专业学生的创造性思维与团队协作能力相对缺失。而依托BIM技术的全真虚拟仿真教学环境能够充分获得基于物理真实环境的学习体验与实践成效,且具有较强的模拟性、动态性、反复性及真实性[9]。因此,地方高校在工程管理类专业改革建设过程中,应积极主动联系建筑领域BIM技术类企业,整合校内外各类教学资源,通过多种形式打造课程共建、师资共育、项目共做的校企深度融合范式,形成有效的校企协同育人实践创新能力培养机制。

2.4 建筑信息化技能的人才培养方案仍不清晰

目前高校工程管理类专业创新人才培养体系缺乏全面有效的供给保障,以信息技术与智能终端使用、真实情景与虚拟仿真教学结合为主的课程教学模式层出不穷,但仍未有明确的以建筑信息化技能培育为主体的专业课程教学模式的顶层规划,相应的人才培养方案也不清晰[10]。现行人才培养方案中,BIM技术的应用程度相对较低,课程融合方式相对落后,作用效果相对欠缺。比如,BIM技术多用于项目决策设计阶段的三维模型构建和招投标过程中的BIM技术方案设计,在施工质量控制、进度控制、安全管理和成本管控等方面运用BIM技术的课程教学案例不多。新的工程管理类人才培养模式应主要关注建筑信息化技能要素的养成,促使建筑信息化技能要素在专业课程实践教学、创新能力培养、团队协作创新等方面的有效落地,这要求新的人才培养方案紧密衔接和有机融合BIM技术,以满足建筑信息化技能培养的需求。

3 基于BIM技术创新工程管理类人才建筑信息化技能培养模式

工程管理类人才建筑信息化技能要求从业者不仅能够熟练高效地运用各种相关专业软件完成工程项目实际业务工作,还需要具备建筑信息化软件二次开发的思维与能力,以便将建筑信息化软件与其他信息技术工具紧密集成,从而有效解决复杂的工程技术问题。因此,行业与产业对人才的建筑信息化技能提出了新要求,既要具备建筑工程领域的通识知识与技术,又要具备与建筑信息化技能相关的信息化软件应用与技术开发能力,以及解决工程实际问题的团队协作与实践创新能力,以突破建筑信息化技术深度应用与产业快速变革所面临的人才短缺壁垒。而BIM技术应用场景与建筑信息化技能需求具有显著关联性,以BIM技术为代表的数字化、网络化、智能化、信息化技术,为高校工程管理类人才建筑信息化技能培养提供了切实可行的实现路径[11]。

3.1 依托BIM技术开展建筑信息化技能培养的可行性

在智能建造及建筑产业化背景下,时代转型发展、产业升级改造、岗位技能需求等都对工程管理类人才建筑信息化技能产生冲击。工程项目的建筑信息化转型指以“工程实体建设”和“数字化资产建设”为基础,实现工程实体数据的实时性读取、智能化操作、可视化显示、集约化管理等,全面实现工程项目的动态化、可视化与智能化[12]。BIM技术作为一种直接应用于各种工程设计、建造、管理活动的数据信息化工具,可在项目全生命周期过程中进行数据资源共享以及项目动态管理,能够有效实现项目各参与方的协作沟通和信息交流,在持续提高行业生产组织效率、节约管理成本开支和显著缩短项目工期等方面具有重要作用。比如,在决策设计阶段,通过利用数据模型进行模拟仿真和方案对比,实现设计方案智能分析与决策优化;在施工建造阶段,能够推进智慧工地建设、绿色装配式结构施工、结构碰撞检查分析等;在项目管理与运营服务阶段,利用工程造价管理软件进行项目全生命周期成本管控,利用BIM5D信息模型对工程项目进行安全监测、能耗检测和日常维护管理等。

BIM技术具有模拟性、可视化和协调性等特点,可将BIM技术应用到工程管理类专业课程教学与实践教学活动中。学生利用BIM技术进行模型构建、软件应用与技术开发等工作,结合专业实践实训与学科竞赛活动,掌握项目设计、施工与管理等阶段的建筑结构设计、施工组织模拟、工程计量计价、工程项目管理等具体专业知识内容。基于此,对工程管理类专业人才培养目标与培养方案进行改革,使其适应智能建造与建筑产业化背景下的建筑信息化技能需求。重点进行专业课程体系与实践教学创新,主要围绕BIM技术入课、综合实践能力训练、建筑信息化技能提升等方面开展专业教学改革,通过校企合作协同育人、混合式教学模式等进行教学内容达成与教学模式创新,促使建筑信息化技能培养能够真正落地实现。

3.2 利用BIM技术构建“五位一体”的建筑信息化技能培养模式

BIM技术驱动下的工程管理类人才建筑信息化技能主要包括:工程技术建造能力,即掌握相关的工程施工工艺、项目建造技能、项目组织管理能力等;信息化技术运用与开发能力,即掌握包括BIM技术在内的信息化技术,注重主流BIM软件的应用与二次开发能力培育;综合实践创新能力,即在项目实践过程中培养团队协作与综合创新能力,尤其注重信息化技术与工程管理专业知识的融合协同应用;全过程项目管理能力,即具备利用BIM模型进行上下游专业协同、数据协同、知识协同、管理协同、过程协同的全过程项目管理能力[13]。

要想培育上述建筑信息化技能,必须进行工程管理类人才培养模式改革,总体实施思路是构建“五位一体”的建筑信息化技能培养模式。具体来说,以打造BIM综合实训创新平台为人才培养基础支撑,以优化专业实践课程体系为能力实现核心路径,以专业实践与学科竞赛训练为关键教学环节,以项目实习与科研创新研究为能力进阶方式,以校企合作与协同育人为技术资源支持,实现工程管理类人才建筑信息化技能的培养目标,培育出满足时代要求、产业需求与行业诉求的高素质创新型建筑信息化人才。具体的“五位一体”培养模式如图1所示。

图1 工程管理类人才建筑信息化技能“五位一体”培养模式

4 融合BIM技术提升工程管理类人才建筑信息化技能的路径

4.1 打造基于BIM技术的一体化综合实训创新平台

BIM技术与工程建造技术深度融合背景下,高校更加注重培育学生工程建造能力、创新管理能力和信息化应用能力。BIM技术涉及建模设计、施工模拟、计量与计价、招投标与项目管理等项目全生命周期各环节,基于此,高校应以BIM软硬件平台为载体,以校企合作共建为抓手,以虚拟仿真技术与课程教学相结合为手段,将BIM技术、虚拟仿真、数字建筑等信息化技术应用到专业课程理论教学、实践教学与课程设计、项目实践与学科竞赛、横向课题与科研创新项目研究等环节,创建融合BIM技术的一体化专业教学模式。以此为基础,打造基于BIM技术的一体化综合实训创新平台,具体涵盖建筑物理实体模型、虚拟仿真软件、BIM技术软件、BIM技术开发平台等资源。可以利用平台加强学生BIM软件学习体验,培养学生BIM综合实践与创新能力,满足智能建造和建筑产业化背景下的工程管理类人才建筑信息化技能需求。

4.2 优化多学科交叉融合的专业实践课程体系

利用BIM技术可以开展建筑结构设计、工程项目施工模拟、工程计量与清单计价、全过程项目管理以及VR全景仿真等专业课程教学,通过BIM技术资源优势与专业技术课程教学环节的紧密结合,构建一个或多个融入BIM技术的真实工程项目教学案例模型,达到多学科专业知识与技能间协调发展的整体要求,从而形成基于BIM技术的多学科交叉融合的专业课程教学体系,最终打造出“all in BIM”的一体化专业课程教学模式[14],使学生系统了解工程项目实况,激发学生专业课程学习热情,达到较好的实践教学效果。总体来说,可以将专业课程体系分为工程技术类课程、工程管理类课程、BIM技术类课程以及信息技术类课程,具体如图2所示。

图2 融合BIM技术的工程管理类专业课程体系

4.3 形成专业实践与学科竞赛相贯通的实践育人模式

专业实践与学科竞赛密切相关、相辅相成,是专业课程知识的进一步总结与凝练,能够有效提高学生实践创新能力。因此,要积极探索创新教育与专业教育融合模式,充分挖掘和不断丰富创新创业教学资源,借助专业实践与学科竞赛等实践育人方式进一步提升学生创新创业素养,促进知识与技能糅合、理论与实践结合、专业与创新融合。具体来说,可以利用学生课程设计、生产实习、毕业实习、毕业设计等集中实践实训环节,与业界实际工程项目挂钩,利用BIM软件、BIM实训平台及BIM企业资源,组成“校—企—师—生”实践共同体,校企双方共同出题,师生共同答题,以此训练学生的综合实践能力、创新思维、团队协作意识等,促使学生真正掌握BIM技术[15]。此外,组织学生参加全国高校BIM毕业设计大赛、全国先进成图与产品信息建模大赛等国内相关建筑信息化技术专业竞赛。这些比赛主要围绕实际工程项目,利用BIM软件进行实践操作和应用,提高学生对信息化知识的掌握与应用能力,践行实践育人的培养特色;组织学生参加“互联网+”、挑战杯等各类综合性创新竞赛,督促学生利用专业技术知识与建筑信息化知识,通过问题调查分析、团队交流协作、模型设计与优化、软件应用与技术创新等手段,培养学生的综合实践创新能力。

4.4 强化项目实习与科研创新研究训练

建筑信息类企业作为高校与业界的沟通桥梁,往往更了解业界的岗位能力诉求与高校的人才培养短板,建筑信息类企业的BIM工程项目案例与BIM软件二次开发更具有实际作用与创新意义。因此,应通过加强与建筑信息类企业的横向课题合作,在企业诉求与专业培养的相互博弈中寻求突破点与落脚点,推进专业与企业产学研合作的强度与深度,鼓励学生参与横向课题项目的技术研发和实践创新,在真实、复杂、开放的项目环境中不断挖掘与培育学生的BIM创新能力。此外,专业教师要积极指导学生申报国家级、省级大学生创新创业项目和校级大学生科研创新基金项目等,提高学生的科研创新能力,在科研课题研究过程中锻炼学生的工程实践能力、软件应用能力、团队协作能力和科研探索能力,为培养领军型工程技术人才奠定基础。

4.5 深化校企合作协同育人机制建设

在校企合作协同育人的企业选择层面,选择广联达、品茗、斯维尔、鲁班等国内BIM技术公司进行深度合作。这些企业主要从事信息化技术研发与工程教育,熟悉高校工程管理类专业人才培养模式,掌握行业前沿技术与工程实践需求。在校企合作协同育人的合作内容层面,校企双方共同拟订人才培养目标并设计培养方案,共同开发与建设BIM技术类课程、信息技术类课程的教学资源与教学案例库。此外,毕业设计选题、生产实习内容等原则上必须来自企业实际研发或工程实际项目[16],确保校企协同育人内容走深走实。在校企合作协同育人的创新渠道层面,与企业共建BIM综合实践创新平台,共享平台资源,积极开展产学研合作与横向课题研究,合作开展工程管理咨询与BIM技术等社会服务项目。

5 结语

长期以来,人才结构性缺乏是制约工程建筑领域信息化发展的内在因素之一。因此,针对建筑信息化技术的特征,探索面向建筑信息化技能的工程管理类专业创新型人才培养模式至关重要。本研究通过分析以BIM技术为代表的建筑信息化技术对工程建筑领域的冲击,以及对工程管理类人才建筑信息化技能的影响,解决专业培养模式中建筑信息化程度融入不足、实践教学与创新训练不完善、校企协同育人融合不强等突出问题,结合工程管理类专业人才的培育目标与建筑信息化人才的市场需求,打造BIM综合实训创新平台,重构融合BIM技术的专业课程体系,构建实践教学与学科竞赛相结合的实践育人模式,开展项目实践与科研创新活动,加强校企合作与产教融合机制,以此打造“五位一体”的建筑信息化技能培养模式,着力提高工程管理类人才建筑信息化技能。