BIM 技术融入高校工程类专业教学的应用研究

郝 丽

(大连大学，大连 116600)

前言

建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)技术具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性五大特点。它通过参数模型整合各种项目的相关信息并仿真模拟建筑物所具有的真实信息，在项目全寿命周期过程中进行信息的共享和传递，为项目各个参与者提供协同工作的基础，为项目投资建设中各项目标有效实现发挥重要作用。【1】BIM技术对国内外的建筑领域来说，是一种“革命性”技术，是建筑业信息化发展的基础。国家住房和城乡建设部在《十二五建筑业信息化发展纲要》中提出，“十二五”期间将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。【2】目前，国内建筑领域从政府到业主方都在积极推动和应用BIM 技术，上海市已经举办了两届“工程建设BIM 应用大赛”，并在《关于上海市推进建筑信息模型技术应用的指导意见》中明确提出:到2017 年底，上海市规模以上政府投资工程全部应用BIM 技术，规模以上社会投资工程普遍应用BIM 技术。

1 BIM 技术融入本科教学的必要性分析

世界各国都在推广BIM 的应用，因为应用BIM技术能够产生经济效益、社会效益和环境效益。然而，缺乏具有BIM 技术的人员已经阻碍了该技术在产业中的应用。大规模调查显示缺乏足够的BIM 训练是采用BIM 最大的障碍。【3】学生是BIM 技术的后备军、未来的生力军，是BIM 技术应用和发展的希望所在。只有在大学课程中教授BIM 技术才能够实现BIM 大规模的教育和培训，才能够实现BIM 人才的量级突破，才能够进入建筑业的“BIM 时代”。

根据Caroline M.Clevenger 等人(2009)在《将BIM 纳入施工管理教育》一文中的研究，以下4 个问题阻碍了BIM 在大学的教授:在保留现有课程的情况下，没有设置其他课程的余地(82%);在加入额外的必修课和选修课之后，仍然实行8 学期毕业制是不可能的(66.7%);教师开展一门新课程面临的时间和资源问题(86.7%);没有可以供学生使用的BIM 材料和课本(53.3%)。【4】在种种困难之下，各国高校都在积极探索将BIM 纳入本科教育体系的可行途径。

2 BIM 技术融入本科教学的现状介绍

近年来，随着BIM 技术的“火热”研究和应用，国内的很多高校都设立了BIM 中心，并进行了一系列相关课题研究。清华大学与广联达公司共同成立了BIM 研究中心，同济大学与鲁班软件双方就工程造价、电算化教学及BIM 技术研究等方面举行合作签约，沈阳建筑大学成立了以revit 为主的BIM 研究中心，大连理工大学与鲁班软件合作建立了BIM技术实训中心等等。

但是，国内绝大多数院校没有将BIM 技术理念纳入课程体系，只有建筑类专业对BIM 相关软件的使用较为普遍，但开设BIM 设计软件课程的院校也很少。很多院校的BIM 中心只是针对社会培训、课题研究，而没有用于本科教学。目前将BIM 技术纳入本科教学环节的院校不多，哈尔滨工业大学在国内首次开设《BIM 技术应用》短课程，共16 学时，内容包括BIM 技术简介，BIM 技术在建筑设计、施工领域的应用，BIM 技术软件应用等。【5】北京工业大学开设了BIM 创新实践课和选修课。大连理工大学在本科学生的毕业设计环节设置了BIM 方向。大连民族学院设置了2 学分的BIM 实验选修课程。绝大多数工程类院校虽然对BIM 技术具有浓厚的兴趣，但囿于现有培养计划的限制，没有将其融入到本科学生的培养中。

3 高校可实行的BIM 教学形式分析

高校工程类专业的人才培养计划主要由课程教学和实践教学两部分组成，实践教学通常包含认识实习、附属于某门课程的课程设计、毕业实习、毕业设计等环节。因此在高校开展BIM 教学可以采取的形式主要如下，详见表1:

3.1 开设BIM 课程

在教学计划中单独开设BIM 类课程。该做法可以系统地讲授BIM 技术的相关知识和应用，比较适合BIM 建模软件的讲解，但课程教学以教为主的形式对于BIM 在具体工程中的综合运用则不好安排和实现。

3.2 开设BIM 实践环节

在教学计划中设置BIM 实践环节。实践教学以学生为主，形式灵活，可以利用实际工程案例设计BIM 实践任务，对BIM 的综合应用能力培养很有益处。

3.3 开设BIM 方向毕业设计

在教学计划中不进行BIM 教学，仅在毕业设计环节设置BIM 方向。学生对于BIM 软件的应用依靠个人兴趣自学进行，比较适合学生有强烈自学愿望的学校，但不利于BIM 人才的大规模培养。

3.4 多课程贯穿应用

在建筑、结构、机械、电气、给排水、施工、估算、项目管理、合同管理、建筑材料等不同课程的教学中最大可能地利用BIM 技术，建立具有多课程体系共性的BIM 案例平台。这种教学与BIM 的全生命周期应用、多方协同应用密切结合，可以提升教学效果。但是要求各种课程的任课教师均需掌握BIM技术，在目前BIM 师资缺乏的情况下很难实现，随着BIM 技术的广泛应用，多课程贯穿应用将是不错的教学方法。

表1 BIM 教学形式一览表

高校也可以根据自己的软硬件条件、学生情况、人才培养特点等，选择以上四种形式的任意组合开展BIM 教学。

4 高校需要培养的BIM 人才能力分析

社会所需要的BIM 人才可以分为三类:即BIM标准制定人才、BIM 工具开发人才、BIM 专业应用人才，见图1。“BIM 专业应用人才”，简单描述就是应用BIM 支持和完成工程项目生命周期过程中各种专业任务的专业人员，包括业主和开发商里面的设计、施工、成本、采购、营销管理人员，设计机构里面的建筑、结构、给排水、暖通空调、电气、消防、技术经济等设计人员，施工企业里面的项目管理、施工计划、施工技术、工程造价人员，物业运维机构里面的运营、维护人员，以及各类相关组织里面的专业BIM 应用人员等。显而易见，在整个BIM 人才结构中，BIM 专业应用人才数量最大、覆盖面最广、最终实现BIM 业务价值的贡献也最大，也是各高校BIM人才培养的重点。

图1 BIM 的三类人才

BIM 专业应用人才的能力由工程能力和BIM 能力两部分构成，见图2。工程能力可以按照工程项目生命周期的主要阶段分成设计、施工和运维三种类型，每一个阶段需要完成的工作又可以分成不同的专业或分工，例如设计阶段的建筑、结构、设备、电气等专业，施工阶段的土建施工、机电安装、施工计划、造价控制等，运维阶段的空间管理、资产管理、设备维护等。现在高校的专业培养计划已经覆盖了工程能力的培养，而BIM 能力的培养需要得到重视。

图2 BIM 应用能力

根据我们对BIM 能力的分析，BIM 能力可以分为BIM 建模能力和BIM 用模能力，见图3。建模能力是将二维的土建、电气、给排水等专业的纸质或CAD 图纸利用BIM 软件建成三维数据模型，并能根据设计变化进行模型修改和维护的能力。用模能力是对三维数据模型在各个阶段的合理有效应用，利用模型进行虚拟施工、碰撞检查、进度款结算、材料计划编制、资金计划编制、偏差分析等工作的能力。高校培养BIM 人才主要是结合专业培养具有BIM 建模能力和BIM 用模能力的BIM 人才。本文不讨论设计类专业，仅对工程造价和工程管理等专业的BIM 教学进行探索。

图3 BIM 能力组成

5 工程类专业本科教学计划的改革方案

5.1 工程造价专业本科教学计划的改革方案——BIM 实践+BIM 毕业设计

由于目前工程造价领域的算量软件应用普遍，现在的图形算量软件、钢筋算量软件、安装算量软件均要求建立三维电子模型进行工程量计算，高校工程造价专业或工程管理专业的工程造价方向的培养计划一般都包含了算量软件的课程，即这些专业目前培养的学生已经初步具备BIM 建模能力，只需增加培养BIM 用模能力的教学环节即可。

因此建议在培养计划的第7 学期中增加2 学分的BIM 综合应用实践课程，以算量建模或设计模型为起点，可以让学生完成各专业之间模型的碰撞检查、各专业的工程量计算、工程组价、结合工程进度完成阶段支付、变更签证管理、合同管理的各项造价相关业务;并可以以模型同上下游进行沟通，实现同相关方的协同工作。

在毕业设计的任务书中增加BIM 应用内容，要求学生在对某工程建模、算量、计价的基础上，根据进度提交资源需求报告、资金使用计划、进度款支付报告等。

5.2 工程管理专业本科教学计划的改革方案——BIM 课程+BIM 实践+BIM 毕业设计

工程管理专业目前的软件应用课程主要是项目进度管理软件，是对进度图、网络图的软件绘制能力的培养，尚未涉及到BIM 应用。因此需要增加培养BIM 建模能力和用模能力的教学环节。

建议在培养计划的第7 学期中增加2 学分的BIM 建模课程和2 学分的BIM 综合应用实践课程，在课程中讲授三维模型建立的方法，具体讲解建模软件的各种命令，以实际工程图纸为案例，让学生利用软件将二维图纸转换为三维模型。在实践环节以BIM 模型为中心、施工管理为核心，学生可以完成各专业之间的碰撞检查、基于模型的进度编制、施工方案编制、工程量计算、基于模型提取材料用量、基于模型进行工程交底、工程变更管理及模型维护更新等施工相关工作，并可以以模型同上下游进行沟通，实现同相关方的协同工作。

在毕业设计的任务书中增加BIM 应用内容，要求学生建立某工程的三维模型，利用软件编制进度计划、施工方案、进行施工场地布置、编制施工组织设计，并根据工程进度进行虚拟施工、提交人工材料机械需求报告、工程变更签证资料、模型修改维护报告等。

6 BIM 教学的改革实践

基于以上设想，我们在工程管理专业的教学中融入了BIM 相关课程及实践环节，并指导学生根据实际工程图纸进行BIM 毕业设计。学生利用Revit软件建立工程建筑三维模型，再将三维模型导入广联达图形算量软件进行工程量计算，利用计价软件进行工程量清单编制与计价，同时将三维模型导入脚手架设计软件、场地布置软件进行脚手架设计和施工场地布置，最后在广联达BIM5D 软件中利用三维模型进行工程成本、进度、质量等的管理。

学生将BIM 毕业设计成果参加中国建设教育协会主办的BIM 应用技能大赛，取得了二等奖的优异成绩。通过融入BIM 技术的一系列教学改革，培养了一批具有较强BIM 技术应用能力的工程管理专业人才。

目前，受学生专业课程开设的限制，机电设备安装工程的三维模型建立及应用尚未实现，故BIM 技术的碰撞检查、优化设计等功能没有得到充分应用;并且施工阶段缺乏工程变更、签证的动态管理能力训练。这些是我们以后BIM 教学需要改进的方向。

BIM 技术是建筑领域的二次革命，是实现建筑信息化管理的基础，BIM 技术在工程中的应用可以提高生产效率、产生经济效益，是一项值得全社会为之推广的先进管理技术。高校应该承担起培养BIM 管理人才的历史重任，为社会输送具有BIM 能力的合格工程人才。因此现在的工程管理专业、工程造价专业的人才培养计划必须做出改变，顺应新技术的趋势，设置适宜的BIM 教学环节，培养学生的BIM 能力，为我国的建筑业发展贡献自己的力量。

［1］曾文海，付伟明.BIM 技术在高校教学中的应用研究［J］.黑龙江生态工程职业学院学报，2014 年第11 期:85-86.

［2］郝丽.我国BIM 技术应用现状分析与推广措施研究［J］.四川建筑科学研究，2014 年第3 期:353-355.

［3］赵雪锋，李炎锋，王慧琛.建筑工程专业BIM 技术人才培养模式研究［J］.中国电力教育，2014 年第2 期:53-54.

［4］卡洛琳娜·M·克莱温格尔等.将BIM 纳入施工管理教育［J］.建筑创作，2012 年第10 期:40-46.

［5］秦浩，余洁.BIM 建筑信息模型课程在土建类高职院校开设的必要性研究［J］.新课程研究，2014 年第7期:51-52.