基于BIM技术的土建类专业人才培养模式改革

张现林 贾俊礼 赵志平

【摘要】利用基于BIM技术的虚拟建造技术开发教学项目及三维可视化教学资源库，使土建类专业所需教学资源从两维平面变成三维可视，形成以BIM虚拟建造为特色的土建类专业项目化教学模式，创新了CDIO工程教育模式，激发了学生的学习兴趣，教学质量显著提高。

【关键词】BIM；可视化教学资源；虚拟建造；人才培养模式

BuildingInformationModeling（建筑信息模型）简称BIM。BIM是在CAD技术基础上发展起来的多维模型信息集成技术，是以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型，是对工程项目设施实体和功能特性的可视化表达。利用BIM技术开发了门式刚架厂房、钢筋混凝土结构建筑等项目，通过虚拟建造，创新了CDIO工程教育模式在土建类专业的应用；开发了三维可视化教学资源库，使土建类专业所需教学资源从两维平面变成三维可视，实现了教学手段创新。

（1）应用以BIM技术为载体的虚拟建造技术，实现人才培养模式创新

1）以建筑业信息化建设需求为导向，形成BIM技术为特色的课程体系

《2011～2015年建筑业信息化发展纲要》明确了我国加快建筑信息模型（BIM）技术应用等主要总体目标。探索研究基于BIM技术的三维设计技术，提高参数化、可视化和性能化设计能力，并为设计施工一体化提供技术支撑，降低信息传递过程中的衰减。在广泛调研的基础上，及时调整了2012版土建类专业人才培养方案，在课程体系中增加了《BIM技术应用》专业课程。2012年5月10日，《2012版土建类专业人才培养方案》论证时，专业建设委员会与会企业专家对于在课程体系中增加《BIM技术应用》专业课程给予了充分肯定和高度评价。

2）以基于BIM的虚拟建造技术为抓手，实现CDIO工程教育模式创新

土建类专业从2010年开始CDIO工程教育模式改革，制定了CDIO十二条标准，通过基于BIM技术的三维数字化建造技术，设计了门式刚架厂房、钢筋混凝土结构建筑等项目，通过虚拟建造，创新了CDIO工程教育模式在土建类专业的应用。下面以门式钢架厂房项目为例说明。①方案构思（C）以国家建筑标准设计图集04SG518-3为蓝本，考虑到项目的典型性及模型大小等因素，引导学生整体构思跨度为12m、刚架间距6m的门式刚架厂房。②项目设计（D）根据钢结构设计规范，完成柱脚节点、刚架柱与刚架梁的楔形节点、刚架梁与刚架梁的连接节点、加劲肋设置等。③虚拟建造（I）依据设计蓝图，通过BIM应用软件，完成门式刚架厂房的虚拟建造。见图1.

④碰撞检查（O）整体搭建结束后，进行碰撞检查，发现设计中存在的错、漏、碰、缺等问题。下图为碰撞检查结果：刚架柱牛腿的下翼缘和加劲肋发生了碰撞，加劲肋的板件已深入到了下翼緣内。把所有碰撞都处理后，完成此教学项目。见图2。

图2 碰撞检查结果

3）深化了三级能力递进的课程体系，提升了人才培养质量

土建类专业以发展职业能力为主线，以专业人才培养方案为抓手，形成了特色鲜明的“一二三”人才培养模式：“一”是建设一个四方联动的多元合作平台；“二”是完善毕业证和职业资格证“双证”融通；“三”是实现基础能力→核心能力→职业综合能力三级能力递进。

以BIM技术为支撑，在教学中推广应用可视化教学资源库，实施项目化教学，深化了“一二三”人才培养模式及三级能力递进体系，提升了人才培养质量。BIM技术在三级能力递进课程体系中发挥的作用如下：

1）基础能力

在《建筑工程制图》、《房屋建筑构造》、《施工图识读与会审》、《钢结构构造与识图》、《建筑材料检测与应用》、《建筑模型制作》等专业基础课教学中，发挥数字化教学资源库从两维平面图纸转化为三维图形的优势，极大提高了学生学习的积极性，学习效果提升显著，为专业综合能力培养奠定了基础。

2）专业综合能力

通过在《钢结构设计》、《公共空间设计》、《建筑工程计量与计价》、《地基与基础工程施工》、《砖混结构主体施工》、《现浇结构主体施工》、《防水与装修工程施工》等项目课程中，采用CDIO工程教育模式，学生运用BIM技术，进行项目构思、设计、建造、检查后，完成整个项目。

3）职业综合能力

顶岗实习阶段，学生在企业完成真实的工程项目设计、项目建造、质量检查、交付使用等工作，培养了学生的综合职业能力，实现零距离就业。图3为学生在企业完成的真实项目。

（2）开发了三维可视化教学资源库，实现教学手段创新；

依据国家建筑标准设计规范、图集，开发了土建类专业基于BIM技术的可视化教学资源库，实现传统两维图纸三维可视，提高了学生学习积极性和教学质量。

1）可视化资源库基本情况

可视化教学资源库按建筑、结构、设备等专业分类，由公共建筑、民用建筑、工业厂房等典型工程项目为代表的案例组成。下面以混凝土结构为例介绍。

以某教学楼为案例开发了钢筋混凝土结构三维教学项目，再现了混凝土三维结构，可通过调整混凝土的透明度，使隐蔽在其中的钢筋显露出来，展示基础、框架柱、框架梁、楼面板、屋面板、楼梯、雨篷等钢筋的构造；展示各类钢筋节点构造，包括框架柱钢筋的接长、箍筋加密区构造、变截面的实现、框架梁钢筋在框架柱内的锚固、负筋的截断与接长、箍筋加密区的构造、抗扭钢筋、梁侧构造钢筋、拉结筋的设置、吊筋及附加箍筋的设置。通过该模型的使用，可使学生深入理解国家标准系列图集11G101-X的含义，掌握钢筋混凝土结构的构造要求，熟悉平法制图规则，能进行混凝土施工缝的设置。提高学生识读平法施工图纸的能力，绘制钢筋下料单的能力，工程量计量的能力。使用界面见图4、图5、图6。

图4 基于BIM技术的钢筋混凝土实体结构——整体

图5 基于BIM的钢筋混凝土框架结构——局部放大

图6 上部通长钢筋的接长、负筋的截断

2）可视化教学资源库在教学中的应用

开发的可视化教学资源，已应用在土建类7个专业13门课程中，实现教学手段创新。通过在《建筑工程制图》、《建筑结构》、《房屋建筑构造》、《建筑材料检测与应用》、《建筑效果图》、《建筑模型制作》、《施工图识读与会审》、《钢结构构造与识图》、《地基与基础工程施工》、《现浇结构主体施工》、《钢结构施工技术》、《钢结构详图设计》、《建筑工程计量与计价》等课程中推广使用可视化教学资源库，提高了教学质量。下面以《施工图识读与会审》课程框架结构基础施工图的识读为例说明BIM技术在教学过程中的应用。

《施工图识读与会审》是土建类專业的一门专业核心课程，课程的中心任务就是使学生能够熟练识读建筑工程的土建专业施工图，能够收集与图纸相关的技术资料，正确领会并执行国家建筑结构设计规范与标准，具备参与图纸会审的工作能力，学会处理施工中的有关结构设计与构造问题，逐步提高学生理论联系实际的综合应用能力。

框架结构基础施工图的识读通过直接调用可视化教学资源库中混凝土结构模块，在阅读基础施工图纸和国家标准图集11G101-3（独立基础条形基础筏形基础及桩基）的同时，通过旋转、移动、设置剪切面、调整混凝土的透明度等自主操作，逐一核对每根钢筋，形象完成基础图纸的识读。见图7、图8。

图7 -1.150米基础梁平面整体配筋图

图8 基础部分BIM模型，除垫层外混凝土已隐藏

（3）结论

通过整体设计，在我院土建大类七个专业推广应用基于BIM技术的虚拟建造技术及三维可视化教学资源库，《地基与基础工程施工》2009年被评为高职高专土建教指委精品课程，2011年又评为河北省精品课程。学生在2012第一届全国“鲁班杯”建筑工程识图技能竞赛、2011、2012全国高等学校广联达软件算量大赛、2012全国高职高专教育建筑设计类专业优秀毕业设计大赛等赛事中获特等奖两项，一等奖两项以及其他奖项20余项，人才培养质量进一步提高，毕业生就业质量逐年提高。

参考文献

[1]赵志平，贾俊礼，张现林.基于BIM的钢筋混凝土框架结构的虚拟现实表现[J].土木建筑工程信息技术，2011（12）.

[2]张现林，尹素花，薛勇.浅谈高职建筑工程技术专业实训基地建设[J].职业教育研究，2011（04）.

[3]张现林，赵志平，史瑞英.数字化三维建筑结构的研究[A].工程三维模型与虚拟现实表现——第二届工程建设计算机应用创新论坛论文集，2009（9）.

作者简介

张现林（1968-），男，汉族，河北石家庄元氏人，学士，河北工业职业技术学院教授，研究方向为职业教育学、工程管理。