BIM在安装工程与识图项目化教学中的应用

张虎伟

安装工程与识图是高职工程造价专业的基础核心课程。对该课程，辽宁建筑职业学院以实际工程“曙光馨园”8号住宅楼为载体，进行了项目化教学的课程改革。但是在开始的实施过程中所采用的教学手段和训练方式是依托传统的二维CAD图纸，结果依旧是“老师教难，学生学更难”。究其原因，是因为高职学生缺少现场实践经验，空间想象力差，特别是水暖电安装图纸没有立面图和剖面图，仅仅有平面图和系统图，增加了学习的难度，使学生缺乏学习兴趣[1]，最终的结果是没有从本质上实现项目化教学的效果。

BIM技术的全称是“Building Information Molding”，即建筑信息模型。BIM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。从教学角度看，BIM技术拥有真实的外观和动态的可视性，使它具备了天然的教学特性。[2]将BIM技术应用到安装工程与识图项目化教学，可以充分发挥BIM技术在三维可视化和虚拟建造方面的优势，弥补学生空间想象力不足的问题。[3]

一、课程体系项目化分解

BIM技术要具体应用到课程的每个知识点上就必须首先将课程体系进行分解，根据该课程的特点采用项目化的分解方式，建立项目、子项目、任务的结构层次。根据课程的特点，我们将该课程分解为3个大项目8个子项目，对每个子项目设计能力目标和实现这些目标的任务，从而将BIM应用到每个具体的任务上。以子项目1-1“给水施工图识读”为例，具体方案如表1所示。

表1 安装工程与识图项目分解（部分）

二、BIM模型搭建及课堂教学应用

1．Revit模型搭建

利用Revit软件搭建起给水系统模型、排水系统模型、采暖系统模型、照明系统模型、插座系统模型和弱电系统模型。模型搭建好后，学生看到的不再是抽象的二维施工图，而是三维的动态的立体模型。[4]以项目1-1“给水工程”为例：任务1-1-1执行中，通过观看Revit给水系统的整体模型可以直观判断该给水系统是下行上给式布置形式（如图1所示）；任务1-1-2的执行则是通过查看用族设计的阀门等附件来认识本工程中的铜质调节锁闭阀、水表和铜质球阀以及给水龙头（如图2所示）。任务1-1-3的执行可以利用Revit的机械显示模式显示出管道在建筑内的布置和敷设（如图3所示），使学生清楚地了解给水管道与建筑物的空间位置关系；任务1-1-4的执行可以首先通过前3个任务充分熟悉三维模型后再识读传统的CAD图纸的方式来执行。

整个具体流程是，学生拿到Revit模型后，分组开始学习，完成教师布置的各个任务。在编制识图报告履行任务单的同时，再反过来根据二维CAD图纸翻模Revit立体图形。这可提高学生BIM软件使用水平。同时，Revit模型可以采用协同作业的模式分层绘制，以提高学生团队作业的能力。

图1 Revit给水系统整体模型

图2 Revit设备及管道附件族详图

图3 Revit给水管道在建筑内布置图

2．Navisworks情景模拟和施工虚拟建造

项目化教学最主要的一个特征是模拟真实工程的具体工作环境。受限于传统教学手段，一个真实的案例工程无法直观动态地体现在学生面前。利用Navisworks软件的漫游功能和动画制作功能，在每堂课开始时通过展示Navisworks制作的三维漫游动画配合教师的讲解使项目能够情景再现，带给学生感官刺激的同时，也增加了学生对工程的认识程度并且提高了学习兴趣。[5]以项目1-1“给水工程”为例，将Revit给水模型和建筑模型以附加的方式导入Navisworks软件中，首先动态展示建筑模型，介绍曙光馨园8号楼工程概况（如图4所示）。然后通过漫游进入建筑内部观看给水管道及附件（如图5所示）。接着通过隐藏工作集的方式隐藏建筑模型，仅保留给水系统模型，然后利用视点保存的方式建立动画，由整体到局部逐层显示给水系统（如图所6示）。

图4 Navisworks显示工程外部概况

图5 Navisworks漫游建筑内部

图6 Navisworks显示给水系统管道及附件

在执行任务1-1-5时则利用Navisworks虚拟建造的特点将文字版的施工方案付诸实践。首先建立各管道和设备的工作集，然后利用Timeliner导入进度计划文件，同时对于构件生长的动画则利用Animator进行编辑，最终完成4D的进度控制模拟施工动画。这一方式，使学生在掌握设备的安装工艺后以一种动态的4D（三维空间+时间）模式展现出来，直观地反映了方案的实施情况[6]，提高了学生设备施工管理水平。以给水工程为例展示模拟的施工方案如图7所示。

通过Navisworks软件实现了项目化教学的情景模拟和施工任务执行中的虚拟建造，使原来项目化教学方案中纯粹的文字描述转变为动态的三维模型展示，是平面教学向立体教学、课本教学向信息化教学的技术革新。

图7 Navisworks给水工程虚拟建造

三、第二课堂BIM教学资源包建设

1．在线教学系统搭建

对于项目化教学所布置的任务并非所有同学都能够在课堂教学中完成，并将知识充分的消化掉，因此第二课堂的建立对于整个教学体系是个非常重要的环节。利用互联网技术，在网上建立起在线教学系统，学生可以登陆网站点击安装工程与识图课程，进入后可以浏览教学课件、教学图片，观看Navisworks制作的项目情景和施工模拟动画，观看老师录制的微课视频，下载教学用的CAD和Revit图纸，并且可以进行课后练习及期末试卷测试。课程的在线教学系统页面如图8所示。

图8 课程在线教学系统

2．ipad移动端应用

BIM技术已经在施工现场利用移动端设备实现了无图纸办公，利用这个思路，我们可以建立平板电脑移动端的模型，让学生可以随时随地的浏览已建立好的各个系统的Revit模型。以给水工程为例，具体方法是，将搭建好的Revit给水系统模型导入Navisworks中，然后输出NWD格式，再后利用PC端iTunes软件同步到ipad的BIM 360Glue软件中。在进入软件后，可以进行给水工程的漫游和管道信息查询（如图9所示）。移动端BIM模型的使用打破了教室上课的枷锁，将学习地点扩展到任何地点，也提升了学生学习的兴趣。

图9 ipad移动端应用

四、案例的创新之处

1．课程教学项目划分方式创新

课程的项目以具体工程曙光馨园8号楼安装工程为载体进行划分，而不是以传统的知识点进行分解，每个项目即为对应的施工蓝图，进而实现以能力培养为核心的课程目标。

2．BIM技术教学手段的创新

课程识图任务的布置和执行应用了BIM技术的Revit软件。Revit搭建的三维模型可以集成设计说明、施工平面图、系统图于一身，360度全方位展示设备的系统空间状态，与建筑模型链接并机械模式显示，全面展示设备与建筑的空间位置关系，减小了二维CAD图纸驱动教学的难度。课程施工任务的布置和执行应用了BIM技术的Navisworks软件，模拟了设备的虚拟建造过程，提高了学生对安装工程施工工艺流程的理解能力。

3．基于“互联网+”和BIM移动端的第二课堂教学设计

搭建了安装工程与识图课程的网上在线教学系统，使学生可以在课余时间通过网络学习该课程。利用ipad和BIM 360Glue软件，使学生可以随时随地利用手中的平板电脑观察分析模型，与老师和同学进行交流，破除了固定教室固定电脑学习课程的枷锁。

五、课改取得的成效

课程的改革方案从2016年开始实施，实验对象为工程造价专业的造价事务所学生，共计30人。实施的地点在系部的工程造价模拟事务所。该模拟事务所配有专业电脑30台，配备了CAD、Revit、Navisworks软件，学生在学习过程充分发挥了自身的能动性，教师在这个过程中主要起引导和指导作用。在教学中，三维图纸的展示，动态施工过程的模拟，大大提高了学生的学习兴趣，降低了学习难度，学生充分掌握了课程的核心内容，很好地履行了各项任务。同时各个系统的BIM模型也都独立地搭建起来，BIM软件的操作水平达到了一定的水平。在课余时间，同学们通过登录学院的在线教育综合平台进行了该课程的网络学习。通过操作平板电脑端的BIM模型，加深了同学们对各个设备系统的理解，同时方便了同学间的学习交流，第二课堂的设计大大提高了学生自主学习的能力。学生在全国和辽宁省的BIM类大赛中取得了优异成绩，包括：“益埃毕杯”2016年全国大学生Revit作品大赛全国三等奖；“斯维尔杯”第八届全国高等院校BIM应用技能大赛“工程设计专项”全国一等奖；“斯维尔杯”第八届全国高等院校BIM应用技能大赛“工程造价专项”全国三等奖；“斯维尔杯”第八届全国高等院校BIM应用技能大赛全能全国二等奖；第四届辽宁省广联达BIM算量软件应用技能赛项团体一等奖（成绩第一名）。

[1]赵盈盈,涂中强.BIM技术在建筑类课程项目化教学中的应用[J].理论探索,2016(8):66-68.

[2]王靖.BIM融入高职土建类专业教学研究[J].江西建材,2016(12):274-278.

[3]朱红光,易成,王鹊,等.BIM技术在土建专业教学中的应用[J].教育教学论坛,2015(44):184-185.

[4]刘芳.BIM技术在广州市财富中心项目中的应用研究[D].长沙:湖南农业大学,2014.

[5]饶平平,徐明,邵兆通,等.BIM技术在《城市地下工程施工技术课程教学中的应用》[J].土木建筑工程信息技术,2016(3):62-65.

[6]李昂.BIM技术在工程建设项目中模型创建和碰撞检测的应用研究[D].哈尔滨:东北林业大学,2015.