基于BIM技术将土木工程专业课程设计进行整合的探索与实践

李牧　陈诗锜　刘纯英　温嘉俊　杨丽欢

摘要：土木工程专业的传统课程设计彼此独立，互不联系，学生很难形成完整的知识体系。BIM理念为课程设计改革提供了新思路，围绕同一模型来展开不同课程的实践环节，将土木工程专业课程设计进行整合，从而解决连贯性问题，有利于学生将学过的知识融会贯通。

关键词：BIM；土木工程；课程设计；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）31-0156-02

一、研究背景

1.土木工程专业课程设计现状。土木工程专业是一个严谨的工科专业，要求毕业生掌握使用各种建筑材料修建土建工程时的生产活动和相关工程技术，包括勘测、设计、施工、维修、管理等，知识点繁杂，注重实践，综合性强。传统教学模式在专业理论课结束后，会安排一个课程设计，让学生去解决实际问题，在这个过程中巩固理论知识，提高应用能力。这些课程设计选取案例时都是彼此独立，互不联系的[1]，仅考虑一门课的知识点是否能够得到充分应用，导致课程设计缺乏连贯性，学生很难形成完整的知识体系[2]。此外，由于课程设计时间安排紧张，学生在接到任务书后，了解工程概况和识图需要时间，遇到使用计算机辅助设计的情况，操作软件翻模则又会占用很大一部分时间，而且传统课程设计中存在一些反复机械的练习。这些情况会让学生的精力在前期消耗较大，导致真正需要用到专业理论知识解决问题时缺乏耐心。一般课程设计经过多年的发展完善，有固定的模式套路，这都是学生互相抄袭的便利条件。虎头蛇尾的抄袭使得有些学生做完了课程设计，仍然对专业知识没有什么印象。

2.将BIM技术引入高等教育的现状。20世纪90年代，美国乔治亚理工学院就开始研究BIM并提供了相关课程。截至2012年，美国将近103所高校开设了BIM课程[3]。相对于发达国家，国内高校在BIM技术教育方面还处在探索阶段，只有少数高校开设了BIM相关课程，且课程相对单一，以选修课为主[4]。这些BIM课程普遍局限于理论和个别软件教学，缺乏实践性和综合性的应用练习。由于BIM技术贯穿建设项目从概念设计、施工运营，直到拆除的全生命周期，仅仅在一门课程中应用BIM，其优势得不到有效发挥，改革力度不大。比起碎片化的应用，将BIM理念植入原有课程体系中更为重要[5]。

二、基于BIM技术将土木工程专业课程设计进行整合

1.改革思路。BIM全生命周期管理的理念为课程设计改革提供了新思路，围绕同一模型展开不同课程的实践环节，即利用BIM技术特点，将土木工程专业的课程设计环节进行整合，就能够解决连贯性问题，有利于学生将学过的知识融会贯通。

2.改革实施方案。将BIM理念植入房屋建筑学课程设计、混凝土结构课程设计、建设工程造价管理课程设计这几个实践环节，让学生在进行房屋建筑学课程设计时使用Revit软件进行建模，然后采用该模型进行结构设计和造价计算。通过整合，节省教师布置课程设计和学生理解项目概况所花费的时间，减少学生修改图纸、手算工程量这类重复训练的次数，提高效率。经过实践和反馈，再将这一做法推广到其他课程设计中。

三、改革的实践情况

1.准备工作。（1）优化相关课程设置。学院开设了《建筑信息模型（BIM）》课程（16学时），并在《建设工程造价管理》课程教学中，划出6个学时用于基于BIM的工程量计算及清单计价软件上机训练。目前，两个年级的学生已普遍具有BIM建模和造价软件应用基础。（2）建立BIM技术创新团队。学院成立了BIM技术创新团队，团队成员由大二、大三对BIM技术有浓厚兴趣的26名学生组成。BIM技术创新团队每周开展两次软件培训活动，大部分成员已经拿到全国BIM技能等级考试一级建模师证书，由这些学生进行第一轮教学实践。（3）教师队伍水平的提升。团队中的几位教师已多次指导自己所负责的课程设计，经验丰富，但对新技术不够熟悉。在改革方案进行实践之前，几位教师积极学习BIM技术，利用假期去企业实习，并在指导学生考证、竞赛的过程中教学相长，完成自我能力的提升。

2.实践过程。学生使用Autodesk Revit软件进行建筑、结构建模，得到一个比较完整的建筑物模型，并通过Lumion进行快速渲染，豐富可视化体验。随后，使用广联达GFC插件，将模型导入广联达土建算量GCL软件中进行算量和套价，初步得到建筑物的造价。（1）BIM技术在房屋建筑学课程设计中的应用情况。大二学生专业知识储备较少，工程经验不多[6]，在初步设计阶段直接用二维图纸表达脑中想象的三维建筑物，对学生来说是很困难的。手绘或使用CAD软件绘制的二维平面图、立面图、剖面图经常对应不起来，反复改图会增加学生的绘图工作量，耗费大量时间，没有精力深入探讨构造细节。将BIM理念植入房屋建筑学课程设计后，学生初步设计时就采用Revit进行建模，更加清楚地表达出自己的想法，并且提高效率，争取更多的时间巩固和深化房屋建筑学课程的知识点。在修改方案时，无须考虑改图的工作量，设计过程更加认真仔细，敢于否定方案中的不合理部分，重新推敲，课程设计质量有所提高。（2）BIM技术在混凝土结构课程设计中的应用情况。由于混凝土结构设计原理课程知识点众多，计算理论复杂，公式数量多，学生上完理论课之后通常无法明白知识点之间的联系。而传统混凝土结构课程设计模式相对固定，计算量大，学生普遍存在根据模板填数据或者直接抄袭的问题。将BIM理念植入混凝土结构课程设计后，使用已经建好的模型，在Revit中新建工作集来进行结构建模，体验协同工作模式。由于每个学生的建筑模型不同，所以在进行结构建模时不存在既定模板，学生在设计过程中能够针对自己的建筑模型进行思考。为整个建筑物布置结构构件，有利于学生将离散化的知识点进行整理，了解其中存在的联系。由于结构模型在后续课程设计中将进行算量和施工模拟，学生可以从成本、施工方案等方面，评判自己的设计是否经济、方便施工，从工程管理角度对结构设计有更深入的了解，缩短理论与现实之间的差距，提前考虑未来工作中将会遇到的问题。（3）BIM技术在建设工程造价管理课程设计中的应用情况。在实际操作中，传统建设工程造价管理课程设计工程量计算这部分占用时间最长，在理论课程考试中一直分值较重，学生掌握情况较好。而闭卷考试无法完整考查套价部分，课程设计中很多学生也没有时间去做，最后一抄了之。将BIM理念植入建设工程造价管理课程设计后，使用广联达GFC插件，把Revit模型导入广联达土建GCL算量软件，无需二次建模，即可汇总出量，完成工程量清单中的算量任务，从而打破造价课程设计时间安排上的瓶颈，让学生有充裕的时间研读定额和规范，逐个分部分项工程去了解施工做法和人工、材料、机械价格情况，有利于学生将定额和规范吃透，将来可以熟练地运用于工作中。模型导出过程中，为了提高构件识别的准确度，对Revit模型有一定的要求，这可以让学生形成良好的建模习惯。

四、改革实践效果

1.学生评价。学生普遍认为使用自己设计的建筑物进行课程设计更有兴趣，从方案设计到模拟建造全过程体验，能带来更多的成就感。一开始，按房屋建筑学的要求进行建筑设计，到进一步完善结构设计，各方面综合考虑与修改，这个过程能让学生发现很多自身在设计过程中存在的问题，让他们对专业知识有了更多的了解和探索欲望。

2.教师评价。在指导学生的过程中，能够感受到学生的积极性明显提高。与传统以二维图纸为案例的课程设计相比较，学生把更多的精力放在应用专业课知识点，减少许多简单机械的重复劳动和互相抄袭的可能性。

五、结语

综上，以上三个课程设计的整合，只是将BIM技术融入专业课教学的第一步。通过实践和总结，将经验推广到其他课程设计中去，并针对人才培养需求，对基础课进行改革，建成基础课与应用课组合而成的基于BIM技术的土木工程专业核心课程群，才是改革的最终目标。

参考文献：

[1]许辉，高云莉，姜蕾.基于BIM的全寿命周期案例教学模式研究[J].高教学刊，2017，（7）：39-40.

[2]许伟，许峰，贾连光，郝微.基于BIM的卓越土木工程师实践教学优化的研究[J].教育教学论坛，2017，（11）：202-203.

[3]Barison M B，E T Santos.BIM teaching strategies：an overview of the current approaches[C].Notringham：Proceedin of the Lnternational Conforence Computing in Civil and Building Enginecering，2010.

[4]郝丽.BIM技术融入高校工程类专业教学的应用研究[J].土木建筑工程信息技术，2015，（4）：108-111.

[5]张龙，李十泉.BIM在土木工程制图课程中的应用[J].山西建筑，2015，（10）：254-255.

[6]王建超，张丁元，周静.BIM技术在建筑类高校专业课程教学中的应用探探索——以沈阳建筑大学为例[J].高等建筑教育，2017，26（1）：161-164.