土木工程BIM实验室的建设与实践教学实施

吴凌壹, 丁志坤, 隋莉莉, 王家远

(深圳大学 土木工程学院, 广东 深圳 518060)

建筑信息模型(building information modelling,简称BIM)凭借其先天技术优势,日益引起人们的重视,其先进性和实用性逐步被行业广泛认可。BIM技术被誉为工程领域继CAD辅助设计技术后的第二次革命[1],有望成为行业信息化核心载体。目前,国内的不少大型项目已经应用了BIM技术,并从中获得很多成功经验[2]。国内外众多建设单位、设计单位、施工单位和建筑咨询单位,都纷纷加大BIM技术应用的投入[3]。随之而来,行业对BIM技术人才的需求量激增,相关人才供给严重不足,这对土木类专业教育提出了挑战,BIM相关人才培养机制的探索迫在眉睫。

BIM技术的推广和应用,是整个建筑行业发展及转型升级的重要技术支撑。高校作为人才培养的摇篮,必须紧跟社会需求,培养更多适应行业发展需要的BIM人才[4]。培养BIM技术人才重在实践,实践需要实验室支撑。高校的BIM实验室建设势在必行,通过引入集成相关硬件和软件资源,为BIM技术教学提供平台,以满足人才培养要求。本文介绍了深圳大学土木工程学院BIM实验室以培养适应行业对BIM技术人才的需求为目标,开展BIM实验建设和教学实施的情况,为国内外院校BIM实验室建设和教学提供借鉴。

1 BIM实验室建设目的

高校建设BIM实验室,打造BIM技术产学研一体化专业平台,推动新技术理论创新研究,促进现代化教育手段运用,加快BIM教师队伍建设,有助于提高院校BIM技术应用理论水平,建设高水平大学。深圳大学土木工程学院BIM实验室建设目的包括以下三方面：

(1) 建设完善的实验室平台,为学院师生开展BIM教研活动提供一流的硬件环境支持；

(2) 依托实验室,鼓励教师积极开展与BIM建设相关的应用研究、设计开发、咨询服务等,提升学院社会服务的水平和能力,提升学院的行业影响力；

(3) 基于BIM实验室,深入开展建筑工程领域的现代化教育教学研究,着力提高学生的专业能力、综合素养和综合竞争能力。

2 BIM实验室建设内容

BIM技术的发展为土木工程院校培养新型人才带来了创新思维,同时也对院校的培养措施和方法提出了新的要求,BIM实验室的建设对于实践教学尤为重要。

国内很多高校在建设BIM实验室上存在误区,即不求实际、没有规划,一味寻求争取经费来配置最好的电脑软硬件。实际上,仅简单拼凑软硬件,而没有很好的规划和定位,就无异于一般的绘图实验室或软件培训机房。实验室的建设要从BIM技术研究和应用出发,根据BIM技术特点和人才培养方案,明确实验室的功能定位并提出合理规划。

我院BIM实验室在建设之初,充分考虑了教研功能需求及BIM技术在各环节的应用要求,从解决BIM技术的可操作性等关键技术难题出发,以建立中国的BIM建筑数据表示和交换标准为目标,定位为国际化高水平BIM实验研究中心,并以此促进教学,进一步推动我国BIM产业发展。

2.1 实验室功能设计

实验室划分了教学培训与应用、虚拟现实研发与体验、技术成果展示、技术与软件研发、多专业BIM技术协同研发等不同的功能模块及物理空间分区(见图1、图2和图3)。

图1 BIM实验室的功能划分

图3 BIM实验室硬件网络图

基于“互联网+”理念,在硬件方面,BIM实验室集成了高性能服务器集群组、视频演示系统、远程会议系统等；在系统集成方面,配置了BIM协同工作云平台、虚拟仿真平台、云数据存储平台等,满足了我院的教研需求。

2.2 几个关键系统应用

其中几个关键的系统应用如下。

(1) P-BIM信息交换平台。P-BIM是以我国工程建设实践为基础建立的，符合有关技术标准和管理流程，满足项目全生命期需要的建筑工程任务信息模型应用体系的信息应用方式。

实验室基于中国BIM发展联盟建设的P-BIM工程全生命期信息管理网络平台,搭建了包括硬件、网络、操作系统、数据系统等在内的数据交换及协同工作环境。

(2) 视频演示系统。根据BIM技术应用各个环节的不同需求,设计了不同的场地布置和软硬件设施配置的建设方案,并设计了多路交互式显示系统,为多专业的协同提供实训演练工作平台。

(3) 虚拟仿真实训平台。虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设的重要内容,体现出信息技术与教育教学融合发展及学科专业深度融合带来的实验教学改革与创新[5],符合国家信息化发展战略。BIM技术的理念适合应用于建筑施工工艺、施工流程、管理流程和后续运维的模拟,结合配套的BIM技术方案,如虚拟现实系统(VR)、增强现实系统(AR)和混合现实系统(MR)等,可以对建设项目全过程进行模拟和互动,通过身临其境的模拟,可以精准地了解和系统地掌握项目建设内容。

依托沉浸式虚拟现实的CAVE系统,实验室开展了一些探索性的教学项目,如学生可以把用REVIT等BIM软件搭建的项目模型转换并投放到CAVE系统中,使用施工模拟模块漫游体验建筑项目施工过程,也可通过拆装建筑物各部分构件进行研究。基于该系统,我们联合有关企业开展了对装配式建筑信息化管理的研究,对装配式建筑的教学也起到了很好的促进作用。

3 BIM实验教学内容设置

3.1 实验教学目标

基于BIM技术应用,我校土木工程学院重新整合了土木工程、工程管理两专业中的专业课知识模块,形成了以BIM为主线的教学体系。通过开展BIM实验教学,强化了学生对土木工程学科信息化的理解,加深了学生对土木工程团队合作精神的认识,学生的综合素质和实践应用能力在实验教学过程中得到提升[6-7]。我们制定了适合本专业的BIM实验教学内容和教学目标,具体如下：

(1) 学生通过BIM实验课程的实践,可系统学习与工程项目全过程相关的综合知识并加以运用,提高教学质量；

(2) 通过BIM课程大作业、毕业设计及科技创新项目实训,提高学生协同工作能力和实践能力；

(3) 通过BIM实训,锻炼学生的BIM思维,了解行业前沿科技发展情况,理解和掌握最新科学技术。

3.2 实验项目安排

学院根据国内外BIM教学研究成果[8-12]和自身经验,结合本院培养特色和目标,编制了相应的实验教学大纲,以BIM技术架构和理念为核心,从理论到实践,让学生循序渐进地学习,培养学生运用信息化技术对建设项目全过程进行精细化管理的能力和创新思维。实验教学大纲的主要内容为：

(1) BIM的原理和基本概念；

(2) BIM的理论架构体系；

(3) BIM各专业建模技术；

(4) BIM在各个环节的应用。

3.2.1 实验项目设置

BIM实验教学注重实践性,强调学生对知识的运用。根据BIM实验室现有资源情况和近期的采购计划,结合教学大纲安排,BIM教学内容基本贯穿土木工程和工程管理的所有专业课程,包括建筑制图类课程、工程管理类课程、施工管理类课程。实验项目包括BIM设计建模、结构分析、碰撞分析、模拟施工、工程量计、造价管理等。按照年级从低到高,划分出从基础建模到高级应用的课程,以BIM技术为核心,贯穿于整个实践教学环节中,按照教学大纲循序渐进,扩大学生的BIM知识体系。

3.2.2 创办BIM实训短班、技术讲座

通过校企的产学研合作,定期开设一些短期BIM实训课程班,邀请企业的技术专家开设一些实训课程,重点培养学生BIM应用能力。还邀请有关专家前来举办BIM技术专题讲座,拓展师生知识面。

3.2.3 基于项目的学习和实践

对BIM技术应用的学习,需要有很强的实践环境,通过产学研结合,能够为在校师生的BIM实践教学提供大量的教学案例,弥补学校教学资源的不足。同时也为学生提供了参与实际项目的机会,使学生能够真正接触BIM工程项目操作流程,了解BIM技术在项目实施过程中遇到的问题和解决方法。在实际项目中,学生通过跨专业的团队协作,可以完整掌握BIM工作流程,了解BIM协同工作的重要性,提高学生通过BIM技术解决实际问题的能力。

3.2.4 其他措施

我院依托BIM实验室,设立了各类定期学习活动,为BIM人才培养提供保障,包括：

(1) 与BIM相关企业合作创办不同主题的学术讲座和学习沙龙活动。

(2) 联合我院土木校友基金会,邀请校友企业开展系列BIM交流活动,例如：创办BIM技术交流协会；定期举办各种线上或线下BIM技术交流活动；组织学生到校友企业的BIM项目现场进行参观学习；为在校生去企业开展BIM实践创造机会等。

(3) 创建BIM技术交流微群,分享前沿BIM信息,开设BIM微讲堂。

(4) 不断加深校企间合作,合作企业每年为学生提供BIM相关的实习岗位,让学生到企业中去实践。

(5) 实验室提供开放式实验环境和配套资源,积极鼓励和支持学生参与BIM相关比赛和创新活动,如每年的斯维尔BIM大赛、校级创新发展基金基础实验项目、学生创新创业活动等。

4 结语

在BIM技术应用快速发展的背景下,一方面是行业对BIM技术人才的需求量越来越大,另一方面是我国土木工程专业BIM教学还处于起步阶段,缺乏良好的学习和培训环境。土木工程专业院校有必要紧跟行业步伐,重视针对行业新技术的研究和教学,加大对BIM技术实践环节的投入。本文以我校土木工程学院BIM实验室为例,介绍了实验室的建设和实施情况。结合BIM技术,实验室积极探索创新人才培养方式,提高专业人才的综合素质,成为BIM技术产学研一体化的重要平台,为高校BIM实验室建设提供了借鉴和参考。