融合BIM技术的高职院校港口工程技术专业课程体系建设*

王文利 陈宏伟 沈国华

（武汉交通职业学院，湖北 武汉 430065）

一、引言

BIM（Building Information Modeling）技术是指在工程领域应用信息技术，实现对设计、施工和管理过程仿真和模拟的一种具有工程信息大数据与云计算功能的仿真模拟技术以及工程综合集成管理工具。港口工程是一项非常复杂且规模巨大的工程，需要对港口工程建设所涉及的各种基础设置、通讯设备、排水供暖等各个专业和工种进行合理调配，于是BIM技术的协调性、可视性及动态管理的优点就凸显出来，在越来越多的港口、码头工程中开始运用BIM技术［1-2］，使得港口行业对同时具备港口工程专业知识和BIM技术的人才需求在不断增长。于是，在对学生进行港口工程的教学中，不仅要保证学生掌握基本的港口工程知识，更要注重学生的操作及应用能力。而通过在港口工程技术专业的现有课程体系中融入BIM技术，一方面可以借助BIM技术创建的三维模型或漫游动画让学生对复杂的工程施工图纸和施工过程有直观的感性认识；另一方面可以借助BIM仿真平台，让学生模拟学习港口工程施工现场的管理和施工，能很好地解决现场实习实训场所不足、安全隐患多等问题。

目前，国内也有许多学者在进行BIM技术融入专业课程教学或课程体系的研究，比如，苏莹等认为对应用型工程管理专业的课程设置来说，BIM技术应用的途径包括设置关于BIM概念的专业基础课，借助BIM技术作为一些课程的教学辅助手段，相关课程中配套讲解相关的BIM技术软件［3］。颜红艳等人通过开发BIM教育技能框架，以指导工程管理专业BIM课程的设计［4］。崔德芹提出以项目为载体，通过独立设课、与专业课融合的方式将BIM技术融入土木工程专业课程体系中［5］。但关于港口工程技术专业的研究主要集中在人才培养模式和实践基地建设等方面［6-7］，在港口工程技术专业课程体系中融入BIM技术的研究尚未可见。本文以港口行业对BIM人才需求为背景，以港口工程技术专业现有课程体系为对象，结合行业发展现状和行业对人才能力要求，提出将BIM技术融入现有课程体系，通过新开设BIM课程、在现有课程植入BIM内容等方式来构建港口工程技术专业的理论和实践课程体系；通过BIM概念教学、信息化交互式教学、BIM科技创新等教学方法和手段来更好地达到教学效果，实现教学目标；并提出师资培训、虚拟实验室建设等保障措施，从而实现培养具备BIM技术应用能力的港口工程技术高素质技术技能型人才的目标。

二、传统港口工程技术专业课程体系不足及融入BIM技术的必要性

（一）传统港口工程技术专业课程体系不足

1.实践条件有限

港口工程技术专业是一门兼具建筑工程和水利工程专业特点的交叉专业，整体的应用性以及实践性要求相对较高，然而一方面，港口工程因其现场环境恶劣、受季节影响大等特点，能接纳大量学生进行实习，并让学生真正参与港口工程水工建筑、防波提、码头等设施全部建造过程的项目非常少；另一方面，学校因为经费和场地等因素，也很难在校内设置相同的实训条件，因此，学生的实践能力都无法得到有效地提升。

2.课程之间联系不紧密

从目前开设港口工程技术专业的高职院校来看，其课程体系主要分为职业素质课、职业基础课和职业技能课三个部分，传统的港口工程技术专业课程体系中职业基础课程是授课的基础，后续的职业技能类课程才是整个课程体系的重点。但是在实际的课程设置中，很多院校基础类课程与技术类课程之间往往会存在一定的时间差，不同课程之间的联系也不够紧密，导致了学生在实际学习的过程中很难在不同课程之间形成有效的联动，无法提高课程的紧密度［8］。

（二）融入BIM技术的必要性

BIM技术具有协调性、可视性及动态管理等优点。在现有课程体系中融入BIM技术，不仅可以利用BIM技术创建的三维模型进行港口工程项目施工场地布置的直观讲解，进行仿真式的教学，让学生在教室即可身临其境地掌握港口工程施工的相关知识，避免了实践条件有限的问题；还可以利用此模型进行施工过程中的成本、进度、质量和专业之间协调等动态管理学习，使得识图类、施工类和项目管理类课程之间的联系因为一个模型所包含的信息而联系起来，更好地形成课程之间有效的联动。

三、BIM技术融入港口工程技术专业课程体系的构建

将先进的BIM技术与传统的港口工程技术专业课程相融合，不仅仅是简单地设置一门或两门BIM类课程，而是将BIM与港口工程技术专业知识领域和知识点进行系统的规划和有机整合，通过贯穿港口工程设计、施工、管理、运维的全生命周期中涉及的各项工作任务和教学目标，进而通过新开设BIM课程或者将BIM技术植入到相应的职业基础课程和职业技能课程中，实现培养具备BIM技术应用能力的港口工程技术高素质技术技能型人才的目标。

（一）BIM技术融入港口工程技术专业课程体系的方式

1.新开设BIM类课程

新开设BIM课程是指借助BIM系列软件开设如“BIM概论”“Revit建模”“BIM计量与计价”“BIM5D与企业信息化”等理论课程及相应的实训课程。这种方式能让学生了解BIM相关的一些理论知识和相关软件的基本操作，为专业课程学习奠定基础，也是具备BIM技术的基本入门课程和必需的实践技能。

其中，“BIM概论”课程可以在大一上学期开设，让学生了解行业内BIM的发展现状和使用要求；在大一下学期“Revit建模”课程为BIM的基础教学，进行平台类软件Revit和碰撞类软件Navisworks的学习，主要讲授BIM相关软件的操作方法，使学生掌握BIM3D的建模技术，并通过三维建模的过程练习，更好地理解工程制图的理论知识和更快捷地读懂工程图纸。在大二和大三以项目化教学为主，开设独立的“BIM计量与计价”和“BIM5D与企业信息化”的课程，综合三维的模型、进度、成本和施工质量等专业知识。

2.现有课程植入BIM内容

在现有工程材料、工程识图、工程施工、工程项目管理等课程中植入BIM内容，一方面可以更好地引导学生关注BIM技术在不同方向的应用，使课程之间形成有效的联动，提高课程的紧密度；另一方面也可以利用BIM技术的可视化、三维展示、施工模拟等特点，将BIM技术作为辅助的教学手段和教学素材，也可以引导学生对软件操作进行反复练习，提高软件学习效果。

比如，在“建筑材料”课程中植入基于BIM的材料管理知识，可以通过“Revit建模”课程所建立的3D模型，进行材料统计；“工程测量”课程植入基于BIM+GIS的内容，可以把目前港口工程的设计和规划时采用的现代测量技术导入课程；“港口工程施工技术”课程植入BIM4D虚拟建造，解决因实习基地有限而无法模拟的施工技术要点和施工现场布置等内容。总之，在现有课程植入BIM内容，一方面可以丰富教学内容，另一方面可以采用信息化的手段来关注BIM应用的核心主题。

（二）BIM技术融入港口工程技术专业课程体系的构建

根据港口工程技术专业的人才培养要求，课程体系包括职业素质课、职业基础课、职业技能课和实训课程。职业素质课是培养学生的沟通交往、价值判断、创新创业等能力，职业基础课和职业技能课是培养学生的识图、测量、施工现场管理、BIM建模、BIM模型应用等专业核心能力。其中，职业素质课不涉及BIM知识，而在职业基础课、职业技能课和实训课程的课程体系中融入BIM技术的方式和目标如表1所示。

从表1可知，在融合了BIM技术后的港口工程专业的课程体系中新开设了3门BIM类理论课程和3门实训课程，在5门理论课程和3门实训课程中植入了BIM内容。通过港口工程项目的三维模型将所有课程连接起来，“工程识图和CAD”课程是“Revit建模”课程的先导，而“Revit建模”课程所创建的三维模型也可为“工程识图和CAD”课程提供素材，帮助教学。“建筑材料”课程也是以三维模型为基础，进行模型材料信息的归类和整理，进而为“工程项目管理”课程中资料管理、成本管理提供依据。“工程测量”课程利用无人机采集的数据利用Revit软件进行三维模型的创建和地形的分析，为“港口工程施工技术”课程所涉及的三维场地布置提供基础。“BIM计量计价软件”更是以三维模型为基础进行工程量的统计和工程造价的计算，“BIM5D与企业信息化”课程则是综合运用前面所有课程的知识，进行BIM的综合应用。总之，以三维模型贯穿所有课程，对识图能力、建模能力、施工现场管理能力和模型应用能力在各课程和实训环节中进行反复训练，课程衔接紧密。仿真学习也大大提高了学习效率，解决了实践条件有限的问题。

表1 融入BIM技术的港口工程技术专业课程体系

四、BIM技术融入港口工程技术专业课程体系的教学实施

（一）BIM概念教学

港口工程具有现场环境恶劣、水上工程量大、质量要求高的特点。在课堂教学时，引入BIM这一工具，一方面可以帮助学生直观地了解港口工程项目从规划选址到港口水工建筑、防波提、码头的设计再到施工、运营等建造的全生命周期；另一方面还可以引导学生思考在不同的建造阶段BIM技术的应用，比如规划选址阶段GIS技术的应用、设计阶段BIM可视化技术的应用、施工阶段BIM5D的应用，运维阶段BIM6D的应用，从而更好地帮助学生构造自己的BIM流程知识，增进学生对BIM概念知识的理解，提高BIM工程应用意识。

（二）交互式BIM软件教学

交互式教学指的是教师与学生之间相互作用，指导学生通过提问、总结、澄清等步骤，监控学习的过程，并建构对所学知识理解的教学方式。而交互式BIM软件教学就是在交互式课堂教学的基础上，充分利用共享平台和社交网络进行协作学习。

由于BIM软件学习包括Revit、Navisworks、Project等一系列软件，每一个软件都有一系列的指令和相应的软件操作技能，有一些学生可以很快领悟，而有一些学生需要花费更多时间理解和掌握软件技能，有时会让学生感到沮丧，如果能在BIM系列软件课程学习中采用交互式软件模拟教学的方式，将软件的讲义、音频、视像和文本指令集成到BIM模拟环境，学生可以按讲义、音视频资料自主学习和操作，也可以使用在线论坛、讨论群等社交网络进行知识分享和讨论，使学生获得更大的自由支配空间，在学习过程中掌握主动权，真正作为主体参与教学活动。老师不再是课堂的“主宰”，而是作为辅导者和服务者帮助学生解决特定案例的BIM问题。

（三）BIM科技创新教学

BIM科技创新的方式主要有技能大赛、创新创业。一方面，学生通过参加国家和省（市）各级BIM的竞赛培训和竞赛活动，与兄弟院校进行交流，将极大地提高学生的学习兴趣，无疑能促进学生对BIM技术的学习和掌握［4］；另一方面以社会服务的方式，带动老师和学生运用BIM技术参与实际项目的设计、施工管理、造价咨询等，整体提升师生运用BIM技术的能力。

（四）BIM技能认证教学

目前，行业对BIM的人才需求很大，学生毕业前如果能取得行业相关的BIM等级证书，对将来的就业有着很大的作用。学校可与社会认证机构合作，共同开展BIM认证活动。

五、BIM融入港口工程技术专业课程体系建设保障措施

（一）师资培训与行业参与

学生能力的培养关键在于教师，优秀的教师是培养优秀学生的先决条件。如今，能够使用BIM技术开展港口工程技术专业教学的教师并不多，而BIM技术的更新速度比较快，需要教师通过不断地学习来提升业务水平。因此，需要为教师提供培训机会，以便使课程主题与行业BIM诉求相一致。

教师可以与行业专家密切合作，共同进行课程的开发和建设，组织BIM讲习课，从而增强教师对BIM概念、BIM流程的理解。同时，行业提供教师BIM项目现场实地考察学习的机会，并鼓励教师下企业进行锻炼，通过BIM项目在企业中的应用，学习如何在港口工程项目的设计、施工管理过程中实施BIM技术，提升理论水平认知与实践能力。让老师学习先进的技术和思想，运用并反应在教学中，不断激发学生的学习兴趣，进而提高学生BIM技术的实际应用能力。

（二）BIM虚拟仿真实验室建设

港口工程技术专业BIM课程体系强调学生BIM操作与应用技能，以职业能力培养为主线，构件课程体系，强化实践教学［9］。高校可以引进AI、VR技术，建立BIM虚拟实验室，加强学生BIM教育。基于BIM技术的虚拟实验室可以与实体实验室实现虚实的有机结合，同时也可降低实体实验室的运营成本［4］。依托BIM实验室，学生可以通过BIM技术将所学的专业知识系统地整合起来，从而对专业知识有更全面、更清晰的认识，并切实提高学生的专业实践能力和创新能力［10］。BIM实验室的建设应该充分考虑BIM软件的选择。目前，国内建筑行业使用较多的BIM软件有广联达软件、鲁班软件、Bentley软件、ArchiCAD、清华斯维尔以及浩辰BIM，不同公司的BIM软件侧重点不同，高校应根据自身港口工程技术专业特色选择合适的BIM软件来建设BIM虚拟实验室。

六、结语

BIM的应用是工程建设行业信息化发展的方向，也对高职院校港口工程技术专业人才提出了新的要求，人才培养需要契合行业的岗位需求，而课程体系建设是实现人才培养目标的关键环节，将BIM与港口工程技术专业知识领域和知识点进行系统规划和有机整合，通过新开设BIM课程中或者将BIM技术植入在相应的专业理论和实践课程中，并采取交互式BIM软件教学、师资培训、BIM虚拟仿真实验室建设等措施来实现培养具备BIM技术应用能力的港口工程技术高素质技术技能型人才的目标。