给排水科学与工程专业BIM课程体系建设探索

张盛楠，高展望，吴 贝

(天津大学仁爱学院 a.建筑工程系；b.管理系，天津 301636)

BIM(Building Information Modeling)建筑信息模型技术是一种多维(三维空间、四维时间、五维成本、N维更多应用)模型信息集成技术，可以使建设项目的所有参与方在项目从概念产生到完全拆除的整个生命周期内[1]都能够在模型中操作信息、在信息中操作模型，实现在建设项目全生命周期内提高工作效率和质量，减少错误和风险的目标[2]。

为进一步提升建筑业信息化水平，住房和城乡建设部在《2016—2020年建筑业信息化发展纲要》中明确指出，建筑业信息化是建筑业发展战略的重要组成部分，也是建筑业转变发展方式、提质增效、节能减排的必然要求[3]。BIM的国家标准《建筑信息模型应用统一标准》《建筑信息模型施工应用标准》等已经颁布实施，给出了建筑信息交流框架标准。国家政策的倡导、相关标准的完善、实际应用的增长，表明BIM技术已经进入加速普及应用阶段[4]，我国对BIM人才的需求将迎来井喷式增长[5]，而缺乏专业BIM训练的从业者将使建筑行业面临人才短缺的考验。高校责无旁贷将承担起培养BIM人才的重任[6]，将BIM纳入现有教育知识体系，为本科生提供相关专业的BIM技能学习和训练，大规模培养BIM人才成为现代建筑行业发展的趋势。

目前，国内外众多高校的工程管理专业和土木工程专业的BIM教育如火如荼，且已形成较为成熟的教学模式可供参考[5-11]。但给排水、暖通空调等机电类专业的BIM教育起步较晚，市场BIM机电人才紧缺。如何在给排水科学与工程专业培养方案中增设相关课程、推进BIM技术的学习，并将其与行业、企业、专业要求融合，培养创新复合型应用人才是教学中亟待思考的问题。

一、国内BIM课程教学现状及给排水BIM人才需求

(一)国内高校BIM课程设置现状

我国自2003年引进BIM技术以来，随着BIM人才市场需求不断扩大，国内高校积极开设相关课程，培养行业所需的BIM技术人才。部分高校的土木工程专业和工程管理专业通过单独开设BIM课程或者将BIM技术植入土木工程制图、房屋建筑学、工程施工、工程概预算、工程项目管理等原有基础课和专业课程中，通过虚拟和现实相结合、理论与实践相结合的形式[11]，培养行业所需的BIM人才。

然而，建筑行业中必不可少的机电专业(水暖电)在BIM技术教育方面滞后，仅在建筑设备、水工程施工等单独课程中植入BIM内容，并未形成完整的课程体系。随着BIM技术应用于水处理构筑物、综合管廊等复杂市政基础设施的设计和施工管理中，传统“PPT+板书”的课程讲授模式以及CAD二维绘图已不能满足日益发展的建筑市场需求，BIM机电人才短缺严重，因此在给排水等相关专业原有课程体系中加入BIM课程，并将BIM理念融入其中十分迫切。

(二)给排水专业BIM人才需求

通过对用人单位进行BIM人才需求问卷调研和实地走访发现，随着BIM技术向多专业协同、市政基础设施等方向深入，企业希望高校在技术人才培养时要注意人才的综合教育，培养出既懂专业知识又懂BIM技术的创新复合型人才；在BIM机电技术方面，企业更青睐于能将水暖电专业有机结合在一起的复合型人才[12]。市场的需求反馈提醒我们需要对现有的培养计划和课程体系做出适当调整，以培养市场和企业需要的人才。

二、给排水专业BIM课程体系建设

根据学生对BIM技术需求程度的差异，将BIM课程体系分为基础课程体系和高级课程体系两个级别。在给排水专业原有培养方案中加入BIM基础内容，在学生中普及BIM技术；在致力于BIM技术研究，并将其作为未来职业发展方向的学生群体中开设BIM高级培训课程，以满足更高需求。

(一)给排水专业BIM基础课程体系设置

1.调整原有培养计划，增加BIM技术相关课程

调查显示，我国BIM机电人才需求缺口巨大，为大量培养BIM人才，在给排水专业的培养计划和课程体系中增设了BIM应用技术课程，全面培养学生的BIM理念和操作技能，使所有给排水专业的学生都可以学习到BIM基础知识，接受BIM基本技能训练。

在众多的BIM软件中，大多数高校将水暖电3个专业组合为机电(MEP)模块，企业的需求反馈也显示更需要精通水暖电3个专业的复合型人才。在BIM时代，以水暖电三个专业的有机结合为契机，培养水暖电复合型人才成为大趋势，因此，在给排水专业培养计划中增设了建筑设备课群组，设置了建筑暖通空调、建筑电气选修课，这两门选修课与给排水专业原有的建筑给排水工程共同组成建筑设备的核心课程，便于学生更全面地掌握BIM机电方向的基础知识。

通过BIM应用基础课和水暖电专业课的学习，学生已经初步具备BIM技术的应用能力，但是由于上述两类课程分开设置，并未有机结合在一起，学生的实践角色带入感不强，利用BIM技术分析解决实际工程问题的能力未能得到很好提升，不能满足应用型BIM人才培养的要求。对此，增设BIM典型案例分析、BIM在建筑设备中的应用等实践类课程，结合学生的兴趣和学习能力，选择难度适中、应用性广泛的综合工程案例，引进最新的BIM应用软件，实现在虚拟仿真的环境中模拟工程项目在规划、设计、施工、运营维护等各阶段的运行，提高学生应用BIM理念和思维解决实际工程问题的能力。

2.原有专业课程体系中融入BIM教学内容

建设BIM案例辅助相关专业课堂教学，将BIM技术融入画法几何与工程制图、土建工程基础、建筑给排水等专业基础课和专业课程的教学中，建设给排水专业BIM技术课程群。

在工程制图课程中，将BIM三维模型作为教学辅助工具，利用三维模型直观、形象的优势，将三维模型和二维平面图一一对应，便于学生更好地观察和理解建筑的空间结构关系[6-9]，且较之枯燥的二维图纸，三维模型更加生动，有利于提高学生的学习兴趣。在三维模型讲解过程中还可对学生进行BIM基础知识普及，构筑学生对BIM的初步认知，为后续BIM相关课程的学习打基础。

在土建工程基础原有课程内容中加入Revit Architecture教学模型，辅助讲解基础、柱、墙、门窗、楼板、屋顶、楼梯等房屋构造，二维施工图和三维模型一起使用、对比演示，使原本枯燥的理论学习变得立体生动，便于学生更好地理解和掌握建筑结构相关内容，引导学生将BIM技术应用到未来的工程实践和工作中。

在建筑给排水、建筑暖通空调和建筑电气等建筑机电理论课程讲授过程中，运用实际项目的Revit机电模型，在项目中引出知识点的讲解，从工程的角度分析理论知识，向学生全方位展示真实建筑完整的机电设备模型，同时配以VR(虚拟现实)、AR(增强现实)等虚拟仿真技术，使学生产生身临其境的感觉，提高学习兴趣，加深对建筑机电系统的认知。

在水工程施工课程中，利用BIM软件制作模拟动画展示施工过程和建筑设备安装过程，将施工现场带进课堂，让学生通过BIM虚拟技术了解施工的整体及细节，将抽象的文字叙述变成具体的施工动画，解决施工工艺、技术流程在课堂上难以讲清的问题[13]；让学生完成施工工序分析、编制施工作业组织图、计划表等，以提高学生学习兴趣。将BIM技术引入水工程施工课程教学中，不仅可以帮助学生熟悉课堂内容、巩固理论知识，还能提前接触行业前沿知识[13]、增强学生学习兴趣。

水质工程学、给排水管网工程、水泵与水泵站等给排水专业核心专业课中需要讲解众多复杂的处理构筑物及构件，在原有的“PPT+板书”的课堂教学模式下，学生不能准确想象出这些处理构筑物的具体结构和运行过程。为此，利用BIM三维技术制作了普通快滤池、V型滤池、管网等市政基础设施的三维BIM模型，相比抽象的二维示意图，由于BIM三维模型具有可视化、多角度、可拆分、易剖切等优势，学生在立体模型环境下学习，通过拆分切剖构筑物三维模型，不需要极强的空间想象能力就能看到二维图纸视角下看不到的内在的复杂结构。学生对构筑物的结构有了形象直观的认识，教学效果大大提升。

教师在BIM技术平台下讲述专业课程比传统形式授课更具系统性、层次性和可操作性，BIM技术可以帮助学生更好地理解并掌握相关的专业知识，提高学生的空间认知能力，也使原本枯燥手段单一的课堂教学变得生动形象，激发了学生学习专业课和BIM技术的动力。

3.实践课程体系中加入BIM软件操作

BIM应用人才除应具备技术所需的理论知识外，更需要将理论应用于实践，锻炼实践动手能力，因此，除了设置BIM理论课程，在给排水专业的实习、课程设计、毕业设计等实践课程中引入BIM内容，提升学生的BIM应用能力。

在给排水专业的课程设计中，将学生分为两队，一队采用传统方式使用CAD完成二维图纸的绘制，另一队在构筑物设计完成后，利用BIM三维建模软件建立构筑物的三维立体模型，直接出图。在课程设计完成之后，将传统设计方法下的成果和BIM成果进行对比和检验，使学生对BIM技术的优势有更深刻的理解和认可。

在毕业设计过程中，每年抽选部分给排水专业学生与土木工程、工程管理等专业学生组成跨专业毕业设计团队，共同完成包含建筑、结构、机电全专业模型搭建、碰撞检测、招投标文件编制，施工过程管理、土建造价、安装造价等多个BIM应用任务。不同专业学生一起联合做毕业设计，一方面锻炼了学生的沟通和团队协作能力，另一方面起到了专业间的优势互补，使学生对BIM的设计理念有了切身的体会。

学校给排水专业BIM基础课程体系如表1所示。除了上述系统课程体系，还可以通过微课、专家讲座等多种教学方式和手段为学生传授BIM知识和前沿技术，使学生在大学四年可以随时随地学习BIM技术，接受BIM理念的熏陶。

表1 给排水专业BIM基础课程体系

(二)给排水专业BIM高级课程体系设置

为进一步提高学生的专业素质和BIM技能，更好地接轨行业市场需求，满足用人单位对BIM综合应用能力的要求，筛选对BIM兴趣强烈，有意愿在此行业内发展的学生组成BIM工作室，通过提高培训课程学习、等级考试、学科竞赛，校外实践等方式对学生进行更深层次的实践锻炼，培养学生建立应用级别的三维模型、应用BIM模型辅助建设过程管理等深层次的能力。

1.设置BIM提高培训课程

加入BIM工作室的学生在基础课程学习结束之后，继续参加提高培训。培训过程中，以“项目”为单位，让学生自由组队完成一个高级项目，通过项目实践掌握目前主流的BIM应用、管理软件，同时培养学生自主学习、思考、及时关注学科前沿发展动态的能力和习惯。提高培训契合了用人企业的能力需求，提升了学生的就业竞争力。提高培训课程内容及技能要求如表2。

表2 提高培训课程内容

2.鼓励学生参加BIM竞赛

随着BIM技术在给排水市政方向的广泛应用，越来越多的BIM大赛开始设置机电、市政、安装等给排水专业相关项目模块。鼓励给排水专业的学生积极申报BIM竞赛，或者与土木工程和工程管理专业的学生跨专业组队参加BIM大赛。根据学校政策，在BIM比赛中获奖的学生能够获得素质教育学分奖励。

在参加竞赛的过程中，学生可以了解并体验多种主流BIM软件的应用，训练多方协同应用能力，扩展BIM知识。很多赛事主办方也会为学生提供与同行和企业交流的机会，增加学生就业渠道，提高学生就业竞争力。

3.组织“3+1”校外实践

BIM技术的熟练运用是建立在大量应用，尤其是实际工程项目实践基础之上。对于培养应用型人才为主的独立学院而言，校外实习的重要性不言而喻。为此，学校专门制定了针对实习生的“3+1”培养计划，将传统的四年制本科学习划分为三年专业课学习和一年企业实习，重要的专业课程均安排在大学前3个学年完成，大四仅剩余少量选修课及实践课程。大学第6个学期理论课程学习结束之后，在学生自愿报名和用人单位筛选双向选择基础上，选派部分BIM高级人才到校企合作单位进行为期一年的校外实践。参加“3+1”校外实践的学生，可以用校外实践课程代替大四上学期相同学分的选修课程。

由于在高级培训过程中锻炼了学生的软件操作能力和团队合作能力，进入实习单位后学生能在较短时间内熟悉工作岗位，得到用人单位的肯定。通过在实际工作岗位的实践锻炼，学生能接触到在校期间难以见到的大型复杂项目，对复杂项目中相关软件的使用技巧以及BIM技术和理念有了更深的学习和理解，大大增强了就业竞争力。

4.培养跨学科建筑信息化人才

随着BIM技术与大数据、3D、云计算、移动互联技术的渗透融合，以及在人工智能、虚拟现实、智慧城市等产业领域的应用，为积极响应新工科建设行动，培养跨学科BIM综合创新人才，设置了物联网技术、数据库技术、网络爬虫与数据分析等信息类选修课程，并与相关课程教师共同制定基于BIM技术的课程教学内容，培养学生利用计算思维和数据思维获取数据、分析数据的能力，并使学生对射频识别技术、传感技术、物联网的智能应用等信息技术有了初步的了解，以适应未来对跨学科BIM创新人才的需求。

三、结语

国内BIM技术应用已从最初的试水阶段进入快速发展阶段，从最开始的民用建筑慢慢延伸到水利、港口以及大型市政基础设施等其他土建工程领域，但是国内高校给排水专业的BIM专业教育开展较为缓慢，用人单位急缺既精通机电专业又懂BIM技术的毕业生来充实BIM机电人才大军，在给排水专业学生中进行BIM机电人才培养已刻不容缓。

目前，高校给排水专业已形成层次分明的BIM分级课程体系，但是在市政基础设施BIM应用、BIM全生命周期应用方面仍需进一步探索。学校给排水专业计划就市政给排水设施和构筑物BIM建模及应用，BIM全生命周期案例教学方面展开深入研究，积极推进BIM技术在市政给排水设施中的应用，以期培养更多的BIM复合创新型人才。