BIM可视化技术在土木工程专业教学改革的应用

洪秀君 朱永甫

摘  要：传统的教学理念与教学模式已难以满足土木工程专业人才综合素质和创新能力培养的需要。BIM可视化技术，具有虚拟仿真功能，将其运用到土木工程专业课程的教学中，能较好地解决传统教学过于抽象理论，缺乏实践操作的问题。文章以“土木工程施工课程改革实践”为案例阐述BIM可视化技术在土木工程专业教学中的应用，为后续高等学校土木工程专业教学改革实践提供一些参考。

关键词：BIM可视化技术;土木工程;教学改革

中图分类号：G642         文献标志码：A            文章编号：2096-000X（2020）06-0141-03

Abstract： The traditional teaching concept and teaching mode have been unable to meet the needs of cultivating the comprehensive quality and innovative ability of civil engineering professionals. BIM visualization technology， with virtual simulation function， can be applied to the teaching of civil engineering courses， which can better solve the problem that traditional teaching is too abstract theory and lacks practical operation. This paper takes "practice of civil engineering construction curriculum reform" as a case to illustrate the application of BIM visualization technology in the teaching of civil engineering specialty， and provides some references for the teaching reform practice of civil engineering specialty in colleges and universities.

Keywords： BIM visualization technology; civil engineering; teaching reform

引言

土木工程專业综合性强、实践性高，其专业核心课程如土木工程施工、工程项目管理、工程招投标、工程概预算等课程的学习， 是学生掌握土木工程施工技术、培养项目管理思维的重要途径[1]，对于土木工程专业学生创新能力的发展具有重要的地位和作用。

目前土木工程专业课程在教学中存在的问题：

1. 土木工程专业课程教学内容涉及面广，教学课时偏少，教师很难在短时间内充分讲解相应理论知识。如何在较少的课时内，将土木工程专业课程内容讲解透彻，使学生掌握有关土木工程施工技术及管理知识值得探讨。

2. 传统课堂教学手段多以“粉笔+黑板+多媒体”为主，教师“满堂灌”，没“亲列”工程案例，效果不佳。课程知识点、重点及逻辑结构难以直观表达，部分学生空间想象力较差，无法很好理解课程内容，学习难度很大。

3. 工程项目具有施工周期长，单件性和固定性特点，学生在校难以完整实现实践教学，操作难度大，教学工地由于实习时间周期短、工程跨度大而满足不了学生实践需求。同时，大量学生分布到工程现场实习存在安全隐患，现场施工单位担心安全问题不愿意接纳，这样就造成很多课程的实习受限，只能流于形式，影响了学生创新、实践能力的培养[2]。

综上，传统的教学理念与教学模式已难以满足土木工程专业人才综合素质和创新能力培养的需要。

一、BIM可视化技术土木工程专业教学改革的意义

BIM的可视化技术，具有虚拟仿真功能，将其运用到土木工程各专业课程的教学中，能较好地解决土木工程专业课程教学中存在的问题，具有以下实践意义[3-5]：

1. 课程教学中充分使用BIM可视化技术解决教师教学辅助手段不足、疑难知识点或者结构难以直观表现、讲解困难等问题，将学习的决定权从教师转移给学生，培养学生主动学习的能力。

2. 学习过程中使用BIM仿真教学软件中模型库和虚拟操作功能，可以给学生直观、形象的学习感受，激发学生的学习兴趣。

3. 实训实践环节利用BIM协同虚拟技术，设计出虚拟仿真项目，模拟项目施工现场进行现场操作，解决土木工程施工课程实训形式化的弊端，真正提高学生的创新应用能力，并减少许多需要到现场实践实习带来的安全隐患。

二、BIM可视化技术在土木工程施工课程教学改革的创新与实践

（一）改革任务和主要改革举措

1. 可视化教学，仿真视频讲解，解决《土木工程施工》授课难点。基于BIM可视化技术，针对土木工程施工课程中的疑难知识点或结构部分采用BIM仿真视频进行教学，解决传统授课中抽象理论的问题，理论内容配合形象直观的视频讲解，提高学生的学习效率。

2. 以赛促教，培养学生创新能力。多门课程融合应用BIM技术，提高学生综合应用专业知识的能力，锻炼学生统筹协调能力。通过指导学生参加BIM竞赛，模拟全过程施工管理，锻炼学生通过BIM技术融合贯通《土木工程施工》、《工程概预算》、《土木工程招投标》、《工程项目管理》等多门课程的内容，培养学生综合素质和创新意识。

3. 实验环节采用BIM虚拟仿真软件辅助操作，满足实践教学环节改革要求。以《土木工程施工》课程试点改革，部分重难点章节模拟项目施工现场进行虚拟流程操作，由学生进行上机操作，结合实训环节设计不同的虚拟仿真项目，达到实践与理论的结合，提高学生动手实践能力。

4. 多专业联合毕业设计，提高学生综合应用能力。结合闽南理工学院数字图书馆等实际工程项目，利用暑期培训学生BIM技术，进行建筑、结构、机电建模及应用，培养学生的项目管理思维能力。

（二）实践过程简述

1. 以《土木工程施工技术》为试点课程进行教改方案论证及仿真翻转教学方案设计。利用BIM可视化技术结合《土木工程施工技术》课程中的重点、难点章节进行仿真翻转教学，比如土方开挖、降水排水施工、桩基工程施工这些章节的内容涉及的大部分是地下工程，实际施工过程大多隐蔽在地表下，无法直观了解;机械设备施工原理的讲解及地下工程在施工中的变化是这些章节的难点内容。

如图1BIM仿真视频《深井降水施工》所示，施工降排水章节辅助BIM仿真视频，动画效果配套理论知识介绍，使施工过程变化一目了然，降低学生学习难度。

采用超星尔雅线上课程辅助课堂教学，如图2超星尔雅《土木工程施工技术》线上课程所示。

通过在线上课程中上传BIM仿真视频、章节教案、学习资料，布置学习任务，摇一摇式点名签到，抢答环节设置等能活跃课堂氛围，实現移动式教学，方便学生随时随地学习，加强学生对施工重难点知识的巩固，解决《土木工程施工技术》课时有限，课程内容较多，学生无法在有限的课堂时间里理解透彻的问题。

2. 指导学生参加各类BIM大赛，通过学生参赛过程中的指导总结BIM技术对学生创新能力培养的影响，作为研究报告的数据基础，指导学生发表相应论文。

期间取得成果有：

（1）2018年10月教改项目成员老师指导学生参加《2018年全国高等院校BIM应用技能比赛》荣获“金牌项目部奖第二名”，并发表CN论文一篇《虚拟仿真技术对土木工程实习的影响》荣获第十四届“挑战杯”福建省大学生课外学术科技作品竞赛优秀奖。

（2）2019年1月至6月期间教改项目成员老师指导参赛学生根据《2018年度福建省建筑信息模型（BIM）技能大赛》掌握的BIM造价应用能力完成造价专业BIM方向毕业设计，二人成果均荣获“校级优秀毕业设计成果”，并发表CN论文一篇《浅谈BIM技术在工程造价算量软件中的应用》。

（3）2019年5月教改项目成员老师指导学生参加《第十届全国高等院校学生“斯维尔杯”建筑信息模型（BIM）应用技能大赛》，分别获得一个“团队综合二等奖”及多个“专项三等奖”。2019 年8月教改项目成员老师指导学生参加“首届全国大学生智能建造与管理创新竞赛”获得三等奖。

3. 结合学院现有的BIM实验中心、仿真实验室等专业实验室，在原配置的仿真系列软件基础上，开发设计BIM虚拟仿真教学项目，并增加《土木工程施工实验》上机实践环节，如图3钢筋混凝土工程实验课仿真软件上机照片所示。钢筋混凝土工程是《土木工程施工技术》重点章节，目前很多建筑采用现浇钢筋混凝土施工，但钢筋工程属于隐蔽工程，混凝土工程养护耗时较长，实际工程施工工地无法满足学生实践学习的需求。通过BIM仿真软件的上机操作，学生能在有限的课堂时间内系统且形象的掌握钢筋从材料下单、进场验收、加工连接等整个流程的内容，并能区分不同部位的钢筋施工要点。同理，混凝土的搅拌、运输、浇筑、养护等内容也能实现直观简便的模拟实践操作。

总结实践环节的改革经验，2019年5月教改项目成员老师开发完成《土木工程施工翻转课堂仿真软件V1.0》，并于2019年9月登记取得软件著作权。

4. 开展“智慧校园”跨专业联合毕业设计暑期培训班，指导辅助50名毕业生初步掌握BIM应用技术，并完成闽南理工学院部分宿舍楼与教学楼的建筑模型。通过暑期BIM技术培训，锻炼学生项目整体统筹能力，提前模拟毕业后的就业岗位内容。如图4培训前后BIM能力对比所示，50名毕业生在参加培训前57.14%的学生不具备BIM基础，通过培训，100%学生能掌握BIM结构建模，93.88%学生掌握BIM建筑建模，75.51%学生掌握机电建模，基本具备把二维图纸转化成三维模型的能力。42.86%学生能进行多专业碰撞，81.63%具备渲染漫游能力，初步具备建筑多专业融合应用能力。

三、结束语

《教育信息化十年发展规划（2011-2020）》中提出关于“促进教育公平、实现优质教育资源共享”的诉求，随着“互联网+”时代的到来，在与工程实践、现行规范联系密切的土木工程施工课程教学过程中，应用BIM的可视化技术，能创新性地做好教育信息化要求，优化教育质量。

使用BIM虚拟仿真教学软件，虚拟技术辅助教学，解决教学中辅助手段不足、不够直观、综合训练缺乏等问题。利用BIM技术仿真土木工程专业课程的实践教学安排，减少土木工程专业许多需要到现场实践实习安排带来的安全隐患等困扰。教学模式改革，采用翻转教学模式形成土木工程施工在线课程，改进专业课程教学中抽象枯燥、课程沉闷等现象，激发学生学习兴趣，推进教育信息化及大数据技术在教育教学中的应用，共享优质教学资源，提高教学质量，同时解决土木工程专业课程课时少、内容多的教学难题。采用“以赛促学，以赛促教”的方式结合BIM竞赛进行土木施工专业课程的授课，通过竞赛的方式识别和定义学生的学习需求，使学生实现专业技术综合训练，从而成为专业应用型人才，满足建筑行业发展对人才的要求，提高学生专业创新能力。

参考文献：

[1]王永泉.土木工程施工课堂教学的改进措施研究[J].教育教学论坛，2019，12.

[2]韦丽娴.论土木工程施工技术的教学改革与实践[J].四川水泥，2019（02）：190.

[3]张雪颖.BIM虚拟施工技术在土木工程施工技术课程中的应用[J].科技创新导报，2019（20）：216-217.

[4]付亚静，杨华，李书阳.基于BIM的虚拟仿真技术在教学领域的应用与实践[J].土木建筑工程信息技术，2019，11（06）：70-75.

[5]于本福.BIM技术在土木工程专业课程体系建设研究[J].教育教学论坛，2019（37）：207-208.