基于VR与BIM技术的土木工程施工课程教改研究

丁点点 孙林华 陈松

【摘要】传统的土木工程施工教学面临理论与实践脱节、滞后于时代发展等问题。为进一步贯彻“互联网+教育”模式，培养信息化时代背景下BIM人才，以土木工程施工课程为案例，探索将BIM与VR技术融入土木工程施工课程教学，不仅提升了土木工程施工课程教学效果，也促进了学生创新意识的培养。

【关键词】VR  BIM  土木工程施工  教学改革

【基金项目】安徽省质量工程项目（2019jyxm0464）;宿州学院校级重点教学研究项目（szxy2018jyxm15）;宿州学院教学质量保障体系项目（szxy2017zlbz07）。

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2020）33-0022-02

1.引言

土木工程施工是土木工程专业的一门专业核心课程，主要介绍土建施工中的各分项工程，包含土方工程、钢筋混凝土工程、脚手架工程等，是土木工程专业本科阶段重要的专业课之一。传统的土木工程施工课程授课方式以理论讲授为主，随着多媒体信息技术的发展，PPT的使用丰富了课题教学，也使得一些施工过程和环节变得生动。但不少学生反映工作后发现施工现场各环节与施工课本理论知识脱节现象严重，并未达到课程教学目标，当前土木工程施工课程教学主要存在以下几个问题。

（1）学生对于施工规范理解不透彻、不直观，对待土木工程施工课程重视程度和学习积极性不够，导致学生专业规范掌握不扎实。

（2）缺乏课程实习场所。土木工程施工是一门实践性较强的课程，一方面考虑到学生安全问题，另一方面学生实习并不能给施工企业带来经济效益，因而课程实习环节往往流于形式，多以走马观花式的参观为主，并没有真正将理论知识与实践有效结合。

（3）土木工程施工组织设计内容及形式陈旧，往往与新规范、新标准脱节。学生只是机械的套书本上的公式、模仿计算书，并没有达到课程设计的目标和要求。

（4）课程教学教师与学生互动少，未能激发学生对施工课程学习的兴趣。不少学生认为施工环境差、外业工作辛苦，对于土木工程施工毫无兴趣，而理论教学为主的课堂气氛差，学生参与度低。

近些年，随着大数据技术、互联网技术的迅速发展，各学科开始尝试基于大数据平台开发学科案例，打造交叉融合学科成为高等教育的热门[1-3]。土建领域也逐渐向信息化施工方向发展，BIM和VR技术的出现，填补了土木工程施工信息化的空白。

2.BIM与VR技术简介

BIM为Building Information Model的缩写，即为建筑信息模型。它以一种三维可视化的方法，通过收集数据描述施工全寿命周期过程，利用BIM技术可以拉近设计、施工、运营及管理各方的距离，通过信息共享，可以实现问题及早发现，提前解决[4-5]。

VR是Virtual Reality的缩写，即为虚拟现实，将影视行业的VR技术引入到土建行业，是施工信息化的又一创新，通过VR技术，可以将用户完全沉浸到施工现场各环节，增强用户的感官意识[6]。

基于土木工程施工课程教学环节出现的问题，将BIM与VR技术引入到土木工程施工课程教学，以此提升学生学习积极性，便于学生更直观生动参与施工全过程，对于课程教学是十分必要的。

3.基于VR与BIM技术的土木工程施工教学改革

目前国内高校许多学者对BIM在土木工程专业人才培养发挥的作用做了研究与探索，但多数集中在课程框架体系及CAD制图教学教改[7]。袁杰[8]等人以广州大学土木工程施工课程为例，探讨将VR技术融入到土木工程专业教学，实现互动式教学创新。陆海燕[9]等人将VR与BIM技术引入到土木工程CAD教学过程中，不仅提升了CAD课程的教学质量与效率，同时培养了学生创新意识与实践能力。王述红[10]等人总结了岩石力学实验教学过程中遇到的困难，并将BIM技术融入到岩石力学实验教学，提升了教学效果。此次教改以宿州学院土木工程施工课程为案例，将BIM与VR同时融入到土木工程施工课程教学，探索信息技术时代背景下，传统课程教学与大数据平台的结合，内容包含以下四个方面：

（1）构建土木工程施工BIM教学模型

土木工程施工课程内容涉及到一个工程从土方工程、基础到主体再到装饰装修整个环节，传统的教学案例比较独立且零散，不易于学生对施工全过程的把握。我院BIM教学团队利用教师参与的工程项目，构建了多个BIM施工案例，通过这些模型，学生在学习每一个章节时可以沉浸到每一个施工场景，不仅加深学生感官认识，也提高了学生学习的积极性和主动性。

（2）土木工程施工课程设计教改

土木工程施工课程设计主要包含施工方案的确定、施工平面布置图的制定、施工资源计划表的编制及施工进度计划制定四个部分。对于施工方案的制定，传统方式以计算和经验为主，利用BIM技术学生可以以三维可视化的角度观察钢筋的布置及空间位置情况，便于学生了解钢筋的布置，加深对施工方案的理解;在制定施工平面布置图时，学生利用BIM和VR技术可以提前预览各种设施的布置，提前了解各种管线的碰撞问题，对于施工平面布置可能出现的问题能够提前预判，及时调整布置方案;传统教学过程中，对于施工资源计划表的制定以计算工程量为重点，忽略了施工资源如何最优布置，利用BIM技术可以三维动态的方式获取各阶段资源计划配置情况，同时动态调整施工资源计划表;最后BIM技术可以实时、动态显示施工项目的推进及各施工过程，一旦施工过程出现问题，可以及时调整施工进度。

（3）构建土木工程施工虚拟实验室

为了克服土木工程施工课程实习难安排的问题，我院建立了基于BIM与VR技术的虚拟实验室，利用虚拟实验室，学生可以不用亲自到施工现场，突破空间限制，使得学生可以沉浸到三维的施工场景中，并且学生可以切身感受到不同的角色，有利于学生对于整个施工环节的理解與掌握。

（4）以BIM大赛为契机提升土木工程施工教学质量

为了进一步提升土木工程专业学生创新意识和实践能力，住建部、省教育厅、造价协会等相关部门组织了一系列BIM设计大赛，我校BIM教学团队利用课余时间指导在校生积极参与BIM大赛，学院学子先后在安徽省高校建筑信息模型（BIM）设计竞赛、全国建筑类院校虚拟建造大赛斩获佳绩，不仅是对学生创新能力的锻炼，同时也增强了学习土木工程施工课程的氛围。

4、结语

BIM技术的推广使得建筑领域已经逐步进入了信息化时代，培养BIM人才更是新时代背景下土木工程专业人才培养的重点，将BIM与VR技术引入到土木工程施工课程教学能够显著提高学生学习课程的积极性与主动性，同时对于学生创新思维和动手能力的提高有一定的促进作用。

参考文献：

[1]邢栋，柳长江，李瑞民，等.BIM时代下的土木工程专业本科教学改革的思考[J].潍坊學院学报，2017（6）：56-60.

[2]祝连波，黄一雷.基于BIM技术的土木工程施工组织设计课程教学改革研究[J].教育现代化，2018（32）：51-53.

[3]陆海燕，鲍文博，宁宝宽，等.BIM与VR技术在土木工程施工教学改革中的探索与实践[J].高等建筑教育，2017（5）：127-131.

[4]王宁，王兴国，张玉敏，等.BIM技术在土木工程专业人才培养中的应用探讨[J].华北理工大学学报（社会科学版），2019（4）：93-97.

[5]丁克伟，夏珊，陈东，等.基于BIM技术平台的土木工程专业生产实习改革探讨[J].高等建筑教育，2015（6）：133-136.

[6]李岩.BIM与VR技术在土木工程施工过程中的探索与实践[J].黑龙江科学，2019（16）：142-143.

[7]王柳燕，王舜，赵柏东.基于BIM技术的土木工程专业实践教学应用研究[J].课程教育研究，2019（4）：49-50.

[8]袁杰，赵倩怡，童华炜，等.基于VR技术的土木工程课程改革与实践[J].高等工程教育研究，2019（3）：99-101.

[9]陆海燕，鲍文博，王海军，等.基于BIM与VR技术的土木工程CAD教学模式实践探讨[J].土木工程工程信息技术，2017（4）：62-66.

[10]王述红，刘婉婷，赵力，等.基于BIM技术的岩石力学实验教学课程改革研究[J].高等建筑教育，2016（4）：137-141.

作者简介：

丁点点（1989-），男，安徽淮北人，博士在读，讲师，主要从事二级学院教学与科研管理工作。