BIM技术在土建专业的课程改革研究

田莉梅 尹欢欢 张景华

(1.廊坊师范学院建筑工程学院，廊坊 065000； 2.北京科技大学 土木与资源工程学院，北京 100083； 3.中国石油天然气管道工程有限公司，廊坊 065000)

引言

从BIM概念的提出，至今40多年来发展非常迅速。世界各国的高校、企业、研究机构都在结合自身的规范标准和要求，从小范围试点应用项目向全产业链、全生命周期的实践应用迈进[1]。魏红磊[2]等人通过对Revit平台的二次开发，建立采矿工程井巷设计模块，实现了煤矿井下巷道BIM设计，并开发设计了采矿巷道族库、三维模型库，完成了含矿井的开拓开采、施工图设计等内容，为数字化矿井信息模型提供基础。曹政国[3]等人将BIM技术应用在铁路施工组织设计中，以GIS数据、铁路设计信息、施组要素信息为基础，运用计算机及信息网络技术，建立铁路施工组织设计协同平台进行三维可视化施工组织设计，通过协同平台共享和传递数据信息的应用BIM技术的思路及方法，为BIM技术在铁路施工组织设计中应用提供参考借鉴。张爱琳[4]等人利用BIM技术与3D扫描技术集成，快速精确地获取装配式建筑施工中的偏差，并将偏差数据带入MATLAB灰色预测模型中，实现装配式建筑施工过程中偏差的预测分析，提高了装配式建筑施工效率及管理精度。

1 BIM技术在高校发展现状

针对BIM技术在行业中的广泛应用，国内外许多高校逐步尝试将BIM技术融入到教学当中，不断加大BIM技术人才的培养力度。根据美国亚利桑那州立大学与FIATECH的一项研究表明：现在美国70%的学校已经把BIM融入到了课程中，而那些目前没有设置BIM课程的高校也有88%计划增设BIM课程，其中的97%要将BIM纳入课程中[5]。国内高校BIM课程的设置起步较晚，目前清华大学、华中科技大学、武汉大学、四川大学、广州大学和西南交通大学等高校已经开设了BIM相关课程，由于BIM类相关课程具有实践性强的性质，能够充分发挥线上教学的优势，所以授课方式逐步从“填鸭式”的教学模式转变为线上线下相结合以学生为中心的自主学习模式，大大提高了学生的学习积极性。然而一些教学改革滞后的高校目前还没有开设BIM相关课程，有些开设了BIM相关课程的高校也只是停留在设置初期的浅显概论的状态，并没有深入地开展BIM教学研究，没有很好地利用BIM优势进行课程改革，没有形成完善的BIM教学体系，依然保持着单一的课堂授课满堂灌的陈旧教学方式，不利于学生发挥主观能动性和和学习积极性。

卫星[6]尝试结合建筑信息模型(BIM)技术和虚拟现实(VR)技术进行课程教学实践改革探索，将BIM技术和VR技术融入到课堂教学和实践教学的各环节中，以期改善教学困境，为相关课程的教学实践改革探索提供参考和借鉴。一些学者[7-8]从新工科背景出发，对当前高校BIM课程在建设过程中存在的问题进行分析，为培养综合能力强的复合型的高级专业人才，提出了BIM 教学改革的措施。石晓波[9]在新工科背景下对《工程估价》课程教学进行改革，发挥BIM技术和案例教学法应用于教学中的优势，提出了运用BIM技术案例进行教学的改革方案以及实施路径，实现《工程估价》课程与BIM技术的融合，为高校的BIM人才培养提供改革思路。米琳琳[10]将建筑工程类课程教学中遇到的问题进行总结分析，将传统教学与BIM 技术相结合，将零散的知识通过BIM技术串联构成教学体系，解决诸多问题，提高学习积极性和主动性。井珉等人[11]从 BIM技术与专业课程的相关性入手、从BIM实践教学体系的建立、实施流程及实践效果四方面进行研究，对传统教学体系进行改进，为工程管理专业培养应用型人才提供思路和方法。杨文东等人[12]总结高校对BIM课程重视程度不到和建设不足的现状，通过BIM实际工程的教学，让学生领悟到什么是建筑工程的设计、建造和运营管理的全寿命周期，加强课程的课外实践，达到培养学生创新能力和实践动手能力。

2 BIM技术的课程改革

为了培养行业需求的BIM 人才，学院结合自身专业设置，对2015级和2017级培养方案进行修订，初次将BIM技术融入到工程管理和土木工程专业通识课中，通过一轮的学习，培养效果已经有了明显的体现。对已有的课程进行改革，从《工程识图》、《工程概预算》、《工程项目管理》以及《工程施工》四门课程入手，将BIM模型的三维构件运用到《工程识图》和《工程概预算》课堂教学中，学生通过直观生动的三维模型，掌握构件类型，结构形式； 从三维钢筋模型能够清晰地看到配筋情况、连接形式等。将模型赋予的施工组织进度计划、工程资源配置以及工程流水施工的可视化仿真模拟，使《施工组织》和《工程项目管理》的课堂变为施工现场，学生有身临其境的感觉，仿佛实地考察，让课堂变得生动有趣，改变了专业课程传统教学的枯燥乏味状态，极大地调动了学生的学习积极性，学生自主学习，教师辅助引导的新教学模式，通过对以上课程的改革，积累了BIM教学经验，为后续的课程改革提供支持。

从2013年成立BIM研究所开始，学院不断加大BIM技术的软硬件投入力度， 2013年建成工程管理实训机房，能够满足60人同时上机建模，主要承担BIM工程造价应用课程的教学； 2015年BIM实训中心建成，涵盖了BIM土建、钢筋、市政、钢结构专业的全套软件，能够满足7组40人同时进行网络建模学习和比赛。通过BIM兴趣小组的形式，将热爱BIM技术的同学形成团队，利用课余时间进行Revit以及广联达软件的学习，参加全国高校BIM算量大赛、工程管理沙盘大赛和BIM毕设大赛等众多大型赛事，截止到2019年6月，已经参与各级各类大赛10余次，获得各类奖项23项。通过参加比赛和学术会议与其他高校进行交流学习，总结大赛经验，为2019年培养方案的修订和课程改革做好准备工作。学院拟将BIM+VR技术和招投标软件应用到一些专业基础课和专业课程的教学实践中。一方面不仅能调动学生听课的积极性和学习的主动性，改善教学效果，提高课堂教学质量，而且能有效地提高学生创新创业能力和团队协作能力，另一方面也为土木行业培养专门的技术人才。

3 教学实践

3.1 课程设计

根据专业发展需要，学院利用BIM技术的可视化、协调性、可出图、动态施工模拟等优点，通过2015年和2017年对培养方案进行个别科目的修订和课程改革，总结几年的教学改革经验，于2019年对培养方案进行了全面的修订，结合新工科发展趋势和专业认证的要求将对以下课程进行改革：《房屋建筑学》、《钢筋混凝土与砌体结构》、《钢结构》、《桥梁工程》和《古建筑木作营造技术》。充分利用Revit动态可视化和能出图的优点，将课程中的难理解或者不容易表达的知识点，制作成微课的形式，清晰、生动、形象地展示给学生，提高课堂的学习效果，以《房屋建筑学》、《钢筋混凝土与砌体结构》为例，课程改革前后对比如表1所示。

桥梁方向：《钢结构桥梁》是桥梁工程方向的重要专业基础课，结合BIM的4D功能利用Revit、Navisworks把工程信息集成到桥梁信息模型中，利用模型的可视化对桥梁上部结构、下部结构进行动态模拟与虚拟建造。利用梦龙网络计划软件将施工进度数据与工程建造的流水段对应设置好，可以直接进行施工过程的动态演示。

岩土专业方向：将《工程地质》和《土力学与地基基础》课程进行改革，将专业地质软件CATIA和Revit软件融入到课程当中，为了保证模型的精度，通过对地层勘探分析、遥感数据整理，建立精细的三维地质模型； 对于工业与民用建筑、管线及设备等结构，可以使用REVIT进行模型设计，更方便快捷。通过模型反映地下空间变化规律，为地下工程、道路规划和地面建设等提供空间信息支持，改变课程的讲授模式，提高学生的学习兴趣。

表1 课程改革前后对比

历史建筑保护专业：我国有着悠久的历史文化，表现在建筑上也是十分得明显，从古至今历朝历代都有自己的特色建筑，有些古建筑保存完好，有些古建筑已经损毁，需要修缮或者复建，利用BIM技术对于古建筑的修缮意义重大。结合学院情况，针对《古建筑木作营造技术》、《古建筑瓦石营法》和《古建筑修缮技术》三门课程进行改革，把BIM建模技术融入到课程当中，对损毁的古建筑进行建模复原，为培养大批古建筑修缮的专业人才打下基础，学院成立历史建筑保护研究所，专业教师将古建筑的信息存档，并提供技术支持。

课程改革体系图如图1所示：

图1 专业课程改革体系图

3.2 实习实训

利用每学年的短学期实践环节，对融入BIM技术的相关课程进行综合实训，通过具体工程项目的实践环节，让学生掌握BIM建模技术和虚拟建造。亲自动手进行项目的设计和施工进度计划，完成项目的施工项目管理。完成课程实训的方式可以采取校内和校外相结合的方式，校内通过学校统一安排的实训内容，按时完成； 校外，通过校企合作单位或者学生自主联系实训单位进行实践学习，巩固课堂内容与行业需求相衔接，使学生通过实训环节了解社会对专业方向的需求。

3.3 以赛促学

为了使学生进一步了解数字时代建筑业融合数字化、智能化、绿色节能环保的新特征，以及新时代背景下建筑行业对新型技术人才的需求，教育引导学生加强专业知识的学习和提高专业素养和能力，应用BIM+VR技术推进教学手段的改革和教学方法的创新，加强高素质专业人才的培养，提高就业质量。学院与广联达科技股份有限公司、展视网(北京)科技有限公司、北京睿格致科技有限公司联合举办了“BIMVR活动虚拟建造极限任务挑战赛”。参赛团队经过4天的极限挑战完成作品，以现场答辩的形式进行作品展示与汇报，比赛极大地调动了学生的学习积极性，并培养了学生们短时间内完成艰巨任务的刻苦奋斗精神。

3.4 毕业设计

学院将BIM作为毕业设计的一个方向已经有四年，通过历年毕业设计成果质量可以看出，学生根据个人兴趣选择毕业设计方向，充分调动了积极性和主动性，并能够认真完成要求的内容。另外，学院在毕业设计环节同样也采取校企联合培养的方式，企业提供BIM实习的职位，学生通过实战训练，完成毕业设计。从企业的角度看，可以是订单式培养，通过毕设环节企业可以择优录取需要的人才，学生也可以选择自己心仪的工作单位，省去企业招人和学生四处奔波找工作的环节，节约社会成本。BIM技术涉及复杂的多专业知识和数据信息，完成协同工作，需要全专业的指导教师才能保证毕设工作的顺利开展，因此要培养大量的适应社会需求的BIM人才，对师资队伍的要求也很高，也是高校教育改革的一个重要方面。

4 总结

4.1 BIM技术应用广泛

新工科背景下，各专业的交叉融合，相信BIM技术会有更高更广的发展空间。例如：绿色建筑通过BIM技术对光能、热传导、能耗和污染结合起来； 大数据时代，将BIM技术与计算机信息技术结合起来； BIM技术与3D模型打印对接，实现无纸化建造。因此，在今后的一段时间内，行业对BIM人才的需求会保持持续增长的状态。

4.2 高校BIM教育存在难点

BIM技术是一个复杂的多专业多技术的总称，高校将BIM技术融入到课堂教学中，需要有充足的经费和教学场地支持。BIM软件的购置费用，支持建模软件、动态可视化模拟软件正常运行的计算机设备以及实训场地都是制约BIM教学开展的重要因素。

4.3 师资水平要求高

培养专业的BIM教学团队，是保证BIM技术在高校中顺利展开的充分必要条件，就目前学校的情况而言，老教师不愿意通过学习新的软件来改变传统教学模式，动力不足，年轻教师则面临讲授新课和科研压力没有太多精力去学习众多专业软件，所以导致BIM专业技能教师培养难度大，数量严重不足的现状。如何调动教师的积极性，是今后教育教学改革中需要重点思考的问题。

4.4 高校传统教学老化

目前国内仍然有很多高校没有将BIM技术融入到课堂教学当中，教学手段和教学方法依然采用传统方式，更新缓慢，主要原因还是办学经费不足，师资力量不够，人才培养与企业需求没有有机融合，导致教学水平提高缓慢，教学内容陈旧、专业竞争力不强，因此培养出来的学生实用性不强。

4.5 BIM教学改革的工作计划

基于以上原因，高校需要从自身情况出发，采取行之有效的措施，一方面，充分调动教师掌握BIM技术的积极性，通过加强打造金课，砍掉水课，利用微课、慕课、翻转课堂、线上线下相结合的育人模式，通过申请带经费的项目或改变教学方式提交教学质量，抱团组队提高教学团队的科研水平，实现教研融合，科研成果良性产出，培养符合行业需求的高水平应用型人才。另一方面，在后续教学中加大BIM类相关课程的改革，逐步实现线上线下授课的全覆盖，增加学生的自主学习。加强校企合作，增加校外BIM实践基地建设，给学生更多参与实际工程的机会，提高学生动手能力，实现学生到企业工作人员的顺利转变，加快进入工作状态。