基于BIM的多学科交叉融合应用型人才培养模式探索

田莉梅，贾云波，徐东升，尹欢欢

（1.廊坊师范学院，河北 廊坊 065000；2.廊坊卫生职业学院，河北 廊坊 065000；3.北京科技大学城市与地下空间工程北京市重点实验室，北京 100083）

0 引言

科技的不断进步使各行业发生了巨大的变革，建筑业也不例外。BIM（building information modeling）技术的大力推广是因为它具有可视化、可协调、虚拟建造、优化建设方案等诸多优点，广泛应用于工程建设领域。2016 年8 月23 日，住建部印发了《2016-2020年建筑业信息化发展纲要》［1-2］，旨在增强建筑业信息化发展能力，优化发展环境，加快推动信息技术与建筑业发展深度融合。当前BIM 技术人才的培养远远不能满足行业发展的需要，2018年全国两会期间，王美华委员提出，建议高校土木专业增设《BIM技术》课程［3］。

1 BIM技术国内发展现状

1.1 BIM技术在建筑领域的应用现状

BIM 技术在建筑业中的迅猛发展和广泛应用，优点在于利用参数模型整合各种项目的相关信息，在项目策划、运行和维护的全寿命周期中进行数据共享和传递，使工程技术人员对各种建筑信息做出正确的理解和高效应对［4］。另外，BIM模型［5］可以为建设单位、设计院、施工单位等建筑主体各方提供协同工作平台，在节约成本、提高生产效率和缩短工期方面起到举足轻重的作用。一些学者［6］从项目的全寿命周期不同阶段和不同角度进行深入细致的分析和研究，分析出建筑设计单位提供的设计模型在施工过程中无法使用的主要原因。还有一些学者［7-9］应用三维结构BIM的参数化设计技术，开发了钢筋混凝土平板楼板中放置钢筋的新型建模技术，实现了结构模型与施工图之间的转化，同时还用于钢筋的自动弯折曲与切割机的钢筋加工，认为通过内置求解器和仿真系统，以及三维几何数据可实现施工过程动态可视化，确定施工过程中每个阶段的工作量以及优化施工方案［10］。

1.2 高校BIM教学改革现状

高校教学改变传统的教学模式势在必行。一些学者［11］提出将BIM技术融入CAD课程，通过二维绘图和三维施工图建模，强化画法几何与工程制图的理论知识，同时强调了课程实践教学平台构建的重要性。一些高校［12-13］制定了BIM技术融入专业课程改革中遇到困难的解决方案，提出了一套完整的以发展结果为导向的BIM 团队学习规划、实施、评价和反馈系统。运用BIM 来虚拟工程项目管理的方案来解决现有工程项目管理沙盘只能模拟较为简单的工程项目，很难模拟复杂尤其是真实的工程项目的问题［14-15］。刘向东等人［16］通过虚拟仿真实验平台的可视化优点，对流体力学传统教学方法进行改革，激发了学生对抽象概念、理论知识的认识和理解，提高了学生的兴趣，达到良好的教学效果。闫萍等人［17］从BIM教学设计到就业指导方向，提出了改进措施，促进了教学质量的提升。

2 传统培养体系存在的问题

2.1 传统学科的孤立性、单一性

无论是人文科学还是自然科学，都是由不同学科相互联系形成的系统科学体系，相互之间存在着千丝万缕的联系，不同学科之间的互相作用、相互影响促进了科学体系的不断进步。教育发展到今天，传统单一的学科教学体系的不足日益凸显，专业知识的单一、教学模式的单一、人才培养方案的单一，已经不能满足行业的多元化对综合技术人才的需求。国内一些高校近几年也在不断地推进学科交叉融合发展平台的建设，但制度体系和保障体系等方面仍不完善。如何建立多学科交叉融合发展平台和与之相协调的管理制度、政策办法，是形成科学创新体系的前提和保障，是完善人才培养目标的重要方法。很多的科学问题和难题都需要多学科协调共同解决，高校人才培养体系需要将学科综合化、整体化和系统化，打破学科孤立、单一的发展模式，培养综合素质高、专业能力强的高科技人才，为社会各行业的发展解决专业问题。

2.2 多学科创新平台建设机制不完善

据调查，我国高校学科创新平台建设很多都是一个院系相同或相近学科建设形成，传统的自上而下纵向管理，平台涉及学科单一、管理模式单一，即使个别高校建立了多学科交叉融合平台，但是在建设机制和管理机制上还存在不完善的情况。多学科创新平台的建设与传统学科的平台建设有着很大的不同，首先从人员的构成、平台的管理、经费的使用和成果的管理等诸多方面都涉及多个不同学科和院系专业，打破专业壁垒、完善建设机制、促进多学科之间协同创新，是高校拓宽学科发展，增强科技创新和提高人才培养质量的重要途径。

2.3 多学科交叉融合意识薄弱

目前，国外高校对BIM 技术的学术研究已经相对成熟。随着国内经济的迅速发展和科技的不断进步，多学科交叉融合的领域越来越多，其中建筑信息模型应用于土木行业就具有典型的代表性，根据专业特点和行业发展的新技术新方法，对高校人才培养提出了新要求，但大部分的国内普通高校土木建筑类专业教学仍然以专业基础课和专业课的理论教学为主，并结合课程进行实习实训，学生对本专业的知识掌握相对扎实，但是对于其他行业发展和多学科交叉融合并不了解。大部分高校保持现有培养方式不变，因此很难打破学科界限，难以开展多学科交叉融合平台建设，不利于高素质应用型综合人才的培养和行业发展。

3 多学科交叉融合的思路

本文从搭建BIM 平台、构建培养体系、加强课程设置和师资队伍建设等方面对BIM 多学科交叉融合培养模式进行探索。建立完善的学科交叉融合发展体系，形成具有创新模式的BIM 平台，促进多学科交叉融合教学模式的改革，为学校多学科交叉融合创新平台建设总结经验。就目前情况看，实现多学科交叉融合需要学校统筹谋划，各个二级学院密切配合，实现平台要素之间的落实和衔接，需要学校通过顶层战略设计，各个院系或学科密切配合，针对平台搭建的要素进行优化、改革和认真落实，打破学科单一化的传统教学理念，强化学科交叉的师资团队建设，开展跨学科科研团队建设。

3.1 建立多学科交叉融合的BIM技术平台

2016年5月廊坊师范学院建筑工程学院以工程管理系为依托成立了BIM 研究所。研究所以BIM创新发展为中心，通过修改培养方案、创新课程设置、调整理论与实践课时、加强多学科项目综合实践、参加省级国家级创新创业大赛、BIM 大赛等方式，创新平台建设方案。除了注重校内多学科交叉融合实践外，还通过开拓校外BIM 平台建设，联合拥有丰富BIM 经验的校外企业，通过项目合作、科研合作等方式就BIM 技术的工程热点问题展开研究，让学生参与项目实战训练，总结和积累经验，将研究成果应用于教学和BIM人才培养中，提高学生的实践能力和项目参与度，激发学习动力。

3.2 构建多学科交叉融合的培养体系

从学术团队和教学团队入手，加强交叉学科建设，凝练学科方向引导学科发展，明确教师发展方向。举办校内交叉学科学术交流会、大学生创新创业比赛等活动，加强交叉学科专业的交流和学习，优化培养体系和课程体系，从交叉融合的角度增设多学科融合的必修课和适当设置一些交叉学科的选修课，通过必修和自由选课的方式，将不同学科背景、不同专业的学生吸纳到一起学习、相互交流，通过对BIM技术的兴趣和爱好，碰撞出创新思维的火花，促进多学科交叉融合，突破人才培养单一化的瓶颈。加强院系和专业间的合作交流，改变专业融合意识薄弱的现状，使多学科交叉人才培养模式得到重视。

3.3 加强学科交叉的混合课程设置

利用BIM 平台将相关专业和学科联系起来，通过师资、课程和实践项目对平台进行一体化设计，开展专业间协同育人。对多学科交叉融合的应用型本科生培养模式进行探讨，构建适合普通高校土建类专业BIM 技术的混合课程，将计算机科学技术、电子信息技术、大数据、云测绘等内容与BIM技术相融合，设置智能建造、智慧建筑、绿色建筑和BIM装配化建造等多学科交叉融合的课程。提高学生的专业能力和综合素养，通过课程学习和项目实践训练拓展视野。

4 实践方法与途径

4.1 实践方法

参考国内外高校BIM 技术应用的先进案例，结合本校的实际情况，通过以下手段进行课程的改革和设置：以混合课程建设为基础，与计算机技术和管理科学相融合，通过参加全国比赛和工程项目实践，总结BIM 技术应用于相关专业教学的思路和方法，为实践教学和特色专业课程建设提供经验。

（1）混合课程建设

建设一批混合课程，将抽象难以理解的知识点结合计算机技术建立生动形象的BIM模型，对晦涩的建筑专业知识进行科普制作：在BIM概论课程中加入BIM模型；在古建筑测绘课程中加入多点云测绘技术；在建筑结构课程中引入智慧建筑内容；在全过程工程咨询导论课程中纳入BIM全过程管理、智能建造和绿色施工内容；工程计量与计价课程充分利用BIM模型可以出量的优势，进行工程造价学习，结合BIM 技术的线上视频讲解，采取线上线下相结合的方式进行教学，充实学生的业余生活，提高自主学习的能力，让师生互动更密切，提高学习效率和学习效果，实现“以学生为中心”的教学实践活动。

（2）专业方向课程改革

根据专业培养方向不同调整培养方案，在现有的课程体系中融入BIM技术，以全新的视角和方式展开特色教学，开展BIM技术与三维虚拟仿真教学相结合的全新教学手段，以直观、生动的教学方式取得良好的教学效果。

一是将BIM 技术应用于土木工程和工程管理专业。将房屋建筑学、施工技术、工程CAD制图、钢结构、工程造价管理等课程与计算机专业和美术专业相结，合理分配理论与实践课时，再通过毕业设计环节，巩固和提高学生的BIM 设计综合能力，为企业培养了大批BIM人才。

二是将BIM 技术应用于历史建筑保护专业。将BIM 技术与测绘专业、文学专业、历史专业相结合融入《中国古建筑木作营造技术》《中国古建筑瓦石营法》《古建筑设计》等课程，通过集人文、历史、古建筑相关知识于一身的BIM 模型将难以理解的古建筑构件（角科斗拱、平身科斗拱、柱头科斗拱）360°全方位、多视角、可视化、动态拼装展现在学生面前，通过生动直观的视频讲解，取得了非常好的教学效果。

三是进行工程实践。依托BIM教学平台、工程设计实训中心、工程管理实训中心，将BIM 技术与多学科交叉融合，如图1所示。

图1 课程改革体系图

（3）以赛促学

组织学生参加全国BIM 技能应用大赛，加深了学生对专业的认知、对行业前沿技术的掌握以及立足岗位做贡献的主动性，提高了BIM 人才培养的质量。大赛成果如图2所示。

由图2可见，大赛成果呈逐年递增的趋势，且一等奖的增幅尤为明显。2019-2020 年度，大赛受新冠肺炎疫情影响，成绩有所退步，但从整体情况看，以赛促学的方式充分调动了学生的积极性，疫情期间居家线上学习并没有降低学生对BIM建模大赛的热情，通过大赛推动BIM 技术多学科交叉融合是有效的方法和手段。

图2 历年获奖等级及次数图

（4）校企合作

与荣盛集团、远通公司、壹策公司和清西陵文物古建公司等深入开展校企合作，基于BIM 的教学实践平台、数字化教学资源库和BIM软件培训基地，为打造多学科交叉型专业教师团队和培养综合专业技术人才提供实践平台。通过实体项目实践，实现资源共享，教师和学生定期去企业实习，全面深入地进行项目实战训练；通过对企业需求进行调研，为企业进行订单式培养，培养和提高学生的BIM应用技能。

4.2 学科交叉专业教师的培养

首先，从交叉课程入手，组建专业教研团队。通过BIM 技术将相关专业教师整合组队，以实际项目为依托，对授课教师专业知识和技能进行有针对性的培养，注重BIM相关专业间的协同，教研团队每周进行技术交流讲座、总结并提出意见和建议。

其次，从教师技能培训入手，组织教师参加BIM 技能等级考试。只有深入一线弄清楚了BIM技能的内涵，才能更好地将BIM 技术融入到课堂教学当中。

再次，从大学生创新创业入手，加强教师队伍建设。构建教育评价体系和教师责任目标，提高创新创业教师绩效奖励，加强创新创业教师团队建设，打造专业化教师队伍。调动教师的积极性，使教师理解、接纳并全身心投入教学改革当中，不断地强化专业素质和提高教育服务质量，推动专业人才培养能力。

4.3 学生专业技能培养

对本科生BIM 人才的培养，采取线上线下相结合、不同学科相结合的方式。通过组建学生BIM 社团和BIM兴趣小组，大三大四学生带领大一大二学生组团，根据兴趣爱好选择不同结构形式的项目，分专业进行BIM 实战训练，将BIM 技术融入到项目建筑、结构、水暖电和运营管理的全寿命周期中，培养学生自学能力和项目建设的全局把控能力。

另外，每学期定期组织校内BIM 大赛，学生自由组队，对任务进行讨论，确定设计方案，分析构建方法，进行建筑设计，在规定的时段内，完成参赛作品，并进行答辩，以此选拔参加全国BIM 技能大赛和全国大学生创新创业大赛的人员。通过大赛的锻炼，使学生的专业知识得到了巩固和提高，通过大赛总结经验，改进教学方法，促进学生专业技能的培养。同时选派学生进入校企合作单位和实践基地直接参与项目实习，通过实践锻炼个人的实践能力和培养团队合作精神。

4.4 教学效果

一是形成以“软件、资源、技术、案例操作”为支撑、多学科交叉融合的新教学理念。形成了课堂教学、线上线下自主学习、BIM 结构应用、BIM 施工应用、BIM古建筑应用、BIM管理的六位一体系统化创新教学模式。

二是实战模式。进行技能化（例如Autodesk Revit、CIVI 3D、BIM路桥和BIM古建筑等）专业建模软件的强化学习；将大数据、云计算融入到智能建筑和智慧建造中；进行了课程改革，增强了专业知识的趣味性和生动性，取得了良好的教学效果。

三是以赛促学、以赛促用，不断加强校企合作。通过全国BIM 大赛、结构大赛、BIM 岩土大赛，极大提高了学生的主观能动性和专业知识的学习兴趣，通过近几年的就业情况看，拥有BIM 等级证书和全国BIM 大赛获奖证书的学生就业签约率达到100%，处于供不应求的状态，学生在工作岗位很快进入角色，得到用人单位的认可，由于往届毕业生工作能力突出，用人单位招聘呈现良性循环。通过总结大赛经验，将大赛成果用于教学，效果良好。

5 结论

科技进步对社会提出了更高的要求，各行业之间你中有我、我中有你，而不是单一、孤立、互不干扰的存在。土木行业同样需要融入更多的先进技术和理论才能与时俱进，土建类高校的人才培养要与时代发展相适应，建立多学科交叉融合的人才培养模式是大势所趋，是输出高质量应用型人才的重要手段。通过教学改革、学术交流和专业研讨等活动，不断推进BIM 技术的多学科交叉融合，打造特色专业和特色课程，效果良好。多学科交叉融合充分调动了学生学习的积极性、开拓了学生视野、增强了学生的多专业技能和综合素质，不但提高了就业率，还为大学生创新创业提供了思路。