基于BIM技术的实训教学模式和方法研究

杜欢欢 林志豪 张津津

摘 要：BIM技术作为建筑行业“互联网+”的创新动力，其发展需要大量的人才基础。在培育社会亟需的人才同时借用新技术对高校专业教学活动中现存的问题进行探索。对基于BIM技术的实训教学模式的课程内容与方法进行讨论研究，通过设置不同深度的课程让学生引发对专业学习的兴趣，掌握BIM技术的实操能力，提升参与生产实习的代入感。同时推动专业教学与时俱进，为高校培养具有相应专业素养的BIM技术人才提供借鉴参考。

关键词：BIM技术;实训教学;实训基地

中图分类号：G642.0      文献标识码：A

建筑信息模型（Building Information Modeling）是在2002年被提出的一种可以贯穿建筑设计、施工以及运营等各个阶段的技术，因其可以有效提高建筑各项工作的效率、降低设计误差的发生、节省资源节约成本，广受全球业界内的认可和使用。BIM技术是涵盖几何、空间关系、地理信息、建筑构配件的综合性技术[1]，并且具有可视化、仿真优化等特点。2020年8月，我国多个部门联合提出的《关于加快新型建筑工业化发展的若干意见》指出应大力发展BIM技术，推进其在新型建筑工业化全周期的集成应用[2]，维护标准化部件库，增强交互共享，建立BIM审图和BIM报建审批试点等等意见。随着我国的现代化建设继续推进，越来越多的新型建筑、复合型建筑对从业人员提出了新的要求，BIM技术正是一种亟需专业人才去发展的创新技术。所以，作为培育高等专业人才的高校来说，需要紧跟社会行业的要求去发展了解并掌握BIM技术的土木类专业的学生。但目前的情形是许多高校未能将BIM全面引进教学，部分院校虽然认识到其重要性并引进了这一技术，却没有开发配套的课程和设计相应的教学环节。

实训教学通过实际的项目背景，模拟相应的工作环境，让学生充分了解一个实际项目所需要的专业技能以及工作方法，并通过组建团队提升合作能力。基于BIM技术开展实训教学可以有效转化本专业内各学科的理论知识，通过实践培养符合行业新要求的专业人才。

1  BIM技术在国内外的教学应用现状

1.1国外教学应用现状

BIM技术起源于国外，且由于信息技术发展较早，世界上许多的高校都已经将BIM引入到教学课堂中作为开展工程实践课程的辅助手段，让学生进行项目化学习，了解建筑全周期对从业人员的各种要求。例如美国的Arizona State University（亚利桑那州立大学），他们采用理论讲授与实训结合的方式，除了职业教师的课堂，学院还会邀请相关技术人员对实际工程应用中的重点进行讲演，让学生充分了解到所需要具备的职业素养[3]。而Texas University School of Engineering Science（德克萨斯大学工程科学学院）在2004年就注意到了这一技术的发展，并在之后设立了本科學习和研究生学习两种不同深度的BIM课程，在该课程中要求学生们掌握使用Revit、Sketch-Up、Navisworks等相关软件，最终实现模型的构建[4]。美国高校建筑工程相关专业学院对BIM课程的设置模式大致可分为四类，第一种为单一课程模式，如西伊里若斯大学的《住宅和商业建筑设计》、威斯康星大学的工程类课程选修课、怀俄明大学的《建筑工程制图》。第二种为交互教学模式，如加州州立理工大学的《建筑机电和管道课程》、科罗拉多州立大学的《材料和方法》、加州州立大学的《进度计划》。第三种为多课程联合模式，如科罗拉多州立大学的多专业联合课程、肯特州立大学的集成工作室以及怀俄明大学的建筑设计工作室。最后一种为毕业设计模式，即用BIM技术进行毕业设计[5]。这几种教学方式中，从教学角度出发最简单的是单一课程模式，只要有相应的课件配套即可，而另外几种对教学者的要求较高，需要本身有系统的BIM知识。

由国外的BIM技术于教学中的应用现状可知，他们较早地注意到了该技术的重要性，并发展出了较为多元化的教学方式。通过借鉴这些经验，可以更好地推动BIM教学在我国的发展。

1.2国内教学应用现状

我国由于信息技术发展起步稍晚，对于BIM技术同教学应用相结合的研究也相对稍晚。但近年来我国建设速度加快、强度加大，日新月异的城市化对建筑专业发展提出了越来越高的要求，从产业需求推动了教学活动地快速发展，相当多的国内高校尤其是土木专业重点高校也开设了BIM及相关课程。如东南大学的《BIM技术及应用》、哈尔滨工业大学的《BIM技术理论与方法》、浙江大学的《建筑信息模型》、河海大学的《BIM技术》、湖南大学的《BIM技术原理与应用》、中南大学的《BIM技术及其应用》、西南交通大学的《桥梁结构CAD与BIM技术》等，以上所罗列的课程皆为理论授课。而综合了理论与实际软件操作的有山东大学的《BIM基础-Revit》、华中科技大学的《基于BIM的工程项目管理软件》、长沙理工大学的《BIM技术基础及应用》等等[6]。通过所列举的部分高校，可以发现我国目前主要的BIM技术相关课程设置形式还是课件讲解、理论传授，即使有上机操作的软件课程也局限性较大，仅使用单一的某个建模软件。这主要是因为我们对专业人才培养的最终目标还未明确，单从理论进行讲解或局限于较浅的软件应用水平难以构建一个完整的学习体系。

2 建筑与土木类工程学科人才培养的问题

现有的建筑与土木类工程学科的课程体系中，基本可以概括为基础理论的讲授、习题作业练习、期末考试考核这三个方面[7]，包括一些画图与计算软件的课程，基本形式就是学生跟随老师进行机械地重复学习。课堂上教师单方面进行理论讲解、算例分析，课后通过作业与报告进行巩固，将对实践性与实操性有较强要求的专业内容变成了应试学习，难以引发学生主动学习主动探索的兴趣，且因缺乏实际项目背景与见识，导致对知识的理解困难加大。而作为课程和专业水平考核的期末考试、课程设计与实际工程项目所要求的差异较大。许多课程会设置期末考试或课程设计作为学科考核的方法，而题目的设置往往与实际应用关联不大，通常为某一两个公式的计算题，不会体现实际工程中问题与问题之间的复杂关联性，考核流于形式并增加了成果雷同与抄袭的现象。

3 基于BIM技术的实训教学内容探索

BIM技术作为覆盖了建筑工程全周期的综合型信息模型，其应用内容较为综合性、应用路径多元化，成为教学活动后可以将“知识、技能、素质”教育融为一体，创新教学组织形式，以工程为导向的协作学习为高校的产学研协同创新提供了新思路，根据项目案例进行实训教学活动的展开，可以让学生更好地了解工程项目需要如何管理，也在多次的实训过程中检验了现有产业活动的科学性和合理性。

3.1课程内容的设置

培育出符合行业标准的专业人才是高校教育的最终目的，建筑与土木工程行业对人才的要求都需要具备一定的工程项目管理能力[8]。从工程实际出发，一个工程实体从设计到施工再到运营，这三个阶段不是独立存在的，故具备工程项目管理能力需要有坚实的技术知识储备，还对经济和法律知识具有一定要求。除此之外还要有长短期计划的编制能力，以及相互沟通与组织能力，建设工程是系统性的工作，要求具备较强的团队合作意识和责任感。所以课程内容的设置也需要根据这些要求有针对性地开设，根据不同专业和年级的特点，由易到难，梳理现有的BIM资源，形成一个渐进的系列学习模块，设计教学内容，安排相应的配套教材、视频、微课程形成合力，完成教学资源的整合。在此基础上，明确教学组织，完善学生之间的协同分工。

BIM学习的熟练度可以分成四个层次，第一个层次即入门时主要接触二维模型，看懂图纸;第二个层次开始接触三维模型，整合部分数字信息，学会各方面的协同工作;第三个层次时已经掌握三维模型，有基本的数字信息，基本了解协同工作;第四个层次除了模型外还熟悉完整的数据库，做到熟练掌握协同工作。按照这种分级，首先应在其他专业知识的基础上对BIM技术的关键概念、原理等进行详细教学，利用如Revit、Navisworks等软件进行实际建筑模型和关键构配件细节的讲解，模拟出项目场地与建筑表现，提高学生对建筑各部位设计的理解，识读设计图纸并在此基础上对模型进行分析及优化设计，相互纠错，发现问题，加深专业课程的学习和实践。

高等院校作为国家建设人才培养的主要基地，一直不断为社会输送多学科的建设人才。温州大学瓯江学院在土木工程及建筑学两个专业中通过增设BIM课程，将BIM课程教学纳入培养方案中。在机房建设过程中通过产学合作、协同育人项目，与国内知名建筑科技公司合力打造新型BIM工程应用实践基地，推动落地的BIM应用教学。为学生提供更好的学习实践平台，增强温州区域BIM人才建设。

3.2建立科学的BIM教学方法体系

建筑与土木工程类专业是实践性很强的专业，特别是想要成为具有较高职业素养的人才，需要对理论有深刻的理解和丰富的实操经验，而实操经验则需在拥有一定理论基础的情况下通过多次实践训练，加以总结和继续对理论知识的吸收学习才能得来。因此，教师要侧重于学习资源地开发与分享，让学生从机械跟随与模仿转变成自主掌握学习节奏、选择学习内容、制订学习进度，激起学生的兴趣，拥有内驱力。将BIM技术应用在教学活动中，应该把注意力放在学生实践和应用的能力，而不是实践成果。通过安排一些工程应用软件的教学内容如：Revit、HiBIM、施工策划软件、脚手架工程设计软件等进行仿真建模，可以培养学生从设计数据出发，进行全过程模拟。这种利用了BIM可视化及工程模拟的特点的学习方式相比较普通的模仿更能激发学生的学习动力，让理论学习联系实际工程，进行深度学习。

基于BIM技术的教学活动要达成的教学目的应符合双圈学习（double-loop learning）规则，这种规则起源于组织学习，也被称为变革型学习，所以在实行项目化学习的课堂中也适用该理论[9]。当学生发现某一建模或某一单个管理效果与预期有差异时，通常会回顾自己的操作或管理策略然后不断进行修正，到最后达到预期为止，这被称为单圈学习，在新接触学习时是一种重要的能力，但在学习深入的过程中应当从单纯地试错得到答案转变成改变自身思维模式，即达成双圈学习。在思考如何达成预期的前提下，优化该预期在整体中的定位，这种灵活变通的学习方式和思考更适应目前社会对于人才的新要求。

3.3 构建BIM技术实训基地

从产学研协同创新的角度，合理搭配软硬件设备的投入，建立基于BIM技术的实训平台，对学生进行多层次建筑模型、机电管线模型分析、BIM施工阶段模拟训练，为理论知识向实践成果的转化提供充沛动力，发挥BIM技术可视化、可协同性、模拟性、优化性的特点与优势。

同时引入BIM科技公司的力量。国内目前已有多家BIM技术上市公司，高校的教学不能与社会实践脱节，在建设实训基地时，应结合资源丰富的科技公司力量，将现有分散的BIM教学串联起来，打通四年的分散教学。实践基地建设引入这些“新资源”将现有积累的教学资源分层、分类、打包，形成针对不同专业、不同年级的从基础到初级再到中高级的BIM示范教学模块。另外近年来许多软件公司研发了自主软件，希望通过主办赛事进行推广，组织学生参与相关竞赛可以进一步锻炼学生的竞争合作意识、团队信任能力、创新创业能力。通过选拔与竞争，建立模范团队，在校内推广团队模式与团队培养方法。实训基地建设可运用互联网思维通过企业学校线上线下教学整合对接BIM实践。引进BIM技术培训团队，帮助提升现有BIM教学内容，将企业优势转化为教学优秀，提升专业教学质量。

最后让学生有机会在依托实际项目的环境中模拟进行建筑工程建设的全过程模拟，从图纸设计到工程造价预算，施工现场管理和项目运营维护等。通过增强不同院系不同专业的学习交流，统一培养目标，共同设计相应课程，增强教学活动中不同专业知识的呼应。增强校企联合，聯系建立校外的实训基地，积极邀请企业中的BIM技术工程师作为校园讲师，通过线上线下的会议讲座、实训模拟课堂指导等方式将一线工作人员的实际经验进行讲授，再带领学生到实训基地进行观摩学习。相比于普通的建设工地参观学习课程，这种有前期知识储备、BIM全过程模拟施工经验后，再进行工地实践，学生能够有针对性地提出更多有意义的问题，更好地掌握专业知识。

4 结语

BIM技术作为一种建筑行业实行“互联网+”的可行路径，正慢慢破除原先行业中的信息壁垒与隔阂，各专业学科相互融合的需求越来越大，这是人才培养的大方向之一。基于BIM技术开展教学活动，可以让学生在学习阶段接触新兴技术所需要的前置知识，并将课堂内容同工程项目实际操作相结合，让学生体验从业后所需具备的职业素养。教育须具有前瞻性和创造性，新技术的引入推动了教学上的与时俱进。实训实验教学与最新的行业趋势相结合开展实训课程，能够更好地培养既有专业知识又有实践能力的专业人才。

参考文献：

[1]Jin X，Li B K，Luo S M . Practice and Exploration on Teaching Reform of Engineering Project Management Course in Universities Based on BIM Simulation Technology[J]. Eurasia Journal of Mathematics Science & Technology Education， 018，14（5）：1827-1835.

[2]中華人民共和国住房和城乡建设部.关于加快新型建筑工业化发展的若干意见[2020-8-28].

[3]Kang F J，Hua X，Hong-Hong L I，et al. Overview of Development of Visualization Simulation Technology[J]. Journal of System Simulation， 2009.

[4]Bai Y，Huang Y . Construction Engineering and Management Programs in USA[J]. Journal of Engineering Management， 2013.

[5]张尚，任宏， Albert P.C.Chan. BIM的工程管理教学改革问题研究（一）——基于美国高校的BIM教育分析[J].建筑经济， 2015（01）：113-116.

[6]许福，屠梦成，李强伟，张艺源.专业认证背景下土木工程专业BIM课程体系建设现状与建议[J/OL].土木建筑工程信息技术：1-10.

[7]李文，张云峰，滕振超.基于BIM技术的土木工程专业实践教学模式的研究[J].科技风，2021（07）：35-36.

[8]邓曦，赵彦.基于人才需求和能力导向的BIM实践教学体系研究[J].现代商贸工业，2021，42（12）：145-147.

[9]周晓，谢飞，朱强，范庆春，林琴.新工科背景下软件项目管理课程教学模式和方法研究[J].合肥师范学院学报，2020，38（06）：87-91.

基金项目： 2020年产学合作协同育人项目（项目号：202002129039）

作者简介：杜欢欢（1987—  ），男，汉族，浙江衢州人，硕士，实验师，研究方向：绿色建筑、建筑信息化（BIM）、组合结构等。