BIM技术在土木工程专业教学中的应用

黄晓玲 陈思宏

【摘要】本文论述BIM技术在土木工程专业教学中应用的意义，指出当前BIM教学中存在连贯性不足、理论内容缺乏实践支撑、考核形式未侧重实践等问题，提出积极发挥BIM技术虚拟仿真实验室的优势、积极促进BIM技术在教学中的渗透、运用BIM技术改革专业毕业设计等策略。

【关键词】BIM技术 土木工程 教学改革

【中图分类号】G64 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2022）27-0145-04

随着我国教育体制改革的不断深化，国家对基础行业专业人才的培养提出了更高的要求，因此土木工程专业的整体教学改革问题越来越受到教师群体的关注。在土木工程专业教学中有效运用BIM技术不仅能进一步提升整体课堂教学的信息建模效率，而且对整体专业的知识内容模拟和应用优化具有深远的影响。教师应当进一步优化教学思路，针对目前教学过程中存在的教学问题进行统一优化，构建新型的专业教学模式和体系，以提升学生的专业素养和能力。本文对土木工程专业中有关BIM技术的应用改革问题进行了深层次的研究和讨论，希望能够启发教师在进行实际的教学形式创新过程中更多的思考，从而为优化我国土木工程领域的人才培养策略打下更好的基础。

一、BIM技术在土木工程专业教学中应用的意义

在教学中应用BIM技术能增强教学的可视度以及可模拟度，提升教学效率。BIM技术作为一种能覆盖建筑物全生命周期的信息模型、建筑工程管理行为模型全流程的新型技术方法，不仅是未来绿色建筑行业的发展趋势，同时也是建筑行业与信息化紧密结合发展的宏观方向。在生产实际中，BIM相关技术人员主要以三维数字技术为整体理论基础，并通过数字信息仿真和模拟建筑物的海量数据信息完成相应的数字建模。此种方式能使开发人员结合信息模型进行广泛深入的交互协同，大大提升了项目决策人员的工作效率和决策精准度，同时也能够使整体土木工程建筑项目实现更好的可视和可模拟管理。

因此，在土木工程专业教学过程中，教师通过有效结合BIM技术数字模拟系统的技术特点，能够将教材和文字描述信息中平面而抽象的工程建设关键信息以三维图像呈现，能更好地提升学生学习理解知识内容的效率。并且BIM技术可以结合土木工程项目的全过程进行动态模拟化处理，能够方便教师在教学中各个项目具体的环节开展教学引导，也能够方便学生统筹思考各不同项目各环节之间的联系，分析它们的相互影响，最终为提升总工程专业课堂的教学效率和教学质量起到深远的铺垫作用。

在此结合过程中，教师依托BIM技术也有利于优化培养方案设计，更好地利用空间表现和视觉渲染等功能生动地再现知识点。教师在实际教学讲解的过程中通过适当延伸BIM相关技术的内容，在拓宽学生眼界的同时，也能加强学生对土木工程行业发展趋势的宏观把握能力，既帮助学习能力相对较弱的学生进行更加直观地理解，也能够为学习能力较强的学生提供更加深入全面的技能延伸，提升整体课堂的教学效率，最终有效提升全体学生的专业素养、能力。由于BIM技术覆盖了土木工程行业的全过程，通过这样的教学模式，学生的专业技能全面性将得到显著提升并促进土木工程专业与其他专业的技术交流，进而更好地推进土木工程行业的进步。

教学中运用BIM技术，也为进一步实现院校向企业长期输送专业人才的战略提供了稳定的渠道。院校运用此技术所培养出来的人才，更能满足企业的用人需求，并有效针对人力资源的管理和面试成本进行控制，最终提升企业人才引进过程的性价比。

二、现存问题

（一）BIM技术的教学应用连贯性仍需提升

在土木工程专业教学改革中，一些教师往往将整体BIM技术拆分至各专业课程当中，这虽然能够进一步加大技术与课程内容之间的联系和渗透程度，但也不可避免地削弱了BIM技术的教学应用连贯性。这造成了学生只能够通课程内容延伸来粗浅地了解BIM技术，影响了学生结合实际问题运用技术的能力培养。在另一方面，这样的情况制约了学生通过运用BIM技术来提升自身专业和未来就业的发展质量，最终使引入BIM技术的培养目标本末倒置，同时也浪费了大量的教学时间和资源成本。除此之外，由于整体BIM技术的运用范围和周期相对较长，这也使学生在漫长的时间跨度间容易发生前后知识的记忆和运用问题，不仅严重影响教学质量，同时也给学生的专业知识学习带来更多的任务和负担。

（二）理论内容缺乏实践支撑

在土木工程专业教学改革工作实践中，实习教学的开展方式直接影響着学生知识运用能力和实践水平的质量。教师往往会带领学生通过实地观察土木工程施工现场来提升学生对专业的认知和实践的经验，以此有效加强学生木工程实际施工流程的规范性，有效巩固理论知识和教材上的内容。但是由于土木施工现场情况往往较为复杂，为了避免学生在施工现场受到伤害，整体的施工参观区域往往建立在较远的安全区，学生只能远远观看。这样的情况不仅使实习教学过程具有较大的局限性，而且在一定程度上也会造成学生忽视整体实习活动的现象，最终使实习流于表面，难以取得原本的教学设计效果。除此之外，教师在运用BIM技术手段来加强整体的实习效果时方式较片面，往往只能通过板书或PPT呈现信息和知识点，这也在一定程度上制约了整体土木工程实习教学的效果，令学生理解整体知识的逻辑架构时缺乏实践内容的支撑，降低了知识内化效率。

加入土木课程专业教师队伍的青年教师数量不断增加，在一定程度上解决了长期缺乏专业教师的问题，但是由于青年教师自身的实践经验和理论知识储备还存在较大的提升空间，因此讲授专业课程时也相应地偏向对理论知识的讲解和引申。这样的情况造成了专业学生在遇到土木工程项目的实践疑问时，教师并不能很好地针对具体问题深入进行讲解。除此之外，教师在实际运用BIM技术时，也会受到自身实践经验不足等因素制约，最终难以帮助学生深层次理解和运用BIM的技术。

（三）考核形式未侧重实践

由于目前我国大部分土木工程专业的考核以实践报告和考试成绩的综合成绩进行整体专业结果评定的形式为主，这使学生为了能够获取更好的期末成绩更加偏向对理论知识进行集中巩固与探究，因此影响了专业实践和理论的结合质量。实习报告由于缺乏对实践能力的考察方式，最终也只能流于书面的形式，对学生的实际能力提升和未来就业所起的帮助作用有限。除此之外，专业考核内容的理论偏向也会造成BIM技术的实际应用作用进一步削弱，学生会产生忽略BIM技术学习的现象，同时产生不好的学习风气，最终影响学生对BIM技术的实际运用和训练效果。

三、BIM技术在土木工程专业教学中的优化途径

（一）积极发挥BIM技术虚拟仿真实驗室的优势

为了让BIM技术功能得以有效深入应用，学院应积极建设与BIM相关的虚拟仿真实验室，积极发挥BIM技术虚拟仿真实验室的优势。这样，教师开展教学的时候不仅能够依托实验室中海量的教学资源、数据补充学生的理论知识体系，也能够进一步结合BIM技术构建土木工程项目的虚拟仿真环境，从而在保证学生充分安全的前提下，尽可能有效重现土木工程现场的施工环节。

例如在构建环境设计与施工虚拟仿真实验室的过程中，为了能够更好结合BIM技术，帮助学生认知高危或极端环境下高成本高消耗的大型项目施工流程和施工规范，教师结合教学实训系统按照节点进行资源划分。首先从整体上有效构建实验室的设计主体，并根据需求，结合信息数据系统进行装修与水电路改造的教学；其次根据施工工艺区域进行相应的划分，从而让学生结合BIM技术学习用户板墙施工工艺、整体石膏板吊顶等一系列工艺流程，发挥整体虚拟仿真实验室的最大功效。此举结合不同的施工流程通过BIM技术进行有效的数据建模、进行相应的模块化分解，从而更直观地呈现节点图、施工图以及现场实例图等数据信息，能够更充分利用整体数据模型的动态展示功能，让知识点更为具象化，帮助学生整体认知模型的结构。同时，借助实验室模拟系统内置的计算功能，学生可方便地添加计算数据，虚拟、设计并计算出相应的模型，且后续可自由地对其修改和优化。减少了教学的压力，提升了学生的积极性。

此外，在构建完成实验室硬件设施后，教师应当优化相应的软件系统，有效开展平台账号管理和数据交互，并结合体系内的软件进一步提升BIM技术的应用水平。如为了能够更好提升学生对模拟场景和信息模型的观测和分析质量，教学团队在模拟实验室中设计了全场景动态漫游和沙盘360度自定义认知场景体系，其中也包含相应的施工动画视频，从而在不同施工场景、各过程节点中，令BIM技术都能全面介入分析和探究之中，提升教学效率，有助于整体提升教学内容的连贯性。

（二）积极促进BIM技术在教学中的渗透

教师可以结合现有的教学资源和技术设备资源进行二次开发，让BIM全面渗透专业课程的教学。就土木工程专业的施工类课程而言，主要体现在施工现场的布置工作方面。因此，教师教学过程中需结合建筑信息模型，模拟和调整再现整体施工现场，从而更好为学生讲解不同位置的设计可能发生的问题。除此之外，教师也可以结合BIM技术中的功能，通过动画模拟整体的施工布置。这样不仅在教学中即明确整体布置的流程和运用要求，还能高效提升学生对整体施工布置过程的把控能力，培养良好的一体化布置习惯，更好地为之后的材料购置计划的设计学习做好铺垫，最终使技术与课程需求进一步契合，有效提升学生的BIM技术应用能力。

教师还可根据不同专业课程特点开展有针对的优化，让BIM技术与土木专业的重要课程更为适配。首先，在造价类课程的优化方面，教师可将其作为落实教学改革的重要抓手。在传统的土木工程造价类课程的教学过程中，教师往往需要列表展示不同施工材料的性质和价格，但是繁冗的信息不仅令学习和记忆产生较大难度，也不利于学生后续使用。而当教师通过BIM技术以直观化的动画分别展现材质的特性，可加深学生对不同材质信息的记忆，也提升了学生选择材料时的效率，更好地控制造价。教师还可以通过结合相应的特殊插件，有效减少不同造价材料的汇总计算量，从而能够快速、科学地给出材料搭配设计结果。学生掌握了相关的技术之后，也能结合自主设计需求进一步优化选择施工材料的成本，提升专业素养能力。

其次，在设计类课程的优化方面，随着该类课程在土木工程专业教学中占比越来越重，学生未来就业发展也越来越需要该项专业技能。教师可提升BIM技术在设计类课程中的渗透质量，加强不同课程在设计层面上的联系，从而构建结构完整的知识体系，教会学生高效使用设计软件，并为进一步提升课程教学中的工程案例支撑质量做铺垫。教学实践中，教师可引导学生通过构建建筑信息模型并结合相应的设计类软件优化施工要素分析和设计图纸；通过对比建筑管线模型，更为高效地找到设计问题和隐患。这样不仅可以大大提升设计工作的效率，也能通过BIM技术功能提升不同设计内容的标准化程度，从而在宏观层面上形成整体性系统设计，有效提升学生实际设计能力。

最后，在实践课程的优化方面，与BIM技术融合的设计课程也能够结合模拟实验室开展实践，将学生自主设计的内容在现实中呈现。这不仅能够引导学生结合实用性和施工环节的各种因素综合考量所设计的内容，还能提升所设计内容的科学性和标准性。例如，在混凝土结构课程设计课程中，做盖楼设计时，就可以用接口软件将BIM建筑模型导入结构分析软件，形成BIM三维结构模型，最终获得楼板的钢筋和施工图。通过列举这样的施工案例让学生直观地看到BIM技术对土木工程施工的重要性，也能够进一步优化学生的整体性思维，从而为实际工作发展起到有效的促进作用。

（三）运用BIM技术改革专业毕业设计

在传统的土木工程专业毕业设计教学指导过程中，由于大部分学生的毕业设计主题往往更偏重房屋建造类的设计内容，因此主要的设计完成过程由教师提供工程概括和资料信息，并结合学生对资料信息的筛选进行后续图纸的完整设计。这样的毕业设计完成方式虽然能够在最大程度上完善学生的设计和技术应用过程，但是也会造成学生群体的设计思路和设计结果出现千篇一律、创新不足的问题。

为了能够更好地解决这样的实际问题，专业教师可以结合BIM技术的功能改革专业毕业设计，协同企业推出相应的毕业设计比赛活动，并鼓励学生将自身的毕业设计作品作为企业研发和拓展的实验项目进行设计和优化，夺取更好的比赛成绩，也能有效提升毕业设计的原创性和创新性。这样的教学改革能够有效全面提升学生毕业设计水平和自身专业素养能力，也有利于提升学生未来专业就业的核心竞争能力。学生通过对这样的创新资源进行分析和学习，不仅能够更好掌握专业课的理论知识体系，而且也能够结合教师对案例的独特讲解全面提升自身的BIM技术实践应用能力。

总而言之，在国家和社会对未来土木工程行业领域进一步深化发展的核心要求指导下，专业教师应当依托BIM技术优化教学思路、教学过程，并积极发挥BIM技术的优势，更好地结合建筑信息模型技术的功能来进一步实现课堂教学的改革与创新，为加强学生的理论知识体系完善和实践能力培养进行积极尝试。

参考文献

［1］孙巍巍，周广荣，范进.基于BIM技术的土木工程专业课程协同教学改革研究：以南京理工大学土木工程系为例［J］.教育教学论坛，2018（35）.

［2］王建超，周静海，侯微，等.BIM技术在土木工程专业主干课程教学改革中的应用探索：以沈阳建筑大学为例［J］.中国土木工程学会.中国土木工程学会，2016（4）.

［3］杜晓琳.BIM可视化技术在土木工程专业教学改革的应用分析［J］.市场周刊（理论版），2019（2）.

［4］王柳燕，王舜，赵柏冬.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）.

［5］郭闪闪.基于BIM技术的土木工程专业实践教学改革探索［J］.教育现代化，2018（15）.

［6］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）.

注：本文系2019年广西职业教育教学改革研究项目“基于‘1＋X’背景下的BIM职业标准与课程融合的探索”（GXGZJG2019B078）的研究成果之一。

作者简介：黄晓玲（1990— ），广西合浦人，讲师，本科，主要研究方向为土木工程；陈思宏（1986— ），廣西宾阳人，高级工程师，研究生班学历、学士学位，主要研究方向为职业教育。