新工科背景下土木类专业BIM教学实践创新★

罗 征，王文军，高洪江

(浙大宁波理工学院,浙江 宁波 315000)

0 引言

BIM(建筑信息模型,Building Information Modeling)指在建筑全生命周期内,对其物理和功能特性的数字化表达及依次进行设计、施工、运营的总称[1]。该技术具有三维动态可视化、专业内及专业间的有效协同、全面数字信息化等特点,对优化设计、可持续性绿色设计、模拟施工、减少后期工程变更起到强有力的促进作用。2018年,全国两会代表委员王美华提出了“关于高校土木专业增加BIM技术课程”的提案,指出高校作为BIM技术应用型人才培养的主要承担者,其BIM人才的培养远远不能满足行业发展的需要。2019年1月,BIM技术员被列入了人社部公示的15个新职业之一[2]。BIM技术应用作为推动建筑业信息化的重要手段,因此探讨BIM教学体系构建将是新工科背景下土木类专业改革的重要内容和切入点之一。

从实践上看,已有不少高等院校[3-5]基于对构建BIM技术融入土木类教学体系进行了有益尝试,但对BIM技术人才毕业能力要求相比,土木类专业的BIM教学仍处于初级阶段,以下问题亟需解决:1)仅开设专门的BIM类课程,属于“碎片式”BIM学习,学生无法真正掌握和理解BIM的内涵,既有的BIM人才培养目标定位和课程体系需要优化调整,需要加强传统工程技术类课程与BIM的融合。2)BIM课程体系与学生工程基本能力、工程系统能力和工程创新能力培养的融合度不够,没有实现基于BIM的专业课程协同教学以及协同毕设。3)未形成系统的、多维度的BIM实践教学体系,难以有效提升学生的BIM综合应用能力。

基于上述问题,从2016年开始,浙大宁波理工学院(以下简称宁理工)BIM教学团队开始探索面向行业发展新趋势的BIM[6]教学体系构建,以此推进土木类专业建设改革与人才培养特色凝练,构建并实践了土木类专业多维度递进式BIM教学体系,如图1所示,并已在实际教学中取得了良好效果,可为同类院校土木工程专业建设提供借鉴参考。

1 应用型高校土木类专业BIM教学目标

在大学四年的学习过程中,土木类专业应该以培养符合BIM技术内涵与特征、社会对BIM人才的需求、学校办学定位与人才培养目标、专业的人才培养特色等四大原则为前提,合理地定位BIM专业应用人才的培养层次。

宁理工秉承培养“德智体美劳全面发展,具有人文精神和科学素养的高素质应用型创新人才”的教育理念,深知培养BIM专业应用人才的重要性。在土木类专业中,积极倡导“新工科”建设[7-8],意在培养能够适应当今土建行业智能建造与运营维护人才需求的新时代人才。这不仅要求学生掌握传统土木工程学科的基础理论和实践技能[9],更需要他们具备对新兴技术的了解和应用能力。

在综合考虑以上原则的基础上,宁理工土木类专业的BIM教学目标被明确定位为:培养具备BIM模型应用能力的学生,他们初步具备BIM协同工作能力与业务集成能力,同时具有中、高端型BIM人才的发展潜力,成为未来土木领域中不可或缺的BIM专业应用人才。通过系统化的学习与实践,他们将掌握BIM技术的核心概念与运用方法,能够在建筑信息模型的开发、管理和优化方面发挥重要作用。同时,他们也将具备团队合作与沟通能力,能够与其他领域的专业人员高效协作,为智能建造的推动与发展做出积极贡献。

2 基于能力导向的三层次递进式BIM课程体系

2.1 三层次递进式BIM能力体系

近年来,宁理工土木类专业坚持以新工科和工程教育认证为引领推动专业建设,按照能力导向教育理念以及我校BIM人才培养定位,提出构建“BIM基本能力、BIM系统能力和BIM创新能力”三层次递进式能力体系。

2.2 三层次递进式BIM课程体系

为与上述三层次递进式BIM能力相适应,从大一到大四的不同学习阶段,提出了三大类递进式BIM课程体系,即BIM驱动的专业课程体系,见图2。

2.2.1 BIM基础类课程

大一、大二独立开设《BIM软件应用》,并在部分专业基础课程中融入BIM,见表1。

表1 融入BIM的部分专业基础课

2.2.2 BIM应用类课程

在现有专业基础课的理论和实践教学环节中增加相应的BIM应用,实现结构深化设计、模拟建造、优化管理、控制成本等。部分融入BIM的课程举例如表2所示。

表2 融入BIM的部分专业主修课和专业模块课

2.2.3 BIM综合类课程

以实际工程案例为主线,任务为驱动,构建“以专业知识为基础、BIM技术作支撑、实际工程作载体”的综合实训课程——《BIM技术综合应用实训》。同时,也可结合其他独立设置的实习实训课程进行BIM应用学习,部分举例见表3。

表3 融入BIM的部分实习实训课程

3 多维度BIM实践能力培养体系

3.1 基于解决复杂工程问题目标,构建多维度BIM实践教学体系

BIM的内涵和特点决定了BIM教学需要面向复杂工程问题,强化学生BIM综合应用能力培养,为此从“时间维度、模式维度、空间维度”构建BIM实践教学体系,实现了课内+课外、线上+线下、校内+校外相结合以及课程实验、课程设计与综合与创新实践的融合(见图3)。规划建设了BIM实训平台,组建了学生BIM研习社,以创新创业训练和学科竞赛为主要载体,贯通第一、第二课堂,建立BIM线上教学资源库,开展校企协同育人,通过跨课堂的课内理论实践以及课外实践途径,让学生进行全生命周期的工程案例实训,提升了解决复杂工程问题的能力。

3.2 基于多维度协同教育理论,构建了跨专业方向的多设计模块BIM协同毕设工作体系

基于多维度协同教育理论,打造了跨专业方向的协同毕业设计工作体系(见图4)。首先组建跨专业方向的学生毕设团队和教师指导团队,形成人员协同合作;其次,充分利用BIM系列软件的优势,形成BIM软件协同应用;最后,以团队为毕设主体,通过土木建(构)筑物的设计、造价和施工等专业毕设任务的协同开展,共同完成毕业设计,系统培养和提升学生的BIM综合应用能力。结合BIM毕设大赛开展协同设计,学生在全国高校BIM毕业设计创新大赛、“鲁班杯”全国高校BIM毕业设计作品大赛中获奖。

4 结语

当前建筑业逐渐从传统建造方式转移到以现代信息技术为平台的智能建造时代,BIM是推进建筑业数字化转型的关键。为了培养面向智能时代“掌握智能建造技术、精通建筑信息管理、具有时代家国情怀”的土木类创新性应用型人才,坚持“能力本位”观念,宁理工BIM课程组创建了面向“BIM工程基本能力BIM工程系统能力、BIM工程创新能力”培养的三层次递进式BIM课程体系,体系涵盖并且贯穿工程全寿命周期的“时间维度、模式维度、空间维度”相融合的多维度BIM实践教学,课内+课外、线上+线下、校内+校外相结合的BIM实践能力培养的六大途径,保障了学生多元化、个性化的BIM学习需求。此外,基于多维度协同教育理论,围绕土木工程多专业方向毕业设计,提出了跨专业方向的协同毕业设计工作体系。通过人员协同合作和BIM软件协同应用,提出协同毕设的选题和任务书,利用BIM模型信息共享与传递、模型参照与智能提资等优势,通过BIM软件的协同应用,开展多专业方向的协同毕设工作和指导,最终以团队形式完成土木建(构)筑物的全专业协同设计和建造策划,有效提升学生的BIM综合应用能力和创新能力。