基于BIM 与CDIO―S 的建筑经管专业实验教学体系研究

纪凡荣，王德东，张俊卿

（1.山东建筑大学管理工程学院 山东 济南 250101；2.德州建设项目管理有限公司 山东 德州 253000）

1 基于BIM 的实验教学框架

BIM（Building Information Model）实验教学方法是基于模型结构分解，根据实验需求建立专业BIM子模型或总模型应用的实验教学方法。BIM 模型体系构成包括项目（Project）分析、专业（Professional）分析、应用模型（Playwell）、产品数据管理PMD（Product Data Management）、专业标准（Proprietary）、多方参与（Public）等部分[6]。

1.1 项目分析

项目分析主要是对经管类专业实验进行分类，形成技术、经济及管理三类实验群，及实验群内的实验项目。专业培养方案不同，所进行的实验群就不同。例如工程造价通常进行经济类实验群的实验。

1.2 专业分析

专业分析的目的是为满足专业教学要求确定建立BIM模型的类型。例如，工程造价专业要建立造价BIM 模型，工程管理专业需要建立施工BIM 模型等。

1.3 应用模型

BIM 模型建立的目的是开展专业实验。学生可根据任务书或实验方案将静态模型变为动态模型或者导入其他软件进行实验。

1.4 数据管理

PDM 是一体化集成技术[7]。在实验过程中应用PMD对BIM 实验的数据、过程、资源进行管理。

1.5 多方参与

BIM 是一个协同工作平台。学生可根据实验目的进行分工合作。基于学生个体的团队协作更具有意义。

国外很早就开展了钢轨磨耗的预测研究，早在1895 年就有人提出钢轨波浪磨损这一概念，至今已有百年历史[1]。目前主要形成了基于能量观点的计算摩擦功的磨耗预测模型和基于磨耗指数的磨耗预测模型，通过在线路上进行相关试验，对预测模型计算结果和试验数据进行比对分析。德国通过引入波长确定机理和破坏机理，对波磨进行分类，将波磨分为长波波磨和短波波磨。日本自1986年起为解决新干线上日益严重的波磨现象，利用小波分析对波磨进行探测，并通过在模型试验台上的试验，研究采用高性能合金制造钢轨对减少波磨形成的影响。

1.6 标准要求

建模标准不同会导致BIM 实验结果存在差别性。需要在实验准备阶段统一建模标准、实验步骤及成果要求。

2 基于CDIO―S 的实验教学流程

CDIO（Conceive，Design，Implement，Operate）是欧美工程教育理念，更注重实践能力的培养，让学生以主动的、实践的方式进行学习，达到工程能力与学科知识的完美结合[8-9]。其系统地提出了具有可操作性的能力培养、全面实施以及检验测评的标准。

在全球化和创新时代，高校没有一成不变的办学理念，也没有放之四海而皆准的教育模式[10]。CDIO―S 体系是在上述四个环节的基础上，增加总结S（Summary）环节后提出的教学体系。具体包括项目实验构思、实验设计、建模实现、模拟运作、交流总结五大模块。

2.1 实验构思

在实验构思时需要考虑BIM实验入课方式、可选的软件方法等内容。BIM 入课包括单一课程模式、交互教学模式、多课程联合模式等多种方式。在选择软件时要根据方便实验的原则选取相应的BIM 软件及辅助软件。

2.2 实验设计

在方案构思确定后就要进行详细的实验方案设计，包括确定实验的目标、操作流程、考核成果及成绩评定等考核机制内容。该阶段成果往往形成实验任务书或指导书。

2.3 建模实现

根据实验目的的不同可以重新建立或者根据既有模型进行分解，获得将要使用的实验模型。对于需要团队合作的实验，还需要将模型进行整合或分解，形成总模型或子分模型。

2.4 模拟运作

建筑经管类实验往往侧重于过程或运营，需要进行进度管理、安全管理、质量管理或运营模拟等实验。在模拟运作后即可得到实验结果，最终可形成实验报告。

2.5 交流总结

不同学生因操作过程不同可能导致不同的结果。通过对不同实验结果的交流与点评，可起到巩固BIM相关知识的作用。

3 基于BIM 的CDIO―S 实验体系构建

3.1 实验教学体系

基于BIM 与CDIO-S 的建筑经管类专业实验教学体系是以工程项目全生命周期为时间导向，根据总―分建模形式，利用BIM 技术，以BIM 为实施方法、以CDIO―S 为实践环节，模拟项目参与方在全生命周期间工作内容的经济管理类实验教学体系，其体系如图1 所示（p48）。

图1 基于BIM 与CDIO-S 的实验教学体系

3.2 实验教学内容

工程项目的全生命周期划分为项目立项、项目规划、项目设计、项目施工、项目交付运营及项目后评价等阶段。建筑经管类学生毕业后多从事工程管理、建设咨询、房地产营销策划等工作。因此主要从建设方、施工方、咨询方角度，模拟项目规划阶段、施工阶段及项目运营阶段的工作[11]。

项目规划阶段，模拟建设方的学生根据课堂基础学习的内容以及教师下发的任务要求，使用软件完成规划阶段的规划概念BIM 模型，提高学生规划策划的能力。

项目施工阶段，完成建筑BIM 模型、结构BIM 模型和机电安装BIM 模型的碰撞检测验证，使用NAVISWORKS等软件完成项目费用、进度等模拟，并利用AR等工具进行虚拟现实展示，使学生更直观、更立体地了解施工过程。

在项目交付运营阶段，模拟施工方、咨询方和建设方的学生可将项目实施过程中产生的信息数据使用NAVISWORKS 和REVIT 等软件导入分BIM 模型中，形成施工方、咨询方和建设方的BIM 模型，模拟基于BIM 的信息管理。

3.3 实验教学实现

3.3.1 前期准备

依据建筑经管类专业课程群的分类，为实现构建基于BIM 与CDIO―S 的建筑经管类专业课程体系的要求，可在最大限度保留原有课程的基础上，先完成核心课程的学习。培养学生基本的管理思维和能力，为学生快速、系统地形成知识体系打下坚实的理论基础。

3.3.2 实验教学方案的编制

实验教学体系普遍以理论教学课程体系为基础进行构建。根据实验教学方案，将教学课程分为理论类教学课程和实践类教学课程两部分进行编排。对于理论类教学课程的安排，可按学校既有的理论类课程教学编排体制进行。实践类教学课程编排依据各门课程形成认知性、设计性、综合性和创新性等类型的实验教学方案[12]，编制具体的操作性文件，包括实施内容与要求、相互研讨的问题及参考资料等内容。

3.3.3 实验实施

基于BIM 与CDIO―S 教学体系理论，开设工程项目管理、建设工程进度管理以及工程造价等实验，让学生从不同参与方的角度，进行总―分BIM 建模，并对费用管理、进度管理、质量管理等内容进行BIM 实验。

3.3.4 实验后总结

实验报告上交后，教师找出实验报告中的突出问题，在课堂上与学生互动交流，并做出点评总结，使学生对所学课程做到融会贯通。

4 实践案例

4.1 实验体系

根据已构建的基于BIM的CDIO―S 实验教学体系引导教学改革，某学院形成了BIM335 实验教学改革方案：依托学院的BIM实验室、造价算量坊及国家级建筑工程管理虚拟教学仿真试验中心形成3 个实验平台；依靠REVIT、广联达及斯维尔三种软件形成BIM 的3 种软件平台；在CDIO 体系上增加S 总结（Summary）环节形成CDIO―S的5 个实验教学环节。

4.2 实验群

为满足教学要求，根据BIM Project 的内容，构建了满足工程管理、工程造价、房地产等专业的实验群，如表1所示（p49）。保证学生有接触实验的机会，有互动操作的环节，实现实际工程与虚拟教学的联动。并根据逐步推进与专业需求的原则，开展具体的实验项目。

表1 实验群

4.3 实验方案

课程组为每一个实验都编制了指导书。每个实验指导书包括实验介绍、实验目的、实验步骤、实验要求、实验讨论、参考资料等内容。部分线上实验有引导视频。基本涵盖了BIM 的Professional 和Proprietary 的专业要求及实施标准等内容。

4.4 实验实施

课程组在实验过程中，教师根据BIM 的Play―well、PMD、Public 的内容，要求学生上机实验并提交实验报告。实验后，教师根据CDIO―S 体系，对实验进行点评总结，保证教学质量持续改进。

5 结语

基于BIM 与CDIO―S 的建筑经管类专业实验教学体系是将BIM 理论应用到教学中，通过现代化的虚拟仿真平台解决建筑经管类专业教学周期长、实践危险大、知识整合难等教学难题，旨在培养具备良好的专业素质和实践能力的复合型建筑经管类专业人才，契合我国高校建设的发展趋势，顺应了国内外高等教育改革的潮流和方向。