基于BIM技术的应用型高校土建类跨专业联合毕业设计探索与实践

万军 吴浪 先知平

摘要：通过分析土木类专业毕业设计现状，在数字化背景下，结合行业需求，将BIM技术应用于毕业设计实践教学环节，构建联合毕业设计教学实施体系，实现跨专业协同设计，各专业的同学都能充分演绎本专业工程师的角色，学生大工程意识、沟通能力、创新能力、团队协作能力得到很好的锻炼，使学生能适应信息化时代下工程建设行业对人才的需求。

关键词：BIM；土建类；跨专业；毕业设计

Exploration and Practice of Cross-disciplinary Collaborative Graduation Design in Civil Engineering Based on BIM Technology in Applied Universities

Abstract： By analyzing the current situation of graduation design in civil engineering majors and combining with industry demands in the digital context， BIM technology is applied to the practical teaching of graduation design， and a collaborative graduation design teaching system is constructed to achieve cross-disciplinary collaborative design. Students from different majors can fully embody the role of engineers in their respective fields. This approach allows students to develop a better understanding of engineering consciousness， communication skills， innovation ability， and teamwork ability. It helps students adapt to the talent requirements of the construction industry in the information age.

Keywords： BIM; civil engineering; cross-disciplinary; graduation design

现今，我们处于一个信息和技术飞速发展、知识迅猛增长的时代，建筑工程行业也得到重新定义。在数字时代景下，新技术不仅对传统建筑工程设计提出了新的要求，而且当今建筑学科的发展伴随着多学科领域如社会、经济、能源、人文、地理的结合，正朝向跨学科的“大融合”趋势发展。

社会在不断发展，建筑工程行业也不断地演变，需要工程师与建筑师应对不断变化的工作环境和工作内容，以满足社会的需求。这就要求土建类人才的职能也在持续拓展，原来根系化、碎片化和原子化的知识结构，与以分析式思维为主导的时代发展越来越不相适应，受到业界的批评[1]。许多国家正在实践多学科融合的“大工程观”教育运动，以增强学生的协同能力、交流表达能力和系统的工程训练，使工程教育重回其真实性，得到业界广泛关注。

通过结合国际上比较先进的工程教育理念，本文基于BIM（Building Information Modeling建筑信息模型）技术可以实现多专业协同设计，使毕业设计更加符合现代教育的系统性和实践性要求[2]，使得学生不仅能够充分体现出本专业工程师的角色，同时也可以锻炼解决问题能力、团队协作能力、并熟练掌握项目实施流程、节点控制等领域的相关知识，从而更好地融入即将开始的职业领域。

1土木类专业毕业设计现状

地方高校土木工程类专业长期采用传统的毕业设计模式，存在诸多弊端。比如选题有单一或相近的主题，大部分题目都是老师设计的，虽然结合了工程背景，但与实际工程情况有很大差异。目前土木工程专业的毕业设计主要集中在建筑设计、结构设计、施工组织设计、给排水工程设计、电气工程设计、工程造价和工程招标等方面。各个专业方向相互隔绝，相互之间的合作和交流较少。因此在设计的实施中缺乏系统的思考，在解决具体问题时往往会遗漏一些细节，影响了设计过程的效率，学生的综合应用能力得不到提高。

设计任务书由指导教师制定，一般指导8个学生左右，一人一题，选题多是多层钢筋混凝土框架结构或钢结构设计，较少选高层或超高层建筑，主要原因是复杂选题可能会导致大多数学生无法按时完成全部设计任务[3]。

此外，师生毕业设计过程缺乏有效沟通。一方面，学生在毕业设计的过程中缺乏向指导老师及时反馈的习惯，另一方面，指导老师也可能对学生设计工作没有及时把控，这都可能导致最终的设计成果不尽如人意。

上述出现的问题导致毕业设计同质化现象极其严重，创新不足，工程实践与实际工程要求差距较大。学生对工程的系统性和整体性缺乏理解，实践技能落后于现代数字化的要求，不能满足工程实践和用人单位的需求。

BIM作为近几年快速发展起来的建筑信息化的核心技术，是一种应用于工程设计建造管理的数据化工具。通过参数模型整合各种项目的相关信息，在项目策划、运行和维护的全生命周期过程中进行共享和传递[4]。通过引入BIM技术，为土木类专业学生提供接近实际工程的学习环境，加强实践能力，为将来从事BIM技术相关工作做好准备；同时也能够帮助教师提高工作效率，促进BIM技术的使用和推广，为社会培养更多实用性强的专业人才。

2联合毕业设计教学实施

江西科技师范大学土木工程学院以区域经济发展和行业需求为导向，以强化工程实践能力为核心，为地方和国家培养了一大批土木工程专业技术人才和管理人才。为了适应数字时代需求，学院已逐渐将BIM技术纳入课程体系中。本文基于BIM技术实现土建类跨专业联合毕业设计。

2.1课程目标

创新毕业设计模式，实现多专业联合毕业设计，践行 CDIO 教学理念。对学生按照专业分组，对应工程参与主体完成相关工作，建立并充分应用 BIM 云平台，发挥信息技术优越性实施联合毕业设计，培养学生的大工程意识和协同工作、系统思维能力。

2.2构建项目组织机构

联合毕业设计是以项目建设全过程为目标，课题负责人作为项目设计总负责人，将不同专业的老师、学生集合在一起构建一个项目设计部，来完成一个项目多专业设计任务。具体由建筑学、土木工程、建筑环境与能源应用工程、工程造价四个专业的同学协同完成项目中建筑、结构、空调、给排水、施工组织、造价等设计任务。

设计总负责人制订项目设计总工作计划，统筹安排、确定设计总目标，协调各方需求，完成毕业设计阶段性审查和最终审核工作；各专业老师细化各专业设计任务、下达设计任务书，明确责任描述和交付成果，负责各专业方案制定、模型构建和施工图设计全过程指导；各专业学生分别承担相应专业的设计任务，根据设计总任务的进度计划适时提交设计成果。

考虑到联合毕业设计对学生的专业知识和软件运用有较高要求，因此根据自愿参与的学生人数对学生进行择优选拔。最后确定建筑学专业1名同学，土木工程专业1名同学，建环专业1名同学和工程造价2名同学组成毕业设计团队，协同完成一个项目全过程设计任务。

2.3毕业设计流程

本项目采用中心文件的方式进行协调，团队中每个专业的修改都实时的进行更新，构件的扣减比较准确。为了实现快速定位，提高装配效率和精度，团队采用了共享坐标系。此外，所有模型文件应采用统一的高程系统，以避免组装后不同专业高程不一致的问题。

建筑学专业同学可以利用BIMSpace来进行系统的模型搭建。土木专业在广厦当中进行结构计算然后导进Revit中来进行局部调整完成结构模型。机电专业利用BIMSpace当中的模型样板文件来进行标准化的模型管理。机电专业整合链接建筑和结构模型的方式进行协调。依据设计完成的完整模型数据，造价专业完成工程量计算提交完整的全专业的招标工程量清单。工程管理方向完成总平面图布置、施工场地布置模型、施工进度计划、工序动画、施工组织设计文件、施工模拟动画、BIM5D相关数据内容。

3 BIM技术在毕业设计中的应用

案例项目为学校新建的药学楼，建筑面积5800平方米，层数为5层，框架结构。土木工程学院BIM中心机房提供软件和硬件支持，本项目主要采用的软件有Revit、AutoCAD、鸿业BIMSpace、Navisworks、SketchUP、Fuzor、Lumion。Revit为本项目的核心BIM软件平台，AutoCAD、Naviswork、Fuzor、Lumion、SketchUP分别用于本项目数据查看输出、碰撞检查、虚拟漫游、视觉处理、以及局部三维表达。此外，广联达BIM土建计量平台GTJ2021图形算量软件，广联达 BIM 安装算量 GQI2021，广联达云计价平台 GCCP6.0，广联达 BIM 施工现场布置软件，广联达斑马进度计划编制软件，广联达BIM工序动画制作软件，广联达BIM5D，BIM 云空间，BIMMAKE、BIMFACE软件，造价和工程管理方向同学必须掌握。

3.1全专业模型搭建

利用所见即所得的形式，项目设计、建造过程中的沟通、讨论、决策都在可视化的状态下进行。各专业通过BIM软件建筑出平面图后合模，相应各专业立面、剖面、三维视图随即生成，过程可视化，结果同样可视。

3.2设计查错优化及净高分析

运用Navisworks软件对模型进行碰撞检查，发现碰撞后BIM各专业同学将碰撞记录并整理成文，转给其他设计专业进行复核，进行优化设计，然后在模型中进行修改。

通过BIM各专业综合管线优化，合理排布管线，有效控制净高，保证装修施工完成面，减少后期返工及现场各专业纠纷问题。本项目核查碰撞部位逾千个，通过净高分析，更加形象、直观、准确的表现每个区域的净高，为后期装修设计提供数据支撑，可以有效降低层高。

搭建设计阶段全专业BIM模型，发现设计图纸问题共计46处，可以减少施工阶段的设计变更，避免材料浪费。通过模型汇总核查，共计发现预留预埋洞口35处，可以减少施工阶段二次开洞，保证主体结构的美观性，减少浪费。

3.3造价阶段

通过BIM模型精确获取实物工程量共计12种类型，主要包括三通一平、混凝土、管道及管路附件、预埋预留洞口、防火门等实物工程量。将模型和数据直接接入专业预算软件广联达，利用BIM可以实现模型的实时工程量统计，在保证使用功能的前提下，减少工程量可以最大限度的控制成本。

3.4施工阶段

将建筑Revit模型及GTJ模型导入BIMMAKE转换成为施工BIM模型，创建真实的主体结构模型，为精细化的场布奠定基础。通过这种直接导入的方式，实现模型一模多用，避免重复建模。

对施工场地各阶段布置的三维模拟，使场地布置方案得到事先预演，明确各施工机械空间位置，场内道路布置走向，提高现场机械的覆盖率，降低运输费用及材料的二次搬运，保证各施工阶段施工场地的高利用率，合理优化空间、提高安全性及便捷性。

BIMMAKE自带渲染引擎，可以完成高质量渲染图片与动画，模型上传云端，可轻量化浏览模型，方便交流。

3.5项目BIM管理平台

利用BIM5D平台进行施工管理，可以利用3D、4D （3D模型+时间）、5D （3D模型+时间+费用）模型在投资者、业主、设计师、施工方、预制方、设备提供方等项目参与方之间进行沟通，从而节省决策时间，减少误解造成的错误。

通过BIM技术引入设计过程中，使设计变成一个系统化、规范化的过程，从而提高设计效率和水平。设计可以采用多种方式进行，不仅可以在建筑模型上进行操作，还可以在模型中直接进行详细分析和批量修改，大大提高了设计效率。

同时，毕业设计工作量也可减少，可以将过去耗费大量时间的设计图纸绘制及管理的工作量减少，图纸绘制时可以直接从模型中生成，节省了操作时间。此外，还可以更好地及时发现设计问题，找到解决设计问题的方法，避免设计失误。最后，可以为学生提供一个客观可靠的设计成果评价标准，帮助指导老师更好地把握学生毕业设计的进度。

4存在的问题及改进建议

1.小组成员缺乏实际项目经验，对施工现场实际情况了解不够深入，导致很多工作开展进度缓慢。例如对于工地现场临时设施的布置，使用软件模拟得出的工程现场效果与实际场地存在差距，电脑模型的观察效果与现场实际也无法做到匹配，学生往往在进行场地布置时只能做到从书本上的理论知识出发。对此指导老师应加强与学生的交流，在前端课程加强现场实训，加强校企合作。

2.应用的软件较多，软件间的数据传输会不同程度地导致数据丢失，加大工作量。联合毕业设计使用各种 BIM 类软件共计 20种，其中不同品牌软件之间进行模型传递只能借助 IFC 插件，但是往往会出现数据丢失的情况，甚至出现一些构件移位或者消失。对此问题，只能要求学生加强软件操作的细节把控。

3.时间安排困难。各专业工作从工作程序上来讲存在时间先后关系，而按照学校统一的教学安排，各个专业的毕业设计时段是一样的。对此问题，团队设计了详细的工作计划，并把毕业设计工作提前至大四上学期，建筑方案统一提供，从而保证了各专业都能及时开展工作。

结语

BIM技术已成为建筑业数字化转型的关键技术，目前行业对BIM人才的需求逐年增大，地方高校理应积极响应国家政策的倡导，重视BIM人才的培养，为地方企事业单位输送大量掌握BIM技术的人才，填补高校在BIM人才培养方面的“缺位”。本次基于BIM技术跨专业联合毕业设计契合了现代工程教育的要求，学生既掌握为了新技术，又实现一次全专业，全过程真实案例预演。学生解决问题的能力、专业协作能力、关键节点把控能力得到了很好的锻炼。毕业设计过程中学生热情很高，顺利完成毕业设计任务，达到了预期效果，为大规模联合设计提供了经验。

参考文献：

• 张玉龙.基于BIM-CDIO的土建类高校跨专业联合毕业设计模式研究[D].河北建筑工程学院，2019.
• 丁昶，王丹丹.多专业联合毕业设计模式的思考[J].工业设计，2022（01）：39-41.
• 孙传智，乔燕，郞?.BIM在土木工程专业毕业设计中的应用探索[J].教育教学论坛，2020（13）：248-249.
• 胡燕利.基于BIM技术的电力工程造价管理研究[J].通讯世界，2019，26（08）：231-232.

基金项目：2021年江西省教育厅高等学校教学改革研究课题“基于BIM-CDIO的地方高校土建类跨专业联合毕业设计模式探索与实践”（JXJG-21-10-31）

作者简介：万军（1979—  ），男，汉族，江西南昌人，硕士，讲师，主要从事土木工程专业教学与科研。