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基于BIM的土木工程课程体系改革研究

  • 教育论文
  • 2021-06-06

刘梅 王彦明 衣振华

[摘 要]高校是培养与输送行业后备人才的基地,随着BIM技术逐步推广和深入建筑行业各个领域步伐的加快,社会和建筑类专业对BIM人才需求量不断增加。基于国内外BIM教学经验,针对在土木工程专业建立完善的建筑信息模型技术BIM课程教学体系和与企业及软件公司共建BIM课程实践教学平台等关键问题,提出了一系列BIM教学改革建议。

[关键词]BIM技术;教学改革;建筑行业

[基金项目]2020年山东大学教育教学改革研究项目、土建与水利学院教育体系“创新驱动发展”规划项目“基于BIM的土木工程课程体系改革研究”(2020Y063)

[作者简介]刘 梅(1978—),女,山东淄博人,博士,山东大学土建与水利学院副教授,研究方向为BIM技术在土木工程中的应用;王彦明(1968—),男,山东临沂人,博士,山东大学土建与水利学院教授,研究方向为防灾减灾先进技术;衣振华(1972—),女,山东济南人,博士,山东大学土建与水利学院讲师,研究方向为钢结构结构设计与疲劳损伤。

[中图分类号] G642[文献标识码] A[文章编号] 1674-9324(2020)46-0-03[收稿日期] 2020-09-30

一、研究意义

BIM作为一项新技术,创新了传统土木工程行业的设计和施工方法,带来了新的思路。实践证明,在工程中应用BIM技术,可创造极大的经济效益,并促使土木工程行业符合建筑业信息化、自动化发展的要求。将BIM技术引入土木工程教学,推广BIM技术的应用,这对于提高专业教学质量和专业课程的教学效果有很大的帮助,可以培养更多的高端应用型人才,以适应社会发展的需要。土木工程专业BIM教学改革已在国内部分高校开展,但多数仍处于探索阶段[1]。

建筑业采用BIM最大的限制因素是缺乏足够专业的BIM技術人才,因此在高校开展基于BIM的教学改革符合行业发展大背景,具有重要的现实意义。

(一)紧跟行业发展,利于学生就业

一名合格的BIM人员,首先要具有丰富的建筑专业背景知识,对BIM技术有良好的理解和社会实践应用能力,能够与不同的专业工程师进行沟通和协调。开展BIM教学改革是为紧跟行业发展趋势,可以适当添加教学内容和实践内容,有利于优化扩展学生的知识面,激发学生的实践创新能力,培养出适应社会需求的高端人才,同时促进学生就业。从学生角度出发,学好BIM技术有利于提高就业竞争力和职业发展前景[2]。有利于优化学生的知识结构,扩大知识范围,增强学生的实践能力和创新能力,培养符合社会需求的高端人才,促进学生就业。从个体学生的角度看,学好BIM技术有利于提高就业竞争力和职业适应性。

(二)教学促进作用明显,利于学校优化培养方案

BIM作为目前土木工程行业最为流行的多维虚拟现实技术,具有较强的视觉渲染和空间表现能力,可以帮助空间想象力较弱的学生理解和使用。

土木工程专业社会实践是教学环节中不可缺少的内容,但工地现场实习也面临困难,或路途遥远,或受气候条件影响,或保证学生安全仅在安全区域观察,而且现场实习所观察的仅是项目某个阶段的建造过程,不能全面体验设计施工运营的完整流程。BIM技术可以对施工现场进行直观、方便的模拟,将施工过程生动形象地展示出来,同时实现成本和工期的可视化控制。另外AR和VR技术的应用,使施工过程中的施工误差等更直观清晰,BIM技术弥补了现场实习的不足[3]。

(三)校企合作顺畅,利于企业选拔人才

BIM技术方便校企共建培训平台,校企联合可以为企业的可持续发展提供高质量的后备人才,缩短企业新员工的适应期,实现企业内训的校园化,节省人力资源的管理成本。目前,根据BIM行业发展需求,BIM的人才主要分为BIM建模人员、BIM管理人员、BIM专业人员。根据行业需求,在高校培养模式中增加校企合作共建BIM技术培训,有针对性的培养不同类型的BIM技术人才。

二、国内外的研究现状

美国是BIM技术和虚拟设计与施工VDC的国家。近十年来,学术界和工业界进行了许多探索和应用,并取得了很好的研究成果。斯坦福大学、佐治亚理工大学等知名高校都设置了BIM课程体系,在BIM课程的开设、教学内容的设置和BIM实践教学实验室的建设几个方面不断进行探索与创新,有较为突出的表现与成果[4]。斯坦福大学分别开设了BIM和VDC的本科和研究生课程体系,以土木与环境系为主导,与建筑系和计算机系合作开设了BIM与VDC的相关课程,通过研讨会、比赛、实践等方式,为学生提供BIM和VDC的实践学习机会。

新加坡高校的BIM课程推进工作得到了教育部门的大力支持,在BIM人オ的教育培养方面也取得了一定的成绩。根据《2016年全球BIM教育报告》,新加坡有8所高等院校一共开设了30个全日制BIM课程,均以BIM的基本概念与理论,以及模型创建为课程核心内容;14个以实训为主的BIM课程。这类课程以实际工程项目的规划、设计、施工、运营以及项目管理过程中的BIM技术为核心内容。截至2018年,新加坡三分之二的大学在本科和硕士课程中设置了BIM课程教学,以BIM的基本概念和理论为教学研究内容。南洋理工大学和新加坡国立大学也成立各自的BIM中心,致力于提升有关BIM方向的教学与科研能力。

国内部分高校对实施BIM的教育体系的响应也十分热烈,尤其是在2010年以后,很多高校都相继成立了与BIM教育教学相关的研究组织与团队,致力于BIM课程的学习与课程体系的研究。目前全国各地很多高校成立了BIM技术及BIM教学研究中心,例如同济大学和上海交通大学的BIM研究中心、重庆大学的BIM教学研究中心和BIM工程中心、华中科技大学的BIM工程中心,等等。此类研究型组织一般是由具备学术研究能力的BIM专家或教授发起成立,兼具教学和科研的功能。

目前国内部分高校已经开设BIM相关课程,本科阶段土建类专业的BIM教学主要有以下模式:新开设一门有关BIM的课程;在现有的课程体系中融入BIM的内容。如重庆大学开设的BIM概论课程;哈尔滨工业大学开设的BIM技术应用课程;同济大学在工程管理专业单独开设的虚拟设计与施工课程,还在工程管理专业的其他专业课程中嵌入BIM模块,结合多种BIM软件就工程造价电算化教学及BIM技术进行研究;中南大学、四川大学、湖南大学等开展了BIM技术与虚拟仿真实验教学;大连理工大学开设了BIM软件课程等。

三、研究内容和目标

(一)研究内容

本文研究内容主要是建筑信息模型技术BIM课程教学内容的建设和BIM相关课程体系的建设。BIM相关课程体系建设可以分为两种方式,一种是独立的BIM课程,比如山东大学土建与水利学院土木工程专业在大三下学期开设的BIM建模基础、大四上学期开设的BIM与5D施工课程等。另一种是在既有的专业基础课或专业选修课等课程中植入BIM知识和技能模块。在既有课程中植入BIM知识与技能有多种方法,如将BIM知识模块嵌入课堂教学中;把BIM的技能模块纳入到课程大作业、课程设计、毕业论文或毕业设计等教学环节。具体可植入的课程包括工程制图、工程概预算、工程施工等课程。

BIM课程教学内容应符合培养综合性相关专业人才的培养目标,遵循理论与实践并重的原则。课程内容方面,除了融入BIM的基础应用课程内容和相应的专业应用课程的内容之外,对于综合性较强的课程[5],还应在综合性较强的专业培养方案中融入BIM的综合应用知识与技能模块;课程组织形式应以课程教学与实践教学为主。BIM专业应用课程的BIM知识与技能植入方式建议如表1。

(二)研究目标

本课程体系建设应紧密结合学科前沿及BIM技术热点问题,在教学与专业建设方面,着力进行课程教学内容的建设,通过课程讲解、上机实验、案例操作、理论与实践考核等环节,旨在实现以下目标。

1.全面涵盖BIM在建筑领域的前沿理论知识。通过该课程体系的学习,使学生能够探讨BIM在当前和未来建筑施工企业的作用,掌握BIM的相关技术及管理理论。

2.推广普及BIM相关软件在土木工程专业领域各方面的应用。使用BIM软件工具建立、分析、设计,建立通用的建筑、结构的BIM模型,通过使用行业公认的BIM设计、规划、施工、管理软件,用于工程建设规划设计、施工现场、造价控制等方面。

3.与实际工程相结合的BIM实践教学。与校内外工程企业及BIM软件公司合作共建BIM实训课程内容,使学生具备组织实施和管理项目应用BIM的能力,实现BIM价值点的应用。在BIM模型中,实现专业建模、翻模、整合模型、4D和5D等多个应用点的价值,掌握BIM软件中施工组织设计的理论与方法,达到工程项目施工过程模型管理与虚拟建造应用的目的。

四、基于BIM的土木工程课程体系的改革建议

(一)在土木工程专业建立完善的建筑信息模型技术BIM课程教学体系

由于BIM具有很好的交互性和更高的绘图效率,以及与各专业的相互协作性,所以BIM课程体系以独立开设的BIM课程和现有的专业课程中植入BIM技术两种方式建立[6]。BIM课程体系根据不同的教学目标、不同的课程特点进行设置。

(二)与企业及软件公司共建BIM课程实践教学平台

BIM拥有一项强大的模块就是协同工作,通过与建造工程设计和施工过程中涉及的不同主体,如建造设计师、结构设计师、施工方、机械工程师、监理工程师等协作,才能真正理解实际工程的构建过程。通过企业提供的实际案例工程,结合软件公司提供的技术支持进行BIM实践工程项目教学,提高学生BIM技术的操作技能。例如,广联达公司的施工模拟软件可以实现教学、资源共享、作业提交、作业批改等操作,增加了学习的趣味性。

五、结束语

土木工程是一门应用性极强的学科,需要丰富的实践經验与科学理论有机结合。基于BIM的土木工程课程体系改革旨在为在校学生搭建一个良好的应用实践型创新平台,使其充分掌握和熟练应用所学知识,在技术、经济、管理等专业基础课的基础上,掌握信息模型BIM技术,培养学生有效地从事BIM技术应用的能力。BIM的发展和应用对学校人才培养提出了新的需求,创建信息模型技术BIM课程体系及课程实训教学体系有利于学校人才培养,具有较高的推广意义。

参考文献

[1]田莉梅,尹欢欢,张景华.BIM技术在土建专业的课程改革研究[J].土木建筑工程信息技术,2020(4):114-118.

[2]史靖塬.建筑类专业BIM教学实践创新基地建设思路探索[J].高教学刊,2020(24):30-33.

[3]张启照,张景威,焦艳菲.BIM技术在建筑类专业教学改革中的应用研究[J].四川建材,2020(7):233-234+236.

[4]尹素仙.BIM技术融入建筑工程技术专业课程的教学改革与实践[J].居舍,2020(20):193-194.

[5]井珉,刘阳冰.基于BIM的实践教学体系研究[J].教育教学论坛,2020(10):279-280.

[6]张尚,任宏,Albert P.C.Chan.BIM的工程管理教学改革问题研究(二)—BIM教学改革的作用、规划与建议[J].建筑经济, 2015(2):92-96.

Abstract: As BIM technology is gradually recognized by domestic and foreign construction markets, the BIM era needs more talents to master BIM technology. Colleges and universities are the bases for training talents in the industry. With the gradual promotion and deepening of BIM technology in various fields of construction industry, the demand for BIM talents by society and construction industry is increasing. The reform of training high-quality professional BIM talents in colleges and universities has become the development trend. Based on BIM teaching experience at home and abroad, this article puts forward a series of BIM teaching reform suggestions for key issues such as establishing BIM course teaching system for building information modeling technology in civil engineering and building BIM course practice teaching platform with enterprises and software companies.

Key words: BIM technology; teaching reform; construction industry

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