李孔清，鄒聲華，張坻

(湖南科技大學(xué) 能源與安全工程學(xué)院，湖南 湘潭 411201)

住房城鄉(xiāng)建設(shè)部在《建筑業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中提出，要基本實(shí)現(xiàn)建筑企業(yè)信息系統(tǒng)的普及應(yīng)用，加快建筑信息模型(BIM)、基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同工作等新技術(shù)在工程中的應(yīng)用，推動(dòng)信息化標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)［1］。BIM技術(shù)已是大勢所趨，將成為建筑業(yè)發(fā)展的核心競爭力。BIM在建筑行業(yè)中有超前的引領(lǐng)性。與時(shí)俱進(jìn)地結(jié)合市場對BIM人才的需求開展教學(xué)改革是必然趨勢。

面對BIM的迅猛發(fā)展，很多高校開始在專業(yè)教學(xué)中引入BIM，進(jìn)行相關(guān)教學(xué)改革嘗試。如李涵霖等探討了BIM在方案優(yōu)化、工程量計(jì)算等7個(gè)方面對教學(xué)帶來的改變［2］。劉玉在建筑CAD 制圖教學(xué)中增加BIM相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了探討［3］。張尚等介紹了美國BIM教育改革模式，并探討了工程管理專業(yè)BIM教改的目標(biāo)、模式、設(shè)置時(shí)間和方法等具體問題［4］。李建成分析了BIM對建筑設(shè)計(jì)帶來的影響，認(rèn)為培養(yǎng)具有BIM素質(zhì)的學(xué)生方可適應(yīng)建筑行業(yè)形勢［5］。田江永探索了BIM在建筑施工技術(shù)課程中的教學(xué)方法［6］。齊岳探討了房屋建筑學(xué)課程與BIM技術(shù)結(jié)合的教學(xué)改革［7］。陳柯達(dá)等探討了建筑工程計(jì)算機(jī)應(yīng)用類課程的改革中關(guān)于BIM技術(shù)運(yùn)用的一些問題。

1 對BIM的理解

1.1 BIM顛覆建筑從業(yè)者的思維方式

每次技術(shù)創(chuàng)新都會更新人們對事物的認(rèn)知，而當(dāng)這種認(rèn)知狀態(tài)集聚至一定程度時(shí)，人們的意識形態(tài)就會發(fā)生相應(yīng)改變，完成從量變到質(zhì)變的過程。創(chuàng)新在最初一般是以工具的形式出現(xiàn)。如不具有可擴(kuò)展性或擴(kuò)展性不強(qiáng)的時(shí)候，可能永遠(yuǎn)停留在工具層面。反之，如果擴(kuò)展性足夠強(qiáng)大，使人們工作與生活方式、思維問題的角度都會為之改變的時(shí)候，就會超出工具范疇，成為思維方式。

BIM首先是以工具的形式為人們所熟知，強(qiáng)大的建模功能吸引了人們的關(guān)注。它在三維模型基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作，補(bǔ)充二維不能夠提供的空間及其它信息。在三維(3D)空間信息基礎(chǔ)上，加入時(shí)間信息變成了4D，加入成本等信息就變成了5D，可預(yù)計(jì)今后還會不斷有意想不到的擴(kuò)展功能加入進(jìn)來。這些無限擴(kuò)展的信息可讓人們能夠通過越來越多的維度去看待同一個(gè)建筑。傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行維護(hù)之間的裂痕如今可通過BIM模型得以彌補(bǔ)，網(wǎng)狀的管理模式有望通過統(tǒng)一的BIM模型實(shí)現(xiàn)中心化管理。這種變化無窮的信息組織方式便賦予了BIM的思維方式特質(zhì)。

1.2 BIM是完整的技術(shù)體系

美國BIM標(biāo)準(zhǔn)對BIM的定義:(1)BIM是一個(gè)設(shè)施物理和功能特性的數(shù)字表達(dá);(2)BIM是一個(gè)共享的知識資源，是一個(gè)分享有關(guān)這個(gè)設(shè)施的信息，為該設(shè)施從建設(shè)到拆除的全生命周期中的所有決策提供可靠依據(jù)的過程;(3)在項(xiàng)目的不同階段，不同利益相關(guān)方通過在BIM中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映其各自職責(zé)的協(xié)同作業(yè)。因此BIM不僅是建筑3D 圖紙，還包括非圖形化的信息，是一個(gè)完整的技術(shù)體系。

BIM的核心理念是“一處更新，處處更新”，是以參數(shù)化方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，更符合設(shè)計(jì)規(guī)律和便于修改，降低重復(fù)勞動(dòng)。在協(xié)同的平臺下，各方面的人員可以實(shí)時(shí)得到修改后的方案。

1.3 BIM是建筑行業(yè)的技術(shù)革命

建筑項(xiàng)目管理面臨的困難或挑戰(zhàn)主要包括:資金周轉(zhuǎn)與工期控制;圖紙問題多易造成返工;工程復(fù)雜，技術(shù)難度高;投資管理復(fù)雜程度高;項(xiàng)目協(xié)同產(chǎn)生較多錯(cuò)誤且效率低下;施工技術(shù)、質(zhì)量與安全管理難度大等。

BIM是建立在建筑全生命周期的基礎(chǔ)之上，涵蓋了規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、竣工后運(yùn)營及拆除等過程。建筑物運(yùn)營階段的投入是全生命周期中最大的投入。盡管建筑竣工后的運(yùn)營管理不在傳統(tǒng)的建筑業(yè)范圍之內(nèi)，但建筑運(yùn)營階段所發(fā)現(xiàn)的問題大部分可以從前期規(guī)劃、設(shè)計(jì)和施工階段找到原因。由于建筑的復(fù)雜性以及專業(yè)分工化的發(fā)展，傳統(tǒng)建筑業(yè)生產(chǎn)方式下，規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營各階段存在一定的割裂性，整個(gè)行業(yè)普遍缺乏全生命周期性的理念，存在著大量的返工、浪費(fèi)與其他無效工作。

BIM中可以與項(xiàng)目管理、項(xiàng)目群管理、企業(yè)管理相結(jié)合。BIM是已逐漸成為企業(yè)成功的關(guān)鍵要素。BIM模型中的數(shù)據(jù)是海量的，大量BIM模型的積累構(gòu)成了建筑業(yè)的大數(shù)據(jù)時(shí)代，通過對數(shù)據(jù)的挖掘、研究，形成知識庫，在此基礎(chǔ)上形成智能化的應(yīng)用，可以有效用于預(yù)測、分析、控制與管理等。

2 BIM對技術(shù)人才的需求特點(diǎn)

2.1 BIM技術(shù)要求復(fù)合型人才

暖通項(xiàng)目傳統(tǒng)設(shè)計(jì)一般包含負(fù)荷計(jì)算，系統(tǒng)布置，設(shè)備選型，冷熱源等主要環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)。但現(xiàn)代的設(shè)計(jì)對聲、光、熱、能耗及人文環(huán)境等得要求越來越高。通常一個(gè)優(yōu)秀的設(shè)計(jì)都會在這些方面綜合進(jìn)行考量。因而會涉及到聲光熱等環(huán)境的綜合計(jì)算與預(yù)測。這就要求設(shè)計(jì)人員具備有相當(dāng)高的學(xué)科知識綜合運(yùn)用能力。因此建筑設(shè)備工程師應(yīng)該是一個(gè)橫向思考者，而不僅僅是縱向思考者，需要橫向整合、跨界。一個(gè)建筑設(shè)備工程師如不理解當(dāng)?shù)氐娜宋牧?xí)慣和當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展水平，已無法做現(xiàn)代化設(shè)計(jì)了。

2.2 BIM需求大量從事咨詢方向人才

BIM技術(shù)的發(fā)展一方面給工程圖紙復(fù)用帶來了新的契機(jī)，優(yōu)秀設(shè)計(jì)成果復(fù)制的效益將逐漸顯現(xiàn)。建筑商可在優(yōu)秀的項(xiàng)目設(shè)計(jì)中選擇性進(jìn)行復(fù)制，僅需要付出知識產(chǎn)權(quán)與項(xiàng)目咨詢顧問的費(fèi)用。另一方面，BIM思維的結(jié)果必然導(dǎo)致計(jì)算機(jī)替代諸多的重復(fù)性勞動(dòng)，最終使設(shè)計(jì)制圖成本趨于零，設(shè)計(jì)師在工程項(xiàng)目過程中的顧問價(jià)值將高于生產(chǎn)設(shè)計(jì)圖紙價(jià)值。如2015 新年伊始北京某老牌國營設(shè)計(jì)院簽的5A級寫字樓，設(shè)計(jì)費(fèi)僅28元/m2。建筑設(shè)計(jì)費(fèi)用大幅度相對貶值，是人類發(fā)展代際更替時(shí)的正常現(xiàn)象。與其他產(chǎn)品一樣，暖通項(xiàng)目的設(shè)計(jì)成本也可以分成感性成本和理性成本兩個(gè)部分。通常理性成份越高的產(chǎn)品，發(fā)展到成熟階段，其中的理性部分就會被剝離出來，逐步邏輯化、程序化、機(jī)械化、標(biāo)準(zhǔn)化，最后通過大規(guī)模制造降低成本。暖通項(xiàng)目設(shè)計(jì)是訂制產(chǎn)品，整體而言不可能完全免費(fèi)，但內(nèi)部的很多工作還是近乎無成本了。比如負(fù)荷、水力計(jì)算、管線布置，如沒有計(jì)算機(jī)的輔助，暖通項(xiàng)目的這些計(jì)算應(yīng)該還是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵工序。但現(xiàn)在對于一個(gè)常規(guī)項(xiàng)目只要輸入必要的參數(shù)，就可完成繁雜的計(jì)算，導(dǎo)出施工圖，理性成本非常低。通過對過去積累的大量設(shè)計(jì)方案合理處理，仍可低成本復(fù)制出新項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)“薄利多銷”的利潤模式。在此形勢下，勢必減少人員需求，也使暖通設(shè)計(jì)師更看重項(xiàng)目設(shè)計(jì)費(fèi)用中的感性成本，逐漸提高融入用戶體驗(yàn)與情感的成本比例，成為獲利的新的渠道。學(xué)生專業(yè)選擇將會發(fā)生改變，人才培養(yǎng)需要適當(dāng)調(diào)整。這一點(diǎn)從學(xué)生就業(yè)在施工行業(yè)占據(jù)的比列逐年提高和設(shè)計(jì)人員需求飽和可看出一些端倪［8］。

2.3 BIM技術(shù)需求能進(jìn)行綜合性能分析和大數(shù)據(jù)處理的人才

當(dāng)前工程師面臨的最嚴(yán)重的BIM問題是:不同的創(chuàng)作建模工具，模型在各項(xiàng)目參與方之間的傳遞，BIM的軟件工具的復(fù)雜性，以及對碰撞檢查結(jié)果的跟蹤、記錄和解決。目前的處理大數(shù)據(jù)的技術(shù)水平不足以支持他們高效項(xiàng)目管理的需求。

BIM技術(shù)前身是CAD技術(shù)。BIM技術(shù)比CAD技術(shù)復(fù)雜的多，BIM技術(shù)到目前為止只用了12年，10年內(nèi)BIM技術(shù)會有很大的發(fā)展［9］。建環(huán)專業(yè)的教學(xué)也不斷探索培養(yǎng)學(xué)生從海量數(shù)據(jù)整合提取歸納有用數(shù)據(jù)的能力。

3 BIM技術(shù)對建筑環(huán)境與設(shè)備工程教學(xué)的影響

建環(huán)專業(yè)受BIM技術(shù)的發(fā)展直接影響的課程主要有暖通CAD、施工組織與管理、工程經(jīng)濟(jì)、計(jì)算機(jī)在暖通的應(yīng)用等。

3.1 BIM技術(shù)的對工程經(jīng)濟(jì)類課程的影響

BIM位居第一的應(yīng)用是工程量計(jì)算。BIM的核心價(jià)值可用成本、進(jìn)度、質(zhì)量、管理、協(xié)調(diào)5個(gè)關(guān)鍵詞來概括［10］。在建筑環(huán)境與能源應(yīng)用專業(yè)中，工程經(jīng)濟(jì)類的課程開設(shè)了建筑設(shè)備安裝經(jīng)濟(jì)與管理。主要講述安裝工程定額，概預(yù)算編制方法，招投標(biāo)程序與方法，項(xiàng)目合同訂立及管理等內(nèi)容。其先導(dǎo)課程是建筑設(shè)備施工技術(shù)。基于BIM平臺的工程經(jīng)濟(jì)類課程則相對而言降低了對建筑設(shè)備施工的先導(dǎo)性要求。傳統(tǒng)的工程量計(jì)算是在二維設(shè)計(jì)圖紙上進(jìn)行。但二維設(shè)計(jì)很難表達(dá)空間的三維復(fù)雜形態(tài)。計(jì)算過程中除了要熟悉設(shè)計(jì)圖紙及國家政策，還必須參考相應(yīng)的施工詳圖(標(biāo)準(zhǔn)圖集)，具備一定的施工經(jīng)驗(yàn)或知識。BIM是通過參數(shù)化實(shí)體造型技術(shù)使計(jì)算機(jī)可以表達(dá)真實(shí)建筑所具有的信息，真實(shí)再現(xiàn)未來建筑的空間布局、管線走向及位置，具有可視、具象、完整、關(guān)聯(lián)和互用性等特征，是原始二維設(shè)計(jì)技術(shù)根本性的提升。借助于BIM技術(shù)平臺，建筑設(shè)備安裝經(jīng)濟(jì)與管理課程教學(xué)中可以一個(gè)完整工程的真實(shí)案例為核心，通過暖通制圖、暖通空調(diào)、施工組織與管理、SNS 詢價(jià)模式等課程講授案例中與本課程相關(guān)的知識點(diǎn)，以面到點(diǎn)，從實(shí)踐到理論，通過案例將知識點(diǎn)串接起來，進(jìn)而由點(diǎn)到面逐漸深化，在BIM平臺上，讓學(xué)生系統(tǒng)、全面、可視化的了解設(shè)計(jì)、造價(jià)、施工、運(yùn)營等一系列內(nèi)容。

因此，在BIM技術(shù)平臺下講述比傳統(tǒng)授課更具系統(tǒng)性和層次性和可操作性，從實(shí)際真實(shí)案例中學(xué)習(xí)專業(yè)理論知識，再從理論知識的學(xué)習(xí)到實(shí)踐動(dòng)手能力的培養(yǎng)。

3.2 BIM技術(shù)對暖通制圖類課程的影響

畫法幾何(或工程制圖或機(jī)械制圖)主要的是講述立體幾何的投影關(guān)系和表達(dá)手法，充分利用二維的圖紙表達(dá)出三維的信息。BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)的是三維的空間模型信息，是可互動(dòng)的活模型。借助可視化技術(shù)可以實(shí)時(shí)操作與修改模型，情景互動(dòng)，是浸入式的設(shè)計(jì)。人們可直觀感知建筑模型、設(shè)備等的空間形態(tài)，所見即所建。在畫法幾何等課程教學(xué)過程中很大一部分課時(shí)是在講述正確處理投影關(guān)系，利用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行抽象表達(dá)。設(shè)計(jì)師很難將所有的精力放在系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)上，這實(shí)際上是本末倒置，也很容易造成系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮不周，更不容易將系統(tǒng)節(jié)能和建筑綜合系統(tǒng)和諧一致，設(shè)計(jì)出優(yōu)秀的工程項(xiàng)目。

因此，可以適當(dāng)減少畫法幾何等課程教學(xué)時(shí)數(shù)，把這部分課時(shí)放置于講述三維實(shí)體建模上，讓大學(xué)生在校期間至少掌握一門三維建模軟件的熟練使用。同時(shí)要求適當(dāng)講述BIM標(biāo)準(zhǔn)體系、圖紙交付體系的具體要求，BIM模型生成二維視圖的工作模式，初步掌握建筑信息庫的建立，持續(xù)更新的大數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)模式。

3.3 BIM技術(shù)的對施工組織與管理等課程的影響

BIM可以優(yōu)化項(xiàng)目進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)、完整的施工模擬，可以演示建筑設(shè)備安裝的過程?？梢詫?shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)、碰撞檢查、虛擬施工和智能化管理等從設(shè)計(jì)到施工到運(yùn)維工程生命的全過程的可視化，可以精確測算實(shí)物量從而進(jìn)行成本控制，可以把目標(biāo)值精確地分解到每個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)和空間部位，可以進(jìn)行可視化精細(xì)化智能化集約化管理。通過施工模擬還可以預(yù)先發(fā)現(xiàn)施工過程中存在的問題從而優(yōu)化施工進(jìn)度［10］。

在該課程教學(xué)中主要實(shí)現(xiàn)對給定項(xiàng)目能夠利用所學(xué)知識，在BIM平臺下檢查沖突，完成施工工序分析、編制施工作業(yè)組織圖、計(jì)劃表等。通過BIM技術(shù)平臺，學(xué)生可以在可視化的環(huán)境中檢查按照擬定的施工作業(yè)的效果與不足，自查自糾，及時(shí)發(fā)現(xiàn)所學(xué)所編的不足，可以激化學(xué)生的主觀能動(dòng)性和角色參與感，提高學(xué)習(xí)興趣，改善教學(xué)效果。

4 結(jié)論

BIM技術(shù)是建筑行業(yè)的一次技術(shù)革命，對建筑相關(guān)專業(yè)的影響是持續(xù)和深遠(yuǎn)。本文初步探討了BIM技術(shù)對建環(huán)專業(yè)的一些教學(xué)影響，提出了在簡化專業(yè)一些課程中進(jìn)行BIM教學(xué)的具體內(nèi)容和目標(biāo)要求，期待能起拋磚引玉的作用，引起建環(huán)專業(yè)對BIM技術(shù)教學(xué)的重視，加快教學(xué)改革的步伐以適應(yīng)建筑技術(shù)的發(fā)展，培養(yǎng)適合市場需求的專業(yè)技術(shù)人才。

［1］住房及城鄉(xiāng)建設(shè)部.2011－2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要［EB/OL］.(2011－05－17)［2011－5－10］.http://www.mohurd.gov.cn/zcfg/jsbwj_0/jsbwjgczl/201105/t20110517_203420.html.

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