楊太華, 汪 洋, 賴小玲

(上海電力學(xué)院 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，上海 200090)

基于BIM技術(shù)的工程管理綜合實驗虛擬教 學(xué) 平 臺 的 構(gòu) 建

楊太華, 汪 洋, 賴小玲

(上海電力學(xué)院 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，上海 200090)

建筑信息模型(BIM)技術(shù)作為現(xiàn)代建筑領(lǐng)域的一項新技術(shù)革命，為工程管理類課程實驗教學(xué)改革提供了契機(jī)。通過分析國內(nèi)外主要高等學(xué)校教學(xué)過程中BIM技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，提出了構(gòu)建工程管理類綜合實驗虛擬教學(xué)平臺的框架結(jié)構(gòu)，并根據(jù)其不同模塊的專項功能，開發(fā)出多門實驗課程設(shè)計，從而打破了傳統(tǒng)課堂知識灌輸?shù)慕虒W(xué)模式，是對傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式的創(chuàng)新性變革。BIM綜合實驗教學(xué)平臺的建設(shè)和多門實驗課程的開發(fā)，有利于提高學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，也利于提高實驗室的綜合利用效率，使學(xué)生對工程管理類課程知識有較為系統(tǒng)、全面的認(rèn)識。教學(xué)實踐表明，運(yùn)用這一平臺具有較好的實驗教學(xué)效果。

綜合實驗教學(xué)平臺； 建筑信息模型； 實踐課程設(shè)計; 工程管理

0 引 言

建筑信息模型(Building Information Modeling, BIM)是20世紀(jì)70年代由美國喬治亞理工大學(xué)建筑與計算機(jī)學(xué)院 Chuck Eastman 博士提出[1-2]，這一全新的理念和技術(shù)不僅帶來了工程技術(shù)的改變，更是引領(lǐng)著建筑行業(yè)思維方式和管理模式的變革方向。BIM技術(shù)自2002年引入建設(shè)工程領(lǐng)域以來，已在全球建設(shè)行業(yè)內(nèi)得到廣泛認(rèn)可，并為工程項目全過程管理決策提供了科學(xué)依據(jù)與信息[3-5]。隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，大批建設(shè)項目上馬，對工程管理人才的需求也更為迫切，因此，如何使工程管理類專業(yè)的畢業(yè)生適應(yīng)社會需求，將成為課程教學(xué)改革的方向和目標(biāo)。本文基于BIM可視化仿真技術(shù)[6-12]，構(gòu)建工程管理類綜合實驗教學(xué)平臺，目的是使本專業(yè)學(xué)生通過平臺實踐，加深對工程管理類課程理論知識的理解，從而鞏固所學(xué)的專業(yè)知識，提升學(xué)生的實踐技能。

1 BIM技術(shù)在國內(nèi)外實驗教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

BIM 技術(shù)是當(dāng)前建筑行業(yè)廣泛運(yùn)用的一種新技術(shù)，國外很多高校將其作為輔助手段引入到教學(xué)當(dāng)中[3,9,13-15]。如美國亞利桑那州立大學(xué)將BIM 技術(shù)引入到實驗教學(xué)中，利用課程講座與實驗室相結(jié)合的方式，將學(xué)生的理論知識與實踐相結(jié)合培養(yǎng)其動手能力。課程講座不僅安排任課教師，也會邀請一些企業(yè)的專業(yè)人士進(jìn)行更加富有實戰(zhàn)性的講解，讓學(xué)生充分了解未來所從事的職業(yè)所需要的基本素質(zhì)，以及融入建筑行業(yè)的基本要求。在工程管理類課程中引入BIM技術(shù)相關(guān)的工程實踐課程，能讓學(xué)生掌握工程項目的交付過程，以滿足建筑行業(yè)的職業(yè)要求，圖1為BIM技術(shù)應(yīng)用于工程項目管理的全過程(包括：建筑規(guī)劃、概念設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計、計算分析、出圖、預(yù)制、4D/5D施工、施工物資采購、運(yùn)營維護(hù)、建筑拆除、翻新改造等)。

圖1 BIM技術(shù)應(yīng)用于工程管理全過程

德克薩斯A&M 大學(xué)在工程建設(shè)學(xué)院開設(shè)了與BIM技術(shù)相關(guān)的課程。要求學(xué)生熟練地使用Autodesk Revite，Autodesk等相關(guān)軟件。

賓夕法尼亞州立大學(xué)在BIM教學(xué)方法的應(yīng)用上也是十分出色的，并富有成效。將BIM技術(shù)引入到實驗教學(xué)中，讓所有學(xué)生以分組的形式來實現(xiàn)建設(shè)工程項目集成產(chǎn)品開發(fā)(IPD)操作。學(xué)生通過實踐操作，相互學(xué)習(xí)，分工協(xié)作，最后交付一個統(tǒng)一的完整成果。通過團(tuán)隊的形式，讓學(xué)生懂得無論他們有多少知識，無論他們的困難有多大，可以通過相互協(xié)作共同解決，彼此不可分割，從而在學(xué)習(xí)知識的同時，也鍛煉了學(xué)生的團(tuán)隊精神。

在韓國和日本，很多高校也都開展將BIM技術(shù)引入工程管理課程教學(xué)，提升學(xué)生實踐能力。

與國外相比，我國高校在引入BIM技術(shù)，開展教學(xué)改革方面還處于起步階段[6-12]。其中，最主要的原因是缺乏能教授BIM 課程的專業(yè)教師，由于BIM技術(shù)具有很強(qiáng)的技術(shù)性，必須具備工程技術(shù)及相關(guān)的經(jīng)濟(jì)和管理知識，課程教學(xué)具有一定的難度，從而導(dǎo)致國內(nèi)大部分高校工程管理類專業(yè)沒有開設(shè)這門課程。從目前已經(jīng)引入BIM 課程的高校來看，最好的方法就是將BIM技術(shù)應(yīng)用到實際教學(xué)改革中，運(yùn)用其強(qiáng)大的信息處理和動態(tài)仿真能力，將課程中書本內(nèi)容轉(zhuǎn)換為形象生動、可交互式的施工現(xiàn)場模擬場景，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實際操作能力。

2 工程管理類課程綜合實驗教學(xué)平臺設(shè)計

綜合實驗教學(xué)平臺的建設(shè)要有利于復(fù)合型人才的培養(yǎng)，在實驗教學(xué)中要針對某一項目管理崗位職能和業(yè)務(wù)流程進(jìn)行設(shè)計，并且能夠整合工程管理類多門課程的實踐教學(xué)，以體現(xiàn)多學(xué)科知識的綜合性。傳統(tǒng)的課程設(shè)計是獨(dú)立進(jìn)行的，其實驗教學(xué)手段和工具也是按照傳統(tǒng)模式，但BIM系統(tǒng)不同，它本身就是對傳統(tǒng)建設(shè)工程的發(fā)展和升級，因此，一旦引入實驗教學(xué)以后，將改變現(xiàn)有的單個獨(dú)立實驗教學(xué)模式，這就是它的整合性。構(gòu)建BIM實驗教學(xué)平臺可以實現(xiàn)項目管理全過程多個崗位的完整模擬，使學(xué)生對項目的信息流、資金流、物質(zhì)流相關(guān)知識有一個全面系統(tǒng)的了解，有利于培養(yǎng)學(xué)生對建設(shè)工程管理的整體觀和系統(tǒng)認(rèn)識，通過項目參與方的協(xié)作，也有利于培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作精神，這也是過去工程管理學(xué)科教學(xué)中的薄弱環(huán)節(jié)。

本研究的目標(biāo)是利用目前建設(shè)行業(yè)比較成熟的BIM軟件系統(tǒng)，構(gòu)建工程管理類綜合實驗教學(xué)平臺,圖2為構(gòu)建的平臺框圖。在此基礎(chǔ)上，開發(fā)出工程管理類多門核心課程設(shè)計和綜合性實驗課程。開設(shè)工程管理類綜合性實驗是我校管理學(xué)科教學(xué)的創(chuàng)新性工作。與核心課程設(shè)計不同，開設(shè)綜合性實驗課程的要求高一些，涉及的知識面廣，這是本課題的難點?？紤]到項目管理本身特點，主要應(yīng)遵循這樣幾項原則:①選擇具有代表性的實際工程項目建立教學(xué)案例庫，每個項目都可以提供真實的業(yè)務(wù)處理功能，其工作內(nèi)容和工作流程與實際操作情景一樣。②整個教學(xué)過程可以在BIM平臺上進(jìn)行動態(tài)可視化仿真演示，這種情景可使學(xué)生自覺調(diào)整自身不同于課堂上課的狀態(tài)，促使學(xué)生主動思考、規(guī)劃實驗過程和實驗步驟，主動加入群體活動中去完成實驗。③通過崗位角色模擬，使參與者對自身的工作內(nèi)容、職責(zé)等有較好的體驗和認(rèn)識，從而加深對課堂所學(xué)知識的理解，培養(yǎng)解決實際問題的能力。在模擬實驗中，不同崗位的同學(xué)，可以互換角色，以熟悉不同崗位的業(yè)務(wù)流程，通過不同角色崗位學(xué)員之間的協(xié)同配合，鍛煉自己的團(tuán)結(jié)協(xié)作能力，讓每一個學(xué)生都能找到相應(yīng)的職業(yè)角色的感覺。

圖2 工程管理類綜合實驗教學(xué)平臺設(shè)計

3 工程管理類綜合實驗課程開發(fā)

目前，國內(nèi)BIM軟件已經(jīng)具備較為完善的功能，并廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)實踐。在完成工程管理類BIM實驗教學(xué)仿真平臺構(gòu)建后，根據(jù)其不同的專項功能可以開發(fā)出多門實驗課程設(shè)計。如利用其強(qiáng)大的建筑設(shè)計功能開發(fā)出“工程制圖與識圖”“房屋建筑學(xué)”等課程的實驗教學(xué)訓(xùn)練；利用其強(qiáng)大的結(jié)構(gòu)設(shè)計功能，可以開設(shè)出“建筑結(jié)構(gòu)”“土建施工技術(shù)”等課程的實驗教學(xué)課程。加上其強(qiáng)大的安裝設(shè)計、項目管理、工程三維算量、工程概預(yù)算和招投標(biāo)等功能可以開發(fā)出“機(jī)電施工技術(shù)”“工程概預(yù)算”“工程招投標(biāo)和合同管理”等課程的實習(xí)課程。課程設(shè)計的整體思路如圖3所示。

為了體現(xiàn)BIM實驗教學(xué)平臺的綜合優(yōu)勢，以整合各門課程的知識,需要對工程管理類綜合實驗教學(xué)課程進(jìn)行專門設(shè)計, 提出課程設(shè)計的整體思路、課程教學(xué)大綱、課程教學(xué)計劃等，如畢業(yè)設(shè)計就是其中較為綜合性的實驗課程形式。

圖3 工程管理類學(xué)生畢業(yè)實習(xí)課程設(shè)計

另外，利用BIM實驗教學(xué)平臺還可以承擔(dān)各級工程管理領(lǐng)域和投資領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究、開發(fā)研究及科技創(chuàng)新工作，為專業(yè)課程的教學(xué)提供科技儲備和技術(shù)支撐，培養(yǎng)現(xiàn)代高層次復(fù)合型人才。

4 工程管理BIM綜合實驗教學(xué)實踐探索

多年來，我們一直嘗試著如何將工程管理類課程的課堂教學(xué)與實踐更好地結(jié)合，以實現(xiàn)課堂實踐一體化。按照培養(yǎng)方案要求，通過各種基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生熟練掌握建設(shè)工程管理的原理和方法，并得到工程管理基本技能，包括工程項目的前期決策策劃、組織協(xié)調(diào)和管理、實施控制和信息管理等實際能力訓(xùn)練。為了更好地體現(xiàn)工程管理專業(yè)教學(xué)特色和定位，針對以往課程教學(xué)過程中過分偏重對學(xué)生理論知識的講授，而忽視學(xué)生的實踐能力和應(yīng)用能力的訓(xùn)練問題，我們進(jìn)行了必要的課程創(chuàng)新和改革，著重將工程管理的基本原理、先進(jìn)管理理念和方法的講解與實驗教學(xué)平臺相結(jié)合，一方面新增了課程設(shè)計和工程管理實訓(xùn)操作的實踐內(nèi)容，另一方面借助于BIM實驗教學(xué)平臺相關(guān)軟件和操作系統(tǒng)(如AutoRevit2012，3DMax，Project2003、P3，Auto-CAD2012等)，安排具體工程虛擬仿真建模學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用三維圖形軟件,實現(xiàn)從工程項目管理的基礎(chǔ)信息建模到設(shè)計數(shù)據(jù)化，再到具體交付實驗成果。課程中還增加了涉及具體工程管理施工實例的三維可視化虛擬動態(tài)仿真的教學(xué)環(huán)節(jié)(見圖4、5)。通過模擬不同工程案例，并配合不同的項目管理工具(例橫道圖、網(wǎng)絡(luò)計劃等)去解決工程項目的實際問題，使學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)中不是盲目無趣，而是生動形象地加深對工程項目管理理論和方法的理解(見圖6)。實踐證明，學(xué)生對類似這樣的視頻動畫學(xué)習(xí)形式感到更有趣、也更容易接受。從而激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，課堂教學(xué)由被動灌輸變?yōu)閷W(xué)生主動吸收，從而收到較好的學(xué)習(xí)效果。

圖4 工程項目施工過程三維仿真模擬

圖6 工程項目施工進(jìn)度管理仿真模擬教學(xué)

如“工程項目管理綜合實訓(xùn)”就是利用BIM實驗虛擬教學(xué)平臺完成實驗教學(xué)的一個較好的例子。由于該門課程涉及知識面廣，在理論課教學(xué)過程中，我們選擇一個完整的工程項目作為教學(xué)實例，把平臺上的部分內(nèi)容截圖，用多媒體給同學(xué)們進(jìn)行演示，輔助課堂教學(xué)，能夠形象生動地展示工程項目的實際狀況，并實現(xiàn)虛擬和現(xiàn)實的結(jié)合，使學(xué)生身臨其境。本課程總課時為48學(xué)時，其中理論知識講授36學(xué)時，上機(jī)操作和課程設(shè)計12學(xué)時(全部在BIM平臺上完成)。實驗課程設(shè)計主要是將學(xué)生按5～10人一組，根據(jù)項目管理工作步驟，共同完成項目組織結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工進(jìn)度計劃安排、施工平面圖設(shè)計、工程質(zhì)量管理、項目合同管理、工程造價核算、項目安全管理等，并完成可視化仿真建模。通過理論與實踐相結(jié)合的創(chuàng)新教學(xué)方式，讓學(xué)生了解工程項目管理的基本內(nèi)容、施工組織協(xié)同管理，從而加深理論知識的理解，鞏固相關(guān)基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)學(xué)生們團(tuán)隊意識。從教學(xué)效果來看，達(dá)到了預(yù)期目的，學(xué)生對類似的視頻動畫學(xué)習(xí)形式很感興趣，也更容易接受。通過與國內(nèi)一些知名軟件公司合作，多次邀請企業(yè)技術(shù)人員給學(xué)生開設(shè)專題講座，組織學(xué)生參加全國BIM大賽，并取得了運(yùn)用BIM技術(shù)三維算量競賽、全能競賽的優(yōu)異成績。

5 結(jié) 語

BIM技術(shù)作為現(xiàn)代建筑領(lǐng)域的一項技術(shù)革命，為工程管理類課程教學(xué)改革提供了契機(jī)。傳統(tǒng)的課堂知識灌輸已不能適應(yīng)當(dāng)代工程管理的教學(xué)需求，大量應(yīng)用型人才和創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)迫切需要我們進(jìn)行教學(xué)改革。通過BIM綜合實驗教學(xué)平臺的實施，使學(xué)生對工程管理工作有了深入了解，并能按照培養(yǎng)方案要求，運(yùn)用規(guī)范的教學(xué)指南完成管理工作，能將課堂上所學(xué)的理論知識與操作實踐結(jié)合起來，靈活運(yùn)用，大大提高了課堂教學(xué)的效果。

(1) 綜合實驗平臺的建設(shè)，有利于提高學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力。實驗課程的開發(fā)，不僅能夠加深學(xué)生對課堂知識的理解，提高綜合運(yùn)用知識的能力，而且能夠提升學(xué)生分工合作的團(tuán)隊意識，鍛煉其協(xié)調(diào)處理技術(shù)問題和人際關(guān)系的能力。充分發(fā)揮學(xué)生在實驗教學(xué)中自主學(xué)習(xí)的主動性和探索創(chuàng)新精神，有利于培養(yǎng)具有開拓意識和創(chuàng)新能力的復(fù)合型人才。

(2) BIM綜合實驗平臺的建設(shè)，有利于提高實驗室的利用率。該平臺充分利用BIM技術(shù)的建筑設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、安裝設(shè)計、項目管理等強(qiáng)大功能，把多門工程管理類課程設(shè)計和工程案例集中于一個平臺，克服了傳統(tǒng)教學(xué)實驗單個獨(dú)立實踐教學(xué)需要獨(dú)立實驗室的缺陷，從而提高實驗室的綜合利用率，并在工程管理領(lǐng)域基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究和科技創(chuàng)新中發(fā)揮重要作用。

(3) 工程管理類BIM綜合實驗虛擬教學(xué)模式是一種創(chuàng)新，是對傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式的改革，有益于學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。通過這一綜合創(chuàng)新實驗教學(xué)的改革，使學(xué)生得到工程項目管理全過程主要知識和管理技能的訓(xùn)練，從而提升學(xué)生對工程項目管理整體性和系統(tǒng)性的認(rèn)識，為將來走上工程管理工作崗位奠定基礎(chǔ)。教學(xué)實踐表明，這一全新的教學(xué)模式，是工程管理類專業(yè)行之有效的實踐教學(xué)手段，值得推廣應(yīng)用。

[1] Charles Eastman， David Fisher， Gilles Lafue，etal. An outline of the building description system[D]. Institute of Physical Planning, Carnegie-Mellon University,1974.

[2] Eastman Chuck, Tiecholz Paul, Sacks Rafael,etal. BIM handbook: A guide to building information modeling for owners, managers, designers, engineers, and contractors[M]. Hoboken, New Jersey: John Wiley, 2008.

[3] 丁士昭. 工程項目管理[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006:455-480．

[4] 蔣愛明，黃 蘇．BIM虛擬施工技術(shù)在工程管理中的應(yīng)用[J]．施工技術(shù)，2014，43(5):86-89．

[5] 陳延敏，李錦華.國內(nèi)外建筑信息模型BIM理論與實踐研究綜述[J].城市，2014(9)：72-76.

[6] 劉 成．基于BIM的工程項目管理沙盤模擬實踐教學(xué)研究[J]．實驗室研究與探索，2012，31(10):433-437．

[7] 張愛琳．工程管理信息化模擬實驗研究中心的建設(shè)構(gòu)想[J]. 實驗室研究與探索，2011，30(3):355-356,376．

[8] 鐘 煒，張馨文，姜騰騰.BIM仿真在工程項目管理課程教學(xué)改革中的應(yīng)用研究[J].土木建筑工程信息技術(shù)，2013，5(6)：7-11.

[9] 張 尚，任 宏，Albert P.C. Chan BIM的工程管理教學(xué)改革問題研究(一)——基于美國高校的BIM教育分析[J]. 建筑經(jīng)濟(jì),2015,36(1):113-116.

[10] 白 勇，黃一磊．美國施工工程與管理學(xué)科簡介[J]．工程管理學(xué)報，2013，27(1):114-118．

[11] 楊榮華,連宇新.基于BIM技術(shù)的工程管理專業(yè)課程體系構(gòu)建[J].中國建設(shè)教育，2015(3)：19-22，26.

[12] 尚春靜，李艷榮，任思佳，等. 基于BIM的工程管理專業(yè)理論課程與實踐教學(xué)創(chuàng)新研究[J].建筑經(jīng)濟(jì)，2015,36(9):129-131.

[13] Sacks R， Pikas E. Building information modeling education for construction engineering and management I：Industry requirements，state of the art，and gap analysis[J]. Journal of Construction Engineering and Management，2013(139)：1-12.

[14] Siller T J, Rosales A, Haines J,etal. Development of undergraduate students’ professional skills[J]. Journal of Professional Issues in Engineering Education and Practice，2009，135(3):102-108.

[15] Shenton H W， Conte P R， Bonzella J. A first course in BIM for civil engineering majors[J]. Structures Congress，2014:1097-1105.

Establishment of Comprehensive Experimental Platform for Engineering Management Teaching Based on BIM

YANG Taihua， WANG Yang， LAI Xiaoling

(School of Economics & Management， Shanghai University of Electric Power, Shanghai 200090, China)

The development of building information modeling (BIM) is a new technological revolution in the field of modern construction, and provides an opportunity for the teaching reform of construction management. In this paper, we put forward a framework which establishes the virtual teaching platform of comprehensive experiment for construction management based on analyzing the application of BIM technology in the college teaching process, and developed several experimental curriculums by means of the special functions of the different modules. It is an innovation of the traditional experimental teaching mode. The utilization of BIM comprehensive experimental teaching platform will improve the comprehensive quality and innovation ability of students, and increase the comprehensive utilization efficiency of the laboratory. The teaching practice shows that the use of this platform has a good effect in the experimental teaching.

comprehensive experimental teaching platform； building information modeling (BIM)； practice curriculum design； engineering management

2016-09-29

上海教委重點課程建設(shè)項目(滬教委高[2015]37號)

楊太華(1963-)，男，貴州仁懷人，博士，教授，主要研究方向：工程項目管理、電力安全管理等方面的教學(xué)和科研工作。

Tel.：021-68021485；E-mail: yangth@shiep.edu.cn

TU 05

A

1006-7167(2017)08-0108-04