繆 盾

(同濟(jì)大學(xué)浙江學(xué)院 土木工程系，浙江 嘉興 314051)

0 引 言

建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)作為建筑信息化的核心技術(shù)近幾年迅速發(fā)展起來。以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型基礎(chǔ)，進(jìn)行建筑模型的建立，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息，具有可視化、可協(xié)調(diào)，模擬性，優(yōu)化性和可出圖等特點(diǎn)[1-3]。國家住建部分別在2011年～2015年發(fā)布了關(guān)于推進(jìn)建筑信息模型等技術(shù)在工程設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行維護(hù)全過程的應(yīng)用，促使BIM技術(shù)滲透到建筑工程項(xiàng)目的各階段[4]，自2017年7月正式頒布并實(shí)施《建筑信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》，又使我國建筑信息化技術(shù)提高到了一個(gè)新的階段。

可見BIM技術(shù)已成為從事建筑工程技術(shù)和管理人員的必備技能之一。為了實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)在建筑工程領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，Autodesk公司研發(fā)了Revit軟件，在軟件中又根據(jù)不同專業(yè)工程設(shè)計(jì)設(shè)置了Revit Arch、Revit Structure以及Revit MEP模塊，用以解決建筑空間、建筑結(jié)構(gòu)和設(shè)備管線等綜合問題[5]。BIM帶來的不僅僅是技術(shù)上的革命，更為重要的是工程設(shè)計(jì)及管理上的先進(jìn)理念。仿真平臺(tái)搭建能夠直接還原設(shè)計(jì)者的創(chuàng)造，除此還具有高度的集成化，實(shí)時(shí)三維，信息共享和專業(yè)協(xié)同等顯著特點(diǎn)，各專業(yè)的設(shè)計(jì)和信息管理聯(lián)動(dòng)，節(jié)約了成本[6-7]。

1 國內(nèi)高校BIM課程開設(shè)情況

目前將BIM課程納入正常教學(xué)環(huán)節(jié)的高校還較少，BIM在高校主要存在的形式有3種，①以研究BIM技術(shù)為主，通過項(xiàng)目或課題的方式立項(xiàng)研究，如清華大學(xué)軟件學(xué)院BIM標(biāo)準(zhǔn)研究課題和同濟(jì)大學(xué)的BIM技術(shù)研究項(xiàng)目；②以BIM技術(shù)應(yīng)用為主，通過短培集訓(xùn)課程形式，如哈爾濱工業(yè)大學(xué)在國內(nèi)高校中首次開設(shè)的“BIM技術(shù)應(yīng)用短課”[8]和華南理工大學(xué)開設(shè)的“BIM工程師培訓(xùn)課程”；③以介紹推廣BIM概念為主，一般是在相關(guān)專業(yè)課程，課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)中引入BIM知識(shí)點(diǎn)，如BIM在建筑設(shè)計(jì)中異型屋面設(shè)計(jì)、BIM在鋼結(jié)構(gòu)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)處的設(shè)計(jì)方法，BIM在建筑施工中的應(yīng)用等。這些新開設(shè)的BIM教學(xué)都存在以下幾種問題。

1.1 信息孤立，專業(yè)間不能協(xié)同

高校的各個(gè)學(xué)院各個(gè)專業(yè)在開設(shè)BIM課程的時(shí)候往往各自為營，相互孤立，信息不能共享，多專業(yè)之間難以協(xié)同，BIM信息模型也失去了本來的價(jià)值。一個(gè)建筑物，是由建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、能源、環(huán)保、管理等多個(gè)專業(yè)和系統(tǒng)構(gòu)成的有機(jī)協(xié)調(diào)的統(tǒng)一體，各專業(yè)彼此融合，相輔相成，在一個(gè)總的目標(biāo)下既獨(dú)立又合作地開展工作[9]，但學(xué)校一般是分專業(yè)開展教學(xué)，很少對(duì)學(xué)生安排多專業(yè)集成設(shè)計(jì)的訓(xùn)練環(huán)節(jié)，即使是畢業(yè)設(shè)計(jì)，也是在各專業(yè)獨(dú)立選題，自行完成本專業(yè)內(nèi)的設(shè)計(jì)，這實(shí)際上并不能真實(shí)反映設(shè)計(jì)單位和施工企業(yè)各專業(yè)知識(shí)和設(shè)計(jì)技能間的協(xié)調(diào)與配合的整體要求。

1.2 教學(xué)資源不共享

對(duì)于模型中基礎(chǔ)信息共享化不夠，每個(gè)專業(yè)在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)都對(duì)基礎(chǔ)信息部分重復(fù)操作，一旦有一個(gè)專業(yè)的該部分出現(xiàn)誤操作還會(huì)影響到后期的各專業(yè)間的協(xié)同。而在本專業(yè)內(nèi)各門專業(yè)課程中引入的BIM部分，通常教師都選擇最能突顯本門課程知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)案例，但對(duì)于學(xué)生則需要熟悉這個(gè)特定工程案例的諸多特征和所有過程，甚至還需要花費(fèi)大量的時(shí)間去建一個(gè)完整的BIM模型，造成專業(yè)教學(xué)課時(shí)緊張[10]，同時(shí)還使得類似的建模工作在不同專業(yè)課程中重復(fù)教學(xué)，極大地浪費(fèi)了有限的教學(xué)資源[11]。

1.3 應(yīng)用層面不深入

大部分高校BIM教學(xué)主要講解建模方法，對(duì)于專業(yè)間的協(xié)同作業(yè)方法和BIM模型的應(yīng)用都簡(jiǎn)略帶過，致使學(xué)生對(duì)于BIM的理解出現(xiàn)偏差，認(rèn)同BIM是與AutoCAD類似的繪圖軟件，激發(fā)不起學(xué)習(xí)興趣。

因此在高校開設(shè)BIM課程要聯(lián)合建筑工程中的各個(gè)專業(yè)，在同樣的要求下統(tǒng)一實(shí)踐，為了后續(xù)專業(yè)課程應(yīng)用的需要，更需設(shè)置一個(gè)能服務(wù)于不同專業(yè)課程的統(tǒng)一的實(shí)踐教學(xué)案例，這樣可以節(jié)約教學(xué)資源，還能促進(jìn)專業(yè)間，專業(yè)課程間的有機(jī)性和整體性。

2 BIM實(shí)踐課程建設(shè)

2.1 BIM實(shí)踐課程建設(shè)思想

BIM技術(shù)具有兩個(gè)特點(diǎn)：實(shí)踐性強(qiáng)和綜合性強(qiáng)。在課程建設(shè)時(shí)從3個(gè)方面改革：教學(xué)組織模式上，由專到綜，專綜互通；教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)上，橫向聯(lián)合，縱向整合；教學(xué)效果表達(dá)上，由真到仿，協(xié)同創(chuàng)新。

由專到綜，專綜互通。打破以教學(xué)單位為主的專業(yè)界限，根據(jù)一個(gè)建筑工程設(shè)計(jì)案例，整合不同專業(yè)的學(xué)生，成立BIM建模綜合小組，克服單一專業(yè)進(jìn)行實(shí)踐時(shí)專業(yè)知識(shí)局限帶來的弊病及建模的不完整性。由綜合小組建立的模型，反饋到各專業(yè)的后續(xù)專業(yè)課中進(jìn)行教學(xué)演示和應(yīng)用分析，如建筑施工預(yù)算，施工組織和管理，綠色建筑評(píng)價(jià)等，完成專業(yè)與綜合之間的雙向聯(lián)通，如圖1所示。

圖1 教學(xué)組織模式框圖

橫向聯(lián)合，縱向整合。一直以來，有關(guān)建筑的相關(guān)專業(yè)有建筑、土木、給排水、暖通、電氣等專業(yè)，在課程和實(shí)踐教學(xué)上都分別獨(dú)立，這種信息孤島式的方式讓學(xué)生不能明確各自專業(yè)知識(shí)在整個(gè)建筑項(xiàng)目中的位置和承上啟下的作用，在設(shè)計(jì)過程中也帶來了太多的返工修圖，浪費(fèi)了資源，甚至出現(xiàn)很多不合理的設(shè)計(jì)。故在進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)時(shí)，明確每個(gè)專業(yè)同學(xué)進(jìn)入的時(shí)間節(jié)點(diǎn)和其上下游專業(yè)的聯(lián)系，在橫向聯(lián)合中，根據(jù)各專業(yè)的特性和最終成果形式也統(tǒng)一了建模要求，避免多規(guī)造成模型誤差。實(shí)現(xiàn)單專業(yè)課程的縱向整合，將多門相關(guān)、相似、甚至關(guān)聯(lián)較遠(yuǎn)的課程有機(jī)聯(lián)系在一起，強(qiáng)化教學(xué)工作中課程體系的完整度與一體化程度[11]，提高學(xué)生綜合知識(shí)能力。以土木工程專業(yè)學(xué)生為例，在整個(gè)建模過程中，需要運(yùn)用到工程圖學(xué)、建筑工程概論、建筑結(jié)構(gòu)、建筑力學(xué)、工程估價(jià)、項(xiàng)目管理學(xué)等多門課程知識(shí)，將這些碎片式的知識(shí)串聯(lián)在同一工程項(xiàng)目的信息化模型下，通過實(shí)踐教學(xué)，學(xué)生能全面、系統(tǒng)地將專業(yè)基礎(chǔ)和專業(yè)課內(nèi)容整合到實(shí)際操作中，達(dá)到理論為實(shí)踐所用，更加透徹理解理論知識(shí)的目的。

由真到仿，協(xié)同創(chuàng)新。所構(gòu)建的BIM模型都是已建建筑，通過對(duì)真實(shí)項(xiàng)目的翻模得到仿真模型，對(duì)仿真模型進(jìn)行系列測(cè)試，再加上學(xué)生到真實(shí)建筑中的直接體驗(yàn)，讓學(xué)生對(duì)模型進(jìn)行綜合優(yōu)化，這種體驗(yàn)式的優(yōu)化能讓學(xué)生更理解設(shè)計(jì)合理的內(nèi)涵，且在優(yōu)化中，各專業(yè)學(xué)生相互辯論，能激發(fā)創(chuàng)新思維[12-13]。

2.2 實(shí)踐課程實(shí)現(xiàn)平臺(tái)構(gòu)建

為了將BIM實(shí)踐課程很好的開展起來，設(shè)置了3個(gè)層次的教學(xué)平臺(tái)[14]。如表1所示。

表1 BIM實(shí)踐課3層平臺(tái)

除此，還建立了BIM師資技術(shù)中心，從各院各系各教研室將相關(guān)資質(zhì)的老師整合到技術(shù)中心，為BIM實(shí)踐課順利開展提供了必要條件。

2.3 模型共享數(shù)據(jù)庫建設(shè)

為了能將前期所建BIM模型應(yīng)用到后期專業(yè)課的教學(xué)中，建立一個(gè)通用的、完整的、可擴(kuò)的BIM共享數(shù)據(jù)庫是非常必要的，存貯在數(shù)據(jù)庫中的每個(gè)案例建筑都是從規(guī)劃到拆除的全部信息，信息數(shù)據(jù)在存貯中也遵循統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)[15-16]，方便后續(xù)專業(yè)課教師的調(diào)用和演示。由于BIM模型體量較大，采取工作站或云平臺(tái)方式存貯比較方便。

3 教學(xué)試點(diǎn)成果展示

本次實(shí)踐教學(xué)試點(diǎn)在小規(guī)模學(xué)生組中采用分年級(jí)遞進(jìn)式進(jìn)行，首先學(xué)生在設(shè)計(jì)圖紙的輔助下進(jìn)行建模練習(xí)，模型見圖2。模型進(jìn)入數(shù)據(jù)庫后，根據(jù)不同專業(yè)特性進(jìn)行應(yīng)用分析，見圖3。分析報(bào)告同步傳至數(shù)據(jù)庫，各專業(yè)學(xué)生根據(jù)分析報(bào)告和實(shí)地體驗(yàn)提出綜合優(yōu)化方案及算量統(tǒng)計(jì)，并進(jìn)行模擬施工等研究，見圖4。

圖3 場(chǎng)地空間規(guī)劃分析、風(fēng)環(huán)境測(cè)試、碰撞檢測(cè)

圖4 算量統(tǒng)計(jì)表

本次參與BIM實(shí)踐訓(xùn)練的15名學(xué)生中，有10名應(yīng)屆畢業(yè)生由于具備過硬的BIM技能受到了多家單位的青睞，其中土木工程專業(yè)的一同學(xué)畢業(yè)后創(chuàng)業(yè)成立了BIM咨詢有限公司，還有一同學(xué)工作半年即榮升中建四局上海項(xiàng)目部BIM工程中心主任。

4 結(jié) 語

通過專業(yè)交叉、協(xié)同創(chuàng)新式BIM實(shí)踐課程的教學(xué)探索，為BIM教學(xué)積累了多樣化教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。對(duì)學(xué)生而言不僅掌握了BIM建模技能，還能拓展相關(guān)專業(yè)知識(shí)，尤其是對(duì)已有建筑物建模后的綜合優(yōu)化，提升了學(xué)生的設(shè)計(jì)大局觀，并且加深了臨場(chǎng)分析和設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)。

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