任曉耕 王浩宇 楊志成 何林清

摘 ?要：文章通過分析BIM技術(shù)在高校教學(xué)應(yīng)用現(xiàn)狀，進(jìn)行了基于BIM的建筑環(huán)境與能源應(yīng)用專業(yè)中的教學(xué)改革，通過對已有課程內(nèi)容重構(gòu)和改革，以及增設(shè)新的課程，把BIM技術(shù)有機(jī)融合到建能專業(yè)的教學(xué)計(jì)劃中，并結(jié)合實(shí)習(xí)，校企合作等環(huán)節(jié)，摸索出基于BIM的“科教融合”道路，為進(jìn)一步深化BIM技術(shù)在高校教學(xué)改革中的應(yīng)用提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);工程制圖;科教融合;課程群;教學(xué)改革

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2019）03-0127-04

Abstract： This paper analyzes the current situation of BIM technology in college teaching and application， and carries on the teaching reform in BIM-based building environment and energy application. Through the reconstruction and reform of existing curriculum content and the addition of new curriculum， the BIM technology is organically integrated into the professional teaching plan of Building Energy， and combining with the practice， school-enterprise cooperation and other links， the road of science and education integration based on BIM is explored， which provides valuable experience for further deepening the application of BIM technology in college teaching reform.

Keywords： BIM technology; engineering drawing; science and education integration; curriculum group; teaching reform

一、概述

十三五特別指出勘察設(shè)計(jì)類企業(yè)要加快BIM等信息技術(shù)在建筑業(yè)的普遍發(fā)展，我國政府對BIM大力推廣及建設(shè)行業(yè)應(yīng)用BIM的政策不斷增多。[1]各地陸續(xù)推出促進(jìn)BIM在相關(guān)行業(yè)應(yīng)用的政策條文。住房城鄉(xiāng)建設(shè)部辦公廳關(guān)于國家標(biāo)準(zhǔn)《綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》公開征求意見通知中，應(yīng)用建筑信息模型（BIM）技術(shù)，評價(jià)總分值為10分。在建筑的規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工建造和運(yùn)行維護(hù)階段中的一個(gè)階段應(yīng)用，得5分;在兩個(gè)及以上階段應(yīng)用，得10分。在“多業(yè)態(tài)地產(chǎn)的數(shù)字化建設(shè)路徑”的報(bào)道中，阿里云地產(chǎn)行業(yè)首席架構(gòu)師郭世偉指出，利用高精度的地圖、BIM、GIS場景的應(yīng)用，可視化的應(yīng)用（AR/VR）實(shí)現(xiàn)多維度多樣性的企業(yè)應(yīng)用融合。除了阿里，Israel、騰訊、intel等大公司開始介入BIM。助力全國各城市推廣BIM技術(shù)逐步開展，真正實(shí)現(xiàn)在全國范圍內(nèi)的普及應(yīng)用。

國內(nèi)BIM技術(shù)應(yīng)用經(jīng)典案例有水立方、國家會展中心、北京奧林匹克公園瞭望塔、北京鳳凰傳媒中心、中國尊、上海迪士尼、望京SOHO、武漢綠地中心等大型綜合體建筑。這些建筑無一例外均是施工技術(shù)難度大，與傳統(tǒng)的工作流程相比，削減了不少風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約時(shí)間的同時(shí)還提高了工程質(zhì)量。同時(shí)實(shí)現(xiàn)了綠色環(huán)保、節(jié)能減排的成效。在這些案例中，BIM技術(shù)充分發(fā)揮了助力解決項(xiàng)目全生命周期難題、多部門多崗位協(xié)同應(yīng)用的特點(diǎn)。尤其在可持續(xù)發(fā)展、協(xié)調(diào)合作、空間信息管理和設(shè)施管理三大方面發(fā)揮作用。隨著BIM的推廣和廣泛應(yīng)用，國家需要大量的BIM人才， 我國目前BIM人才數(shù)量短缺，培訓(xùn)BIM人才迫在眉睫。

二、高校BIM技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀分析

美國近年的BIM技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)高達(dá)80%，部分建設(shè)項(xiàng)目強(qiáng)制實(shí)施BIM技術(shù)，通過學(xué)術(shù)調(diào)查結(jié)果顯示，美國目前75%的學(xué)校已經(jīng)將BIM融入課程中，很多目前沒有設(shè)置BIM課程的學(xué)校，根據(jù)調(diào)查，也要很快把BIM納入其課程中。

BIM建筑行業(yè)中迅速普及和超前引領(lǐng)性，我國建筑業(yè)的信息化已經(jīng)提升到國家戰(zhàn)略位置，使得開展基于BIM的教學(xué)改革成為必然趨勢。我國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，青島理工大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)在專業(yè)教學(xué)體系中增設(shè)BIM技術(shù)應(yīng)用專業(yè)課程，吉林建筑大學(xué)、長春大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)開設(shè)了BIM創(chuàng)新實(shí)踐課和專業(yè)選修課，安徽工程大學(xué)在系列專業(yè)課中融入BIM技術(shù)，大連理工大學(xué)在畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)嘗試了BIM方向，大連民族學(xué)院增設(shè)了BIM實(shí)驗(yàn)選修課程[2]。另外，還有練蘭英在BIM對高校應(yīng)用型人才培養(yǎng)的作用研究中做了分析。劉潔在應(yīng)用型高校的BIM教學(xué)改革問題探究中分析了高校課程體系融入BIM的制約因素，曹曦進(jìn)行了BIM技術(shù)融入高校工程管理教學(xué)探究。章帥也在BIM技術(shù)在高校教學(xué)中的應(yīng)用研究中提出了最大化使用BIM技術(shù)在高校進(jìn)行教學(xué)的觀點(diǎn)，在BIM技術(shù)在水工程施工教學(xué)中的應(yīng)用探索苗群介紹了如何把BIM特點(diǎn)和施工教學(xué)環(huán)節(jié)結(jié)合。李茜在基于BIM素質(zhì)培養(yǎng)的高校建筑學(xué)專業(yè)教學(xué)研究中系統(tǒng)介紹了建筑學(xué)專業(yè)如何將BIM相關(guān)軟件結(jié)合到課程體系中。韓銳在基于BIM的多專業(yè)協(xié)同建筑設(shè)計(jì)教學(xué)模式探索中分析了傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)教學(xué)中存在的問題，以及通過BIM實(shí)驗(yàn)室集中各專業(yè)同學(xué)進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)項(xiàng)目模擬，得出三維設(shè)計(jì)相比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的深入性和直觀性，以及不能僅把BIM作為一門單純的軟件課程，必須加載在原有教學(xué)體系中的教學(xué)改革經(jīng)驗(yàn)和結(jié)論。

三、BIM技術(shù)在我校建筑環(huán)境與能源應(yīng)用專業(yè)中的改革

建筑類課程的設(shè)計(jì)從傳統(tǒng)的手工二維圖紙表達(dá)演變成CAD、天正CAD等計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，表達(dá)手法逐漸向技術(shù)信息化邁進(jìn)。但設(shè)計(jì)本質(zhì)卻依舊以二維設(shè)計(jì)為主，方案修改還要重復(fù)原先過程。（如圖1所示）而BIM 輔助設(shè)計(jì)是一個(gè)全新的立體設(shè)計(jì)體驗(yàn)。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)者將一直處于虛擬的三維建筑空間中，并將3D和2D技術(shù)與信息相結(jié)合，將建筑構(gòu)件的技術(shù)信息與各門專業(yè)課程內(nèi)容緊密結(jié)合，把設(shè)計(jì)階段出現(xiàn)的所有的問題先解決掉，大大縮短方案設(shè)計(jì)的進(jìn)程，有效地提高建筑類課程的實(shí)用價(jià)值。同時(shí)利用BIM的可視性、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性，可以和建能專業(yè)課程體系多門課程進(jìn)行滲透、交叉、促進(jìn)。隨著軟件升級，這種整個(gè)教學(xué)體系架構(gòu)的教學(xué)改革可以進(jìn)一步深入和持續(xù)。從以上信息可以看出，BIM既是一種新的三維新技術(shù)的理念，更是一種深化專業(yè)教學(xué)改革，提升建筑人才培養(yǎng)質(zhì)量，重塑自身辦學(xué)特色的絕佳機(jī)遇。掌握BIM技術(shù)不僅能增強(qiáng)人才的競爭力，還能為職業(yè)發(fā)展提供很多新的機(jī)會和可能。因此高校從不同層面積極重視學(xué)生BIM 素質(zhì)和能力的培養(yǎng)。

企業(yè)對BIM應(yīng)用人才有迫切的需求。我校建筑環(huán)境與能源應(yīng)用專業(yè)也抓住機(jī)遇，依托在北京的資源優(yōu)勢，及時(shí)在目前教學(xué)過程中加入BIM的教學(xué)內(nèi)容。由于BIM的應(yīng)用是全生命周期的，需要跨專業(yè)、甚至跨院校，多專業(yè)協(xié)同，單一教學(xué)難以滿足實(shí)踐要求，要改變現(xiàn)有課程高校體系存在較大困難。我院在BIM課程改革中進(jìn)行了探索，找出了一套因地制宜的BIM教學(xué)改革模式。目前運(yùn)行較為順暢。

新技術(shù)融入教學(xué)計(jì)劃主要有兩種途徑：新增BIM 技術(shù)相關(guān)課程和在建能專業(yè)原有專業(yè)課程中加入BIM內(nèi)容。針對建環(huán)專業(yè)的教學(xué)計(jì)劃，在“房屋構(gòu)造”課中引入BIM 標(biāo)準(zhǔn)體系和工具，將教學(xué)內(nèi)容重新整合，以任務(wù)或項(xiàng)目驅(qū)動方式完成建筑制圖（Revit Architecture）的入門介紹。另外增設(shè)“建筑機(jī)電系統(tǒng)三維建模（MEP）”、“BIM工程應(yīng)用強(qiáng)化訓(xùn)練”兩門專業(yè)選修課。系統(tǒng)介紹建筑機(jī)電系統(tǒng)制圖（Revit Mep）、Navisworks等BIM系列軟件。具體改革思路和措施如下：

（一）Revit Architecture和“房屋構(gòu)造”課程的無縫對接

“房屋構(gòu)造”課為建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程本科拓展類專業(yè)選修課。通過課程的學(xué)習(xí)，了解建筑的基本概念和一般設(shè)計(jì)方法，熟悉民用建筑和工業(yè)建筑的組成、構(gòu)造原理和構(gòu)造方法。該課程注重實(shí)踐， 而之前的教學(xué)主要以課堂教授為主， 通過圖片和視頻資料輔助介紹， 課程內(nèi)容相對比較單一，課堂上老師的講解枯燥、空洞無物， 學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不大，主動學(xué)習(xí)的積極性也不高。

結(jié)合房屋構(gòu)造課程特點(diǎn)，減少理論時(shí)數(shù)，穿插進(jìn)去Revit Architecture教學(xué)內(nèi)容，以一個(gè)小別墅為案例，在電腦上用REVIT軟件三維建模仿真建造房屋，從標(biāo)高、軸網(wǎng)、柱、墻、門窗、樓板、屋頂、樓梯坡道、陽臺扶手、室內(nèi)外常用構(gòu)件……按順序一步步搭建三維模型。在這個(gè)過程中，原來用二維表達(dá)的圖形栩栩如生展現(xiàn)在學(xué)生面前，原來枯燥的理論課變得立體生動，幫助學(xué)生更好地理解抽象的內(nèi)容， 既學(xué)了軟件的使用方法，同時(shí)仿真建造了一所小別墅，促進(jìn)了對“房屋構(gòu)造”這門課的主要知識點(diǎn)的理解掌握。

課堂上， 二維施工圖和三維模型一起使用、對比演示， 加深學(xué)生的理解。著重培養(yǎng)學(xué)生建筑工程意識和建筑工程思維方法，培養(yǎng)學(xué)生建筑環(huán)境與自然環(huán)境協(xié)調(diào)、互為辨證統(tǒng)一的發(fā)展觀。同時(shí)， 還可向?qū)W生進(jìn)一步滲透BIM理念，介紹BIM的發(fā)展趨勢， 體會BIM技術(shù)的深化設(shè)計(jì)、優(yōu)化原始平面設(shè)計(jì)的優(yōu)勢， 引導(dǎo)學(xué)生將BIM技術(shù)應(yīng)用到未來的工程實(shí)踐和工作中。

（二）增設(shè)“建筑機(jī)電系統(tǒng)三維建模（MEP）”、“BIM工程應(yīng)用強(qiáng)化訓(xùn)練”兩門專業(yè)選修課

借助教學(xué)計(jì)劃調(diào)整時(shí)機(jī)，增設(shè)“建筑機(jī)電系統(tǒng)三維建模（MEP）”、“BIM工程應(yīng)用強(qiáng)化訓(xùn)練”兩門專業(yè)選修課。通過“建筑機(jī)電系統(tǒng)三維建模（MEP）”學(xué)習(xí)，學(xué)生將學(xué)會在 Revit MEP 中進(jìn)行 BIM機(jī)電模型（水暖、電氣、消防等專業(yè)）搭建，然后將模型輕量化后導(dǎo)入Navisworks進(jìn)行碰撞檢查，確立協(xié)同工作方式和優(yōu)化方案。在“BIM工程應(yīng)用強(qiáng)化訓(xùn)練”中，將通過真實(shí)案例來強(qiáng)化暖通專業(yè)識圖和在 Revit中全專業(yè)建模的方法，同時(shí)加入?yún)?shù)化建族、BIM插件應(yīng)用拓展及創(chuàng)新訓(xùn)練。

“建筑設(shè)備與工程制圖”、“房屋構(gòu)造”、“建筑機(jī)電系統(tǒng)三維建模（MEP）”、“BIM工程應(yīng)用強(qiáng)化訓(xùn)練”一共四門課，把建筑制圖-建筑設(shè)備工程制圖-CAD-天正CAD- Revit Architecture-Revit Mep這些知識點(diǎn)串在一起，同時(shí)將二年級、三年級、四年級的課程也有了銜接和深化遞進(jìn)的設(shè)計(jì)，逐步形成“梯隊(duì)式BIM”人才培養(yǎng)方案。

（三）BIM技術(shù)促進(jìn)師資隊(duì)伍建設(shè)

BIM課程體系建立的第一項(xiàng)任務(wù)便是BIM師資隊(duì)伍的建設(shè)。要求相關(guān)課程的專業(yè)教師都能夠掌握相應(yīng)的BIM知識和相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)。高校教師作為施行BIM 建筑教育改革的主體，首先要對BIM知識進(jìn)行系統(tǒng)的培訓(xùn)與學(xué)習(xí)。利用參加培訓(xùn)班、去設(shè)計(jì)院實(shí)習(xí)等各種渠道增加建能教師的BIM學(xué)習(xí)機(jī)會，為學(xué)生學(xué)習(xí)BIM技術(shù)奠定堅(jiān)實(shí)的師資基礎(chǔ)。確定課程方案之前，相關(guān)老師參加了為期三個(gè)月的“北京華茂BIM項(xiàng)目工程師/項(xiàng)目經(jīng)理建模到項(xiàng)目應(yīng)用的培訓(xùn)”，并獲結(jié)業(yè)合格證書。

在BIM理念的滲透之下，教師重新制定專業(yè)課程的教授順序與側(cè)重點(diǎn)。撰寫大綱、教學(xué)日歷、考核方案和模式、任務(wù)書等教學(xué)文件，調(diào)研搜集整理確定案例、電子課件、課外練習(xí)題，完成這四門課的課程建設(shè)任務(wù)。從2015屆畢業(yè)生中，和BIM相關(guān)的畢設(shè)課題也逐漸增多，并且BIM類畢設(shè)課題深度廣度在逐年增加，通過指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行畢設(shè)，專業(yè)老師的BIM能力也得到提高。

（四）BIM技術(shù)促進(jìn)了高校應(yīng)用型人才培養(yǎng)的改革

借助于BIM技術(shù)平臺，在“房屋構(gòu)造”和“建筑機(jī)電系統(tǒng)三維建模（MEP）”、“BIM工程應(yīng)用強(qiáng)化訓(xùn)練”課程教學(xué)中以一個(gè)完整工程的真實(shí)案例為核心，通過三維建模技術(shù)表達(dá)真實(shí)建筑所具有的信息，真實(shí)再現(xiàn)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，也使原本“枯燥無味”的課堂教學(xué)變得生動起來，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課的動力。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。

“梯隊(duì)式BIM”的培養(yǎng)模式進(jìn)行教學(xué)，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)程度和職業(yè)目標(biāo)，按照初級的建模員、中級的工程師、高級的項(xiàng)目管理員分階段、分層次培養(yǎng)，本課題的基本培養(yǎng)目標(biāo)是初級建模員，下一步準(zhǔn)備在后續(xù)課程設(shè)計(jì)和預(yù)算施工實(shí)訓(xùn)階段目標(biāo)是工程師。

（五）結(jié)合創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，逐步形成科教融合的教學(xué)體系

借助BIM類課程在專業(yè)設(shè)置中的滲透，我校建能專業(yè)這幾年積極和北京住宅建筑設(shè)計(jì)研究院、北京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司、中國建筑科學(xué)研究院等設(shè)計(jì)院進(jìn)行聯(lián)系，輸送一批批學(xué)生到設(shè)計(jì)院進(jìn)行暑期實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)，設(shè)計(jì)院根據(jù)學(xué)生能力情況擇優(yōu)錄取，目前已經(jīng)有多名畢業(yè)生在以上設(shè)計(jì)院就業(yè)。結(jié)合暑期實(shí)習(xí)，畢業(yè)實(shí)習(xí)，用設(shè)計(jì)院真實(shí)項(xiàng)目進(jìn)行強(qiáng)化訓(xùn)練，對于設(shè)計(jì)院的工作流程、項(xiàng)目分工、工程經(jīng)驗(yàn)等知識技能進(jìn)行了培訓(xùn)，老生帶新生，形成“梯隊(duì)式BIM”人才培訓(xùn)。

2016年我校建筑環(huán)境與能源應(yīng)用專業(yè)的畢業(yè)生已有15%從事與BIM相關(guān)的工作，這兩年有更多學(xué)生在BIM 崗位工作。通過這兩年學(xué)生在課程和實(shí)習(xí)過程中的學(xué)習(xí)磨練，積累聚集一批具備BIM建模技能的學(xué)生。響應(yīng)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)號召，于2017年底成立“BIM&CFD建模與分析工作室”，承接北京各大建筑設(shè)計(jì)院的基礎(chǔ)建模、綠建分析等外包工作。該工作室以學(xué)生為主體，教師輔助，和設(shè)計(jì)院資深建模師橫向交流合作，借助大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)為平臺，真正做到學(xué)以致用。

利用BIM平臺分別在企業(yè)委托課題、合作申報(bào)自然科學(xué)基金項(xiàng)目，共建“BIM&智慧城市”實(shí)驗(yàn)室等方面進(jìn)行深度合作，摸索出一條科教融合的“產(chǎn)學(xué)研”道路。

四、存在的問題與進(jìn)一步研究設(shè)想

由于課程改革的進(jìn)一步深化，師資隊(duì)伍的新知識和技術(shù)的培訓(xùn)和教學(xué)管理工作的協(xié)調(diào)如何平衡，學(xué)生的日常學(xué)習(xí)和BIM工作室的活動如何平衡，這些問題有待于進(jìn)一步協(xié)調(diào)解決。

BIM這個(gè)概念是基于工程的全生命周期的，目前學(xué)校的課程改革和應(yīng)用也僅是完成最基本的一步。下一步準(zhǔn)備在后續(xù)空調(diào)課程設(shè)計(jì)和施工預(yù)算等實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)進(jìn)一步進(jìn)行改革，階段目標(biāo)是培養(yǎng)出BIM工程師。讓學(xué)生直接可以進(jìn)行BIM正向設(shè)計(jì)，直接實(shí)現(xiàn)從平面二維設(shè)計(jì)到三維設(shè)計(jì)的飛躍。

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