張盛楠，高展望，吳 貝

(天津大學(xué)仁愛學(xué)院 a.建筑工程系；b.管理系，天津 301636)

BIM(Building Information Modeling)建筑信息模型技術(shù)是一種多維(三維空間、四維時(shí)間、五維成本、N維更多應(yīng)用)模型信息集成技術(shù)，可以使建設(shè)項(xiàng)目的所有參與方在項(xiàng)目從概念產(chǎn)生到完全拆除的整個(gè)生命周期內(nèi)[1]都能夠在模型中操作信息、在信息中操作模型，實(shí)現(xiàn)在建設(shè)項(xiàng)目全生命周期內(nèi)提高工作效率和質(zhì)量，減少錯(cuò)誤和風(fēng)險(xiǎn)的目標(biāo)[2]。

為進(jìn)一步提升建筑業(yè)信息化水平，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部在《2016—2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》中明確指出，建筑業(yè)信息化是建筑業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，也是建筑業(yè)轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、提質(zhì)增效、節(jié)能減排的必然要求[3]。BIM的國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》《建筑信息模型施工應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》等已經(jīng)頒布實(shí)施，給出了建筑信息交流框架標(biāo)準(zhǔn)。國家政策的倡導(dǎo)、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的完善、實(shí)際應(yīng)用的增長，表明BIM技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入加速普及應(yīng)用階段[4]，我國對(duì)BIM人才的需求將迎來井噴式增長[5]，而缺乏專業(yè)BIM訓(xùn)練的從業(yè)者將使建筑行業(yè)面臨人才短缺的考驗(yàn)。高校責(zé)無旁貸將承擔(dān)起培養(yǎng)BIM人才的重任[6]，將BIM納入現(xiàn)有教育知識(shí)體系，為本科生提供相關(guān)專業(yè)的BIM技能學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，大規(guī)模培養(yǎng)BIM人才成為現(xiàn)代建筑行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。

目前，國內(nèi)外眾多高校的工程管理專業(yè)和土木工程專業(yè)的BIM教育如火如荼，且已形成較為成熟的教學(xué)模式可供參考[5-11]。但給排水、暖通空調(diào)等機(jī)電類專業(yè)的BIM教育起步較晚，市場(chǎng)BIM機(jī)電人才緊缺。如何在給排水科學(xué)與工程專業(yè)培養(yǎng)方案中增設(shè)相關(guān)課程、推進(jìn)BIM技術(shù)的學(xué)習(xí)，并將其與行業(yè)、企業(yè)、專業(yè)要求融合，培養(yǎng)創(chuàng)新復(fù)合型應(yīng)用人才是教學(xué)中亟待思考的問題。

一、國內(nèi)BIM課程教學(xué)現(xiàn)狀及給排水BIM人才需求

(一)國內(nèi)高校BIM課程設(shè)置現(xiàn)狀

我國自2003年引進(jìn)BIM技術(shù)以來，隨著BIM人才市場(chǎng)需求不斷擴(kuò)大，國內(nèi)高校積極開設(shè)相關(guān)課程，培養(yǎng)行業(yè)所需的BIM技術(shù)人才。部分高校的土木工程專業(yè)和工程管理專業(yè)通過單獨(dú)開設(shè)BIM課程或者將BIM技術(shù)植入土木工程制圖、房屋建筑學(xué)、工程施工、工程概預(yù)算、工程項(xiàng)目管理等原有基礎(chǔ)課和專業(yè)課程中，通過虛擬和現(xiàn)實(shí)相結(jié)合、理論與實(shí)踐相結(jié)合的形式[11]，培養(yǎng)行業(yè)所需的BIM人才。

然而，建筑行業(yè)中必不可少的機(jī)電專業(yè)(水暖電)在BIM技術(shù)教育方面滯后，僅在建筑設(shè)備、水工程施工等單獨(dú)課程中植入BIM內(nèi)容，并未形成完整的課程體系。隨著BIM技術(shù)應(yīng)用于水處理構(gòu)筑物、綜合管廊等復(fù)雜市政基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計(jì)和施工管理中，傳統(tǒng)“PPT+板書”的課程講授模式以及CAD二維繪圖已不能滿足日益發(fā)展的建筑市場(chǎng)需求，BIM機(jī)電人才短缺嚴(yán)重，因此在給排水等相關(guān)專業(yè)原有課程體系中加入BIM課程，并將BIM理念融入其中十分迫切。

(二)給排水專業(yè)BIM人才需求

通過對(duì)用人單位進(jìn)行BIM人才需求問卷調(diào)研和實(shí)地走訪發(fā)現(xiàn)，隨著BIM技術(shù)向多專業(yè)協(xié)同、市政基礎(chǔ)設(shè)施等方向深入，企業(yè)希望高校在技術(shù)人才培養(yǎng)時(shí)要注意人才的綜合教育，培養(yǎng)出既懂專業(yè)知識(shí)又懂BIM技術(shù)的創(chuàng)新復(fù)合型人才；在BIM機(jī)電技術(shù)方面，企業(yè)更青睞于能將水暖電專業(yè)有機(jī)結(jié)合在一起的復(fù)合型人才[12]。市場(chǎng)的需求反饋提醒我們需要對(duì)現(xiàn)有的培養(yǎng)計(jì)劃和課程體系做出適當(dāng)調(diào)整，以培養(yǎng)市場(chǎng)和企業(yè)需要的人才。

二、給排水專業(yè)BIM課程體系建設(shè)

根據(jù)學(xué)生對(duì)BIM技術(shù)需求程度的差異，將BIM課程體系分為基礎(chǔ)課程體系和高級(jí)課程體系兩個(gè)級(jí)別。在給排水專業(yè)原有培養(yǎng)方案中加入BIM基礎(chǔ)內(nèi)容，在學(xué)生中普及BIM技術(shù)；在致力于BIM技術(shù)研究，并將其作為未來職業(yè)發(fā)展方向的學(xué)生群體中開設(shè)BIM高級(jí)培訓(xùn)課程，以滿足更高需求。

(一)給排水專業(yè)BIM基礎(chǔ)課程體系設(shè)置

1.調(diào)整原有培養(yǎng)計(jì)劃，增加BIM技術(shù)相關(guān)課程

調(diào)查顯示，我國BIM機(jī)電人才需求缺口巨大，為大量培養(yǎng)BIM人才，在給排水專業(yè)的培養(yǎng)計(jì)劃和課程體系中增設(shè)了BIM應(yīng)用技術(shù)課程，全面培養(yǎng)學(xué)生的BIM理念和操作技能，使所有給排水專業(yè)的學(xué)生都可以學(xué)習(xí)到BIM基礎(chǔ)知識(shí)，接受BIM基本技能訓(xùn)練。

在眾多的BIM軟件中，大多數(shù)高校將水暖電3個(gè)專業(yè)組合為機(jī)電(MEP)模塊，企業(yè)的需求反饋也顯示更需要精通水暖電3個(gè)專業(yè)的復(fù)合型人才。在BIM時(shí)代，以水暖電三個(gè)專業(yè)的有機(jī)結(jié)合為契機(jī)，培養(yǎng)水暖電復(fù)合型人才成為大趨勢(shì)，因此，在給排水專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃中增設(shè)了建筑設(shè)備課群組，設(shè)置了建筑暖通空調(diào)、建筑電氣選修課，這兩門選修課與給排水專業(yè)原有的建筑給排水工程共同組成建筑設(shè)備的核心課程，便于學(xué)生更全面地掌握BIM機(jī)電方向的基礎(chǔ)知識(shí)。

通過BIM應(yīng)用基礎(chǔ)課和水暖電專業(yè)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)初步具備BIM技術(shù)的應(yīng)用能力，但是由于上述兩類課程分開設(shè)置，并未有機(jī)結(jié)合在一起，學(xué)生的實(shí)踐角色帶入感不強(qiáng)，利用BIM技術(shù)分析解決實(shí)際工程問題的能力未能得到很好提升，不能滿足應(yīng)用型BIM人才培養(yǎng)的要求。對(duì)此，增設(shè)BIM典型案例分析、BIM在建筑設(shè)備中的應(yīng)用等實(shí)踐類課程，結(jié)合學(xué)生的興趣和學(xué)習(xí)能力，選擇難度適中、應(yīng)用性廣泛的綜合工程案例，引進(jìn)最新的BIM應(yīng)用軟件，實(shí)現(xiàn)在虛擬仿真的環(huán)境中模擬工程項(xiàng)目在規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營維護(hù)等各階段的運(yùn)行，提高學(xué)生應(yīng)用BIM理念和思維解決實(shí)際工程問題的能力。

2.原有專業(yè)課程體系中融入BIM教學(xué)內(nèi)容

建設(shè)BIM案例輔助相關(guān)專業(yè)課堂教學(xué)，將BIM技術(shù)融入畫法幾何與工程制圖、土建工程基礎(chǔ)、建筑給排水等專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課程的教學(xué)中，建設(shè)給排水專業(yè)BIM技術(shù)課程群。

在工程制圖課程中，將BIM三維模型作為教學(xué)輔助工具，利用三維模型直觀、形象的優(yōu)勢(shì)，將三維模型和二維平面圖一一對(duì)應(yīng)，便于學(xué)生更好地觀察和理解建筑的空間結(jié)構(gòu)關(guān)系[6-9]，且較之枯燥的二維圖紙，三維模型更加生動(dòng)，有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在三維模型講解過程中還可對(duì)學(xué)生進(jìn)行BIM基礎(chǔ)知識(shí)普及，構(gòu)筑學(xué)生對(duì)BIM的初步認(rèn)知，為后續(xù)BIM相關(guān)課程的學(xué)習(xí)打基礎(chǔ)。

在土建工程基礎(chǔ)原有課程內(nèi)容中加入Revit Architecture教學(xué)模型，輔助講解基礎(chǔ)、柱、墻、門窗、樓板、屋頂、樓梯等房屋構(gòu)造，二維施工圖和三維模型一起使用、對(duì)比演示，使原本枯燥的理論學(xué)習(xí)變得立體生動(dòng)，便于學(xué)生更好地理解和掌握建筑結(jié)構(gòu)相關(guān)內(nèi)容，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。

在建筑給排水、建筑暖通空調(diào)和建筑電氣等建筑機(jī)電理論課程講授過程中，運(yùn)用實(shí)際項(xiàng)目的Revit機(jī)電模型，在項(xiàng)目中引出知識(shí)點(diǎn)的講解，從工程的角度分析理論知識(shí)，向?qū)W生全方位展示真實(shí)建筑完整的機(jī)電設(shè)備模型，同時(shí)配以VR(虛擬現(xiàn)實(shí))、AR(增強(qiáng)現(xiàn)實(shí))等虛擬仿真技術(shù)，使學(xué)生產(chǎn)生身臨其境的感覺，提高學(xué)習(xí)興趣，加深對(duì)建筑機(jī)電系統(tǒng)的認(rèn)知。

在水工程施工課程中，利用BIM軟件制作模擬動(dòng)畫展示施工過程和建筑設(shè)備安裝過程，將施工現(xiàn)場(chǎng)帶進(jìn)課堂，讓學(xué)生通過BIM虛擬技術(shù)了解施工的整體及細(xì)節(jié)，將抽象的文字?jǐn)⑹鲎兂删唧w的施工動(dòng)畫，解決施工工藝、技術(shù)流程在課堂上難以講清的問題[13]；讓學(xué)生完成施工工序分析、編制施工作業(yè)組織圖、計(jì)劃表等，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。將BIM技術(shù)引入水工程施工課程教學(xué)中，不僅可以幫助學(xué)生熟悉課堂內(nèi)容、鞏固理論知識(shí)，還能提前接觸行業(yè)前沿知識(shí)[13]、增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

水質(zhì)工程學(xué)、給排水管網(wǎng)工程、水泵與水泵站等給排水專業(yè)核心專業(yè)課中需要講解眾多復(fù)雜的處理構(gòu)筑物及構(gòu)件，在原有的“PPT+板書”的課堂教學(xué)模式下，學(xué)生不能準(zhǔn)確想象出這些處理構(gòu)筑物的具體結(jié)構(gòu)和運(yùn)行過程。為此，利用BIM三維技術(shù)制作了普通快濾池、V型濾池、管網(wǎng)等市政基礎(chǔ)設(shè)施的三維BIM模型，相比抽象的二維示意圖，由于BIM三維模型具有可視化、多角度、可拆分、易剖切等優(yōu)勢(shì)，學(xué)生在立體模型環(huán)境下學(xué)習(xí)，通過拆分切剖構(gòu)筑物三維模型，不需要極強(qiáng)的空間想象能力就能看到二維圖紙視角下看不到的內(nèi)在的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。學(xué)生對(duì)構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)有了形象直觀的認(rèn)識(shí)，教學(xué)效果大大提升。

教師在BIM技術(shù)平臺(tái)下講述專業(yè)課程比傳統(tǒng)形式授課更具系統(tǒng)性、層次性和可操作性，BIM技術(shù)可以幫助學(xué)生更好地理解并掌握相關(guān)的專業(yè)知識(shí)，提高學(xué)生的空間認(rèn)知能力，也使原本枯燥手段單一的課堂教學(xué)變得生動(dòng)形象，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課和BIM技術(shù)的動(dòng)力。

3.實(shí)踐課程體系中加入BIM軟件操作

BIM應(yīng)用人才除應(yīng)具備技術(shù)所需的理論知識(shí)外，更需要將理論應(yīng)用于實(shí)踐，鍛煉實(shí)踐動(dòng)手能力，因此，除了設(shè)置BIM理論課程，在給排水專業(yè)的實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐課程中引入BIM內(nèi)容，提升學(xué)生的BIM應(yīng)用能力。

在給排水專業(yè)的課程設(shè)計(jì)中，將學(xué)生分為兩隊(duì)，一隊(duì)采用傳統(tǒng)方式使用CAD完成二維圖紙的繪制，另一隊(duì)在構(gòu)筑物設(shè)計(jì)完成后，利用BIM三維建模軟件建立構(gòu)筑物的三維立體模型，直接出圖。在課程設(shè)計(jì)完成之后，將傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法下的成果和BIM成果進(jìn)行對(duì)比和檢驗(yàn)，使學(xué)生對(duì)BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)有更深刻的理解和認(rèn)可。

在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，每年抽選部分給排水專業(yè)學(xué)生與土木工程、工程管理等專業(yè)學(xué)生組成跨專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，共同完成包含建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電全專業(yè)模型搭建、碰撞檢測(cè)、招投標(biāo)文件編制，施工過程管理、土建造價(jià)、安裝造價(jià)等多個(gè)BIM應(yīng)用任務(wù)。不同專業(yè)學(xué)生一起聯(lián)合做畢業(yè)設(shè)計(jì)，一方面鍛煉了學(xué)生的溝通和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，另一方面起到了專業(yè)間的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，使學(xué)生對(duì)BIM的設(shè)計(jì)理念有了切身的體會(huì)。

學(xué)校給排水專業(yè)BIM基礎(chǔ)課程體系如表1所示。除了上述系統(tǒng)課程體系，還可以通過微課、專家講座等多種教學(xué)方式和手段為學(xué)生傳授BIM知識(shí)和前沿技術(shù)，使學(xué)生在大學(xué)四年可以隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)BIM技術(shù)，接受BIM理念的熏陶。

表1 給排水專業(yè)BIM基礎(chǔ)課程體系

(二)給排水專業(yè)BIM高級(jí)課程體系設(shè)置

為進(jìn)一步提高學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)和BIM技能，更好地接軌行業(yè)市場(chǎng)需求，滿足用人單位對(duì)BIM綜合應(yīng)用能力的要求，篩選對(duì)BIM興趣強(qiáng)烈，有意愿在此行業(yè)內(nèi)發(fā)展的學(xué)生組成BIM工作室，通過提高培訓(xùn)課程學(xué)習(xí)、等級(jí)考試、學(xué)科競(jìng)賽，校外實(shí)踐等方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行更深層次的實(shí)踐鍛煉，培養(yǎng)學(xué)生建立應(yīng)用級(jí)別的三維模型、應(yīng)用BIM模型輔助建設(shè)過程管理等深層次的能力。

1.設(shè)置BIM提高培訓(xùn)課程

加入BIM工作室的學(xué)生在基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)結(jié)束之后，繼續(xù)參加提高培訓(xùn)。培訓(xùn)過程中，以“項(xiàng)目”為單位，讓學(xué)生自由組隊(duì)完成一個(gè)高級(jí)項(xiàng)目，通過項(xiàng)目實(shí)踐掌握目前主流的BIM應(yīng)用、管理軟件，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、思考、及時(shí)關(guān)注學(xué)科前沿發(fā)展動(dòng)態(tài)的能力和習(xí)慣。提高培訓(xùn)契合了用人企業(yè)的能力需求，提升了學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。提高培訓(xùn)課程內(nèi)容及技能要求如表2。

表2 提高培訓(xùn)課程內(nèi)容

2.鼓勵(lì)學(xué)生參加BIM競(jìng)賽

隨著BIM技術(shù)在給排水市政方向的廣泛應(yīng)用，越來越多的BIM大賽開始設(shè)置機(jī)電、市政、安裝等給排水專業(yè)相關(guān)項(xiàng)目模塊。鼓勵(lì)給排水專業(yè)的學(xué)生積極申報(bào)BIM競(jìng)賽，或者與土木工程和工程管理專業(yè)的學(xué)生跨專業(yè)組隊(duì)參加BIM大賽。根據(jù)學(xué)校政策，在BIM比賽中獲獎(jiǎng)的學(xué)生能夠獲得素質(zhì)教育學(xué)分獎(jiǎng)勵(lì)。

在參加競(jìng)賽的過程中，學(xué)生可以了解并體驗(yàn)多種主流BIM軟件的應(yīng)用，訓(xùn)練多方協(xié)同應(yīng)用能力，擴(kuò)展BIM知識(shí)。很多賽事主辦方也會(huì)為學(xué)生提供與同行和企業(yè)交流的機(jī)會(huì)，增加學(xué)生就業(yè)渠道，提高學(xué)生就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

3.組織“3+1”校外實(shí)踐

BIM技術(shù)的熟練運(yùn)用是建立在大量應(yīng)用，尤其是實(shí)際工程項(xiàng)目實(shí)踐基礎(chǔ)之上。對(duì)于培養(yǎng)應(yīng)用型人才為主的獨(dú)立學(xué)院而言，校外實(shí)習(xí)的重要性不言而喻。為此，學(xué)校專門制定了針對(duì)實(shí)習(xí)生的“3+1”培養(yǎng)計(jì)劃，將傳統(tǒng)的四年制本科學(xué)習(xí)劃分為三年專業(yè)課學(xué)習(xí)和一年企業(yè)實(shí)習(xí)，重要的專業(yè)課程均安排在大學(xué)前3個(gè)學(xué)年完成，大四僅剩余少量選修課及實(shí)踐課程。大學(xué)第6個(gè)學(xué)期理論課程學(xué)習(xí)結(jié)束之后，在學(xué)生自愿報(bào)名和用人單位篩選雙向選擇基礎(chǔ)上，選派部分BIM高級(jí)人才到校企合作單位進(jìn)行為期一年的校外實(shí)踐。參加“3+1”校外實(shí)踐的學(xué)生，可以用校外實(shí)踐課程代替大四上學(xué)期相同學(xué)分的選修課程。

由于在高級(jí)培訓(xùn)過程中鍛煉了學(xué)生的軟件操作能力和團(tuán)隊(duì)合作能力，進(jìn)入實(shí)習(xí)單位后學(xué)生能在較短時(shí)間內(nèi)熟悉工作崗位，得到用人單位的肯定。通過在實(shí)際工作崗位的實(shí)踐鍛煉，學(xué)生能接觸到在校期間難以見到的大型復(fù)雜項(xiàng)目，對(duì)復(fù)雜項(xiàng)目中相關(guān)軟件的使用技巧以及BIM技術(shù)和理念有了更深的學(xué)習(xí)和理解，大大增強(qiáng)了就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

4.培養(yǎng)跨學(xué)科建筑信息化人才

隨著BIM技術(shù)與大數(shù)據(jù)、3D、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)的滲透融合，以及在人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)、智慧城市等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，為積極響應(yīng)新工科建設(shè)行動(dòng)，培養(yǎng)跨學(xué)科BIM綜合創(chuàng)新人才，設(shè)置了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)爬蟲與數(shù)據(jù)分析等信息類選修課程，并與相關(guān)課程教師共同制定基于BIM技術(shù)的課程教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生利用計(jì)算思維和數(shù)據(jù)思維獲取數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)的能力，并使學(xué)生對(duì)射頻識(shí)別技術(shù)、傳感技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)的智能應(yīng)用等信息技術(shù)有了初步的了解，以適應(yīng)未來對(duì)跨學(xué)科BIM創(chuàng)新人才的需求。

三、結(jié)語

國內(nèi)BIM技術(shù)應(yīng)用已從最初的試水階段進(jìn)入快速發(fā)展階段，從最開始的民用建筑慢慢延伸到水利、港口以及大型市政基礎(chǔ)設(shè)施等其他土建工程領(lǐng)域，但是國內(nèi)高校給排水專業(yè)的BIM專業(yè)教育開展較為緩慢，用人單位急缺既精通機(jī)電專業(yè)又懂BIM技術(shù)的畢業(yè)生來充實(shí)BIM機(jī)電人才大軍，在給排水專業(yè)學(xué)生中進(jìn)行BIM機(jī)電人才培養(yǎng)已刻不容緩。

目前，高校給排水專業(yè)已形成層次分明的BIM分級(jí)課程體系，但是在市政基礎(chǔ)設(shè)施BIM應(yīng)用、BIM全生命周期應(yīng)用方面仍需進(jìn)一步探索。學(xué)校給排水專業(yè)計(jì)劃就市政給排水設(shè)施和構(gòu)筑物BIM建模及應(yīng)用，BIM全生命周期案例教學(xué)方面展開深入研究，積極推進(jìn)BIM技術(shù)在市政給排水設(shè)施中的應(yīng)用，以期培養(yǎng)更多的BIM復(fù)合創(chuàng)新型人才。