黃津津，沈維莉

（江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 無錫 214153）

一、引言

在建筑行業(yè)內(nèi)，建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）是繼CAD之后又一革命式的三維數(shù)字技術(shù)，它給建筑領(lǐng)域帶來了一場順應(yīng)時代潮流的驅(qū)動性變革[1]。BIM以三維模型為基礎(chǔ)對建筑信息賦予特定的數(shù)字信息，將所有項(xiàng)目數(shù)據(jù)信息整合成一個信息模型，并對其進(jìn)行詳細(xì)描述。與傳統(tǒng)的CAD技術(shù)相比，BIM具有協(xié)同、仿真、可視化、優(yōu)化和圖形化能力五大優(yōu)勢[2]。將BIM技術(shù)應(yīng)用到工程項(xiàng)目中，可以最大限度地避免從設(shè)計(jì)初期到施工后期的返工，節(jié)省人力、物力，提高工作效率。在項(xiàng)目從設(shè)計(jì)、建設(shè)到竣工再到拆除的整個過程中，為了實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的數(shù)字化、智能化，從根本上縮短項(xiàng)目周期，就需要建筑模型在各個軟件中完成信息交換、模型傳遞和模擬分析等工作，因此，能否將信息完整、規(guī)范、有效地賦予建筑模型并進(jìn)行傳遞是關(guān)鍵。在國際上，BIM數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容包括數(shù)據(jù)模型IFC（Industry Foundation Classes）標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)字典IFD（International Framework for Dictionaries）標(biāo)準(zhǔn)和過程信息分發(fā)手冊IDM（Information Delivery Manual）?；诖?，美國、日本、新加坡等國相繼推出BIM標(biāo)準(zhǔn)手冊，將BIM技術(shù)規(guī)范化并推廣應(yīng)用。在國內(nèi)，自“十一五”規(guī)劃以來，基于IFC的信息模型開發(fā)剛剛起步[3]，2007年中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院提出了JG/T198-2007標(biāo)準(zhǔn)以后，各企業(yè)和高校相繼開展BIM信息數(shù)據(jù)交換研究，這將為建筑行業(yè)的變革開辟重要路徑。

建筑能耗是社會總能耗的重要部分，在全球的建筑能耗占比中，30%是建筑運(yùn)行能耗，5%是建筑建造能耗，因此，在建造之前充分利用數(shù)據(jù)優(yōu)勢對建筑進(jìn)行能耗分析是建筑節(jié)能的重要環(huán)節(jié)。而在我國傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)中，建筑能耗模擬并不理想，這主要是由于跨專業(yè)人才的缺乏和建筑信息的復(fù)雜性，導(dǎo)致在能耗分析的過程中一直缺乏有效的數(shù)據(jù)，而BIM軟件之間具有互通性，可以將信息融合在建筑模型中，通過導(dǎo)出不同的格式在各軟件之間進(jìn)行交換，并且在建筑信息模型中也包含了能耗分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也可以通過云平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)及時的協(xié)作更新，進(jìn)行后續(xù)的持續(xù)能耗分析，因此，BIM技術(shù)在建筑能耗模擬分析中占有絕對優(yōu)勢，BIM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)的發(fā)展對建筑行業(yè)的節(jié)能減排具有重大意義。

二、BIM技術(shù)在建筑智能化工程中的應(yīng)用

BIM技術(shù)在建筑智能化工程應(yīng)用中涉及整個項(xiàng)目周期，主要包括設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維。在我國傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)基本流程為可行性分析、方案設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)、深化設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)等，而大部分的能耗分析和運(yùn)行設(shè)計(jì)均在施工圖階段之前，如果在設(shè)計(jì)的前期出現(xiàn)修改或者方案的變動將會導(dǎo)致大量的返工，尤其是建筑方案的修改將會造成下游專業(yè)包括暖通、給排水、電氣、消防等設(shè)計(jì)的重復(fù)工作，這也是自CAD繪圖替代手工繪圖以來困擾設(shè)計(jì)師的最大問題，造成了大量的人力和能源的浪費(fèi)。建筑信息模型可以在初步和深化設(shè)計(jì)階段將模型進(jìn)行搭建并將建筑信息包括材料、型號、尺寸等融合在模型中，在各專業(yè)尤其是設(shè)備專業(yè)協(xié)同正向設(shè)計(jì)的過程中，各專業(yè)負(fù)責(zé)人能夠及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)的疏漏之處，包括管道與結(jié)構(gòu)、管道與建筑之間的硬碰撞、系統(tǒng)之間的交叉影響等，能夠大幅度減少后期施工過程中的技術(shù)問題，同時也能減少造價(jià)專業(yè)的計(jì)算工作，因此，大多數(shù)設(shè)計(jì)院在近年來首先引入BIM技術(shù)，在廣州、上海、深圳等城市相繼在建筑行業(yè)提出BIM正向設(shè)計(jì)要求。

在施工階段，成本控制和施工質(zhì)量是衡量項(xiàng)目質(zhì)量的關(guān)鍵因素，目前，大多數(shù)企業(yè)是通過現(xiàn)場駐場設(shè)計(jì)師對施工人員進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)，而在現(xiàn)場施工的過程中一旦出現(xiàn)問題，將需要多專業(yè)的配合，很大可能會導(dǎo)致工期延誤，進(jìn)而造成施工成本的增加，此時如果涉及方案的修改是不現(xiàn)實(shí)的且浪費(fèi)大量人力，因此，利用建筑信息模型預(yù)測并提前分析施工過程中可能遇到的問題并及時提出解決方案是BIM技術(shù)在施工現(xiàn)場的主要作用，而目前國內(nèi)大多數(shù)施工人員在信息化模型方面的知識和技能較為缺乏，多數(shù)企業(yè)停留在利用BIM軟件進(jìn)行模型建造和渲染方面，這就忽視了BIM技術(shù)核心的功能，因此，利用BIM技術(shù)預(yù)測建造問題、提供技術(shù)解決方案，最終服務(wù)于項(xiàng)目全過程的質(zhì)量和成本精準(zhǔn)把控是其優(yōu)勢所在。

三、BIM技術(shù)在建筑智能化人才培養(yǎng)中的必要性

（一）智慧建造的發(fā)展需求

智慧建設(shè)概念的提出是以美國IBM公司在2009年提出的“智慧城市”理念中對城市智慧的理解[4]，基于我國建筑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，智慧建造涉及施工現(xiàn)場的進(jìn)度管理、科學(xué)設(shè)計(jì)施工安全指標(biāo)、制定危險(xiǎn)識別系統(tǒng)、完善施工方案設(shè)計(jì)、深化施工質(zhì)量監(jiān)管、控制施工成本以及后期自動化運(yùn)維等方面[5]，將BIM技術(shù)融合到項(xiàng)目生命的全過程，主要體現(xiàn)在以下三個方面。

1.可以優(yōu)化設(shè)計(jì)方案、預(yù)測施工問題、透明維護(hù)系統(tǒng)，尤其是建筑設(shè)備專業(yè)本身較為復(fù)雜，涉及水、暖、電、消防各專業(yè)的管線綜合排布，利用BIM技術(shù)能夠有效解決碰撞問題。

2.在后期運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障可以通過三維模型快速找到問題所在，有效降低運(yùn)維成本。

3.通過BIM技術(shù)搭建智慧平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)共享和轉(zhuǎn)換，能夠根據(jù)業(yè)主需要快速匹配建筑模型，利用傳感技術(shù)快速調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度及濕度，為用戶提供更加舒適的居住環(huán)境。

（二）節(jié)能低碳的需求

在建筑的使用期限內(nèi)，建筑設(shè)備的運(yùn)行能耗包括采暖、制冷、通風(fēng)、燈光等，是建筑能耗的主要部分，調(diào)查研究表明，在中國社會總能耗中，建筑運(yùn)行能耗的占比約為22%，相比之下，建造能耗占比僅為11%。在“十四五”規(guī)劃綱要中提出推動綠色發(fā)展，促進(jìn)人與自然和諧共生，這對建筑節(jié)能提出了更高的要求，因此，在建設(shè)前期利用BIM技術(shù)優(yōu)化建筑能耗分析，降低建筑設(shè)備運(yùn)行能耗，是推進(jìn)“碳達(dá)峰”工作的目標(biāo)要求。

（三）人才培養(yǎng)的定位需要

建筑智能化工程涉及專業(yè)面較廣，其子系統(tǒng)包括綜合布線系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、電話系統(tǒng)、電視系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、入侵檢測系統(tǒng)與巡更系統(tǒng)等，建筑智能化工程專業(yè)人才定位為能夠從事施工管理、工程造價(jià)、資料管理、物業(yè)管理、智能化系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試運(yùn)行及維修保養(yǎng)等工作的高素質(zhì)技術(shù)技能人才。由于傳統(tǒng)建筑設(shè)備專業(yè)和新興的建筑智能化專業(yè)人才的結(jié)構(gòu)斷層，近年來，建筑行業(yè)體制改革呼聲越發(fā)強(qiáng)大。2021年，全國建筑業(yè)總產(chǎn)值同比增長11.04%，與此同時，工程建筑行業(yè)的生產(chǎn)率增長明顯低于其他行業(yè)[6]，基于我國提出的2030年“碳達(dá)峰”和2060年“碳中和”的“雙碳目標(biāo)”，如何提高建筑建設(shè)全過程的效率、優(yōu)化資源配置、降低建筑能耗成為關(guān)鍵問題，因此，建筑設(shè)備方向的人才需求將趨于對智能化建設(shè)的更高要求，即能夠在建筑過程中使用計(jì)算機(jī)、信息集成等技術(shù)，提高建筑的采暖、電氣、消防、安防等綜合性能，實(shí)現(xiàn)建筑的通信、辦公、安防、消防自動化[7]，而BIM技術(shù)對設(shè)計(jì)采購模式、施工管理模式、建造方式和運(yùn)維模式的突破則是推動智能建造的有力支撐。

四、建筑智能化課堂實(shí)踐案例

（一）課程設(shè)計(jì)

建筑智能化專業(yè)主要學(xué)習(xí)建筑設(shè)備的安裝及其系統(tǒng)運(yùn)行管理，包括電氣控制、水電設(shè)備安裝、計(jì)量計(jì)價(jià)、綜合布線等，這對學(xué)生的三維空間想象能力有較高的要求，BIM建模技術(shù)則能很好地解決這一問題，因此，BIM技術(shù)在國內(nèi)市場逐漸開始大規(guī)模應(yīng)用，設(shè)計(jì)單位、施工單位和部分第三方機(jī)構(gòu)對BIM技術(shù)的研究也逐步展開，這就導(dǎo)致建筑市場對“BIM+X”技能型人才需求增大，據(jù)住建部2018年“‘十三五’中期建筑信息化發(fā)展研究”課題調(diào)研顯示，有37.65%的中小型建筑設(shè)計(jì)企業(yè)，信息技術(shù)理念落后、前瞻性不足，成為建筑設(shè)計(jì)行業(yè)智能建造升級的短板[8]。因此，為了適應(yīng)建筑市場對綜合應(yīng)用型人才的需求，BIM建模和BIM集成將成為職業(yè)院校為建筑智能化專業(yè)開設(shè)的核心課程，同時，BIM技術(shù)系列課程如渲染技術(shù)、計(jì)量計(jì)價(jià)的同步開設(shè)，能夠使學(xué)生快速掌握BIM信息化模型的概念，推動新一代信息技術(shù)與建筑工業(yè)化技術(shù)的協(xié)同發(fā)展，為建筑行業(yè)培養(yǎng)高質(zhì)量的綜合應(yīng)用型人才。

（二）教學(xué)設(shè)計(jì)

基于建筑智能化工程技術(shù)專業(yè)核心課程和?？茖哟螌W(xué)生綜合素質(zhì)目標(biāo)要求，BIM技術(shù)課程的開設(shè)時間集中在大二階段，現(xiàn)以目前建筑行業(yè)已經(jīng)推廣使用的建模技術(shù)為例展開教學(xué)設(shè)計(jì)。

在BIM軟件群中，最有代表性的建模軟件是Revit系列，利用Revit可以實(shí)現(xiàn)對建筑整體模型的搭建，包括建筑主體、結(jié)構(gòu)和設(shè)備系統(tǒng)。因此，在設(shè)置課程時，將建模技術(shù)分為兩個課程，包括BIM建模技術(shù)和BIM集成技術(shù)，BIM建模課程目標(biāo)為培養(yǎng)掌握建筑模型搭建的基本操作技能，使學(xué)生具備BIM技術(shù)的基礎(chǔ)理論知識，BIM集成課程目標(biāo)是使學(xué)生在具備基礎(chǔ)建模操作和理論知識的基礎(chǔ)上，拓展能夠進(jìn)行建筑設(shè)備系統(tǒng)建模的能力，包括對給排水、采暖、通風(fēng)空調(diào)、電氣和消防等專業(yè)的管道綜合協(xié)調(diào)能力。此外，培養(yǎng)學(xué)生深入學(xué)習(xí)BIM技術(shù)的興趣，對接渲染、碰撞檢測和能耗分析等BIM系列外接軟件，為學(xué)生后續(xù)成長為綜合型高端技術(shù)人才打下基礎(chǔ)。

建筑智能化工程技術(shù)在企業(yè)中多從事建筑設(shè)備領(lǐng)域，因此BIM集成技術(shù)是學(xué)生的核心課程，教學(xué)過程以4課時為一個完整環(huán)節(jié)，教學(xué)設(shè)計(jì)如下：

1.課前導(dǎo)學(xué)：在課程開始之前學(xué)生通過“智慧教學(xué)平臺”下載本節(jié)課任務(wù)資料，包括CAD圖紙、模板文件等，教師通過上節(jié)課程的反饋，動態(tài)調(diào)節(jié)在線課程的視頻教學(xué)重難點(diǎn)，學(xué)生通過提前建立的在線課程，觀看本節(jié)任務(wù)的操作視頻，明確本節(jié)課程需要掌握的實(shí)操技能。

2.課堂教學(xué)：本環(huán)節(jié)學(xué)生將通過“兩練一觀，任務(wù)驅(qū)動”完成課堂目標(biāo)，“兩練”即首先通過教師帶練，一步一個操作，解構(gòu)教材知識點(diǎn)，其后，學(xué)生進(jìn)行拆解練習(xí)，重構(gòu)機(jī)電模型；“一觀”即在課中環(huán)節(jié)，由學(xué)生觀看工程視頻，將模型與實(shí)際相結(jié)合，進(jìn)而獨(dú)立完成本節(jié)課的機(jī)電模型，此時，教師則通過評判學(xué)生模型構(gòu)架和操作步驟，對錯誤較多的關(guān)鍵部位進(jìn)行統(tǒng)一講解；“任務(wù)驅(qū)動”即學(xué)生在課堂上可以通過掃描課件中的二維碼，解鎖未知任務(wù)，在完成教材模型之后的剩余時間內(nèi)自由發(fā)揮，最后作為本節(jié)課的評分依據(jù)。

3.課后自學(xué)：本環(huán)節(jié)主要是培養(yǎng)學(xué)生的個人興趣，鍛煉其自主學(xué)習(xí)能力，學(xué)生在課后可以登錄“智慧教學(xué)平臺”下載課后作業(yè)，作業(yè)量并不大，主要為零散的機(jī)電模型，以防止難度過大影響學(xué)習(xí)動力，完成后的作業(yè)可以通過云平臺上傳，或者通過Revit自帶的Autodesk Viewer建立個人賬戶，將模型上傳到云平臺隨時查看，培養(yǎng)學(xué)生對BIM技術(shù)的興趣。

（三）案例應(yīng)用

以BIM集成課程第五章“給排水BIM建?！敝械牡谄卟糠謨?nèi)容“繪制排水支管”為例展開本文提出的教學(xué)設(shè)計(jì)在應(yīng)用中的案例介紹。

課前導(dǎo)學(xué)：學(xué)生通過“智慧教學(xué)平臺”上發(fā)布的資料和視頻進(jìn)行自學(xué)，提前下載好本環(huán)節(jié)所需要的1～3層給排水平面圖及衛(wèi)生間排水大樣圖，對于工程人員而言，利用BIM進(jìn)行建模是基于設(shè)計(jì)好的施工圖展開模型搭建，這是建模操作技能的基礎(chǔ)，學(xué)生只有在對圖紙充分認(rèn)識的基礎(chǔ)上才能開展建模工作，因此，首先，要通過閱讀給排水設(shè)計(jì)總說明明確排水管道的坡度、管徑、管道標(biāo)高等，通過閱讀線上規(guī)范了解給排水設(shè)計(jì)基本原則，為后期調(diào)節(jié)管道打下基礎(chǔ)。其次，進(jìn)一步觀看基礎(chǔ)操作視頻，完成線上課前預(yù)習(xí)任務(wù)點(diǎn)。

課堂教學(xué)：首先，教師明確本環(huán)節(jié)所需掌握的新操作技能，包括使用Revit軟件中“MEP設(shè)置”對新增管道坡度的設(shè)置，根據(jù)圖紙繪制出排水管道并保證排水干管和支管、支管和設(shè)備之間的正確連接。在“兩練”環(huán)節(jié)，教師對管道繪制順序進(jìn)行拆分，主要包括添加排水坡度、繪制排水橫干管、繪制排水支管、連接排水設(shè)施、繪制排水立管、連接排水管道系統(tǒng)、設(shè)置存水彎，使學(xué)生了解排水管道繪制的主要步驟，明確建筑內(nèi)部廢水的排除是依靠重力作用，所以隨著水流的聚集管道直徑逐漸增大。其次，學(xué)生跟隨教師的演示步驟，逐一完成各個環(huán)節(jié)的操作命令學(xué)習(xí)，這一環(huán)節(jié)使學(xué)生掌握基本操作命令，熟悉Revit軟件界面功能。在“一觀”環(huán)節(jié)，通過播放實(shí)際排水管道安裝工程施工視頻，使學(xué)生意識到排水管道安裝中的重點(diǎn)在于位置和坡度的精確，材料尺寸的合適以及氣密性的重要性；通過觀看局部排水動畫，使學(xué)生認(rèn)識到存水彎和通氣管的重要性，這是保證居住環(huán)境內(nèi)的廢氣排出室外而不向室內(nèi)擴(kuò)散的關(guān)鍵，排水管道一般是安裝在樓板以下以節(jié)約管道空間保證排水暢通，由于廢水內(nèi)物質(zhì)繁雜，排水管道材料需要耐腐蝕且具有一定的強(qiáng)度。通過“兩練一觀”教學(xué)，使學(xué)生對BIM技術(shù)的認(rèn)知不僅停留在三維模型的概念，將抽象復(fù)雜的信息化概念具體化，學(xué)生更加容易理解。在應(yīng)用過程中，結(jié)合施工的案例可以將數(shù)據(jù)輸入圖元屬性中，包括水流量、溫度、水泵揚(yáng)程等，這對深入展開流體模擬進(jìn)行管道水力計(jì)算有重要意義。在“任務(wù)驅(qū)動”環(huán)節(jié)，區(qū)別以往教學(xué)的練習(xí)模式，通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提高學(xué)習(xí)興趣，教師將拆解的簡單任務(wù)點(diǎn)上傳到云鏈接，學(xué)生通過掃描二維碼，解鎖各個任務(wù)點(diǎn)，每完成一個建模任務(wù)獲得相應(yīng)的課堂積分，任務(wù)以簡單的三維模型為主，告別了晦澀難懂的做題模式，獲得的積分實(shí)時可見，更容易調(diào)動學(xué)生的積極性。

課后自學(xué)：本環(huán)節(jié)不設(shè)置特定任務(wù)，學(xué)生自主在云平臺下載資料，深入拓展學(xué)習(xí)BIM技術(shù)鏈接技術(shù)，可以將自己的模型通過Revit自帶的Autodesk Viewer上傳到個人賬戶中分享給大家，也可以將模型導(dǎo)入Navisworks或Lumion等軟件中進(jìn)行渲染，或者將模型導(dǎo)出為GBXML或DXF格式文件，將其直接導(dǎo)入BIM技術(shù)能耗模擬軟件Ecotect中進(jìn)行能耗分析。學(xué)生所得到的數(shù)據(jù)和資料可以在個人賬戶進(jìn)行分享，以供大家共同交流學(xué)習(xí)。

五、結(jié)語與展望

本文通過對BIM技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用分析，剖析了BIM技術(shù)在建筑能耗分析以及施工全過程的優(yōu)勢，并結(jié)合建筑智能化的發(fā)展，研究了BIM技術(shù)在建筑智能化人才培養(yǎng)中的應(yīng)用，最后以實(shí)際的課堂案例介紹了BIM技術(shù)在建筑智能化課堂的教學(xué)實(shí)踐。

1.通過分析BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)到施工全過程的應(yīng)用，提出BIM技術(shù)是測建造問題、提供技術(shù)解決方案，最終服務(wù)于項(xiàng)目全過程的質(zhì)量和成本精準(zhǔn)把控的重要手段。

2.本文對數(shù)據(jù)交換和能耗模擬分析中BIM技術(shù)的關(guān)鍵作用展開論述，闡述了BIM技術(shù)在建筑節(jié)能中的優(yōu)勢，提出通過BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，結(jié)合建模和模擬分析軟件展開建筑能耗的模擬和預(yù)測，在建設(shè)前期輔助調(diào)整設(shè)計(jì)方案，這對節(jié)能減排具有重大意義，有利于實(shí)現(xiàn)“碳中和”的目標(biāo)。

3.從行業(yè)體制改革、社會需求、節(jié)能低碳、人才培養(yǎng)定位四個方面分析了BIM技術(shù)在建筑智能化工程人才培養(yǎng)中的應(yīng)用，提出在建筑智能化工程課程中引入BIM技術(shù)教學(xué)，展開基于BIM技術(shù)的建模、計(jì)量計(jì)價(jià)、渲染技術(shù)、碰撞檢測等BIM群的教學(xué)對培養(yǎng)高質(zhì)量綜合應(yīng)用型人才具有重要意義。

4.本文通過實(shí)踐教學(xué)案例，提出基于BIM建模技術(shù)的教學(xué)設(shè)計(jì)，以“繪制排水支管”為例展開本文提出的教學(xué)設(shè)計(jì)在應(yīng)用中的案例介紹。教學(xué)效果表明通過“兩練一觀，任務(wù)驅(qū)動”教學(xué)設(shè)計(jì)，區(qū)別以往教學(xué)的練習(xí)模式，通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提高學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生對BIM技術(shù)的信息化理解加深，學(xué)習(xí)動力明顯提升，通過課后對BIM軟件群的探索，學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力明顯提高，從而提高了建筑智能化工程技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量，為該領(lǐng)域培養(yǎng)高端綜合應(yīng)用型人才打下基礎(chǔ)。