紀(jì)凡榮，王德東，張俊卿

（1.山東建筑大學(xué)管理工程學(xué)院 山東 濟(jì)南 250101；2.德州建設(shè)項(xiàng)目管理有限公司 山東 德州 253000）

1 基于BIM 的實(shí)驗(yàn)教學(xué)框架

BIM（Building Information Model）實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法是基于模型結(jié)構(gòu)分解，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求建立專業(yè)BIM子模型或總模型應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。BIM 模型體系構(gòu)成包括項(xiàng)目（Project）分析、專業(yè)（Professional）分析、應(yīng)用模型（Playwell）、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理PMD（Product Data Management）、專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（Proprietary）、多方參與（Public）等部分[6]。

1.1 項(xiàng)目分析

項(xiàng)目分析主要是對(duì)經(jīng)管類專業(yè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分類，形成技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及管理三類實(shí)驗(yàn)群，及實(shí)驗(yàn)群內(nèi)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。專業(yè)培養(yǎng)方案不同，所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)群就不同。例如工程造價(jià)通常進(jìn)行經(jīng)濟(jì)類實(shí)驗(yàn)群的實(shí)驗(yàn)。

1.2 專業(yè)分析

專業(yè)分析的目的是為滿足專業(yè)教學(xué)要求確定建立BIM模型的類型。例如，工程造價(jià)專業(yè)要建立造價(jià)BIM 模型，工程管理專業(yè)需要建立施工BIM 模型等。

1.3 應(yīng)用模型

BIM 模型建立的目的是開展專業(yè)實(shí)驗(yàn)。學(xué)生可根據(jù)任務(wù)書或?qū)嶒?yàn)方案將靜態(tài)模型變?yōu)閯?dòng)態(tài)模型或者導(dǎo)入其他軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

1.4 數(shù)據(jù)管理

PDM 是一體化集成技術(shù)[7]。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)用PMD對(duì)BIM 實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)、過(guò)程、資源進(jìn)行管理。

1.5 多方參與

BIM 是一個(gè)協(xié)同工作平臺(tái)。學(xué)生可根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)行分工合作?；趯W(xué)生個(gè)體的團(tuán)隊(duì)協(xié)作更具有意義。

國(guó)外很早就開展了鋼軌磨耗的預(yù)測(cè)研究，早在1895 年就有人提出鋼軌波浪磨損這一概念，至今已有百年歷史[1]。目前主要形成了基于能量觀點(diǎn)的計(jì)算摩擦功的磨耗預(yù)測(cè)模型和基于磨耗指數(shù)的磨耗預(yù)測(cè)模型，通過(guò)在線路上進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，對(duì)預(yù)測(cè)模型計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析。德國(guó)通過(guò)引入波長(zhǎng)確定機(jī)理和破壞機(jī)理，對(duì)波磨進(jìn)行分類，將波磨分為長(zhǎng)波波磨和短波波磨。日本自1986年起為解決新干線上日益嚴(yán)重的波磨現(xiàn)象，利用小波分析對(duì)波磨進(jìn)行探測(cè)，并通過(guò)在模型試驗(yàn)臺(tái)上的試驗(yàn)，研究采用高性能合金制造鋼軌對(duì)減少波磨形成的影響。

1.6 標(biāo)準(zhǔn)要求

建模標(biāo)準(zhǔn)不同會(huì)導(dǎo)致BIM 實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在差別性。需要在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段統(tǒng)一建模標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)驗(yàn)步驟及成果要求。

2 基于CDIO―S 的實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程

CDIO（Conceive，Design，Implement，Operate）是歐美工程教育理念，更注重實(shí)踐能力的培養(yǎng)，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，達(dá)到工程能力與學(xué)科知識(shí)的完美結(jié)合[8-9]。其系統(tǒng)地提出了具有可操作性的能力培養(yǎng)、全面實(shí)施以及檢驗(yàn)測(cè)評(píng)的標(biāo)準(zhǔn)。

在全球化和創(chuàng)新時(shí)代，高校沒(méi)有一成不變的辦學(xué)理念，也沒(méi)有放之四海而皆準(zhǔn)的教育模式[10]。CDIO―S 體系是在上述四個(gè)環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上，增加總結(jié)S（Summary）環(huán)節(jié)后提出的教學(xué)體系。具體包括項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)構(gòu)思、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、建模實(shí)現(xiàn)、模擬運(yùn)作、交流總結(jié)五大模塊。

2.1 實(shí)驗(yàn)構(gòu)思

在實(shí)驗(yàn)構(gòu)思時(shí)需要考慮BIM實(shí)驗(yàn)入課方式、可選的軟件方法等內(nèi)容。BIM 入課包括單一課程模式、交互教學(xué)模式、多課程聯(lián)合模式等多種方式。在選擇軟件時(shí)要根據(jù)方便實(shí)驗(yàn)的原則選取相應(yīng)的BIM 軟件及輔助軟件。

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

在方案構(gòu)思確定后就要進(jìn)行詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，包括確定實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)、操作流程、考核成果及成績(jī)?cè)u(píng)定等考核機(jī)制內(nèi)容。該階段成果往往形成實(shí)驗(yàn)任務(wù)書或指導(dǎo)書。

2.3 建模實(shí)現(xiàn)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡牟煌梢灾匦陆⒒蛘吒鶕?jù)既有模型進(jìn)行分解，獲得將要使用的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。?duì)于需要團(tuán)隊(duì)合作的實(shí)驗(yàn)，還需要將模型進(jìn)行整合或分解，形成總模型或子分模型。

2.4 模擬運(yùn)作

建筑經(jīng)管類實(shí)驗(yàn)往往側(cè)重于過(guò)程或運(yùn)營(yíng)，需要進(jìn)行進(jìn)度管理、安全管理、質(zhì)量管理或運(yùn)營(yíng)模擬等實(shí)驗(yàn)。在模擬運(yùn)作后即可得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最終可形成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

2.5 交流總結(jié)

不同學(xué)生因操作過(guò)程不同可能導(dǎo)致不同的結(jié)果。通過(guò)對(duì)不同實(shí)驗(yàn)結(jié)果的交流與點(diǎn)評(píng)，可起到鞏固BIM相關(guān)知識(shí)的作用。

3 基于BIM 的CDIO―S 實(shí)驗(yàn)體系構(gòu)建

3.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

基于BIM 與CDIO-S 的建筑經(jīng)管類專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系是以工程項(xiàng)目全生命周期為時(shí)間導(dǎo)向，根據(jù)總―分建模形式，利用BIM 技術(shù)，以BIM 為實(shí)施方法、以CDIO―S 為實(shí)踐環(huán)節(jié)，模擬項(xiàng)目參與方在全生命周期間工作內(nèi)容的經(jīng)濟(jì)管理類實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，其體系如圖1 所示（p48）。

圖1 基于BIM 與CDIO-S 的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

3.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

工程項(xiàng)目的全生命周期劃分為項(xiàng)目立項(xiàng)、項(xiàng)目規(guī)劃、項(xiàng)目設(shè)計(jì)、項(xiàng)目施工、項(xiàng)目交付運(yùn)營(yíng)及項(xiàng)目后評(píng)價(jià)等階段。建筑經(jīng)管類學(xué)生畢業(yè)后多從事工程管理、建設(shè)咨詢、房地產(chǎn)營(yíng)銷策劃等工作。因此主要從建設(shè)方、施工方、咨詢方角度，模擬項(xiàng)目規(guī)劃階段、施工階段及項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)階段的工作[11]。

項(xiàng)目規(guī)劃階段，模擬建設(shè)方的學(xué)生根據(jù)課堂基礎(chǔ)學(xué)習(xí)的內(nèi)容以及教師下發(fā)的任務(wù)要求，使用軟件完成規(guī)劃階段的規(guī)劃概念BIM 模型，提高學(xué)生規(guī)劃策劃的能力。

項(xiàng)目施工階段，完成建筑BIM 模型、結(jié)構(gòu)BIM 模型和機(jī)電安裝BIM 模型的碰撞檢測(cè)驗(yàn)證，使用NAVISWORKS等軟件完成項(xiàng)目費(fèi)用、進(jìn)度等模擬，并利用AR等工具進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)展示，使學(xué)生更直觀、更立體地了解施工過(guò)程。

在項(xiàng)目交付運(yùn)營(yíng)階段，模擬施工方、咨詢方和建設(shè)方的學(xué)生可將項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中產(chǎn)生的信息數(shù)據(jù)使用NAVISWORKS 和REVIT 等軟件導(dǎo)入分BIM 模型中，形成施工方、咨詢方和建設(shè)方的BIM 模型，模擬基于BIM 的信息管理。

3.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)現(xiàn)

3.3.1 前期準(zhǔn)備

依據(jù)建筑經(jīng)管類專業(yè)課程群的分類，為實(shí)現(xiàn)構(gòu)建基于BIM 與CDIO―S 的建筑經(jīng)管類專業(yè)課程體系的要求，可在最大限度保留原有課程的基礎(chǔ)上，先完成核心課程的學(xué)習(xí)。培養(yǎng)學(xué)生基本的管理思維和能力，為學(xué)生快速、系統(tǒng)地形成知識(shí)體系打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

3.3.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案的編制

實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系普遍以理論教學(xué)課程體系為基礎(chǔ)進(jìn)行構(gòu)建。根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案，將教學(xué)課程分為理論類教學(xué)課程和實(shí)踐類教學(xué)課程兩部分進(jìn)行編排。對(duì)于理論類教學(xué)課程的安排，可按學(xué)校既有的理論類課程教學(xué)編排體制進(jìn)行。實(shí)踐類教學(xué)課程編排依據(jù)各門課程形成認(rèn)知性、設(shè)計(jì)性、綜合性和創(chuàng)新性等類型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案[12]，編制具體的操作性文件，包括實(shí)施內(nèi)容與要求、相互研討的問(wèn)題及參考資料等內(nèi)容。

3.3.3 實(shí)驗(yàn)實(shí)施

基于BIM 與CDIO―S 教學(xué)體系理論，開設(shè)工程項(xiàng)目管理、建設(shè)工程進(jìn)度管理以及工程造價(jià)等實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生從不同參與方的角度，進(jìn)行總―分BIM 建模，并對(duì)費(fèi)用管理、進(jìn)度管理、質(zhì)量管理等內(nèi)容進(jìn)行BIM 實(shí)驗(yàn)。

3.3.4 實(shí)驗(yàn)后總結(jié)

實(shí)驗(yàn)報(bào)告上交后，教師找出實(shí)驗(yàn)報(bào)告中的突出問(wèn)題，在課堂上與學(xué)生互動(dòng)交流，并做出點(diǎn)評(píng)總結(jié)，使學(xué)生對(duì)所學(xué)課程做到融會(huì)貫通。

4 實(shí)踐案例

4.1 實(shí)驗(yàn)體系

根據(jù)已構(gòu)建的基于BIM的CDIO―S 實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系引導(dǎo)教學(xué)改革，某學(xué)院形成了BIM335 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方案：依托學(xué)院的BIM實(shí)驗(yàn)室、造價(jià)算量坊及國(guó)家級(jí)建筑工程管理虛擬教學(xué)仿真試驗(yàn)中心形成3 個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；依靠REVIT、廣聯(lián)達(dá)及斯維爾三種軟件形成BIM 的3 種軟件平臺(tái)；在CDIO 體系上增加S 總結(jié)（Summary）環(huán)節(jié)形成CDIO―S的5 個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)。

4.2 實(shí)驗(yàn)群

為滿足教學(xué)要求，根據(jù)BIM Project 的內(nèi)容，構(gòu)建了滿足工程管理、工程造價(jià)、房地產(chǎn)等專業(yè)的實(shí)驗(yàn)群，如表1所示（p49）。保證學(xué)生有接觸實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，有互動(dòng)操作的環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)實(shí)際工程與虛擬教學(xué)的聯(lián)動(dòng)。并根據(jù)逐步推進(jìn)與專業(yè)需求的原則，開展具體的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

表1 實(shí)驗(yàn)群

4.3 實(shí)驗(yàn)方案

課程組為每一個(gè)實(shí)驗(yàn)都編制了指導(dǎo)書。每個(gè)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書包括實(shí)驗(yàn)介紹、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)要求、實(shí)驗(yàn)討論、參考資料等內(nèi)容。部分線上實(shí)驗(yàn)有引導(dǎo)視頻?；竞w了BIM 的Professional 和Proprietary 的專業(yè)要求及實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容。

4.4 實(shí)驗(yàn)實(shí)施

課程組在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師根據(jù)BIM 的Play―well、PMD、Public 的內(nèi)容，要求學(xué)生上機(jī)實(shí)驗(yàn)并提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)后，教師根據(jù)CDIO―S 體系，對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行點(diǎn)評(píng)總結(jié)，保證教學(xué)質(zhì)量持續(xù)改進(jìn)。

5 結(jié)語(yǔ)

基于BIM 與CDIO―S 的建筑經(jīng)管類專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系是將BIM 理論應(yīng)用到教學(xué)中，通過(guò)現(xiàn)代化的虛擬仿真平臺(tái)解決建筑經(jīng)管類專業(yè)教學(xué)周期長(zhǎng)、實(shí)踐危險(xiǎn)大、知識(shí)整合難等教學(xué)難題，旨在培養(yǎng)具備良好的專業(yè)素質(zhì)和實(shí)踐能力的復(fù)合型建筑經(jīng)管類專業(yè)人才，契合我國(guó)高校建設(shè)的發(fā)展趨勢(shì)，順應(yīng)了國(guó)內(nèi)外高等教育改革的潮流和方向。