大工程观土木工程专业课程设计研究

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【摘要】当前高校土木工程本科专业面临强烈的BIM开课需求。本文在调研国内外BIM课程的基础上，基于大工程观论证了面向建筑全生命期BIM技术应用的课程目标，讨论了课程内容和教学方法，并通过课程实践检验了BIM课程设计的教学效果。本文成果为高校土木工程本科专业开设BIM课程提供了重要参考。

【关键词】BIM课；程设计；大工程观；建筑全生命期；综合应用

当前，建筑业对BIM技术人才的需求强烈，高校土木工程本科专业迫切需要开设BIM课程。然而，我国高校土木工程本科专业主要将BIM技术融入现有课程中，专门开设BIM课程的高校非常有限。而在BIM技术起源的美国，高校往往都开设了专门的BIM课程，以培养学生全局的BIM知识体系和技术视角。我国土木工程本科专业应如何开设BIM课程成为了一个重要问题。本文在调研国内外BIM课程的基础上，基于大工程观开展了高校土木工程本科专业BIM课程设计的研究。

一、BIM课程开设背景

BIM是英文BuildingInformationModeling的缩写，国内一般称之为建筑信息模型。BIM技术是区别于传统以CAD为基础的建筑设计的新方法，带动了建筑行业的信息技术革命，在设计、施工、运维等建筑全生命期内都得到了快速发展。因此，国务院办公厅2017年19号文印发《关于促进建筑业持续健康发展的意见》［1］，指出“加快推进建筑信息模型（BIM）技术在规划、勘察、设计、施工和运营维护全过程的集成应用，实现工程建设项目全生命周期数据共享和信息化管理，为项目方案优化和科学决策提供依据，促进建筑业提质增效。”随着BIM技术的推广，BIM人才需求也日益强烈。然而，全国高校土木工程本科专业普遍缺乏BIM课程。在2018年全国两会上，全国政协委员王美华［2］就指出高校在培养BIM人才方面存在“缺位”，并提出高校土木专业增加“BIM技术”课程的提案。因此，亟待开展BIM课程建设的相关研究。当前我国高校土木类本科专业主要将BIM技术融入现有课程中，独立、专门开设BIM课程的高校非常有限。经调研，BIM技术一般被融合在CAD、工程项目管理、房屋建筑学、施工组织、工程概预算等课程中。［3］然而，这种融合的BIM教学方式难以让学生对BIM技术有系统、全面的学习，不利于培养BIM人才。而在BIM技术起源的美国，高校往往都开设了专门的BIM课程［4］，如斯坦福大学的“BuildingInformationModeling”、南加州大学的“BIMandIntegratedPractices”等。然而，国内在专门的BIM课程方面起步较晚。目前，仅有清华大学、华中科技大学、上海交通大学、北京科技大学等少量高校开设了专门的BIM课程，而且关于BIM课程建设的研究也非常有限。［5］本文在调研国内外BIM课程的基础上，基于大工程观论证了面向建筑全生命期BIM技术应用的课程目标，讨论了课程内容和教学方法，并通过课程实践检验了课程设计的效果，为高校土木工程本科专业开设BIM课程提供重要参考。

二、基于大工程观的教学目标

1994年，麻省理工学院工学院院长乔尔·莫西斯在《大工程观与工程集成教育》的学院发展规划中提出了大工程观的概念：“大工程观是与研究导向的工程科学观相对立的，更加重视工程实际以及工程教育本身的系统性和完整性”。［6］大工程要建立全局的、联系的、系统的工程视角和知识体系，不能割裂地看待整个工程项目。BIM技术本身就是与工程整体密切相关的，贯穿了建筑全生命期。因此，学习BIM技术应基于大工程观，而不能孤立地限定在特定的工程应用上。悉地国际设计有限公司CCDI的过俊副总监在借鉴美国bSa（buildingSMARTalliance）［7］对美国建筑工程行业BIM应用分类的基础上，整理和归纳了目前中国建筑工程行业BIM在建筑全生命期中的20种典型应用，如图1所示。可以看出，BIM技术的很多典型应用并不是固定在某一个建筑生命期阶段，而是跨越多个生命期阶段，甚至贯穿整个生命期。因此，如果在BIM教学上，不能树立面向建筑全生命期BIM技术应用的大工程观，那么将难以很好地适应实际工程的系统性需求。而且，如前所述，很多高校采用将BIM技术融入其他课程的方式开展BIM技术人才培养，但这种分散融入式教学会导致知识零碎、视角局限、BIM知识体系和技术应用不全面等问题，不利于形成BIM技术的大工程观。正如前述国务院2017年19号文中所述“推进建筑信息模型（BIM）技术在规划、勘察、设计、施工和运营维护全过程的集成应用”，因此，BIM高级人才应该有建筑全生命期的技术视野，BIM课程的培养目标也应该覆盖建筑全生命期。另一方面，BIM技术的大工程观不仅仅体现在贯穿建筑全生命期，也应该体现在面向工程的综合应用技术体系，因此，BIM教学不能局限在特定技术上。当前，学生在无专门BIM课程情况下主要通过购买教材自学或报名商业网课学习。然而，绝大部分BIM教材和网课教的都是BIM建模实用技术。建模技术虽然重要，但过多集中在建模上就会让学生认为BIM等于建模，这就远远降低了BIM的价值。BIM的价值并不是模型，而是模型承载的信息和广阔信息应用。而且，建模等实用技术的深度和创新度很低，这就导致了这些技术随着逐渐普及就会越发廉价。例如，在一些电商平台上，6000万个BIM构件库售价仅2．9人民币，一个构件BIM建模费用远低于1分钱。因此，对于土木工程本科生而言，BIM课程的教学目标不应该局限在实用技术上，而应构建学生基于BIM的信息化理念，培养综合应用BIM技术解决土木工程问题的能力。综上所述，基于大工程观的理念，BIM课程的教学目标应该为面向建筑全生命期，建立学生基于BIM的信息化理念，通过讲授BIM的知识和实用技术，培养综合应用BIM技术解决土木工程问题的能力。

三、课程内容与教学方法

首先，根据前述教学目标，BIM课程应该面向建筑全生命期，这就意味着BIM课程应该涉及规划、勘察、设计、施工和运营维护等不同阶段的内容。因此，BIM教学内容较多。为了保证系统、深入的教学效果，BIM课程的课时不能过短，本文建议BIM课程至少为32学时。另外，考虑到土木工程相关的BIM技术在规划和勘察阶段的应用较少，而在设计、施工和运营维护阶段较多，因此，如果课时有限，可以面向设计、施工和运营维护三个阶段的BIM知识和实用技术为主。其次，根据教学目标，BIM课程还应该建立学生基于BIM的信息化理念。因此，BIM课程一方面需要包括BIM概念、应用现状与标准、主流平台等基本概念性内容，让学生对BIM有一个全局认识，形成BIM技术大工程观；另一方面也需要包括BIM工程典用案例、创新技术与发展趋势等内容，让学生不仅仅是学习BIM知识，更是要建立信息化理念，进而通过以BIM为主的信息化思路解决实际工程问题。这也体现了大工程观中服务工程实际的思想。最后，BIM课程还需要通过讲授BIM的知识和实用技术，培养综合应用BIM技术解决土木工程问题的能力。这就要求BIM课程在内容设置上要兼顾知识与技术实操。具体而言，由于BIM技术大量依赖软件，因此，除了讲授内容，也需要安排上机时间，让学生在理解知识的基础上学习BIM软件及其操作技能，比如BIM建模、施工过程模拟、模型转换等。而且，要培养综合应用BIM技术解决土木工程问题的能力，就需要设置课程设计环节，锻炼学生利用课程所学的多种BIM技术解决课程设计实际问题的能力。该课程设计也应是教学内容的一个重要组成部分。以一个32学时的BIM课程为例，本文建议了对应的教学内容和学时分配情况，如下表1所示：在教学方法上，要充分考虑大工程观中的服务实际工程和整体性理念。一方面，BIM技术本身就是为了提升工程的效率和质量而产生，具有很强的实操性，因此，在教学中一定要充分重视技术实操。具体而言，应以课堂讲授和上机训练为主的方式开展教学。讲授需要和上机实践相结合，一讲一练有序开展，并引进实际工程案例教学，拓展学生工程视野，引导学生针对工程实际问题有目的地学习BIM技术。另一方面，BIM教学也要培养学生BIM技术的整体应用能力，以充分适合工程灵活多变的实际需求。具体而言，应利用课程设计使同学可以将所学的BIM知识和技术进行整体应用。这有助于提升学生BIM技术综合应用能力。而且，应该利用课堂机会，对学生课程设计作品进行充分的点评，以让学生了解自身不足和优势，更有针对性地提升BIM整体应用能力，并有助于形成BIM技术应用的大工程观。

四、教学实践效果

依照本文基于大工程观的课程设计，开展了一个学期32学时的土木工程本科专业BIM课程教学实践。该课程共有61人，全部为土木工程本科专业大三第二学期的学生。这些学生已经完成了土木工程大部分专业课的学习，具有良好的专业基础。在教学过程中，向学生讲授了面向建筑全生命期的BIM技术知识体系，并且通过上机练习等方式让学生学习建筑全生命期不同阶段的主流BIM技术。因此，学生在进行课程设计前，已经构建了面向建筑全生命期的BIM技术大工程观。在课程设计选题方面，提供了多个类别题目，见表2，让学生根据类别自主选题。考虑到学期末学生课程较重，本课程允许学生分组开展设计，并且可以只选择一个类别。在实际上，学生已经树立了BIM技术应用的大工程观，单一类别的课程设计无法满足大部分学生对BIM技术整体应用能力提升的渴望。结果61名同学共形成了26个小组，其中21个小组都提交了综合类别的课程设计，具体分类情况见图2。可以看出，大部分同学都进行了二、三个类别综合的设计作品，甚至有1个小组提交四个类别综合的作品。这充分显示出学生建立了BIM技术大工程观后拥有了自主开展BIM技术整体应用的内在动力。

五、结论

本文基于大工程观开展了高校土木工程本科专业BIM课程设计，论证了课程目标，给出了具体的课程内容和教学方法，为满足当前BIM课程开设的强烈需求提供了重要的参考内容。另一方面，本课程设计的教学实践也表明树立BIM技术的大工程观有助于激发学生自主开展BIM技术整体应用的内在动力，这将有利于BIM技术综合人才的培养，也更符合工程应用的实际需求。在教育部新工科建设的背景下，一些土木工程院校新开设了“智能建造”本科专业，更加强调信息技术对土木工程的促进作用。其中，BIM作为土木工程信息化的核心技术，BIM课程也必然会成为“智能建造”的核心课程。因此，本文基于大工程观的BIM课程设计也会为“智能建造”新工科建设提供支持。

作者：许镇 郝新田 靳伟