土木工程專業(yè)教學(xué)中BIM技術(shù)的應(yīng)用

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摘要:文中結(jié)合土木工程專業(yè)課程教學(xué)特點，在土木工程各專業(yè)課程教學(xué)中利用bim技術(shù)輔助各專業(yè)課程教師講解工程結(jié)構(gòu)與構(gòu)造、施工工藝、施工進(jìn)度、施工現(xiàn)場平面布置以及工程質(zhì)量、成本方面的控制等相關(guān)基本知識，探索和分析BIM技術(shù)在土木工程專業(yè)教學(xué)中應(yīng)用的意義。目的是解決土木工程專業(yè)教學(xué)中的難點和重點問題，加強(qiáng)學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)認(rèn)知與技能訓(xùn)練，以達(dá)到教學(xué)大綱所要求的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞:BIM技術(shù);土木工程;應(yīng)用

住建部通知建質(zhì)［2011］67號文中關(guān)于住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部在《2011—2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》中提出，“十二五”期間，基本實現(xiàn)建筑企業(yè)信息系統(tǒng)的普及應(yīng)用，加快建筑信息模型(BIM)、基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同工作等新技術(shù)在工程中的應(yīng)用，推動信息化標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，要加快建設(shè)信息模型(BuildingInformationModeling)新技術(shù)在工程中的應(yīng)用的總目標(biāo)。強(qiáng)調(diào)加快推廣BIM等有關(guān)項目管理技術(shù)在工程勘察設(shè)計、施工和工程項目管理中的應(yīng)用，改進(jìn)傳統(tǒng)的生產(chǎn)與管理模式。BIM技術(shù)是工程建筑管理中有效管理技術(shù)手段，作為高校工程類專業(yè)，更應(yīng)將BIM技術(shù)普遍應(yīng)用到教學(xué)中，能有效提升學(xué)生的專業(yè)知識，能增強(qiáng)學(xué)生的職業(yè)競爭力。BIM技術(shù)以其獨有的專業(yè)性為土木工程專業(yè)教學(xué)提供新的發(fā)展技術(shù)平臺。

一、土木工程專業(yè)的特點

土木工程的建造一般要經(jīng)過勘察、設(shè)計、招投標(biāo)、施工等階段，教學(xué)中涉及的專業(yè)課程有工程水文地質(zhì)勘察、工程測量、土力學(xué)、工程力學(xué)、工程設(shè)計、招投標(biāo)、建筑材料、工程經(jīng)濟(jì)學(xué)、土木工程施工、工程項目管理等學(xué)科。涉及的課程內(nèi)容多，范圍廣，因而土木工程是涉及多學(xué)科的綜合性專業(yè)，這些專業(yè)課程與BIM有一定的相關(guān)性。

二、高校BIM技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)狀分析

BIM技術(shù)將以往的線條式的構(gòu)件形成一種三維的立體實物圖形展示在人們的面前，在建筑業(yè)得到廣泛應(yīng)用，越來越多的高校將BIM技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)和研究中，并成立BIM研究中心，使學(xué)生通過建筑模型很直觀的看到設(shè)計、施工、管理過程中應(yīng)該注意的問題。致力于這方面的研究，充分調(diào)動了在校大學(xué)生的學(xué)習(xí)與探究的興趣。但在教學(xué)層面，目前很多高校開設(shè)與BIM相關(guān)軟件的課程，但是教學(xué)質(zhì)量整體有待提高。目前工程建設(shè)行業(yè)的信息化已迎來全面提升的時期，BIM技術(shù)應(yīng)用在高校也將作為一項重要研究課題。教學(xué)方式的改革也將進(jìn)一步的推動實踐教學(xué)和人才培養(yǎng)模式的革新。BIM技術(shù)在各高校內(nèi)的應(yīng)用與發(fā)展仍處于初級階段，BIM技術(shù)應(yīng)用比重逐步擴(kuò)大，未來BIM技術(shù)的發(fā)展還有很長的路要走［1］。

三、BIM技術(shù)引發(fā)高校的教學(xué)改革

(1)教學(xué)目標(biāo)改革。設(shè)置BIM相關(guān)課程內(nèi)容時，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)有的課程，如房屋建筑學(xué)、工程項目管理、建筑制圖、CAD教學(xué)、施工技術(shù)，上述課程內(nèi)容可以滲入BIM的教學(xué)中去。因此，BIM教學(xué)目標(biāo)是要將BIM技術(shù)融入土木工程專業(yè)教學(xué)體系，增強(qiáng)學(xué)生對專業(yè)知識的理解，提高教學(xué)質(zhì)量，提高實踐能力［2］。(2)教學(xué)模式改革。BIM的教學(xué)模式有別于其他專業(yè)課，基于BIM人才培養(yǎng)不僅會軟件，還要注重思維能力、動手能力及分析問題和解決問題方面能力的培養(yǎng)，因此在教學(xué)改革中，注重課程教學(xué)模式，制定具有土木特色的BIM專業(yè)人才培養(yǎng)方案，對課程進(jìn)行綜合以適應(yīng)信息化與科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的時代。(3)優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。理論教學(xué)方面，以BIM技術(shù)作為教學(xué)載體，講解數(shù)據(jù)集成技術(shù)概念及開發(fā)和集成方法，介紹組織集成和過程集成模型的方式，以及BIM信息集成平臺技術(shù)和BIM生命周期不同階段的信息流積累過程。講解可視化技術(shù)，介紹BIM數(shù)字化模型的可視化設(shè)計和管理原理。案例教學(xué)方面，根據(jù)目前BIM的主要應(yīng)用領(lǐng)域，結(jié)合實際學(xué)生就業(yè)情況，可通過對支持BIM的多種設(shè)計軟件的介紹，并輔以實際項目工程BIM案例和學(xué)術(shù)講座來滿足學(xué)生對實際應(yīng)用技能學(xué)習(xí)的需求，讓學(xué)生充分了解工程項目的各項施工工序和各個部位結(jié)構(gòu)構(gòu)件，以加深學(xué)生對工程項目設(shè)計與施工過程的認(rèn)識，進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。(4)豐富教學(xué)方法。科學(xué)合理的教學(xué)方法是提高教學(xué)成效的關(guān)鍵，加強(qiáng)BIM專業(yè)教師的培養(yǎng)。選用專業(yè)特色的、更加適合BIM軟件教學(xué)的教材。高校可以通過組織專業(yè)知識培訓(xùn)、專家講座、建模大賽、與企業(yè)進(jìn)行交流合作、與相關(guān)軟件公司進(jìn)行合作的方式提高BIM技術(shù)專業(yè)教學(xué)水平。

四、BIM技術(shù)在工程專業(yè)課程教學(xué)中的應(yīng)用分析

(一)在建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)造、施工技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)代建筑越來越復(fù)雜，技術(shù)要求越來越高，掌握建筑基本構(gòu)造和基本設(shè)計方法，對于學(xué)生而言理解起來有一定的難度;土木工程施工過程是一項十分復(fù)雜的活動，施工過程是一個將平面設(shè)計方案圖紙轉(zhuǎn)變?yōu)榱Ⅲw空間實際物體的創(chuàng)作過程，具體表現(xiàn)為技術(shù)方法、施工工藝等，這個過程在教學(xué)中難以準(zhǔn)確描述，對于學(xué)生來說難以理解與掌握。房屋建筑學(xué)、施工技術(shù)等專業(yè)課程利用BIM三維模型，模擬真實的過程，達(dá)到可視化的施工效果，通過施工模擬使學(xué)生了解工程基本結(jié)構(gòu)與構(gòu)造、實際施工方法的選擇、材料的選用等［3］。學(xué)生自己動手操作進(jìn)行建筑工程信息建模，系統(tǒng)以互動式三維動畫、視頻、圖片、文字為基礎(chǔ)，將工程的建筑、結(jié)構(gòu)、施工方法展現(xiàn)在眼前，使學(xué)生熟悉建筑物的結(jié)構(gòu)特點、主要工藝流程、技術(shù)要點，從而掌握工程專業(yè)技能。將BIM技術(shù)用于專業(yè)課程教學(xué)上，能實時、直觀地顯示結(jié)構(gòu)性質(zhì)、施工過程的實際情況，有助于學(xué)生全面了解建筑物的三維立體圖像、工藝流程和施工方案、施工方法等。使抽象復(fù)雜的施工周期長的施工過程濃縮在形象逼真的動畫演示中，學(xué)生從定性分析和定量綜合集成的虛擬環(huán)境中獲得對施工過程控制方法、施工方案的感性及理性認(rèn)識，進(jìn)而對工程專業(yè)性較強(qiáng)的某些難以理解的概念進(jìn)行深化，教師結(jié)合實際的教學(xué)需求，最大限度地發(fā)揮資源的優(yōu)勢，提高教學(xué)效果。使課程中的難點和重點等不易掌握的知識通過BIM技術(shù)得以解決，并能產(chǎn)生新的構(gòu)思和創(chuàng)意。

(二)在施工組織管理教學(xué)中的應(yīng)用施工組織管理主要涉及到施工部署、施工進(jìn)度計劃的確定、施工現(xiàn)場的平面布置、質(zhì)量要求、工期目標(biāo)、安全目標(biāo)等內(nèi)容，涉及到大量的人員、設(shè)備和材料。這部分理論知識內(nèi)容多，不易理解，這也是教學(xué)中的重點和難點。因此如何保證工程工期，并合理的分配企業(yè)的勞動力、物力和財力等資源，做到人盡其力、物盡其用是教學(xué)中的重要內(nèi)容。施工進(jìn)度管理方式主要以數(shù)據(jù)為主，通過橫道圖、網(wǎng)絡(luò)圖等圖表方式展現(xiàn)施工進(jìn)度計劃安排。教學(xué)中以圖表形式來表達(dá)，數(shù)據(jù)量大，課時有限，難以描述。將BIM技術(shù)引入到施工進(jìn)度管理教學(xué)中，將傳統(tǒng)的施工進(jìn)度計劃表轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)庫，將三維模型與數(shù)據(jù)庫中的信息鏈接起來，能實現(xiàn)對建筑工程施工進(jìn)度計劃的三維動態(tài)模擬，以圖形、可交互的方式幫助學(xué)習(xí)者進(jìn)行施工進(jìn)度管理方面的學(xué)習(xí)。對項目各施工階段的勞務(wù)、材料、設(shè)備等需用量進(jìn)行計算、模擬和優(yōu)化，建立人工、材料和機(jī)械的需求計劃，從而形成項目的成本計劃，通過BIM5D模型可以自動提取材料需求計劃［4］。施工現(xiàn)場規(guī)劃布置能夠減少作業(yè)空間的沖突，能夠合理優(yōu)化利用空間。隨著工程主體建造的進(jìn)展施工空間不斷的發(fā)生變化，現(xiàn)場工人工種增多，工作面減小，影響工人的工作效率和施工安全。若通過BIM5D模型可視化模擬工人的施工，可以形象地看到現(xiàn)場各工種工人工作面、材料堆放、施工機(jī)械位置的情形，能夠有效地對施工中這些工作空間的可用性、安全性做出判斷。如塔吊布置利用BIM技術(shù)可視化模擬，塔吊位置的確定與塔吊旋轉(zhuǎn)半徑、覆蓋施工樓層面積、現(xiàn)場材料堆放、施工道路、材料裝卸及材料加工場地有直接關(guān)系;利用BIM5D技術(shù)模擬塔吊與擬建建筑物、材料運輸車輛卸貨位置是否滿足現(xiàn)場布置;以及現(xiàn)場材料堆場布置與塔吊、施工機(jī)械(混凝土攪拌機(jī))、施工道路布置，其相互間位置是否合理，是否出現(xiàn)材料二次運輸問題等;施工現(xiàn)場整體規(guī)劃是否合理與施工現(xiàn)場道路位置、材料堆放的位置、起重機(jī)械的位置及危險區(qū)域有關(guān)，如何確保工程施工用料在起重機(jī)械安全有效范圍作業(yè)，是管理者重視的內(nèi)容，也是教學(xué)的重要內(nèi)容，通過BIM5D模擬施工現(xiàn)場可以直觀地協(xié)助教師分析現(xiàn)場的情況，找出潛在的問題，將教學(xué)內(nèi)容滲透于其中，有利于提高學(xué)習(xí)效率、加深學(xué)習(xí)者的印象。同時可以將施工現(xiàn)場布置中存在的漏洞、缺陷及時反映出來，對學(xué)習(xí)者有幫助和輔導(dǎo)意義。

(三)在實踐教學(xué)中的應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計、施工組織課程設(shè)計等實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實際的“切入點”，是理論過渡到實際的橋梁。對學(xué)生理解知識點，以及理論與實踐相結(jié)合有著很強(qiáng)的促進(jìn)作用。畢業(yè)設(shè)計涉及房屋建筑學(xué)、CAD繪圖、工程結(jié)構(gòu)、工程施工技術(shù)、工程項目管理、工程計量與計價等專業(yè)課程。設(shè)計過程中學(xué)生使用Revit軟件進(jìn)行建筑、結(jié)構(gòu)建模，得到一個比較完整的建筑物模型。將書中單個詳圖和二維圖紙通過Revit軟件相對應(yīng)的構(gòu)建起建筑物的三維立體圖像，可以對整體的建筑構(gòu)件的相互位置、尺寸、形狀有更清晰的認(rèn)識。通過利用三維模型進(jìn)行有效模擬，充分實現(xiàn)可視化的施工效果，使學(xué)生對施工技術(shù)和施工工藝方法、材料選用有了真正意義上的理解。另外利用BIM5D技術(shù)通過定量計算與定性分析相結(jié)合，進(jìn)行各種模擬分析，再加上時間維度、模擬施工進(jìn)度，能夠有效地把整體的施工進(jìn)度和工程成本與三維模型進(jìn)行有針對性的關(guān)聯(lián)和整合。模擬計算和優(yōu)化人工、材料和機(jī)械的需求計劃，能夠有效明確項目的成本計劃和進(jìn)展程度，增加學(xué)習(xí)內(nèi)容的形象性和趣味性，進(jìn)而實現(xiàn)模擬訓(xùn)練，以調(diào)動學(xué)生積極主動性。

五、結(jié)語

BIM技術(shù)作為現(xiàn)代工程類專業(yè)人才必備的技能，對專業(yè)人才的培養(yǎng)提出了更高的要求。應(yīng)該不斷進(jìn)行BIM技術(shù)教學(xué)模式的改革，最大可能地應(yīng)用BIM技術(shù)發(fā)揮其真正的優(yōu)勢。

參考文獻(xiàn):

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［4］劉麗陽．基于BIM技術(shù)的建筑施工組織與管理課程教學(xué)探究［J］．西部素質(zhì)教育，2019，5(07):223+230．

作者：鄭少瑛 周東明 張玉香 單位：青島理工大學(xué)土木工程學(xué)院