曹 兵 杨 丽 杨一振 徐达奇

(安徽工程大学 建筑工程学院，安徽 芜湖 241000)

“十三五规划”指出我国要进一步加快新型城镇化建设步伐，中央在此背景下再次重申要加强发展“住宅产业化”，即住宅采用工业化预制部件装配而成。国务院也指出要大力发展装配式建筑并发布了指导意见，意味着未来建筑行业发展的方向是装配式建筑。发展装配式建筑是建筑建造方式的重大变革，有利于促进建筑业与信息化工业化深度融合[1]。近年来，我国也在不断探索装配式建筑发展与应用，装配式建筑是各土建专业的集成，需要从全产业链的角度去统筹考虑设计、生产、运输、施工、安装、维护，需要各专业之间协同工作，但目前我国装配式建筑基本处于发展的初级阶段，主要面临着标准化不足、信息化不足、专业化不足等问题。装配式建筑的核心在于“集成”，实现“集成”的关键在于信息协同。BIM技术的出现为建筑产业的转型升级提供了坚实的技术支撑，能够真正实现建筑工业化与信息化的深度融合。BIM技术能够为装配式建筑提供最佳的协同设计与信息管理平台，并通过项目信息整合实现实时的三维协调设计、生产、施工、运维等全生命周期的控制与管理，减少传统设计易出现的错、漏、碰、缺等问题，大大提高了设计、生产及施工效率，有效促进装配式建筑的集约式发展[2]。因此，培养掌握BIM技术的高素质土木工程专业人才对推动装配式建筑的发展与应用具有重要的作用和意义。为了适应建筑行业的发展，国内开设土木工程专业的部分高校也积极开展了专业教学改革和探索，加强培养掌握BIM技术的土木工程专业人才[3]。以培养具有创新、创业和实践能力的应用型人才为培养目标的安徽工程大学土木工程专业，在培养掌握BIM技术的土木工程专业人才方面必须抢抓机遇。目前，安徽工程大学土木工程专业具有建筑工程和城市地下空间工程两个方向，要想培养真正掌握BIM技术的土木工程专业人才，必须要构建完整的基于BIM技术的土木工程专业人才知识体系，笔者在梳理了BIM技术在土木行业应用情况的基础上，对土木工程专业人才的培养提出了一些改革思路和进行了一些尝试，将BIM 技术融入土木工程专业建筑工程方向和城市地下空间方向的课程体系当中，加强BIM技术人才培养。

一、BIM技术在土木行业应用情况介绍

BIM(Building Information Model)即为建筑信息模型，是基于计算机技术和信息技术融合而成的建筑信息应用技术，其核心为存放工程几何、非几何数据的唯一数据库，工程规划、设计、施工、管理等人员都能从该数据库中获取所需数据，同时，以三维模式直观表达建筑工程项目，为工程项目全生命周期提供可信赖协同和信息共享资源[2]。BIM技术具有多维化、集成化、可视化、协同性、模拟性等特点，现已广泛应用于土木工程各领域，可谓建筑行业的二次革命[3]。以下简要介绍BIM技术目前在土木工程各领域的应用情况。徐义洪等将BIM技术应用于工程进度、成本工程和质量管理中，BIM平台可有效提高施工进度、减少工程材料资源浪费和节约工程成本[4]。陈旭元等将BIM技术应用于超高层建筑机电安装工程中，采用BIM进行虚拟建模和机电管线综合优化分析，有效提升了机电安装水平、保证质量和节约成本[5]。欧佳佳等将BIM技术应用于公路工程的设计阶段，有效提高了设计质量和效率[6]。李张斌将BIM技术应用于轨道交通工程设计中，BIM技术对轨道交通的质量化发展具有重要意义[7]。卞友艳将BIM技术应用于沪通铁路站场路基设计中，探索出了站场路基多专业协同设计的解决方案[8]。陈辰将BIM技术应用于建筑电气设计中，有效提高了建筑电气系统的整体质量和水平[9]。李轩等将BIM技术应用于上海吴淞口国际邮轮码头船舶交通管理中心项目的管理中，主要对该项目的设计、施工进行了辅助管理，有效提高了项目管理效率和降低了项目成本[10]。杨建峰等将BIM技术应用于水利工程运维管理中，有效解决了工作效率低下、维修养护难等问题[11]。周宁等将BIM技术应用于苏州万润财富中心建筑全生命周期中，BIM技术对该项目方案设计、施工图优化、工程进度控制、项目运营管理等环节中均发挥了不可估量的作用和价值[12]。程希奇等将BIM技术应用于襄阳东站幕墙项目的设计与施工阶段中，有效提升了幕墙的设计与施工水平，解决了设计外观效果与施工技术难题[13]。林懿等将BIM技术应用于住宅建筑设计中，利用BIM技术对空间规划、前期模拟、动态控制、节能与能源利用、设备选型与管道敷设、模型构件制作等设计环节进行了优化[14]。赵伟佳等将BIM技术应用于湖北省科技馆新馆建设项目的设计与施工阶段中，有效解决了大空间声学问题和提高了施工生产效率[15]。严同博将BIM技术应用于装配式钢筋混凝土建筑中，采用BIM技术能够有效提高项目质量和缩短项目工期[16]。杨威等将BIM技术应用于清华园隧道施工管理中，有效解决了隧道地质复杂、接触面多、风险大和环境保护要求高等施工管理难题，有效提升了隧道施工数字化、信息化与精益化管理水平[17]。孙艳崇将BIM技术应用于基坑监测项目中，直观展现了项目安全状态全貌，有效加强了基坑施工安全性[18]。赵亚宁等将BIM技术应用于高铁连续梁施工应力监控方案设计中，直观展示了监测仪器布设和辅助决策线缆排布，有效提升了施工监控的效率[19]。除了上述实际工程外，上海中心大厦、北京水立方工程、上海浦东国际机场T1 航站楼、上海金虹桥国际中心、墨尔本Eureka大厦等大型工程中也均采用了BIM技术。BIM技术作为土木工程领域一项新型的信息技术手段，未来还必将有更广泛地应用，也必将成为我国工程项目全生命周期中规划、设计、施工、运营维护、管理的主要趋势和方向。尤其是对于装配式建筑而言，各专业设计人员可以通过专业软件对BIM数据库中的建筑信息模型进行设计、计算、修改等操作，同时可被其他设计人员使用和共享，进而把装配式建筑标准、设计、施工、运营维护等作为统一整体，使装配式建筑全生命周期中的建筑信息变得有序，实现真正的协同化设计新模式，最终实现装配式建筑的高效协同工作，为了适应社会的发展，作为土木工程专业的学生也必须要掌握BIM技术。

二、基于BIM技术的土木工程专业人才知识体系的构建

构建一套完整的基于BIM技术的土木工程专业人才知识体系是让学生扎实掌握BIM技术的前提。笔者认为架构系统性的BIM课程体系是构建基于BIM技术的土木工程专业人才知识体系的重要切入点。对于BIM课程体系的架构主要包含理论课程和实践课程两个方面。在BIM课程体系的架构过程中，既要重视BIM基础理论知识及相关软件的学习，还要进一步将BIM技术与专业课程融合，建立不同类型的BIM工程案例。通过设置科学合理的BIM课程体系，循序渐进，让学生真正受到理论知识与实践能力相结合的强化训练，使学生对自身专业中所涉及的BIM技术知识和操作技能达到更深层次的掌握，最终成为真正掌握BIM技术的专业性人才。

基于上述分析，笔者拟对目前的土木工程专业人才培养课程体系进行适当调整，将BIM技术充分融入到土木工程专业应用型人才培养的过程中，主要体现在以下几个方面：

1.新开设BIM课程

在理论课程中可新开设《BIM技术基础》《BIM技术应用》等理论课程。在《BIM技术基础》课程中主要讲授BIM的基本概念、信息模型、协同技术、集成技术、可视化及模拟技术等理论知识。在《BIM技术应用》课程中主要通过实际工程案例讲授支持BIM的各类专业软件在建筑工程方向和城市地下空间方向中的具体应用，例如，Revit 设计软件、AECOsim Building Designer 软件、广联达系列软件、Tekla Structures钢结构软件、品茗系列软件等。通过上述新开设BIM课程的教学，首先，让学生真正理解BIM是一种多维数据信息模型，具有3D、4D、5D和nD功能；是一种协同工作过程，覆盖工程的全生命周期过程；是一种信息模型集成工具，能实现不同专业不同阶段信息的交换和共享；是一种可视化设计和模拟分析技术，可清晰分析不同阶段可能出现的问题。其次，让学生深刻理解BIM技术和传统CAD技术的主要区别。

2.在现有课程中引入BIM技术

现有的土木工程专业课程体系中主要涉及到工程基础课、专业基础课、专业课、专业方向课四大类课程。在工程基础课中，如工程制图、土木工程CAD等课程均可引入BIM技术，通过BIM技术建立三维模型，让学生直观地理解结构各构件之间的空间位置关系，尤其对一些复杂结构，仅通过点、线、面等几何元素表达学生不易理解，引入BIM技术能够更好地培养学生的空间思维能力。在专业基础课中，如混凝土结构设计原理、钢结构设计原理等课程均可引入BIM技术，通过BIM技术建立梁、柱及节点等三维模型，让学生充分认识和了解不同类型构件的构造。在专业课中，如工程管理、工程造价等课程均可引入BIM技术，可采用BIM模型进行工程成本、进度、质量等管理以及工程量计算和预算。在专业方向课中，如建筑工程施工、地下工程施工等课程均可引入BIM技术，通过BIM对工程施工过程进行模拟，让学生更直观地理解工程实际施工过程。在现有课程中引入BIM技术能够有效调动学生听课的积极性，提高课堂教学的质量和效果。

3.设置BIM实践环节

学生除了掌握BIM理论知识外，还需要具备创新、实践和团队协作能力。因此，在理论课程基础上设置BIM实践环节显得尤为重要。首先，可在课程设计、实习、综合创新实验训练等实践课程中要求学生在课余时间进入BIM实训中心进行网络建模学习；同时在实习、毕业设计环节要求学生进入校外BIM实践基地进行实践学习。其次，在校内举办BIM技术应用大赛，要求学生根据自己的兴趣组成BIM团队，并充分利用课余时间进行BIM相关软件学习，同时鼓励学生组队参加更高级别的BIM技术应用大赛，如高校建筑信息模型应用大赛、高效BIM算量大赛、BIM毕业设计大赛等。设置BIM实践环节能够有效提升学生自主学习的动力，同时能够有效提高学生创新、实践和团队协作能力。

4.增设BIM方向毕业设计

目前，土木工程专业毕业设计与实际工程联系还不够紧密，增设BIM方向的毕业设计能够有效改变这种现状。对于BIM方向毕业设计以实际工程为选题，学生根据自己的兴趣可联合其他土建类专业学生组成团队，将毕业设计分为3个模块，主要为设计模块、施工模块和招标模块，每个模块1名学生和1个指导教师。在设计模块，学生根据工程资料利用Revit设计软件进行建筑、结构模型建模、分析及碰撞检测等任务，并对各专业间协调设计进行优化，最后导出建筑、结构施工图；在施工模块，学生通过Revit设计软件建立施工场地，同时采用Fuzor、Navisworks等软件制作出模拟施工的动画，并利用BIM平台编制施工方案、编制材料采购计划、管理项目施工进度等；在招标模块，学生采用BIM建立5D模型，并对工程量进行分析和统计，编制工程预算清单和招标文件。增设BIM方向毕业设计不仅可有效提高学生的综合实践能力，还能够为后续从事BIM技术相关工作奠定基础。

三、基于BIM技术的土木工程专业人才知识体系实施保障措施

在土木工程专业人才培养过程中，如何顺利实施所构建的知识体系是BIM专业技术人才培养必须思考的关键问题。笔者认为，教师水平、实践平台、管理制度等是影响基于BIM技术的土木工程专业人才知识体系顺利实施的重要因素。因此，为了保障基于BIM技术的土木工程专业人才知识体系的顺利实施，必须在师资力量、实践平台、管理制度等方面进一步加强建设。

1.师资力量

教师水平将直接影响课程的课堂教学质量，因此，需要培养专业的BIM教学团队。主要采取自我培养和外聘两种方式来进一步提高师资水平，其中自我培养主要以培训、交流、自主学习等相互结合方式；外聘主要是直接聘任行业BIM技术专家直接担任BIM相关课程或实践环节指导教师。根据实际教学情况，适时邀请BIM技术专业人员前来进行BIM示范授课，同时利用假期时间，对专业教师进行集中培训，培训内容循序渐进，主要分为BIM工具级初级培训、BIM项目实战级培训、BIM综合应用和教育实践培训三个层次，具体培训内容如表1所示。通过示范授课和培训，首先，让教师掌握BIM课程的授课技巧；其次，让教师学习BIM软件Revit、Naviswork等基础操作，可以自主完成软件操作，并用软件作出相应功能，且能够独立完成基础级教学环节；最后，以实际项目为载体，让教师学习BIM软件高级应用，掌握高级建模方法以及模型应用，能够完成课程教学环节。除了培训外，还可选派BIM教学团队教师参加与BIM技术相关的交流会议，可就BIM技术问题进行交流沟通。

表1 BIM师资培训内容

2.实践平台

实践平台是学生学习和应用BIM技术必不可少的条件，也是BIM教学与实践环节顺利实施的重要保障。学院与杭州品茗公司加强合作，在逐级梳理了工程项目各阶段BIM应用价值点和充分结合相关课程内容的基础上专门建立了校内BIM协同创新中心和校外BIM实践基地。图1为工程项目各阶段BIM应用价值点示意图。目前，BIM协同创新中心主要分为BIM特色教学区、VR体验区、无人机展示+3D打印区三大功能区。在BIM特色教学区，配备全套人才培养需要的BIM相关软件，在相关课程中可直接引入BIM信息化技术；在课程设计和毕业设计阶段，以项目案例为贯穿，训练BIM的综合应用能力。通过BIM技术的递进式培养，使建筑信息化人才培养有效落地。在VR体验区，通过建立虚拟环境，学生可直接利用3D眼镜和手柄可以操控虚拟世界中的各结构构件，让学生直接观看工程各个部位的结构造型、构件连接方式、施工工艺等，并可交互虚拟操作参与真实的建造过程。在无人机展示+3D打印区，通过借助高精度的无人机设备，与现在BIM技术相结合，将无人机航拍的现场情况实时传回，实现全方位、智能化、精细化扫描地形，通过品茗BIM三维策划软件进行三维模型的合成，从而可以在电脑上以最真实的数据和成像效果进行展示和应用，极大的降低了地形测量的精度不够，耗费大量资源的情况，使用BIM+无人机的技术，可以让学生不受场地限制的进行场地勘察。

图1 工程项目各阶段BIM应用价值点示意图

3.管理制度

为了保障BIM教学团队、BIM协同创新中心在土木工程专业人才培养过程中充分发挥作用，学院也建立了一套管理制度，主要包括BIM师资管理、实践平台管理、教学质量管理等制度。在BIM师资管理方面，建立了系列的激励政策，如积极鼓励教师指导学生参加BIM相关学科竞赛，同等条件下教师培训、职称晋升等优先考虑，通过系列激励政策，充分发挥教师在BIM相关教学与实践环节中的引领作用。在实践平台管理方面，首先，建立了实践平台预约开放管理政策，除学生个人学习外，不同专业的学生也可以组队进入BIM协同创新中心进行团队实践，为学生进行自主实践探索提供保障；其次，建立了基于BIM协同创新中心的创新科研项目开放申报政策，通过项目立项激发教师和学生开展信息化研究的兴趣。在教学质量管理方面，进一步加大了实践教学质量监控和反馈力度，适时安排教学督导听课，学生及时反馈教师教学及学生学习过程中存在的问题，教师持续改进以保证教学质量，已形成了“评价—反馈—改进”的教学质量持续改进体系。

四、结语

随着建筑信息化技术的快速发展，我国的建筑产业也在不断寻求转型升级，建筑产业结构不断向绿色建筑和智能建筑发展，BIM技术为建筑产业的转型升级提供了机遇，建筑产业对掌握BIM技术的专业人才需求日益增加，传统的人才培养模式已无法满足社会的需求。安徽工程大学土木工程专业积极调整人才培养模式，构建了基于BIM技术的土木工程专业人才知识体系，加大基于BIM技术的土木工程专业信息化人才培养力度；同时，为了保障基于BIM技术的土木工程专业人才知识体系顺利实施，在师资力量、实践平台、管理制度等方面建立了系列保障措施，充分保障了基于BIM技术的土木工程专业信息化人才培养有效落地。在后续土木工程专业人才培养过程中，继续推进专业信息化建设。