姚健 陈志华 马荣 陕婷婷 丁浒 乔一鑫

摘  要：装配式建筑是近几年建筑行业全力推广应用的一种绿色建筑生产建设模式，目前已经在国内各省份进行装配式建筑施工工艺的推广和使用。其中绝大多数此类项目均是依托BIM技术的信息共享平台实现全过程项目管理，较传统的工程项目管理手段与流程有着较大的区别。目前各高校已经针对装配式建筑项目的工程管理实践进行内容的补充与调整，但并未构成项目全生命周期的完整实践训练过程。该文在整合现有实践内容的基础上，探讨由装配式项目的结构设计过程入手，延伸到成本与质量控制、进度模拟等环节的实践内容。同时也对基于GIS-BIM技术的数据融合实践教学内容——从城市尺度下的建筑群落设计与规划角度进行设置。最后，对依托实践教学改革基础上所产生的学生培养成果进行展示，旨在对学生就业、科研能力的提升等方面进行有效推动，同时也为应用型本科高校相关专业的人才培养路径提供参考与启发。

关键词：装配式建筑；GIS-BIM；全生命周期；实践拓展；工程管理专业

中图分类号：G642        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2023）28-0114-06

Abstract： Prefabricated construction is a green structure production and construction mode which is fully promoted in the construction industry in recent years. The majority of these projects rely on the information sharing platform of BIM technology to carry out the whole process of engineering management. Compared with management methods and processes of traditional engineering project， there are great differences. At recent， colleges and universities have supplemented and adjusted the contents of the practice of engineering management of prefabricated construction projects， but it cannot constitute a complete practical training process in the whole life cycle of the project. On the basis of integrating the existing practice content， this paper discusses the framework of practice content designed from the structural design process to cost and quality control process， schedule simulation and so on. At the same time， the teaching content of data fusion practice based on GIS-BIM technology is also set from the perspective of the building community design and planning at the urban scale. Finally， the results of student training based on the reform of practical teaching are displayed， aiming at effectively promoting the employment of students and the improvement of scientific research ability， and at the same time to provide reference and inspiration for the talents training path of relevant majors in application-oriented universities.

Keywords： prefabricated construction; GIS-BIM; project life cycle; practice expansion; engineering management major

裝配式建筑是将建筑生产建设过程中所需要的部件、结构体、材料等进行预制后，将其运送到施工现场进行匹配对接安装，然后通过浆锚或进行混凝土浇筑等方式进行固定，连接成为完整的建筑产品[1]。相较于传统的建筑施工方式，其优势在于工期较短，同时现场劳动量较少，危险性较低。由于较多构件是预制而来，充分满足技术参数要求，故建筑质量在一定程度上有所提升[2]。基于此，国家相关部门等机构在大力推广装配式建筑工艺的使用，来保证装配式建筑的有效推广与实践[3]。国外发达国家，由于其工业化起步早，标准制定严格，建筑类型标准化等原因，装配式建筑的发展起步要早于国内，尤其是在制定装配式建筑建造的安全标准、工艺与工法、建筑材料和预制构件的标准体系等方面，对我国发展装配式建筑提供了大量的参考[4]。随着国内装配式建筑的推广，对房屋建筑施工技术、建筑结构设计、建筑材料的更新迭代、预制构件的加工与生产等各个环节，都提出了新的要求[5]。为了能够更好地完善装配式建筑技术的标准体系与技术细则，急需提升相关专业技术人员对装配式建筑的研究与开发能力及工程项目生命周期的全过程管理等，从而更好地满足建筑市场化加速发展的需求。

一  工程管理专业的实践教学现状分析

工程管理专业是工程施工技术与管理学交叉的综合学科，面向项目建设运行的全过程管理。针对传统施工项目，工程管理人才可以满足科学决策要求，而装配式建筑在施工工艺及流程上，与传统施工工艺有着较大的区别[6]，为了实现培养应用型人才的目标，同时依托山西应用科技学院“管理科学与工程”省级重点建设学科的建设目标与要求，拟对工程管理专业的实践教学进行改革。

对于大多数应用型本科高校，目前工程管理专业实践教学内容基本还保持着传统施工背景下相关内容，主要包含土木工程技术实践、工程造价与成本控制、信息及资料管理、工程测绘及工程制图等。具体开设内容及实践方式见表1、表2。

可以看出，工程管理专业相关课程的实践内容主要是基于传统的工程项目基本流程及施工工艺等进行安排和设置。而针对基于装配式建筑导向的相关实践内容较少或者基本没有开设。虽然部分高校的工程管理专业已经开设了基于BIM技术的实践课程，但其所涉及的内容还是结合传统施工工艺、设计方法等进行训练，更多的实践内容集中在实体模型的创建等。

二  基于BIM技术的装配式建筑全过程实践教学

BIM技术的最大特点是数据流与信息流的高度整合，是基于工程项目全过程生命周期的项目决策、设计、施工和造价的技术支持方案，提供了可视化、协同性、模拟性和优化性为特点的协调管理平台[7]。从国内外大量的项目施工案例可以得知，BIM技术可以解决信息的传递和共享，降低沟通成本，规避高成本的返工、高误差等问题[8-9]。而装配式建筑的施工流程相对明确，技术和工艺要求更高，稍有不慎，就会对项目的成本、进度和质量等产生不良影响[10]。因此，在实践教学内容设置过程中，除了传统建模技术等，还要开设基于BIM技术的以装配式建筑全过程维护与管理为导向的相关实践内容。为了更好地满足项目全过程管理的需求，此次实践内容的拓展拟从项目的设计、选材、构件预制和施工全过程等方面的技术应用入手。

（一）  建筑结构设计阶段的BIM实践内容

目前，装配式建筑的结构设计方法均以现浇结构的设计标准为参考，首先对建筑结构进行确认，分析建筑整体结构，进而拆分构件和设计节点[11]。基于BIM技术的装配式建筑结构设计主要是将标准构件进行整合，形成标准化与通用化的预制构件数据库[12]。预制构件数据库内的所有构件，均具备统一标准与相关技术参数，可以方便调用和补充各类构件。在此基础上，在BIM平台上进行构件调用，并按照结构要求进行组合与装配。为了保证设计精度与要求，同时需要对所构建模型进行分析复核，并利用相关平台软件进行碰撞检查对BIM模型进行调整优化。经过上述过程后，模型信息则能够避免疏漏和冗杂等问题，才能指导施工生产过程。在建筑结构设计过程中，拟安排以下实践内容进行设置，具体见表3。

根据表3内容，在装配式建筑结构设计环节，拟开展四方面的实践教学过程。

1  预制构件库的建立

本项实践依托Revit软件平台进行BIM模型的创建，具体包含构件主体模型构建、构件的几何信息、构件安装参数等各方面内容。

2  碰撞检测与优化

传统结构设计图纸在汇总时，难免会发生冲突和碰撞等，应用BIM技术可进行碰撞检查并出具相关报告，使得设计人员进行修改和优化[13]。本实践过程依托Revit、BIM5D软件平台进行碰撞检测。上述软件平台除了具备三维模型的实时漫游，还可以进行时空角度下的多种三维模型的碰撞校核，实现不同专业间的碰撞检查。在装配式建筑中，构件的安装过程，需要满足较为精细的尺寸要求，从而保证预制构件的顺利拼装。碰撞检测可以准確寻找和定位设计缺陷与错误，进而对模型进行优化和改进，可以快速提升后期施工效率。

3  BIM模型算量

传统招投标中的工程量计算往往耗费较多时间，尤其是如今建筑结构的复杂化，人工计算工程量是具有一定难度的工作。依托BIM软件进行预制构件、所需部件和产品在类型和数量上的统计和各类材料的自动化统计是非常准确与方便的[14]。

4  导出优化的施工图

由于施工图纸的不可替代性，施工期间建筑企业一线工人需要应用施工图纸指导施工，故将优化过的模型进行二维图纸出图则显得十分必要，学生需要掌握三维模型导出二维图纸的基本方法与相关操作。

（二）  建筑施工过程的BIM实践内容

装配式建筑工程在施工项目管理过程中，BIM技术一般可集中应用在四个时间段内，分别是设计深度优化阶段、建设准备阶段、建设阶段和竣工验收阶段[15]。由于结构设计模型的深度优化需要具备较强的结构设计理论与大量的实践经验依托，故本部分的实践内容主要从项目的建设准备阶段、建设阶段和竣工后期验收阶段进行实践内容编排，具体见表4。

根据表4内容，装配式建筑的建设施工全过程，拟安排6项相关实践过程。

1  装配施工现场布设

即传统的施工现场的平面布设，由于施工过程的参与方众多，不同工种与专业施工相互交叉运行，合理的平面优化布设能够在一定程度上提升施工效率、提升施工安全系数等。本实践内容是基于Revit软件的场地建模模块，将已建模好的模型对施工平面组织、材料的堆放位置、临建位置和运输通道等进行模拟，调整建筑机械的位置等安排，实现各分区间的空间位置关系，保障施工流程的正常进行，如图1所示。

为了积极响应国家“绿色建筑”的重要举措，装配现场的布设要考虑基于绿色施工的现场管理，从节水、节能、节约材料和运输路线合理等方面，综合考虑现场布设格局等。学生通过完成本实践相关内容，可以掌握平面布置的相关逻辑与方法，为今后进入项目管理岗位奠定良好基础。

2  关键工艺展示

针对工程施工的一些关键部位的施工流程，尤其是相对复杂的构件安装等，传统的施工流程是在实际施工过程中进行推敲和确认，往往效率较低，且伴有一定的施工风险。利用BIM技术可以实现在计算机平台进行动态模拟演示，建筑工人可以很好地掌握相关技术动作与方法，对各单位设计施工方案等提供虚拟现实信息进行整合协调。这种三维信息的施工交底可以很好地避免施工效率低下、施工风险等问题，即使出现施工问题，也可以对模型进行修改，再行制定施工方案。本实践内容可以使学生充分了解关键节点的施工方案制定的依据等，掌握如何优化施工方案等。如图2所示。

3  可视化施工进度模拟

本实践内容旨在优化进度计划，传统的进度计划的制定往往采用图表形式，表达方式不够直观。利用BIM-Revit软件平台，进行进度计划的编制，将进度计划和模型链接，生成构件的运动路径与时间规划，设置演示动画输出施工模拟动画。该实践过程可以帮助学生加深对进度计划制定方法的理解，能够更好地将计划内容进行演示，让参建各方利用可视化信息充分掌握工程项目的施工全生命周期的进度安排，如图3所示。

4  成本计划控制

成本管理是工程項目建造过程中一项非常重要的工作内容，其目的是对项目所需费用开支进行系统预测、计划、控制等，其难度在于如何将实际费用控制在预定计划成本范围之内[16]。BIM技术平台可以对工程量进行精细化测算，避免传统二维图纸算量难度高、效率较低、易出错，尤其是在设计变更后进行工程量的二次计算等。BIM技术可以与变更保持同步，在设计出现调整时，其工程量、材料数量等自动更新，减少了技术变更导致的二次计算工作量。学生通过本实践过程，可以更好地理解如何利用BIM技术实现成本的精确计算与变更的快速响应过程。

5  施工质量控制

在工程施工过程中，由于施工人员的专业性不足、材料使用不规范、没有依照设计要求和规范进行施工、各施工队伍之间的专业交叉与相互影响等，均会对施工质量管理和控制产生阻力。学生应用BIM技术为依托的管理方式，通过模型模拟技术实现可视化管理路径，实现计算机自动化检验、机动调整设计方案等各方面操作，可以提升对施工质量管理的理解和掌握管理方法。

6  竣工模型验收

竣工交付过程，主要是检验建筑是否按照设计进行建造。本实践环节是通过对前期学习所积累的模型数据、进度数据、成本数据和设备参数等有关资料的整合，获取完整的建筑信息，为后期建筑运营使用过程提供有力依据。其实践的主要目的是将设计信息、成本信息、施工技术信息等多元信息与BIM模型进行整合，实现可视化竣工交付与验收，如图4、图5所示。

三  基于GIS-BIM技术集成的实践教学内容设置

建筑工程全过程管理需要工程管理专业人才不仅能够对单一建筑的建设管理提供服务，同时要考虑为城市建筑群落设计与规划等方面进行科学布局，以更好满足我国智慧城市理念的推广。依托信息融合技术是解决该问题的重要手段，尤其是为了提高城市建筑规划的质量与效率，诸多学者[17-18]利用宏观空间信息数据为依托的GIS平台结合微观领域的BIM信息模型数据进行相互作用，可以在GIS平台实现真实地理环境数据展示和建筑群落外观及周边地理位置信息等。将GIS平台与BIM技术在信息数据融合的基础上，可以更加科学、客观、高效地为工程管理，乃至城市规划和室内导航等诸多领域提供技术支持与服务[19]。鉴于此，本文将提出一种综合性实践教学内容，以培养学生综合管理与规划能力为目的。其中，包括多元信息数据的转换与融合实践，旨在培养学生掌握BIM数据与GIS平台的融合对接；其次是建筑模型与地理信息模型的景观数据融合，学生可以通过学习GIS平台下3D数据编辑器的相关操作，使得建筑模型融合区域地理及景观格局背景，实现平台数据在可视化层面的深度融合；利用GIS平台地理信息测量模块，培养学生具备单体建筑信息量测、建筑群落空间测量、区域面积和土方体积测量等操作，相关实践内容见表5。

四  实践教学探索成果

针对信息建模与信息融合技术的综合应用等方面的实践教学内容已经逐步渗透到山西应用科技学院建工学院工程管理专业学生日常技能培养工作中。在为期两学年的教学改革推广过程中，依托“管理科学与工程”省级重点学科建设目标与要求，学院增设了基于BIM技术的若干实训课程的同时，建立了校内BIM实训基地与科学研究中心，同时与山西省第二建筑工程公司进行深度合作，成立了企业专家在校个人工作室，旨在一方面更好提升教师技术应用能力，同时快速引导学生与企业技术对接等。在此基础上，开设了工程造价数字化应用、装配式建筑构件制作与安装、建设工程质量检测等若干实训基地，满足应用型高校产教融合，校企合作的人才培养模式。与此同时，学院打造了基于“1+X”专业社团试点单位，其中“1”为学历证书，“X”为若干技能证书，目前在学生培养工作中已经取得了较为可喜的成绩，具体包括国家级技能创新与应用大赛获奖，在校学生获得相关企业与创新研究机构的BIM能力等级认证证书。同时，在近年来工程管理专业的毕业生中，进行BIM技术建模与应用为主题的校级优秀毕业设计选拔等工作。部分成果展示见表6。

基于BIM技术的实践教学探索与改革具备了推动相关行业发展与深度应用，在培养学生的过程中，以服务地方经济转型发展为目的，为学生科研创新、技术创新提供了持续支持和动力。

五  结束语

由于装配式建筑在项目施工全过程中与传统建筑的不同，BIM技术可以很好地构建装配式建筑所需的技术、管理、运营等全过程的信息共享平台。装配式建筑在未来的建筑行业中将会进一步被推广应用，将BIM技术应用到装配式建筑项目的相关实践中是顺应建筑行业发展规律和技术进步的一项重要举措。将BIM技术的应用引入到应用型本科背景下的工程管理及土木工程等相关专业则是大势所趋。在智慧城市、区域三维数字底座等理念的引领作用下，BIM数据与GIS等多元数据的融合应用，是未来城市规划、区域地物及景观设计，大跨度下的线路工程设计等领域的重要研究与应用方向，需要不断地进行深入研究，建立成熟的技术应用方案。基于BIM技术的实践内容的拓展，旨在使学生能够全方位掌握装配式建筑全生命周期、全时效状态下的BIM技术综合应用，以期更好地满足智慧城市、智慧建筑等领域对信息模型技术的需要。

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基金项目：国家自然科学基金项目“深度特征融合的黄土微地貌精细化提取模型研究”（42001329）”；山西省教育厅教学改革创新项目“基于信息技术模型运用的综合实践教学改革——以应用型本科高校土建专业为例”（J2021895）；山西省高等学校哲学社会科学研究项目“基于创新驱动与绿色制造理念的山西省装配式建筑激励策略研究”（2019W230）

第一作者简介：姚健（1989-），男，汉族，山西太原人，硕士，副教授。研究方向为测绘信息建模与应用。