土木工程專業教學中BIM技術的應用

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摘要:文中結合土木工程專業課程教學特點，在土木工程各專業課程教學中利用bim技術輔助各專業課程教師講解工程結構與構造、施工工藝、施工進度、施工現場平面布置以及工程質量、成本方面的控制等相關基本知識，探索和分析BIM技術在土木工程專業教學中應用的意義。目的是解決土木工程專業教學中的難點和重點問題，加強學生專業基礎認知與技能訓練，以達到教學大綱所要求的教學效果。

關鍵詞:BIM技術;土木工程;應用

住建部通知建質［2011］67號文中關于住房和城鄉建設部在《2011—2015年建筑業信息化發展綱要》中提出，“十二五”期間，基本實現建筑企業信息系統的普及應用，加快建筑信息模型(BIM)、基于網絡的協同工作等新技術在工程中的應用，推動信息化標準建設，要加快建設信息模型(BuildingInformationModeling)新技術在工程中的應用的總目標。強調加快推廣BIM等有關項目管理技術在工程勘察設計、施工和工程項目管理中的應用，改進傳統的生產與管理模式。BIM技術是工程建筑管理中有效管理技術手段，作為高校工程類專業，更應將BIM技術普遍應用到教學中，能有效提升學生的專業知識，能增強學生的職業競爭力。BIM技術以其獨有的專業性為土木工程專業教學提供新的發展技術平臺。

一、土木工程專業的特點

土木工程的建造一般要經過勘察、設計、招投標、施工等階段，教學中涉及的專業課程有工程水文地質勘察、工程測量、土力學、工程力學、工程設計、招投標、建筑材料、工程經濟學、土木工程施工、工程項目管理等學科。涉及的課程內容多，范圍廣，因而土木工程是涉及多學科的綜合性專業，這些專業課程與BIM有一定的相關性。

二、高校BIM技術應用的現狀分析

BIM技術將以往的線條式的構件形成一種三維的立體實物圖形展示在人們的面前，在建筑業得到廣泛應用，越來越多的高校將BIM技術應用于教學和研究中，并成立BIM研究中心，使學生通過建筑模型很直觀的看到設計、施工、管理過程中應該注意的問題。致力于這方面的研究，充分調動了在校大學生的學習與探究的興趣。但在教學層面，目前很多高校開設與BIM相關軟件的課程，但是教學質量整體有待提高。目前工程建設行業的信息化已迎來全面提升的時期，BIM技術應用在高校也將作為一項重要研究課題。教學方式的改革也將進一步的推動實踐教學和人才培養模式的革新。BIM技術在各高校內的應用與發展仍處于初級階段，BIM技術應用比重逐步擴大，未來BIM技術的發展還有很長的路要走［1］。

三、BIM技術引發高校的教學改革

(1)教學目標改革。設置BIM相關課程內容時，應結合現有的課程，如房屋建筑學、工程項目管理、建筑制圖、CAD教學、施工技術，上述課程內容可以滲入BIM的教學中去。因此，BIM教學目標是要將BIM技術融入土木工程專業教學體系，增強學生對專業知識的理解，提高教學質量，提高實踐能力［2］。(2)教學模式改革。BIM的教學模式有別于其他專業課，基于BIM人才培養不僅會軟件，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，因此在教學改革中，注重課程教學模式，制定具有土木特色的BIM專業人才培養方案，對課程進行綜合以適應信息化與科學技術高速發展的時代。(3)優化教學內容。理論教學方面，以BIM技術作為教學載體，講解數據集成技術概念及開發和集成方法，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，介紹BIM數字化模型的可視化設計和管理原理。案例教學方面，根據目前BIM的主要應用領域，結合實際學生就業情況，可通過對支持BIM的多種設計軟件的介紹，并輔以實際項目工程BIM案例和學術講座來滿足學生對實際應用技能學習的需求，讓學生充分了解工程項目的各項施工工序和各個部位結構構件，以加深學生對工程項目設計與施工過程的認識，進一步增強學生的學習能力。(4)豐富教學方法。科學合理的教學方法是提高教學成效的關鍵，加強BIM專業教師的培養。選用專業特色的、更加適合BIM軟件教學的教材。高校可以通過組織專業知識培訓、專家講座、建模大賽、與企業進行交流合作、與相關軟件公司進行合作的方式提高BIM技術專業教學水平。

四、BIM技術在工程專業課程教學中的應用分析

(一)在建筑結構構造、施工技術教學中的應用現代建筑越來越復雜，技術要求越來越高，掌握建筑基本構造和基本設計方法，對于學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雜的活動，施工過程是一個將平面設計方案圖紙轉變為立體空間實際物體的創作過程，具體表現為技術方法、施工工藝等，這個過程在教學中難以準確描述，對于學生來說難以理解與掌握。房屋建筑學、施工技術等專業課程利用BIM三維模型，模擬真實的過程，達到可視化的施工效果，通過施工模擬使學生了解工程基本結構與構造、實際施工方法的選擇、材料的選用等［3］。學生自己動手操作進行建筑工程信息建模，系統以互動式三維動畫、視頻、圖片、文字為基礎，將工程的建筑、結構、施工方法展現在眼前，使學生熟悉建筑物的結構特點、主要工藝流程、技術要點，從而掌握工程專業技能。將BIM技術用于專業課程教學上，能實時、直觀地顯示結構性質、施工過程的實際情況，有助于學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，學生從定性分析和定量綜合集成的虛擬環境中獲得對施工過程控制方法、施工方案的感性及理性認識，進而對工程專業性較強的某些難以理解的概念進行深化，教師結合實際的教學需求，最大限度地發揮資源的優勢，提高教學效果。使課程中的難點和重點等不易掌握的知識通過BIM技術得以解決，并能產生新的構思和創意。

(二)在施工組織管理教學中的應用施工組織管理主要涉及到施工部署、施工進度計劃的確定、施工現場的平面布置、質量要求、工期目標、安全目標等內容，涉及到大量的人員、設備和材料。這部分理論知識內容多，不易理解，這也是教學中的重點和難點。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、物盡其用是教學中的重要內容。施工進度管理方式主要以數據為主，通過橫道圖、網絡圖等圖表方式展現施工進度計劃安排。教學中以圖表形式來表達，數據量大，課時有限，難以描述。將BIM技術引入到施工進度管理教學中，將傳統的施工進度計劃表轉換成數據庫，將三維模型與數據庫中的信息鏈接起來，能實現對建筑工程施工進度計劃的三維動態模擬，以圖形、可交互的方式幫助學習者進行施工進度管理方面的學習。對項目各施工階段的勞務、材料、設備等需用量進行計算、模擬和優化，建立人工、材料和機械的需求計劃，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］。施工現場規劃布置能夠減少作業空間的沖突，能夠合理優化利用空間。隨著工程主體建造的進展施工空間不斷的發生變化，現場工人工種增多，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，可以形象地看到現場各工種工人工作面、材料堆放、施工機械位置的情形，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技術可視化模擬，塔吊位置的確定與塔吊旋轉半徑、覆蓋施工樓層面積、現場材料堆放、施工道路、材料裝卸及材料加工場地有直接關系;利用BIM5D技術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場布置;以及現場材料堆場布置與塔吊、施工機械(混凝土攪拌機)、施工道路布置，其相互間位置是否合理，是否出現材料二次運輸問題等;施工現場整體規劃是否合理與施工現場道路位置、材料堆放的位置、起重機械的位置及危險區域有關，如何確保工程施工用料在起重機械安全有效范圍作業，是管理者重視的內容，也是教學的重要內容，通過BIM5D模擬施工現場可以直觀地協助教師分析現場的情況，找出潛在的問題，將教學內容滲透于其中，有利于提高學習效率、加深學習者的印象。同時可以將施工現場布置中存在的漏洞、缺陷及時反映出來，對學習者有幫助和輔導意義。

(三)在實踐教學中的應用畢業設計、施工組織課程設計等實踐教學環節，是理論聯系實際的“切入點”，是理論過渡到實際的橋梁。對學生理解知識點，以及理論與實踐相結合有著很強的促進作用。畢業設計涉及房屋建筑學、CAD繪圖、工程結構、工程施工技術、工程項目管理、工程計量與計價等專業課程。設計過程中學生使用Revit軟件進行建筑、結構建模，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軟件相對應的構建起建筑物的三維立體圖像，可以對整體的建筑構件的相互位置、尺寸、形狀有更清晰的認識。通過利用三維模型進行有效模擬，充分實現可視化的施工效果，使學生對施工技術和施工工藝方法、材料選用有了真正意義上的理解。另外利用BIM5D技術通過定量計算與定性分析相結合，進行各種模擬分析，再加上時間維度、模擬施工進度，能夠有效地把整體的施工進度和工程成本與三維模型進行有針對性的關聯和整合。模擬計算和優化人工、材料和機械的需求計劃，能夠有效明確項目的成本計劃和進展程度，增加學習內容的形象性和趣味性，進而實現模擬訓練，以調動學生積極主動性。

五、結語

BIM技術作為現代工程類專業人才必備的技能，對專業人才的培養提出了更高的要求。應該不斷進行BIM技術教學模式的改革，最大可能地應用BIM技術發揮其真正的優勢。

參考文獻:

［1］章帥．BIM技術在高校教學中的應用研究［J］．綠色環保建材，2017(07):248．

［2］宮培松，郭聖昱，郭海湘．高校工程管理專業BIM教學改革探索［J］．內蒙古電大學刊，2017(02):96-100．

［3］劉海芳．BIM技術在高校工程造價專業中的應用研究［J］．工程經濟，2016，26(02):10-13．

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

作者：鄭少瑛 周東明 張玉香 單位：青島理工大學土木工程學院