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摘 要：随着BIM技术在土木工程专业中的应用逐渐广泛和深入，将BIM引入教学改革具有重要的现实意义。本文分析总结了河南大学土木工程专业跨方向的BIM教改研究与实践情况，着重介绍了教学实践平台和体系的设置，以及各专业方向之间协同创新的教改举措和成果，可供参考。
关键词：方向;建筑信息模型;协同创新;教学改革
BIM作为土木工程行业的一门新兴技术，革新了传统工程的设计与施工方法，引入了新的理念。实践证明，BIM技术的应用，能够带来良好的经济效益，并加快土木工程行业与时俱进。及时将BIM技术引入土木工程教学实践，对教学质量的提高和教学效果的改善是大有裨益的，也对培养适应行业发展新需求的高技术人才更为有利。土木工程专业的BIM教学改革已经逐步在国内部分高校展开，但探索和应用的进程比较滞后，如何将BIM引入到当前的课程体系中，如何调整授课计划和内容，是当前土建专业教育者需要探究的重要问题。本文对基于BIM技术的教学改革措施和实践应用进行了初步探讨，其经验可供兄弟院校土木工程专业参考。
1 国内高校BIM课程的开设现状
当前将BIM课程纳入常规教学内容的高校仍比较少，BIM在高校的存在形式主要有四种：一，以BIM技术研究为主，通过课题或项目立项展开研究，如清华大学软件学院的BIM标准研究课题，同济大学的BIM技术研究项目;二，以BIM技术应用为主，为短期培训课程的形式，如哈尔滨工业大学的“BIM技术应用短课”，华南理工大学开设的“BIM工程师培训课程”，均在国内高校较早开设;三，以BIM技术概念介绍推广为主，常在相关专业课程、课程设计和毕业设计中引入BIM知识点和应用点，如BIM在建筑异型屋面中的设计方案、BIM在钢结构复杂节点处的设计方法，BIM在土木工程施工与组织设计中的应用等。四、参加国内高校各类BIM设计大赛，为备赛而展开的培训课程和交流报告。如广联达的BIM5D协同项目管理课程，广厦的装配式建筑结构BIM设计课程等。这些新开设的BIM教学内容存在以下问题。
1.1专业之间信息孤立，无法协同
高校的不同学院相近专业开设的BIM课程往往各自为营，相对独立，信息难以共享，各专业之间无法协同，BIM模型仅为某个专业所用，失去原本的价值。一个土木工程项目，应由建筑、结构、设备、能源、环保、管理等多个专业和系统构建的统一体，其内部各专业是有机协调、相互融合、相辅相成的关系，具有一个总目标，各专业既彼此独立又精诚合作地展开工作，但高校大多是分专业教学，较少安排学生进行多专业配合的集成设计训练，即便是毕业设计，也是在各自专业框架内选题和设计的，事实上无法实现设计单位和施工企业之间对各自专业知识和设计技能协调一致与紧密配合的整体要求。
1.2专业之间教学资源无法共享
BIM模型作为一种教学资源，基础信息共享化程度不够，在设计过程中各个专业对基础信息部分都有重复操作，一旦某个专业涉及的该部分内容出现误操作，后期就会影响到各专业之间的互动协同。而对于本专业各门专业课程中新加入的BIM部分，授课教师通常会选择最能突显本专业课程知识点的教学案例，但对学生来说，则需要识别这个工程案例的诸多专业特征和设计过程，甚至需要花费大量的时间和精力去创建一个完整的BIM模型，不仅促使本专业教学课时紧张，而且造成类似的建模操作在不同的专业课程中反复出现，重复教学，严重浪费了有限的教学资源。
1.3应用层面深度不够
大部分高校引入BIM教学，主要以建模过程和方法居多，对各专业间的协同作业和BIM模型的应用则都简略带过，导致学生对BIM的理解出现概念偏差，认为BIM仅是众多CAD建模绘图软件的组合，难以激发持续的学习兴趣。因此，高校开设的BIM课程必须将土木工程中的各个专业联合起来，统一要求统一实践，要考虑后续专业课程的应用需要，设计一个可以服务于不同专业课程的统一的基础教学案例，不仅可以节约教学资源，还能提高各个专业间和专业课程间的有机性和整体性。
2 构建BIM教学实践课程
2.1构建思想
着眼于BIM技术的两个特点：实践性强和综合性强，在课程建设方面应从三个方面改革。一、教学组织模式上，考虑由专业到综合，专综互通;二、教学内容设计上，考虑横向要联合，纵向需整合;三、教学效果表达上，考虑由真实到仿真，协同创新。
由专业到综合，专综互通。是要打破以某个教学单位（院系）为主的专业壁垒，根据一个完整的土木工程设计案例，整合各相关专业的学生，创建BIM建模综合团队，以克服某一专业教学实践时由于专业知识的局限性所带来的弊端，提高建模的专业性和完整度。将综合团队建立的模型反馈到各专业后续的专业课中，展开教学演示和应用分析，如工程概预算，施工组织设计，绿色建筑评价等，实现专业与综合之间的無缝联通，如图1所示。
横向要联合，纵向需整合。多年来，与土木工程的相关专业诸如勘察、建筑、结构、给排水、暖通、电气等，在课程教学和实践上均各自独立，这种专业信息孤岛式的教学模式使学生无法明确各个专业的知识体系在整个建设项目中的位置和作用，哪些专业是承上作用的，哪些专业是启下作用的，在设计过程中造成了太多的返工修图或者推倒重建，资源浪费严重，甚至出现不合理的设计。因此，教学内容的设计，要明确本专业学生进入该建设项目的时间节点，要明确本专业与上下游专业的联系。实现各专业横向的联合，要根据不同专业的特点和成果形式，统一建模标准，避免多种规则造成的模型壁垒。实现单专业课程体系的纵向整合，要将相关、相似的多门课程有机联系，强化教学课程体系的一体化程度，拓宽学生的专业知识视野。以土木工程专业为例，在BIM建模过程中，需要用到土木工程概论、画法几何与工程制图、结构力学、混凝土结构、土木工程施工、工程概预算、工程经济学与企业管理等多门课程知识，将这些碎片化的知识串联在同一个建设项目的BIM模型中，通过教学实践，学生能全面、系统地将专业课内容整合到工程实际中，理论可为实践所用，加深对理论知识的理解。 由真实到仿真，协同创新。构建BIM模型要基于已建或在建的真实工程项目，通过对实际工程的翻模获得仿真模型，对仿真模型进行多项调试，再加上学生返回到实际工程中的直接体验，促进学生对BIM模型进行综合优化，能让学生更加理解设计中理论知识和实践应用的内涵，而且在方案优化过程中，各专业学生能够相互讨论和启发，打开创新思维。
2.2构建教学实践平台
为将BIM技术引入专业课程，可以设置三个层次的教学实践平台。如表1所示。
此外，还应整合实验室、机房的硬件软件资源，搭建BIM技术实验中心，要将各学院、各专业系室相关资质的老师整合起来，为BIM教学实践课的开展提供必要条件。该实验中心要与教师的教改科研项目互动，要与高校创新创业实践基地联合，要与校外企业合作，以BIM为应用工具，以实际工程项目为研究对象，让学生参与其中，教学研讨。
2.3构建教学实践体系
BIM技术涉及的知识、技术、方法贯穿土木工程专业始终，技术内涵丰富，因此，课程设置应保证知识体系的连续性，教学内容要强调与各类跨专业知识体系的衔接和融合，科学合理地引入BIM课程，调整教学内容和开设时间，达到前后课程之间的紧密衔接。综合考虑，构建教学实践体系应由基础和提高、理论和实践这些模块考虑。笔者通过广泛调研和文献整理，构建适合土木工程专业的BIM教学体系，如表2所示。
表2中所示为土木工程专业结构方向的必修课，其他方向课程可以参考设置。另外还可开设选修课程，以供学生对BIM技术的拓展和提高，如绿色建筑学、建筑环境学等课程，实现BIM技术多维学习的目的。
2.4构建模型共享数据库
为将前期创建的BIM模型应用到后期专业课教学之中，构建BIM共享数据库非常必要，应具有通用性、完整性和可扩展性。要求存贮在数据库中的每个工程项目案例都应是涵盖规划、勘察、設计、施工、运维、拆除的全部信息，信息数据存储和传递的标准要统一，以便后续专业课教师随时调取和演示。另外，由于模型数据库体量较大，建议采用工作站或云平台方式存贮。
3 搭建BIM教学实践试点
为探索BIM教学实践效果，本次教学试点由土木工程专业学生组成小规模团队，分年级递进方式进行，首先学生根据实际工程施工图纸进行建模练习，模型如图2。
模型导入数据库后，将根据不同专业特性展开应用分析，如图3。
碰撞检测报告同步传回数据库，各专业学生汇总分析报告改进点，再结合工程实地体验，分组讨论并提出有关建筑、结构、设备等方向的综合优化方案，这个过程需要反复研究和打磨测试，后续还要进行工程算量统计、造价预算和施工组织设计，从5D维度模拟各专业施工建造的全过程，如图4。
本次参与BIM教学实践的24名学生中，均同时参加了全国高校BIM毕业设计创新大赛，有7名同学荣获团队特等奖，12名同学荣获团队二等奖，多名学生由于具备过硬的BIM设计技能，受到多家知名建筑企业的青睐。
4 结语
通过跨专业方向协同创新的BIM教学实践探索，为高校BIM教学逐渐深化教学内容和多样化的教学方式积累了经验，对学生而言不仅能加深理解BIM概念和掌握BIM应用技能，还能拓展专业知识面，尤其是对已有工程建模后的综合方案优化，提升了学生的专业设计素养和格局，也丰富了临场分析与工程管理的经验。
参考文献
[1] 林珍伟，楼瑛.BIM技术在土木工程专业教学中的应用研究[J].福建建筑，2017（9）：125～128.
[2] 杨勇，李友彬.国外BIM的发展及其对我国土木工程专业教学改革的启示[J]. 高等建筑教育，2016，25（03）：46-49.
[3] 章帅.BIM技术在高校教学中的应用研究[J].绿色环保建材，2017，（07）：248.
[4] 王柳燕，王舜，赵柏冬.转型发展下的实践教学改革研究——以土木工程创新应用型人才培养为例[J].教育现代化，2016，3（24）：25-26+42.
河南大学教学改革项目：基于BIM技术的跨方向综合实践新模式研究（项目编号：HDXJJG2016-059）
关键词：方向;建筑信息模型;协同创新;教学改革
BIM作为土木工程行业的一门新兴技术，革新了传统工程的设计与施工方法，引入了新的理念。实践证明，BIM技术的应用，能够带来良好的经济效益，并加快土木工程行业与时俱进。及时将BIM技术引入土木工程教学实践，对教学质量的提高和教学效果的改善是大有裨益的，也对培养适应行业发展新需求的高技术人才更为有利。土木工程专业的BIM教学改革已经逐步在国内部分高校展开，但探索和应用的进程比较滞后，如何将BIM引入到当前的课程体系中，如何调整授课计划和内容，是当前土建专业教育者需要探究的重要问题。本文对基于BIM技术的教学改革措施和实践应用进行了初步探讨，其经验可供兄弟院校土木工程专业参考。
1 国内高校BIM课程的开设现状
当前将BIM课程纳入常规教学内容的高校仍比较少，BIM在高校的存在形式主要有四种：一，以BIM技术研究为主，通过课题或项目立项展开研究，如清华大学软件学院的BIM标准研究课题，同济大学的BIM技术研究项目;二，以BIM技术应用为主，为短期培训课程的形式，如哈尔滨工业大学的“BIM技术应用短课”，华南理工大学开设的“BIM工程师培训课程”，均在国内高校较早开设;三，以BIM技术概念介绍推广为主，常在相关专业课程、课程设计和毕业设计中引入BIM知识点和应用点，如BIM在建筑异型屋面中的设计方案、BIM在钢结构复杂节点处的设计方法，BIM在土木工程施工与组织设计中的应用等。四、参加国内高校各类BIM设计大赛，为备赛而展开的培训课程和交流报告。如广联达的BIM5D协同项目管理课程，广厦的装配式建筑结构BIM设计课程等。这些新开设的BIM教学内容存在以下问题。
1.1专业之间信息孤立，无法协同
高校的不同学院相近专业开设的BIM课程往往各自为营，相对独立，信息难以共享，各专业之间无法协同，BIM模型仅为某个专业所用，失去原本的价值。一个土木工程项目，应由建筑、结构、设备、能源、环保、管理等多个专业和系统构建的统一体，其内部各专业是有机协调、相互融合、相辅相成的关系，具有一个总目标，各专业既彼此独立又精诚合作地展开工作，但高校大多是分专业教学，较少安排学生进行多专业配合的集成设计训练，即便是毕业设计，也是在各自专业框架内选题和设计的，事实上无法实现设计单位和施工企业之间对各自专业知识和设计技能协调一致与紧密配合的整体要求。
1.2专业之间教学资源无法共享
BIM模型作为一种教学资源，基础信息共享化程度不够，在设计过程中各个专业对基础信息部分都有重复操作，一旦某个专业涉及的该部分内容出现误操作，后期就会影响到各专业之间的互动协同。而对于本专业各门专业课程中新加入的BIM部分，授课教师通常会选择最能突显本专业课程知识点的教学案例，但对学生来说，则需要识别这个工程案例的诸多专业特征和设计过程，甚至需要花费大量的时间和精力去创建一个完整的BIM模型，不仅促使本专业教学课时紧张，而且造成类似的建模操作在不同的专业课程中反复出现，重复教学，严重浪费了有限的教学资源。
1.3应用层面深度不够
大部分高校引入BIM教学，主要以建模过程和方法居多，对各专业间的协同作业和BIM模型的应用则都简略带过，导致学生对BIM的理解出现概念偏差，认为BIM仅是众多CAD建模绘图软件的组合，难以激发持续的学习兴趣。因此，高校开设的BIM课程必须将土木工程中的各个专业联合起来，统一要求统一实践，要考虑后续专业课程的应用需要，设计一个可以服务于不同专业课程的统一的基础教学案例，不仅可以节约教学资源，还能提高各个专业间和专业课程间的有机性和整体性。
2 构建BIM教学实践课程
2.1构建思想
着眼于BIM技术的两个特点：实践性强和综合性强，在课程建设方面应从三个方面改革。一、教学组织模式上，考虑由专业到综合，专综互通;二、教学内容设计上，考虑横向要联合，纵向需整合;三、教学效果表达上，考虑由真实到仿真，协同创新。
由专业到综合，专综互通。是要打破以某个教学单位（院系）为主的专业壁垒，根据一个完整的土木工程设计案例，整合各相关专业的学生，创建BIM建模综合团队，以克服某一专业教学实践时由于专业知识的局限性所带来的弊端，提高建模的专业性和完整度。将综合团队建立的模型反馈到各专业后续的专业课中，展开教学演示和应用分析，如工程概预算，施工组织设计，绿色建筑评价等，实现专业与综合之间的無缝联通，如图1所示。
横向要联合，纵向需整合。多年来，与土木工程的相关专业诸如勘察、建筑、结构、给排水、暖通、电气等，在课程教学和实践上均各自独立，这种专业信息孤岛式的教学模式使学生无法明确各个专业的知识体系在整个建设项目中的位置和作用，哪些专业是承上作用的，哪些专业是启下作用的，在设计过程中造成了太多的返工修图或者推倒重建，资源浪费严重，甚至出现不合理的设计。因此，教学内容的设计，要明确本专业学生进入该建设项目的时间节点，要明确本专业与上下游专业的联系。实现各专业横向的联合，要根据不同专业的特点和成果形式，统一建模标准，避免多种规则造成的模型壁垒。实现单专业课程体系的纵向整合，要将相关、相似的多门课程有机联系，强化教学课程体系的一体化程度，拓宽学生的专业知识视野。以土木工程专业为例，在BIM建模过程中，需要用到土木工程概论、画法几何与工程制图、结构力学、混凝土结构、土木工程施工、工程概预算、工程经济学与企业管理等多门课程知识，将这些碎片化的知识串联在同一个建设项目的BIM模型中，通过教学实践，学生能全面、系统地将专业课内容整合到工程实际中，理论可为实践所用，加深对理论知识的理解。 由真实到仿真，协同创新。构建BIM模型要基于已建或在建的真实工程项目，通过对实际工程的翻模获得仿真模型，对仿真模型进行多项调试，再加上学生返回到实际工程中的直接体验，促进学生对BIM模型进行综合优化，能让学生更加理解设计中理论知识和实践应用的内涵，而且在方案优化过程中，各专业学生能够相互讨论和启发，打开创新思维。
2.2构建教学实践平台
为将BIM技术引入专业课程，可以设置三个层次的教学实践平台。如表1所示。
此外，还应整合实验室、机房的硬件软件资源，搭建BIM技术实验中心，要将各学院、各专业系室相关资质的老师整合起来，为BIM教学实践课的开展提供必要条件。该实验中心要与教师的教改科研项目互动，要与高校创新创业实践基地联合，要与校外企业合作，以BIM为应用工具，以实际工程项目为研究对象，让学生参与其中，教学研讨。
2.3构建教学实践体系
BIM技术涉及的知识、技术、方法贯穿土木工程专业始终，技术内涵丰富，因此，课程设置应保证知识体系的连续性，教学内容要强调与各类跨专业知识体系的衔接和融合，科学合理地引入BIM课程，调整教学内容和开设时间，达到前后课程之间的紧密衔接。综合考虑，构建教学实践体系应由基础和提高、理论和实践这些模块考虑。笔者通过广泛调研和文献整理，构建适合土木工程专业的BIM教学体系，如表2所示。
表2中所示为土木工程专业结构方向的必修课，其他方向课程可以参考设置。另外还可开设选修课程，以供学生对BIM技术的拓展和提高，如绿色建筑学、建筑环境学等课程，实现BIM技术多维学习的目的。
2.4构建模型共享数据库
为将前期创建的BIM模型应用到后期专业课教学之中，构建BIM共享数据库非常必要，应具有通用性、完整性和可扩展性。要求存贮在数据库中的每个工程项目案例都应是涵盖规划、勘察、設计、施工、运维、拆除的全部信息，信息数据存储和传递的标准要统一，以便后续专业课教师随时调取和演示。另外，由于模型数据库体量较大，建议采用工作站或云平台方式存贮。
3 搭建BIM教学实践试点
为探索BIM教学实践效果，本次教学试点由土木工程专业学生组成小规模团队，分年级递进方式进行，首先学生根据实际工程施工图纸进行建模练习，模型如图2。
模型导入数据库后，将根据不同专业特性展开应用分析，如图3。
碰撞检测报告同步传回数据库，各专业学生汇总分析报告改进点，再结合工程实地体验，分组讨论并提出有关建筑、结构、设备等方向的综合优化方案，这个过程需要反复研究和打磨测试，后续还要进行工程算量统计、造价预算和施工组织设计，从5D维度模拟各专业施工建造的全过程，如图4。
本次参与BIM教学实践的24名学生中，均同时参加了全国高校BIM毕业设计创新大赛，有7名同学荣获团队特等奖，12名同学荣获团队二等奖，多名学生由于具备过硬的BIM设计技能，受到多家知名建筑企业的青睐。
4 结语
通过跨专业方向协同创新的BIM教学实践探索，为高校BIM教学逐渐深化教学内容和多样化的教学方式积累了经验，对学生而言不仅能加深理解BIM概念和掌握BIM应用技能，还能拓展专业知识面，尤其是对已有工程建模后的综合方案优化，提升了学生的专业设计素养和格局，也丰富了临场分析与工程管理的经验。
参考文献
[1] 林珍伟，楼瑛.BIM技术在土木工程专业教学中的应用研究[J].福建建筑，2017（9）：125～128.
[2] 杨勇，李友彬.国外BIM的发展及其对我国土木工程专业教学改革的启示[J]. 高等建筑教育，2016，25（03）：46-49.
[3] 章帅.BIM技术在高校教学中的应用研究[J].绿色环保建材，2017，（07）：248.
[4] 王柳燕，王舜，赵柏冬.转型发展下的实践教学改革研究——以土木工程创新应用型人才培养为例[J].教育现代化，2016，3（24）：25-26+42.
河南大学教学改革项目：基于BIM技术的跨方向综合实践新模式研究（项目编号：HDXJJG2016-059）