促进混凝土结构课程改革推动高校BIM人才培养

促进混凝土结构课程改革推动高校BIM人才培养

余瑜，郑妮娜，朱兰影

（重庆大学土木工程学院，重庆 400045）

摘  要：建筑信息模型技术(BIM)在建筑行业正获得日益广泛的应用和推广。高校土木工程专业应结合行业前沿技术，在教学中积极探索和实践，引入更多的BIM元素，努力培养适应社会发展需求的BIM人才。混凝土结构课程是土木工程最为重要的主干专业课，将BIM技术与混凝土结构设计教学深度融合，是教学改革发展的趋势。

关键词：混凝土结构课程；BIM人才培养；教学改革

收稿日期：

基金项目：重庆大学校级教改项目

作者简介：余瑜（1975-），女，重庆涪陵人，重庆大学土木工程学院讲师，博士，主要从事土木工程专业课程教学与研究工作              1

1 引言

BIM 技术是一种以信息技术为基础的，以计算机为载体的，能够对建筑工程全生命周期管理过程中的各种信息数据进行有效分析和整合的信息管理模式。BIM 带给建筑业的是一次根本性的变革，它将建筑从业人员从复杂抽象的图形、表格和文字中解放出来，以形象的三维模型作为建设项目的信息载体，方便了建设项目各阶段、各专业以及相关人员之间的充分沟通和交流，减少了建设项目因为信息过载或者信息流失而带来的损失，提高工程各参与方的工作质量和效率。

高等教育应紧跟时代的步伐，为社会培养更多具备专业素质并能有效融入社会，及时创造价值的人才。目前以BIM为核心的信息化技术已经深入建筑领域，数字化、网络化、智能化以及全员参与、全过程参与、全要素参与的“三全三化”管理理念更是深受行业青睐。混凝土结构相关课程作为土木专业主干课，如何让学生熟悉并利用BIM技术进行工程设计和施工，紧密对接和跟进国家对建筑行业发展的最新目标和要求，混凝土结构传统课程教学改革已是必然。

2 BIM的技术特点

BIM 技术具有可视化、协同性、模拟性、关联性和一致性等特点。

（1）可视化

在BIM 技术的支持下，能实现对建筑实物的立体化展现，这种近乎“逼真”的效果可以有效避免施工过程中的损失。BIM 技术的引入，以其三维、四维、甚至Ｎ维的可视化强大功能，可以实现对建筑物物理结构和功能特性的数字化表达，使一个超乎真实的立体建筑物模型得以呈现在人们的面前。

（2）协同性

建筑项目工程涉及参与单位众多，实现各方的信息的有效沟通以实现建筑项目的协同性是项目顺利开展的关键环节。BIM 技术能实现信息的有效传递和共享，有效解决信息孤岛问题。

（3）模拟性

BIM能模拟施工建设的整个过程。设计阶段可对建筑物的各种性能进行模拟；项目施工阶段可以在三维模型的基础进行时间、成本等模拟，为建筑工程施工方案的确定寻求依据。

（4）关联性和一致性

在BIM 技术下，项目设计模型中的各项数据是彼此关联的，当某一数据参数发生改变时，与这一数据参数相关联的其他参数信息都会随之发生变化，以实现技术数据参数的吻合性。也可实现了建筑工程全生命周期管理各个阶段信息资源的无缝链接。

3、国内外BIM技术应用及人才培养

BIM从最初提出到逐步完善，再到现阶段的被工程建设行业所普遍接受，经历了一个漫长的过程。在早期，BIM的应用主要由几个比较小的西方国家所主导，比如芬兰、挪威和新加坡，美国的一些早期实践者紧随其后。随着其应用效益的日益凸显与全球化程度的加深，BIM技术的重要性已被广泛认识。当前，BIM在美国、欧洲、日、韩、新加坡等国家的发展和应用已经进入了较为成熟的阶段。

美国作为发起BIM 技术和虚拟设计与施工( Virtual Design and Construction，VDC)的国家，在学术界和工业界均已开展了许多探索和应用，并且取得了很好的科研成果。斯 坦 福 大 学 的 设 施 集 成 化 工 程 中 心 (The Center for Integrated Facility Engineering， CIFE)设置了BIM和VDC的本科和研究生课程。以土木与环境系为主导，与建筑系和计算机系合作开设了相关课程，如《BIM研讨会》（Building Information Modeling Workshop）、《BIM专题研究》（Building Information Modeling Special Study）等。佐治亚理工大学的BIM教育以建筑系（School of Architecture）为主导，与建筑工程系（School of Building Construction）合作组建研究团队，REVIT相关的实训课程开设了三门，在建筑工程系开设了BIM案例研究课程，名为《基于BIM的多学科集成》（BIM for Multi-Disciplinary Integration），在设计学院（College of Design）下设了数字化建筑实验室（Digital Building Laboratory, DBL

），以及在建筑系下设高能效建筑实验室（High Performance Building Laboratory, HPBL），两个实验室均包含了BIM技术作为研究内容。

除学历教育以外，日本富朗巴软件科技公司举办的学生BIM&VR设计大赛（Virtual Design World Cup），通过应用BIM和VR，是面向学生举行的一次先进的建筑、桥梁、都市设计的国际大赛。

目前国内BIM人才培养主要还是以社会培养为主，包括：资格认证、BIM竞赛、行业交流会等。而高校的培养体系、课程设置等还处于探索阶段，不能及时为社会输入BIM技术人才。

4、融入BIM技术的混凝土课程改革

4.1 存在问题

首先，混凝土结构相关理论课程由于综合性强、内容抽象、空间想象难度大等特点，是土木工程最难学的专业课程之一。二维的结构图片、图纸很难体现建筑的三维空间关系，学生难以从二维平面过度到三维的空间。课程主要以教师理论灌输为主，缺乏互动，缺乏相应的实践，加上教材内容陈旧，往往造成所学知识与现场实际脱节。学生毕业后需要一段很长的适应和再培训期，才能胜任具体的工作。

第二，土木工程专业教学环节中的实习环节，包括认识实习及毕业实习，对本专业学生意义重大。但受实际工程进度及参观条件等诸多因素的影响，难以恰巧寻觅到跟学生认知及学习进度同步的结构类型、节点大样、新材料新工艺及施工过程展示面，且实习次数和时间有限，学生很难通过这个环节获得较为全面的认识。

第三，土木工程专业教学环节中的实践环节，包括各课程设计和毕业设计。目前题目偏于模式化，设计过程、计算模型一致，计算参数变化不大，创新性课程目标难以实现。

4.2 BIM教学改革实践

BIM教学改革途径：一是将BIM作为一种辅助性质的教学手段植入到相关专业课程中，旨在加深对原有内容的进一步理解；二是单独开设的BIM课程，目的在于深入、系统地学习BIM知识。这样，使每个学年相关课程都安排有BIM教学内容,随着年级的增加，逐渐向实践及应用环节过渡。

4.2.1教学中植入BIM引导教学

混凝土结构课程主要包括理论课程和实践课程两大类。理论类比如混凝土基本原理、房屋结构设计等等，对于理论类课程的学习，基本概念及基本理论的学习和理解尤为重要。有些课程特别抽象，需要配合空间想象。作为一种新兴的多维虚拟现实技术, 具有超强的视觉表现能力。在BIM 技术的支持下，实现对建筑实物的立体化展现，对于空间想象力较弱的同学有非常好的辅助理解作用。在实习课程中，BIM技术可以直观、方便地模拟施工现场，生动形象地展示各动态过程，弥补现场实习环节中的各种不足。

4.2.2分阶段开展BIM课程教学

BIM教学可分两阶段进行，即基础学习阶段和提高阶段。基础学习阶段注重介绍BIM 概念并利用BIM技术辅助教学，在提高阶段注重BIM技术的具体应用。比如在《土木工程概论》采用BIM建立三维立体模型展示各种类型的土木工程结构；《画法几何》、《工程制图及计算机绘图》课程中展现结构构件空间关系等。在三、四学年讲授BIM的基本原理及相关软件, 并针对各专业方向开设相应的应用技术课程，使学生能进行BIM建模和知晓其具体应用。

4.2.3 拓宽实践课选题，积极推动学生参与各项BIM赛事

已经连续两届积极推动了本校土木专业大四学生参加由中国土木工程学会教育工作委员会主办的全国大学生结构设计信息技术大赛。为减小毕业生课业负担，将以大赛赛题作为毕业设计课题，大赛过程代替毕业设计过程，毕业设计成果提交将以大赛成果为基础进行扩充和完善。学生们通过BIM正向结构设计将大学期间所学专业知识用于实际工程设计，进一步掌握先进、高效的结构信息技术设计软件等工具，并了解装配式工程设计的基本方法，既体现了课程创新性的目标，也为将来参与实践工作或者继续学习打下良好的基础。

4.3.4 加强BIM师资队伍建设

在教学环节中，教师的重要性毋庸置疑。教师必须具备足够高的专业水平才能担负起传授知识的重任。随着社会不断发展进步，新理论、新规范、新技术、新工艺层出不穷，BIM技术作为本行业新兴技术，专门的师资力量严重不足，这就需要对在岗在职教师进行专业培训。在职教师需要放宽眼界，把握行业前沿动态，不断学习，完善和更新知识体系，及时掌握新知识、新技能。

5结语

当前，随着BIM技术研究不断深入，BIM应用正在国内外迅速推进，技术优势和应用效果凸显。BIM技术应用已由建筑工程拓展到铁路、道路、桥梁、地铁、水电等工程；由BIM单项专业应用，提升为多任务、跨专业的BIM集成应用；同时BIM已与云计算、大数据、GIS、物联网、数字监测、数字制造等现代信息技术的进行深度融合，崭新了一批欣欣向荣的景象。创新已成为引领发展的第一动力，建筑行业需要不断地科技引领和技术创新，去创造一个又一个的世纪工程。高校土木专业应紧跟行业发展步伐，着力进行教学改革，为社会培养急需人才。

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