徐崑骅
(云南经济管理学院)
摘要：近年来，建筑信息模型（Building Information Modeling, BIM）被引入中国[1]，引起了越来越多的建设工程行业的重视，业界也需要越来越多的能够掌握BIM技术的人，特别是住房城乡建设部关于印发2011-2015和2016－2020年建筑业信息化发展纲要[2][3]的通知都要求我国要提高建筑业信息化水平，着力增强BIM、大数据、智能化等信息技术集成应用能力。然而，工程造价专业人才培养规模远跟不上行业发展的趋势。需要解决的根本问题是做好BIM教学模式。基于BIM在国外和国内的发展趋势，有必要改革人才培养方式，以提高工程造价专业人才的整体素质，增强工程造价毕业生的竞争力。本文主要从BIM与传统CAD的差异、BIM课程架构两个方面来谈BIM教学的开展。
关键词：建筑设计，BIM技术，绿色建筑
BIM技术的意义
一、 BIM是一个关于物理和功能特性的数字化表达，同时也是一个信息的共享的知识资源，主要是关于建筑物或基础设施设计、施工或运维应用的，面向对象电子信息的过程。BIM技术具有可视化、模拟性、优化性、协调性和可出图性五大特点。BIM能够利用参数模型整合各种项目的有关信息并建立仿真模拟建筑物模型，在项目全寿命周期过程中进行信息的共享和传递，可以为项目各个参与者提供协同工作的基础，同时能够在项目投资建设中各项目标有效实现方面发挥重要作用。 BIM在建筑工程领域中的实际应用BIM 最早在2002年作为一个工程建设行业的专业术语被提出来，在建筑领域最早应用于西方发达国家，本世纪初逐步走向成熟。其中美国在建设行业中采用BIM技术的范围是很大的， 英国要求在项目建设中强制使用 BIM技术，BIM 技术正在给建筑行业带来深刻的变革，并将成为未来重要的项目管理技术应用手段。在中国，BIM理念正逐步在建筑业中发挥作用，我国自2003年引进BIM技术以来，BIM技术在北京奥运会水立方、上海中心大厦等国内的工程中已经得到应用，给我国结构设计带来了新的发展与挑战。在实际工程中施工图的设计阶段，使用BIM技术，由于可以呈现出真实准确的三维模型，减少了“错、碰、漏”的情况，对于复杂的水暖电和消防管道系统的空间状态能较好的在BIM软件中显现出来，大大地提高了设计的可行性和有效性。通过网络创建的中心文件使建筑大量的信息得以共享，协同设计能够有效的避免设计差错。利用BIM可以充分有效利用项目信息，能够提高施工效率和控制施工造价，最终实现工期的缩短，带来经济效益。BIM对高校人才培养方面的积极作用随着BIM技术的广泛发展，BIM技术也逐步进入高校，成为建筑相关专业学科教学实践及研究的新方向。国外高校应用较为广泛，已经有部分国外高校将BIM融入到课程教学中。在国内各高校也逐渐开展BIM的研究和教学实践，2009年3月，清华大学软件学院BIM 标准研究课题组正式启动。目前，关于BIM类的高校竞赛也在举办，例如由中国建设教育协会主办， “全国高等院校学生斯维尔杯BIM系列软件建筑信息模型大赛”已成功举办了七届，吸引了很多高校选手参加比赛。在国家政策的关心下，在高校学生的参与下，在各个BIM类软件公司的支持下，BIM的技术理念不断的得到专家和学者的认可和推广，高校培养的土建方面的学生和人才，目的是为了更好地为社会服务，而掌握了BIM技术，能够更好地在土建行业中有所作为，这样就促进了高校对土建方面人才培养方式有新的思考，以使高校培养出来的学生更好地适应社会的需求。BIM应用在土建类课程中的效果在土建类课程中，学科基础知识主要包括：计算机绘图、建筑识图，理论力学、材料力学、建筑测量、建筑材料，营房建筑学、混凝土结构、砌体结构、土力学与地基基础、施工组织、工程管理等专业知识和基本理论。这些基本课程，都可以和BIM发生一定的联系。高校土建类的学生在系统的学习了一定的专业知识后，利用学习的计算机绘图的基本功，通过现有的BIM类软件的学习，通过授课教师的传授和合理利用软件公司的培训，加深对BIM技术的实际应用效果的理解。BIM 技术在建设领域将大量普及，今后BIM人才的缺口非常大，提供了非常多的就业机会，土建类的学生在掌握了BIM技术之后，就业会有更多的选择。现在的高校学生，对新事物的接受非常快，尤其是新技术在本专业中的应用，因BIM技术的可视性，学生通过读施工图，进而领会设计人员的意图，将图纸要表达的内容输入到软件中，在BIM软件中对工程项目进行实际模拟，学生可以利用BIM软件对工程中涉及到的各个专业进行碰撞检查，在碰撞结果中，可以实时的检测出节点碰撞结果，学生不用参与到实际的工程建设，就能直观的检查出工程的不合理的节点，通过对碰撞点的分析，能够合理的利用本专业的知识进行分析，对专业知识是一种变相的检验。BIM技术还有一个相对比较吸引学生的特点，就是可以利用BIM的模拟性，可以在软件中对建筑物进行虚拟漫游，通过虚拟漫游，会极大的增加学生对BIM技术的兴趣，可以在软件中看到建筑物的门窗墙体，系统管线的布置，能够整体的了解建筑物建成后的大体形状，同时结合三维模型可以了解施工现场的情况，可以模拟施工员、预算员、材料员的数据应用过程，对建筑有感性的认识。通过参加BIM竞赛的方式激发学生的学习兴趣现有的土建类专业的教学模式，通常都是教师讲授，学生自主学习，但部分学生的学习积极性不高，在一定程度上，影响了教学效果，对学生的个人成才也不利。如果将BIM技术引入到实践教学之中，可以刺激学生的学习兴趣，能让学生感到学以致用，并且，现在整个建筑市场对BIM人才的需求量还是很大的，掌握一定的BIM技术，对于学生就业是有帮助的。学生在平时的学习中，只要学完部分土建类的专业课程，可以通过做课程设计，参加BIM类的比赛，来加深多专业知识的掌握，也可以在毕业设计中，利用BIM技术，独立完成一个建筑物从设计，施工，造价到后期维护的项目，来检验所学知识的系统性和完整性。这样，学生所学和现有的建筑市场的实际情况就能接轨。
土建类的高校学生在学习的过程中，希望能将所学的知识进行学以致用。在最近几年内，国家和部分省市都举行了BIM类的比赛。指导教师通过组织土建类的同学参加此类比赛，既锻炼了学生的能力，也开拓了学生的视野，也增强了学生学习BIM的兴趣。对于学生而言，兴趣是最好的老师。通过参加比赛，也在一定程度上看出学生的不足和欠缺的地方，为以后指导学生的学习方向有很好的促进作用。下图是我校的土木专业的同学参加的《全国中、高等院校学生BIM应用技能网络比赛》的参赛作品和获得的证书。通过本次比赛，学生学好本专业的自信心增强了，对专业课的学习也有了很大的兴趣，也在一定程度上增加了他们的就业机会。
二、高校BIM技术的研究背景
随着近几年新兴的各类大型、复杂的建设项目出现，建设工程技术管理不足的问题日益突出。建筑设计作为建设项目投资进度、设计质量、建设工程质量的一个重要组成部分，将产生巨大的影响。在建筑行业，管理流程中在建项目工期、成本、质量安全、环境方面的风险也在收到国内外建筑公司越来越多的关注。为了有效地解决信息共享和协同设计的问题，建筑设计公司面对庞大而复杂的工程建设项目，设计团队需要高效地完成设计任务，确保项目的顺利开展。近年来，建筑信息模型（Building Information Modeling, BIM）被引入中国，引起了越来越多的设计团队的重视，业界也需要越来越多的能够掌握BIM技术的人，然而，人才培养规模远跟不上行业发展的趋势。需要解决的根本问题是需要好的BIM教学模式。基于BIM在国外和国内的发展趋势，有必要改革人才培养方式，以提高项目管理专业人才的整体素质，增强工程管理毕业生的竞争力。本文主要从BIM与传统CAD的差异、BIM课程架构两个方面来谈BIM教学的开展。BIM和CAD的主要区别（1）BIM具有参数化建模功能，以项目的基本单元（例如墙、梁）为对象利用参数形式进行表达，既有几何信息，而且还包括非几何信息，如材料、成本和设备的信息；CAD不具备此功能，只是表示基本单位的几何信息，几何信息又通过点、线、面来表达。简而言之， BIM的建模方法是通过组装元素，CAD更多的是绘制。（2）的CAD可以创建3D模型，但单一的3D模型并不是BIM，BIM不仅是一个三维形状的表达，BIM表达可以是多维的。（3）BIM具有相关联的特性，一个部件信息的变化会引起其他相关联的部分被自动更新；而CAD不具有这种功能，每个相关联的部分都需要单独修改。（4）BIM并不意味着只是一个软件，是多种软件之间协同工作的结果，所以需要有集成技术框架来支持BIM；CAD技术可以用单独一个软件来代表，如AutoCAD。（5）BIM涵盖工程数据的整个生命周期，统一了不同阶段和行业间共享的信息；CAD模型只能在不同行业的不同阶段分别搭建模型，由人工完成模型间联系。
由于CAD技术已被广泛应用，目前使用BIM技术的项目或多或少地混有CAD技术，然而BIM有一个成熟度模型，通过11个指标来判断一个产品或BIM应用达到什么程度，这11项指标包括：角色或专业，数据丰富程度，图形信息，生命周期，业务流程，变更管理，及时性提交方法，支持IFC程度，空间能力，信息的准确性，协作性。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆BIM课程架构 BIM课程的教学目标为：（1）通过对BIM的课程学习，了解建筑行业BIM的应用方法和发展趋势，了解掌握BIM技术的必要性；（2）熟悉BIM施工管理过程中的应用，包括如何利用BIM建模，拟工程项目管理，仿真施工，以及空间冲突管理，进度管理，成本管理，质量管理等；（3）了解在建筑设计过程中如何应用BIM，尤其是3D建模的BIM应用；（4）熟悉运用包括Revit、ArchiCAD等BIM软件；（5）通过学习BIM课程，理解工程项目寿命周期、管理任务，以便更好地掌握法律、管理、经济、技术等方面知识；（6）通过BIM课程大型作业和跨专业设计的练习，提高BIM环境下综合应用知识的能力，解决问题、协同工作的能力，增加行业竞争力。基于以上的教学目标，设置BIM课程内容时，必须考虑到现有的课程，如建筑建材，工程管理（质量管理，设施管理，进度管理，安全管理），建筑制图，CAD教学，建设施工，工程造价管理。上述课程内容可以并入BIM的教学中去。由于BIM教学要求教师必须具备广博的BIM知识，设计教案要合理，有丰富的信息来源，内容必须符合学生的实际。建议从理论课程教学和案例课程教学两个方面来入手：理论课程教学由在校老师来承担；在案例教学中，可从专门做BIM项目的公司聘请有丰富经验的技术人员来辅助指导。理论教学方面 在理论教学内容中：（1）要讲清楚BIM概念、支持技术，模型格式，协同设计原理和可视化技术等BIM基础知识。结合CAD技术的特点及其局限性，引出BIM出现的背景，根据BIM的发展历程和发展前景，让学生了解BIM的主要应用领域。（2）讲解协同技术及其概念和目标，发展概况，介绍异步协同和同步协同的概念和差异，讲解BIM如何支持协同工作。（3）讲解数据集成技术概念，及开发和集成方法，介绍组织集成和过程集成模型的方式，以及BIM信息集成平台技术和BIM生命周期不同阶段的信息流积累过程。（4）讲解可视化技术，介绍BIM数字化模型的可视化设计和管理原理，讲解对三维模型和时间结合的4D设计和施工的实时仿真概念，介绍碰撞检测，标准化协调，节能设计，日照分析模拟技术，讲解项目成本控制。
案例教学方面根据目前BIM的主要应用领域，并结合实际学生就业情况，案例教学可通过对支持BIM的多种设计软件的介绍，并辅以实际项目工程BIM案例和学术讲座来满足学生对实际应用技能学习的需求，具体如下：（1）介绍目前支持BIM的各类设计软件，如Revit，Architecture，ArchiCAD，PKPM系列软件等。（2）讲解BIM在建筑节能中的应用，可以选择美国Architectural Resources公司皇后社区精神病服务中心为节能设计案例进行演示教学。（3）讲解BIM在建筑结构设计的典型应用，例如上海中心，墨尔本Eureka大厦，北京水立方等。 （4）邀请业内知名学者结合实际案例进行BIM工程应用学术讲座。（5）讲解BIM在建筑生命周期的管理的作用，如采用BIM技术如何提高建筑物预防自然灾害的性能，做好建筑生命周期成本控制和评估。（6）介绍BIM在施工过程和管理中的典型应用，如Graphisoft公司的Virtual Construction虚拟施工软件的4D 施工管理模拟。BIM课程教学建议 （1）结合现有教学计划，合理规划BIM授课顺序以及课程体系。BIM的内容应实现跟各种学科专业知识的融合，科学设置中职三年中的BIM课程内容，开设时间，实现课程间的合理衔接。（2）重视BIM工程专家讲座的作用。通过开设专家讲座，可以通过循序渐进的方式改变一些教师的态度，为进一步BIM课程改革提供一个良好的氛围，减少BIM教学改革各方面的阻力。（3）结合已有的BIM教学条件，合理设置覆盖BIM知识体系的课程范围。对于已有BIM教师资源，已开设过BIM基础课程，尤其是想把BIM技术作为培养人才的特色工程管理的专业，可以适当增加BIM相关的知识内容，提高相关课程的涵盖比例；相反，可适当缩减BIM的内容。（4）项目管理专业要与业界建立更紧密的联系。开设BIM课程，对师资数量、质量都提出了很大的挑战，聘请业内专家可有效地解决这一问题。项目工程管理是一个实践性很强的学科，让有丰富工程实践经验的专家承担部分课程内容，提供技术讲座，可以为BIM教学提供丰富的资源，弥补课堂讲授的不足。
三、高校BIM技术应用建设措施
通过课程标准的改革与调整，使课程目标与专业培养目标衔接紧密，课程知识目标、技能目标和素质目标进一步明确，符合学生实际，符合岗位职业能力要求。课程内容调整。 按照职业岗位和职业能力培养的要求，建立教学内容遴选机制，及时吸纳新知识、新技术、新工艺、新设备、新材料、新标准。以职业岗位作业流程、工作项目为导向，整合教学内容，强化实践内容，使整个课程具有科学性、前瞻性、规范性，凸显应用性。师资队伍建设。师资队伍建设是课程建设的重要内容。不断推进课程组师资队伍的学历结构、职称结构、年龄结构的提升和优化，推进“双师素质”教师队伍建设。通过外引内培打造一支思想素质好、专业技术强、教学水平优良的教师团队。教学方法和手段建设。根据课程特点，积极探索符合职教规律，符合岗位职业能力要求，符合学生实际的教学方法和实训实习项目，不断丰富和完善教学资源库。教材建设。加强教材建设是提高职业教育人才培养质量的关键环节。在教育信息化的发展背景下， 传统的教学模式正在悄然发生变化，移动设备已成为新的载体被应用到教学中，我们要在已有纸质教材的基础上，加快微课建设、富媒体建设等，以此推进立体化教材建设。 进度安排根据教学改革研究内容，对要解决的问题采取教学资料开发与理论研究相结合的方案逐步展开：首先，通过对单位进行走访、座谈、问卷调查等，明确培养目标，整合教学内容，调整知识结构，开展教学资料中学习情境、教师工作单、学生学习单、典型工程案例、课程教学视频等建设工作，建设“BIM技术应用”课程网站，为教学改革的成功奠定基础。其次，根据教学过程中学生和同行的反馈情况，完善和优化教学资料，修订“BIM技术应用” 课程网站，撰写改革成果总结，提炼改革成果。进度流程为：教学内容项目化→教学资料库建设→教学网站和教材建设→试验应用→成果资料完善和优化。保障措施，1、加强课程建设的组织领导，保证课程建设工作的有效开展。 成立系部、教研室两级课程建设领导小组，对课程的改革、实施和总结进行检查、指导。2、加强课程组教师队伍建设，确保课程建设可持续发展。 围绕课程建设目标，进一步加强课程组教师专业技术和教学水平培训，建立激励机制和考核评价机制，全面提高师资质量，建设优秀教学团队。3、强化基础设施和实训实习基地建设。加强基础设施建设，更新实验实训教学内容，增加综合性、仿真性、生产性实验实训室，构建立体型实验实训的实践教学体系，全面推行实验实训室开放，提高实践教学质量，实现与职业岗位零距离对接。预期成果（1）建成 《课程网站》课程网站。（2）进一步运用多媒体辅助教学, 积极采用翻转课堂、现场教学、开放课堂等方法、手段和途径, 构建立体的教学模式, 以充分调动学生学习的积极性、主动性。 （3）建立常见建筑物的变形监测类型制作成实物模型,使学生直接获得感性认识, 从而加深对理论知识的理解。
BIM技术的发展趋势
四、 在实际应用上，BIM的信息技术可以帮助所有工程参与者提高决策效率和正确性。比如，建筑设计可以从三维来考虑推敲建筑内外的方案；施工单位可取其墙上参数化的混凝土类型、配筋等信息，进行水泥等材料的备料及下料；物业单位则可以用之进行可视化物业管理等。基于BIM的项目系统能够在网络环境中，保持信息即时刷新，并能够提供访问、增加、变更、删除等操作，使建筑师、工程师、施工人员、业主、最终用户等所有项目系统相关用户可以清楚全面地了解项目此时的状态。这些信息在建筑设计、施工过程和后期运行管理过程中，促使加快决策进度、提高决策质量、降低项目成本。基于BIM构建的工程项目管理信息系统的优势分析传统的建设工程项目管理信息系统，由于工程管理涉及的单位和部门众多，信息输入只能停留在本部门或者单体工程的界面，常常出现滞后现象，难以进行及时整体工程的相互传输，阻碍了整个工程的信息汇总，必然形成信息孤岛现象。基于BIM构建的工程项目管理信息系统除了具有传统管理信息系统的特征优势外，还能满足以下要求（1）集成管理要求。随着工程总承包模式的不断推广和运用，人们越来越强调项目的集成化管理，同时对管理信息系统的要求也越来越高。如：将项目的目标设计、可行性研究、决策、设计和计划、供应、实施控制、运行管理等综合起来，形成一体化的管理过程；将项目管理的各种职能，如成本管理、进度管理、质量管理、合同管理、信息管理等综合起来，形成一个有机的整体（2）全寿命周期管理要求。全寿命管理理念就是要求工程项目的建设和管理要在考虑工程项目全寿命过程的平台上进行，在工程项目全寿命期内综合考虑工程项目建设的各种问题，使得工程项目的总体目标达到最优。反映在管理信息系统建设上，就是管理信息系统的建设不仅仅是为了工程项目实施过程，同时应考虑管理信息系统在工程竣工后纳入企业运行阶段的应用，这样既可以满足业主实际工作的需要，又为业主、最终用户、承包商、分包商、监理机构、施工方等提供了一些后期总结数据。基于BIM的工程项目管理信息系统的架构及功能，工程项目管理信息系统架构系统采用B/S（Browser/Server）结构，用户通过Web浏览器，访问广域网实现信息的共享。大多数事务通过服务器端加以实现，终端和服务器以及终端之间通过网络的连接，数据可以得到即时的传输和集成加工。这样的系统架构分为3层：即操作层、应用层和数据服务层，第1层是操作层，也叫用户界面，供终端用户群（包括业主、设计单位、总承包方、分包方、施工方、最终用户等）通过网络提供的浏览器，用户群在网络许可范围内（专线，VPN甚至整个广域网），通过Http网络协议，经过身份识别，并进行相应操作权限赋权后进入系统，进行相关操作。第2层是应用层，将管理信息系统应用程序加载于应用服务器上，通过中间件接收用户访问指令，再将处理结果反馈给用户。
五、总结
BIM是建筑工程信息化历史上的一个革新。通过建立基于BIM的工程项目管理信息系统，使计算机可以表达项目的所有信息，信息化的建筑设计才能得以真正实现。系统可以实现项目基本信息管理、进度管理、质量管理、资金管理的整合，通过管理和利用项目统计数据，挖掘数据的潜力，发挥其决策支持功能；系统可以为行业规划与决策提供多维的信息支持，突破项目信息管理的传统方式。随着BIM的发展，不仅仅是现有技术的进步和更新换代，也将促使生产组织模式和管理方式的转型，并长远的影响人们对于项目的思维模式。
参考文献
曾文海,付伟明.BIM技术在高校教学中的应用研究[J], 黑龙江生态工程职业学院学报，2014.11
[1] [2]涂劲松，李瑞霞. 基于BIM技术应用的土木类专业综合实训平台构建[J]，合肥学院学报，2015.7
论文作者:徐崑骅
论文发表刊物:《中国住宅设施》2018年6月下
论文发表时间:2019/3/12
标签：技术论文; 课程论文; 项目论文; 学生论文; 信息论文; 模型论文; 建筑论文; 《中国住宅设施》2018年6月下论文;