黃雷 劉萍

摘 要：作為工程建設(shè)領(lǐng)域信息化前沿技術(shù)的代表，BIM技術(shù)對工程建設(shè)領(lǐng)域生產(chǎn)實踐與專業(yè)教學(xué)的巨大影響主要體現(xiàn)在兩個方面：一是可模擬性;二是引起協(xié)同工作方式和管理模式的巨大變革。文章對此展開分析，并提出了相應(yīng)的應(yīng)對措施。

關(guān)鍵詞：信息化;BIM技術(shù);工程建設(shè)領(lǐng)域;教學(xué);預(yù)建造;模擬;協(xié)同工作

1 工程建設(shè)領(lǐng)域信息化的代表技術(shù)BIM技術(shù)概述

信息化的定義最早是被日本學(xué)者Tadao Umesao于20世紀(jì)60年代，在他的文章《論信息產(chǎn)業(yè)》中首次提出。當(dāng)時的定義是“信息化是指通訊現(xiàn)代化、計算機(jī)化和行為合理化的總稱?！逼渲型ㄓ崿F(xiàn)代化是離不開計算機(jī)技術(shù)的。而行為合理化是指按公認(rèn)的合理標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范對信息進(jìn)行獲取、轉(zhuǎn)化并使用，在有明確的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的前提下，同樣可以利用計算機(jī)技術(shù)對海量且近似度高的信息進(jìn)行識別、統(tǒng)計、分析、判斷，進(jìn)而做出準(zhǔn)確決策或提出決策建議。因此，最大化利用計算機(jī)對信息進(jìn)行處理和運用是信息化的核心。我國是在1997年召開的第一屆全國信息化工作會議上，對信息化和國家信息化做出了明確的定義：“信息化是指培育、發(fā)展以智能化工具為代表的新的生產(chǎn)力并使之造福于社會的歷史過程。國家信息化就是在國家統(tǒng)一規(guī)劃和組織下，在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、科學(xué)技術(shù)、國防及社會生活各個方面應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)，深入開發(fā)廣泛利用信息資源，加速實現(xiàn)國家現(xiàn)代化進(jìn)程?！贝舜未髸€總結(jié)出實現(xiàn)信息化的6個要素：開發(fā)利用信息資源、建設(shè)國家信息網(wǎng)絡(luò)、推進(jìn)信息技術(shù)應(yīng)用、發(fā)展信息技術(shù)和產(chǎn)業(yè)、培育信息化人才、制定和完善信息化政策。2006年印發(fā)的《2006—2020國家信息化發(fā)展戰(zhàn)略》中，補(bǔ)充“信息安全”這一要素，將之前6個要素增加為7個要素。這些都體現(xiàn)了我國對各行各業(yè)信息化的重視。

工程建設(shè)領(lǐng)域的信息化同樣是大勢所趨，近年的發(fā)展如火如荼。其重要性，往小了說，有利于進(jìn)一步實現(xiàn)工程建設(shè)管理更科學(xué)、質(zhì)量更優(yōu)、效率更高、風(fēng)險更低、損耗更小等;往大了說，它是實現(xiàn)城鎮(zhèn)信息化和智能化，乃至實現(xiàn)國家信息化和智能化不可或缺的重要基礎(chǔ)之一。代表工程建設(shè)領(lǐng)域信息化的前沿技術(shù)就是建筑信息模型（Building Information Modeling）技術(shù)，簡稱BIM技術(shù)。到目前為止，BIM技術(shù)在國外已被廣泛運用。例如美國，2012年工程建設(shè)領(lǐng)域采用BIM技術(shù)的比例高達(dá)71%;再如英國，2011年在其內(nèi)閣政府辦公室發(fā)布的一份文件中就明確要求：到2016年，建設(shè)項目全面使用協(xié)同的3D-BIM，并將全部的文件以信息化進(jìn)行管理;還有如亞洲的新加坡、日本、韓國和北歐的瑞典、芬蘭、挪威等國家也都在工程建設(shè)領(lǐng)域積極推進(jìn)和普及BIM技術(shù)的應(yīng)用。[1]我國從2011年到2016年，陸續(xù)出臺了《2011～2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》《關(guān)于推進(jìn)建筑業(yè)發(fā)展和改革的若干意見》《關(guān)于推進(jìn)建筑信息模型應(yīng)用的指導(dǎo)意見》《2016～2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》等一系列計劃、政策及意見，體現(xiàn)了國家對建筑業(yè)信息化與BIM技術(shù)研究、推廣及應(yīng)用的高度重視。事實是，從2011年以來，國內(nèi)建筑業(yè)信息化程度逐步提高，進(jìn)行BIM技術(shù)應(yīng)用實踐與教學(xué)、科研的企業(yè)和高校越來越多。

2 BIM技術(shù)對工程建設(shè)領(lǐng)域生產(chǎn)實踐與專業(yè)教學(xué)的影響分析

2.1 BIM技術(shù)對工程建設(shè)領(lǐng)域生產(chǎn)實踐的影響分析

BIM技術(shù)的實質(zhì)就是將小到一棟具體的建筑物，大到一個綜合的建設(shè)項目，在其全生命周期內(nèi)所涉及的所有信息進(jìn)行信息化，即利用計算機(jī)技術(shù)對這些信息進(jìn)行獲取、轉(zhuǎn)化、處理（儲存、加工、統(tǒng)計、分析等）、傳播和應(yīng)用。筆者通過近年來BIM技術(shù)相關(guān)課程教學(xué)與真實項目應(yīng)用實踐經(jīng)驗的總結(jié)，認(rèn)為BIM技術(shù)對工程建設(shè)領(lǐng)域產(chǎn)生的巨大影響主要體現(xiàn)在兩個方面：一是，BIM技術(shù)源于其強(qiáng)大的可模擬性，降低了工程建設(shè)領(lǐng)域虛擬仿真（模擬建造）的門檻，提供了大多數(shù)普通從業(yè)人員都能掌握的強(qiáng)大便捷的模擬工具和技術(shù)手段，通過對復(fù)雜靜態(tài)實物和動態(tài)實施過程的真實模擬，使得隱藏的問題被發(fā)現(xiàn)和解決在施工正式實施之前，從而真正實現(xiàn)工程建設(shè)更科學(xué)的管理、更優(yōu)的質(zhì)量、更高的效率、更低的風(fēng)險、更小的損耗。二是，通過BIM技術(shù)生成的建設(shè)項目BIM模型，集中儲存了最完整的項目信息，再結(jié)合BIM技術(shù)強(qiáng)大的信息（數(shù)據(jù)）處理與傳播功能，必將引起工程建設(shè)領(lǐng)域協(xié)同工作方式和管理模式的巨大變革。

就同大型演出前需要彩排、重大行動前需要演習(xí)一個道理。任何復(fù)雜活動正式開展前，都需要進(jìn)行盡量真實的預(yù)演或模擬。這樣的預(yù)演或模擬，可以是真人在真實的環(huán)境中進(jìn)行，也可以利用現(xiàn)代信息技術(shù)在計算機(jī)所創(chuàng)造的虛擬環(huán)境中進(jìn)行。在計算機(jī)技術(shù)日新月異的今天，后者由于成本低、風(fēng)險小、可控性高等眾多優(yōu)點，正被越來越廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)。工程建設(shè)活動通常需要較長的時間、復(fù)雜的流程和各種資源的巨大投入，一旦過程中發(fā)生問題往往會造成嚴(yán)重?fù)p失和惡劣影響。因此一個建設(shè)項目，在正式開工建設(shè)前需要事先對項目建成后的功能、建造的成本以及建造的過程進(jìn)行模擬。建設(shè)項目的勘察、設(shè)計（可研或方案、初步、施工圖）階段實質(zhì)就是對項目建成后的功能和安全性等進(jìn)行一次全面的模擬;建設(shè)項目的招投標(biāo)階段主要是對建造成本的模擬（預(yù)算），并對建造過程進(jìn)行一個初步的模擬（施工組織設(shè)計）;施工前的準(zhǔn)備階段，會對建造過程進(jìn)行更深入的模擬，即深化施工組織設(shè)計，此時的進(jìn)度計劃、施工方案、質(zhì)量與安全計劃等比招投標(biāo)階段更詳細(xì)、更具備可操作性。上述建設(shè)項目正式開工建設(shè)前的各種模擬，筆者將之統(tǒng)稱為“預(yù)建造”，其階段稱為“預(yù)建造階段”或“預(yù)建造環(huán)節(jié)”，與施工階段相對應(yīng)。建設(shè)項目越是復(fù)雜，就越是要詳細(xì)、真實地做好預(yù)建造環(huán)節(jié)的各種模擬，否則施工中就會出問題，一旦施工中出問題將會造成難以挽回的巨大損失。過去，由于建設(shè)項目信息數(shù)據(jù)量龐大且信息數(shù)據(jù)間存在廣泛聯(lián)系的客觀原因，設(shè)計師想要修改之前的設(shè)計是比較困難的，而且容易出現(xiàn)錯誤和遺漏;現(xiàn)在，得益于BIM技術(shù)對龐大信息進(jìn)行高效處理和管理的能力，以及對相關(guān)信息進(jìn)行自動關(guān)聯(lián)的功能，修改設(shè)計不再是令設(shè)計師頭疼的難題，出錯率也大大降低。過去，建設(shè)項目預(yù)算是靠專業(yè)人員對照施工圖紙來計算工程量，這是一項耗時較長、重復(fù)度高、計算煩瑣且容易出現(xiàn)錯漏的工作，而且不同的人算出的結(jié)果也容易不一致;現(xiàn)在，得益于BIM模型儲存了建設(shè)項目幾乎所有的幾何與非幾何信息，其中就包含工程量信息，因此，只要BIM模型精度夠高，模型算量在模型建成之時就已經(jīng)自動生成，只要再根據(jù)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行轉(zhuǎn)換就可以獲得準(zhǔn)確性和一致性非常高的工程算量。過去，由于對施工過程的模擬只能是二維的、靜態(tài)的構(gòu)成施工組織設(shè)計的各種文字和圖表，對于復(fù)雜構(gòu)件和節(jié)點或復(fù)雜重要的施工過程，其中存在的很多問題只有在實際實施過程中才會暴露出來，由此造成的損失無可避免;現(xiàn)在，依靠BIM模型豐富、完整、準(zhǔn)確的項目信息，以及BIM技術(shù)強(qiáng)大的三維可視化功能和把模型信息與虛擬時間相關(guān)聯(lián)的功能，不僅能模擬任意靜態(tài)實物，還能模擬施工過程這樣的動態(tài)過程，把問題在施工前暴露出來，從而減少甚至避免損失。

在BIM技術(shù)的影響下，組織機(jī)構(gòu)中各專業(yè)之間的協(xié)同工作方式將會發(fā)生巨大變革，協(xié)同工作將變得更自動化、智能化。以建設(shè)項目設(shè)計階段為例，設(shè)計單位各專業(yè)傳統(tǒng)的協(xié)同工作方式具備以下特點：（1）在工作流程上一般遵循建筑設(shè)計→結(jié)構(gòu)設(shè)計→電氣、給排水、暖通等其他專業(yè)設(shè)計這樣一個先后順序。后面專業(yè)的大部分工作需要獲得足夠的前面專業(yè)傳遞來的信息數(shù)據(jù)后才能開展。（2）由于各專業(yè)都是以二維圖形、文字等方式各自分開儲存和管理本專業(yè)的信息數(shù)據(jù)，且專業(yè)之間的信息數(shù)據(jù)傳遞是以人工方式按照相關(guān)規(guī)定和流程進(jìn)行操作，因此往往需要信息數(shù)據(jù)積累到一定的量后才會進(jìn)行一次傳遞。這種協(xié)同工作方式不僅效率難以提高，且信息數(shù)據(jù)缺乏實時性，傳遞過程容易發(fā)生損失。通過BIM技術(shù)，各專業(yè)的所有信息數(shù)據(jù)被集中于唯一的BIM模型數(shù)據(jù)中心統(tǒng)一管理，各專業(yè)可以實時、快速地從中獲得其他專業(yè)最新的信息數(shù)據(jù)，并通過該數(shù)據(jù)中心進(jìn)行溝通和配合。即使某專業(yè)的信息數(shù)據(jù)發(fā)生改變，其他專業(yè)也可以自動實時地獲得通知和提醒，甚至通過信息數(shù)據(jù)的自動關(guān)聯(lián)實現(xiàn)自動修改。這樣自動化、智能化的協(xié)同工作方式，同樣適用于施工階段參與項目建設(shè)的各組織機(jī)構(gòu)之間的協(xié)同工作。過去，施工中有些重大問題需要參建各方約定時間和地點共同協(xié)商才能解決，現(xiàn)在通過以BIM模型（包含施工階段的場地布置、施工計劃、人材機(jī)等信息數(shù)據(jù)）為基礎(chǔ)構(gòu)建的信息傳播與溝通的虛擬平臺，參建各方可以隨時隨地進(jìn)行問題確認(rèn)和協(xié)調(diào)溝通，有效消除信息不對稱、時間和空間不一致等因素對協(xié)調(diào)解決問題造成的不利影響。

2.2 BIM技術(shù)對工程建設(shè)領(lǐng)域?qū)I(yè)教學(xué)的影響分析

BIM技術(shù)對工程建設(shè)領(lǐng)域?qū)I(yè)教學(xué)的影響，同樣主要來源于兩個方面：可模擬性和引起協(xié)同工作方式與管理模式的變革。高職土建類專業(yè)教學(xué)的難點之一，就是要向?qū)W生清晰地表達(dá)建構(gòu)筑物局部和整體、內(nèi)部與外部的復(fù)雜、多樣的幾何形狀與空間位置關(guān)系，并使學(xué)生能盡量快速地記住這些內(nèi)容。難點之二，讓學(xué)生在有限的教學(xué)時間內(nèi)掌握復(fù)雜的工作和工藝流程這樣的動態(tài)過程。解決難點一的常規(guī)做法是建設(shè)實體模型。這些實體模型無論是1∶1全尺寸的，還是縮微的，要想全面覆蓋教學(xué)內(nèi)容，不僅花費巨大，還需要極大的放置空間。而且，隨著技術(shù)的發(fā)展，這些實體模型也需要不斷的更新、更換，舊模型的拆除和新模型的建設(shè)將是一種需要長期投入大量資金的行為，一般的高職院校都難以承受。解決難點二的通常做法，校內(nèi)主要是實訓(xùn)，校外主要是實習(xí)。由于受時間、場地、人員、設(shè)備、經(jīng)費等諸多限制，校內(nèi)實訓(xùn)無法覆蓋所有必需的教學(xué)內(nèi)容，比如樁基施工，一般高職院校不具備樁基施工設(shè)備和相應(yīng)場地等條件，這樣的實訓(xùn)教學(xué)無法在校內(nèi)開展。校內(nèi)實訓(xùn)無法覆蓋的內(nèi)容，需要校外實習(xí)來彌補(bǔ)。但是實習(xí)也有局限，實習(xí)的內(nèi)容是受所依附的在建項目所處建設(shè)階段限制的，也不可能覆蓋剩余的所有必需內(nèi)容。還是以樁基施工為例，若實習(xí)開始時，所在項目已經(jīng)進(jìn)入上部結(jié)構(gòu)施工的階段，實習(xí)學(xué)生就無法實習(xí)到樁基施工的相關(guān)內(nèi)容。對于上述兩個專業(yè)教學(xué)的難點，BIM技術(shù)可真實模擬復(fù)雜靜態(tài)實物和動態(tài)實施過程的特點，為我們提供了一種省錢、省時、省空間且便于修改和更新的解決方案。用BIM技術(shù)模擬真實復(fù)雜靜態(tài)實物所建立的虛擬信息化模型，幾乎不需要材料成本;建模所花時間也遠(yuǎn)少于真實建造的時間;由于數(shù)字化、信息化也不需要占用任何空間;更是可以隨時修改和更新。借助BIM技術(shù)強(qiáng)大的可視化功能，通過任意控制模型的觀察角度可以使觀察無死角;通過任意放大縮小模型可以使整體觀察和局部細(xì)節(jié)觀察進(jìn)行快速轉(zhuǎn)換;通過顯隱控制可以使原本隱藏在內(nèi)部的細(xì)節(jié)能被清晰地觀察到。相比實體模型，虛擬信息化模型除了包含現(xiàn)實可見的幾何信息，還可以包含幾乎所有不可見的非幾何信息，例如材質(zhì)、材料物理化學(xué)性能、生產(chǎn)廠商、生產(chǎn)時間、產(chǎn)地等，不僅使得教學(xué)和學(xué)習(xí)的效率大大提高，而且使得教學(xué)這一信息傳遞過程中的信息損失大大降低。類似地，用BIM技術(shù)模擬復(fù)雜的工作和工藝流程這樣的動態(tài)過程，也具備上述各項優(yōu)點。但是，鑒于動態(tài)過程模擬的復(fù)雜性，教學(xué)中的實訓(xùn)和實習(xí)還是不可替代的，BIM技術(shù)模擬還只是一種非常有效的補(bǔ)充手段。隨著VR（虛擬現(xiàn)實）、AR（增強(qiáng)現(xiàn)實）技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，BIM技術(shù)模擬動態(tài)過程的功能也會變得更加強(qiáng)大，不排除將來完全替代真實環(huán)境下的實訓(xùn)和實習(xí)的可能。

高職土建類專業(yè)的課程體系、課程設(shè)計及教學(xué)組織實質(zhì)包含了對工程建設(shè)領(lǐng)域協(xié)同工作方式與管理模式的一種模擬、一種再現(xiàn)。因此，BIM技術(shù)因其信息化特點所引起的工程建設(shè)領(lǐng)域協(xié)同工作方式和管理模式的巨大變革，毋庸置疑也會延伸影響到相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域的教學(xué)。

3 針對影響采取的措施

通過上述分析，可以得出結(jié)論：BIM技術(shù)給工程建設(shè)領(lǐng)域生產(chǎn)實踐與專業(yè)教學(xué)帶來的主要影響是有利的。如何充分利用好有利影響，可以采取如下幾項措施：（1）充分利用好BIM技術(shù)的可模擬性。目前，各種專業(yè)虛擬仿真軟件在教學(xué)中運用的越來越多，它的優(yōu)點是制作精良、互動性強(qiáng)、視覺效果好等。但是缺點也比較明顯：無法覆蓋所有的教學(xué)內(nèi)容，功能相對固定;開發(fā)周期長、更新速度慢;費用高昂，只適合單位購買，教師和學(xué)生個人難以承受。對比這些專業(yè)虛擬仿真軟件，BIM技術(shù)可模擬性的重要性就不僅體現(xiàn)在功能強(qiáng)大，還體現(xiàn)在它的易用性方面，使得每一位普通專業(yè)教師、學(xué)生都能用它為教學(xué)和學(xué)習(xí)服務(wù)。并且特別適合碎片化教學(xué)內(nèi)容中的復(fù)雜靜態(tài)實物與動態(tài)過程的模擬，制作周期短、更新方便。因此，落實到日常的教學(xué)中，不僅要開設(shè)BIM建模與模型應(yīng)用的專門課程，還需要將BIM技術(shù)嵌入到每一門專業(yè)課程的教學(xué)中。每一位教師和學(xué)生都應(yīng)培養(yǎng)BIM思維，任何事物、任何事情都要想一想能否信息化，能否用BIM技術(shù)來模擬。（2）BIM技術(shù)引起的工程建設(shè)領(lǐng)域協(xié)同工作方式和管理模式的巨大變革，最終是要落實到基于現(xiàn)代信息技術(shù)的管理制度、工作流程及規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)上。這些制度、流程和標(biāo)準(zhǔn)不是一拍腦袋即可得，不可能一蹴而就。因此，工程技術(shù)人員、教師和學(xué)生都應(yīng)該積極參與到BIM技術(shù)的真實項目實踐中，通過“制定（制度、流程和標(biāo)準(zhǔn)）→執(zhí)行（實踐）→修改→再執(zhí)行（再實踐）”這一螺旋上升的方式，使制度、流程和標(biāo)準(zhǔn)在實踐過程中不斷完善，這樣才能使BIM技術(shù)真正落地，真正地充分發(fā)揮信息化對提升工程建設(shè)領(lǐng)域品質(zhì)所起的作用。（3）教師和學(xué)生要想?yún)⑴c到BIM技術(shù)的真實項目實踐中，需要加強(qiáng)BIM技術(shù)應(yīng)用方面的校企合作、工學(xué)結(jié)合。校企合作分為兩種模式：一種模式是院校提供場地，設(shè)備等硬件，企業(yè)提供實際項目案例，教師、學(xué)生與企業(yè)工程技術(shù)人員共同合作進(jìn)行項目實踐。另外一種模式是通過頂崗實習(xí)的方式，企業(yè)提供實訓(xùn)基地，學(xué)生參與到企業(yè)的BIM項目實際案例中去。[2]（4）以典型BIM建模軟件Revit為例，BIM技術(shù)應(yīng)用得好不好，豐富的標(biāo)準(zhǔn)化、參數(shù)化族資源是重要條件之一。族就好比精密機(jī)械設(shè)備中的各種零部件。標(biāo)準(zhǔn)化、參數(shù)化族資源，在生產(chǎn)實踐和專業(yè)教學(xué)中是通用的。一旦形成品種豐富、標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化、及時更新、管理科學(xué)、具備自主知識產(chǎn)權(quán)的族資源庫，將會為所有者帶來豐厚的回報。而族資源庫建設(shè)又是一項持續(xù)、煩瑣、量大的工作。因此，無論企業(yè)還是學(xué)校，都應(yīng)注重加強(qiáng)日常族的制作、收集、優(yōu)化、更新和管理，加強(qiáng)族資源的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)。

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