王鴻斌，任旭，萬(wàn)俐，黃進(jìn)，曾麗

（成都大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，四川 成都 610106）

1 研究背景

1.1 課程教學(xué)實(shí)踐現(xiàn)狀

“圖紙是工程師的語(yǔ)言”，識(shí)讀施工圖是工程技術(shù)人員必備的基本技術(shù)，識(shí)讀能力反映了對(duì)施工圖理解和實(shí)施的水平?！笆姓こ套R(shí)圖”課程以市政工程項(xiàng)目為載體，進(jìn)行識(shí)讀訓(xùn)練，通過(guò)訓(xùn)練學(xué)好該課程，為后續(xù)課程學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。施工圖的基本識(shí)讀能力，即掌握施工圖的基本知識(shí)，能正確識(shí)讀構(gòu)筑物圖紙，理解設(shè)計(jì)意圖，并能對(duì)施工圖進(jìn)行校對(duì)審核，從中發(fā)現(xiàn)圖紙的問(wèn)題?！笆姓こ套R(shí)圖”課程為成都大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院工程造價(jià)系必修課，主要包括給排水工程識(shí)圖、道路工程識(shí)圖、橋梁工程識(shí)圖、隧道工程識(shí)圖及城市軌道交通識(shí)圖5 部分內(nèi)容，其授課圖紙主要采用AutoCAD 施工圖紙。在課堂教學(xué)過(guò)程中存在以下不足：學(xué)習(xí)市政工程中構(gòu)筑物，比如橋面和橋墩配筋識(shí)圖要求學(xué)生有較強(qiáng)的邏輯思維能力、理解能力以及分析能力，現(xiàn)授課素材為二維的CAD 圖紙，需要同學(xué)結(jié)合構(gòu)筑物圖紙的立面圖、平面圖和側(cè)面圖通過(guò)空間想象構(gòu)建實(shí)體模型。經(jīng)實(shí)踐教學(xué)及調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)構(gòu)筑物內(nèi)部構(gòu)造難以想象理解，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)課堂學(xué)習(xí)缺乏積極性，部分甚至存在抵觸心理；教師面臨繁重的教學(xué)任務(wù)，僅憑構(gòu)筑物二維CAD 圖紙難以解說(shuō)構(gòu)筑物的內(nèi)部構(gòu)造及鋼筋分布及配置。因此，為了改善現(xiàn)有教學(xué)困境，借鑒其他相關(guān)專業(yè)課程的教學(xué)改革，在該課程教學(xué)中引用三維BIM 技術(shù)就顯得尤為必要[1]。

1.2 BIM 技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

BIM 為Building Information Model 的縮寫，其概念由EASTMAN 教授在20 世紀(jì)70 年代提出。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，BIM 技術(shù)逐漸滲入工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)等建設(shè)的整個(gè)生命周期，如圖1 所示，它是一種三維可視化的方法，摒棄了傳統(tǒng)二維繪圖的局限。與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比，中國(guó)BIM 應(yīng)用起步相對(duì)較晚，但近年來(lái)，國(guó)內(nèi)BIM 關(guān)注度呈井噴式上漲[2]。各級(jí)政府、建筑企業(yè)對(duì)BIM 技術(shù)人才和管理人才要求不斷提升，國(guó)內(nèi)高校致力于BIM 技術(shù)研究以及應(yīng)用人才的培養(yǎng)。近幾年，基于BIM 的教學(xué)改革研究及實(shí)踐已在建筑類相關(guān)專業(yè)課程中初露頭角，現(xiàn)有的改革仍在初期階段，仍處于借鑒西方等發(fā)達(dá)國(guó)家單一課程或交互教學(xué)模式。例如成都大學(xué)主要以選修課、專家講座、企業(yè)實(shí)習(xí)等形式普及和強(qiáng)化BIM 技術(shù)知識(shí)。在課程融入BIM 技術(shù)教學(xué)過(guò)程中最常用的是用生動(dòng)形象的3D 模擬圖替換PPT中死板枯燥的2D 平面圖，就“市政工程識(shí)圖”這門課而言，相對(duì)建筑或土木工程技術(shù)較為薄弱的學(xué)生，可以直接清晰地認(rèn)識(shí)構(gòu)筑物內(nèi)部構(gòu)造，比如橋梁、橋墩中鋼筋的種類和分布等，便于造價(jià)專業(yè)對(duì)工程量精準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)[3]。由此可見，課程中融入BIM 技術(shù)不但可以將教學(xué)內(nèi)容形象化，利于學(xué)生理解，還可以為課堂注入新活力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)BIM 的熱情和興趣。

2 基于BIM 技術(shù)課程教改的作用及意義

2.1 認(rèn)知BIM 的主要特征，打造應(yīng)用基礎(chǔ)

BIM 具有模型可視化、作業(yè)可協(xié)調(diào)性、對(duì)象可模擬性及標(biāo)準(zhǔn)可轉(zhuǎn)化性等主要特征，其可通過(guò)數(shù)字化形式無(wú)形地傳遞系統(tǒng)化的數(shù)據(jù)方案，并關(guān)聯(lián)實(shí)體對(duì)象，實(shí)現(xiàn)全生命周期的數(shù)據(jù)共享，協(xié)同作業(yè)，如圖2 所示。具體表現(xiàn)如下：①模型可視化。通過(guò)BIM 的運(yùn)用可實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目全過(guò)程的可視化，不僅可在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)中，還可在施工運(yùn)維等不同階段均做到模型的可視化，使項(xiàng)目在信息的傳遞過(guò)程數(shù)據(jù)、信息可視，為建筑類等項(xiàng)目助力。②作業(yè)可協(xié)調(diào)性。BIM 具有協(xié)調(diào)功能，可以產(chǎn)生統(tǒng)一的協(xié)作意見并實(shí)時(shí)將信息傳給各方，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方、施工方、運(yùn)維方協(xié)同處理，并記錄協(xié)同處理進(jìn)度和結(jié)果，方便各方跟進(jìn)、確認(rèn)。當(dāng)構(gòu)筑物部件與部件之間發(fā)生碰撞時(shí)，具備協(xié)同修改作用。③對(duì)象可模擬性。通過(guò)BIM 對(duì)需建設(shè)的構(gòu)筑物進(jìn)行不同維度的模擬，根據(jù)模擬效果可知曉構(gòu)筑物自身擬存在的問(wèn)題以及待修改的內(nèi)容。另外，可對(duì)不同生命周期的活動(dòng)（施工、檢測(cè)、招投標(biāo)及計(jì)量等）作出模擬，進(jìn)一步達(dá)到推進(jìn)項(xiàng)目開展，促進(jìn)項(xiàng)目成本節(jié)省等作用。④標(biāo)準(zhǔn)可轉(zhuǎn)化性。BIM 軟件在設(shè)計(jì)構(gòu)筑物時(shí)可選擇采用工業(yè)基礎(chǔ)分類標(biāo)準(zhǔn)（Industry Foundation Classes，IFC），目前該標(biāo)準(zhǔn)被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織所認(rèn)可，因此，在授權(quán)范圍內(nèi)可通過(guò)技術(shù)手段進(jìn)行數(shù)據(jù)交互讀取IFC 格式輸出的數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)化為軟件支持的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，從而實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的可轉(zhuǎn)化性。

通過(guò)課程和BIM 的結(jié)合，可使同學(xué)進(jìn)一步了解BIM 的主要特征，為解決實(shí)際工程問(wèn)題提供基礎(chǔ)。

2.2 增加學(xué)生感官認(rèn)識(shí)，提升教學(xué)效果

市政工程包括道路、橋梁、隧道、城市建設(shè)等工程項(xiàng)目，這門課針對(duì)工程造價(jià)本科生開設(shè)。應(yīng)用BIM模型，可以直接服務(wù)于市政工程的各個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)信息數(shù)字化的信息進(jìn)行協(xié)同、優(yōu)化部署，保證信息的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，提高管控效率。

在展示BIM 模擬市政工程構(gòu)筑物時(shí)，可構(gòu)建一個(gè)空間和時(shí)間維度的3D 模型，如圖3 所示，讓學(xué)生更直觀和準(zhǔn)確地了解構(gòu)筑物施工過(guò)程，并結(jié)合施工方案、計(jì)劃、資源配制以及進(jìn)度管理全過(guò)程分析系統(tǒng)內(nèi)參數(shù)，進(jìn)行模擬運(yùn)算以及施工調(diào)整方案等，進(jìn)而達(dá)到資源的最大化配制。對(duì)于工程造價(jià)的學(xué)生更關(guān)心物料、設(shè)備的配制。道路、橋梁或隧道的施工通常會(huì)使用上萬(wàn)甚至幾百萬(wàn)個(gè)物料部件，物料的計(jì)量運(yùn)算對(duì)造價(jià)師是一種考驗(yàn)。運(yùn)用BIM 物料設(shè)備管理模塊，可從時(shí)間和空間上打破對(duì)物料設(shè)備信息統(tǒng)計(jì)的約束，還可實(shí)時(shí)跟蹤信息傳遞，達(dá)到不受時(shí)間節(jié)點(diǎn)限制。

圖3 市政工程中部分BIM 可視化圖

市政工程識(shí)圖以構(gòu)筑物的AutoCAD 識(shí)讀為主，其目的是讓學(xué)生熟練認(rèn)識(shí)構(gòu)筑的外形、尺寸、屬性信息。傳統(tǒng)的教學(xué)案例比較獨(dú)立零散，不易于學(xué)生對(duì)施工全過(guò)程的把握，通過(guò)構(gòu)建BIM 施工案例，將BIM 融入市政工程識(shí)圖中，以三維可視化模型觀察和分析構(gòu)筑如內(nèi)部結(jié)構(gòu)和布置，使得學(xué)生沉浸至每個(gè)施工場(chǎng)景，從而增加學(xué)生感官認(rèn)識(shí)，不僅提升構(gòu)筑物識(shí)讀質(zhì)量和效率，同時(shí)可培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力。

BIM 的可視化采用三維立體構(gòu)筑物代替?zhèn)鹘y(tǒng)的二維線條式構(gòu)筑物，能夠更清晰地展現(xiàn)構(gòu)筑物整體結(jié)構(gòu)以及內(nèi)部構(gòu)造。通過(guò)模型中參數(shù)可使學(xué)生更加清晰地了解構(gòu)筑物的幾何、材料和邏輯信息。比如橋梁、橋墩中混凝土標(biāo)號(hào)、鋼筋種類、鋼筋數(shù)量、鋼筋位置等，這樣一來(lái)學(xué)生潛移默化中形成構(gòu)筑物的空間結(jié)構(gòu)，不但提升了教學(xué)效果，還增強(qiáng)了學(xué)生用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

3 基于BIM 技術(shù)課程教改的實(shí)踐措施

3.1 BIM 納入CAD 課程教學(xué)

在過(guò)去的30 多年，CAD 在市政工程建設(shè)項(xiàng)目中發(fā)揮了重要的作用，現(xiàn)階段CAD 相關(guān)課程教學(xué)仍是國(guó)內(nèi)高校開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程[4]。面對(duì)BIM 技術(shù)的興起，CAD 及相關(guān)課程成為BIM 教學(xué)改革的切入點(diǎn)。首先，開展BIM 基礎(chǔ)課，使學(xué)生對(duì)BIM 基本概念和應(yīng)用有初步認(rèn)識(shí)；然后，在CAD 制圖課程中植入Revit 教學(xué)，立足CAD 基礎(chǔ)，促進(jìn)BIM 發(fā)展，相對(duì)CAD 而言，其不但包含圖形幾何信息，還包含圖形參數(shù)和構(gòu)造參數(shù)信息，通過(guò)CAD 二維圖紙和BIM 三維實(shí)體進(jìn)行緊密聯(lián)系來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的空間想象力和邏輯思維能力[5]。教學(xué)中可圍繞CAD 和BIM 的安裝方法、操作界面、對(duì)象編輯命令等相似之處，采用類比教學(xué)法促進(jìn)學(xué)生從CAD 向BIM 的過(guò)渡和轉(zhuǎn)變；最后，可以CAD 為基礎(chǔ)，建立BIM 思維，通過(guò)將二維平面圖轉(zhuǎn)化為三維的可視圖，鍛煉學(xué)生空間想象及構(gòu)造力，同時(shí)讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到設(shè)計(jì)人員成果的交付，不僅局限于一張張圖紙，還需交付一個(gè)可用ⅤR 眼睛觀看的虛擬構(gòu)筑物，讓學(xué)生能全過(guò)程了解市政工程從CAD 繪圖設(shè)計(jì)到BIM 建模完成的步驟和流程。

3.2 建立BIM 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)

建立BIM 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，直接將機(jī)房作為授課實(shí)訓(xùn)地點(diǎn)，課前教師制作好各構(gòu)筑物的三維模型；課上多視角全方位展示，對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行詳盡解析；課后布置作業(yè)以鞏固學(xué)生掌握內(nèi)容?？紤]成都大學(xué)為應(yīng)用型本科院校，造價(jià)類專業(yè)學(xué)生基礎(chǔ)薄弱，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用畫法幾何與工程制圖等相關(guān)理論來(lái)使用Revit 軟件繪制構(gòu)筑物的三維模型，培養(yǎng)學(xué)生繪圖能力和實(shí)踐動(dòng)手能力。同時(shí)，教學(xué)中應(yīng)加強(qiáng)校企合作，邀請(qǐng)工程經(jīng)驗(yàn)豐富的BIM 設(shè)計(jì)專業(yè)人員參與課程建設(shè)，以實(shí)際工程案例為背景，進(jìn)行BIM 的實(shí)訓(xùn)操作，使學(xué)生能近距離地接觸到未來(lái)工作中的相關(guān)工程繪圖或計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)和要求，這也將較大程度地增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和主動(dòng)性。另外，可將BIM 建設(shè)設(shè)計(jì)引入造價(jià)工程專業(yè)的課程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)中，進(jìn)而達(dá)到學(xué)以致用，融會(huì)貫通的目的。

3.3 BIM 課程師資培養(yǎng)

目前校企合作、產(chǎn)教融合中普遍存在一種問(wèn)題，“雙師型”師資培養(yǎng)模式不夠成熟。為適應(yīng)教學(xué)需求，應(yīng)對(duì)課程教師進(jìn)行專業(yè)的師資培訓(xùn)，打造“雙師型”教師培養(yǎng)，在培養(yǎng)過(guò)程中開展校企合作。通過(guò)深入企業(yè)跟工程經(jīng)驗(yàn)豐富的BIM 工程師學(xué)習(xí)交流，將經(jīng)典的工程案例納入教學(xué)案例，增加教學(xué)的多元性。并開展BIM 相關(guān)技能培訓(xùn)，尤其是軟件操作方面，通過(guò)實(shí)訓(xùn)積累經(jīng)驗(yàn)提高業(yè)務(wù)水平。鼓勵(lì)教師申報(bào)課題，縱向研究、橫向拓展，在實(shí)際項(xiàng)目中增加經(jīng)驗(yàn)，不斷學(xué)習(xí)和研究BIM 技術(shù)，從而提高教學(xué)水平。同時(shí)建議教師參與各類BIM 技能大賽，通過(guò)和學(xué)生共同參賽，或以指導(dǎo)教師身份參加，進(jìn)一步督促教師對(duì)BIM 技術(shù)軟件的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，提升課程教學(xué)綜合能力水平。

3.4 課程引入BIM 元素

通過(guò)前期學(xué)習(xí)，學(xué)生掌握了BIM 的基本理論，熟悉了建模軟件的簡(jiǎn)單操作。在“市政工程識(shí)圖”課程教學(xué)中引入BIM 元素，運(yùn)用Revit 軟件構(gòu)建模型、渲染、施工圖展示、工程量表明細(xì)等基本操作，直觀清晰地表現(xiàn)所講授構(gòu)筑物的整體結(jié)構(gòu)和構(gòu)件之間的關(guān)系。以混凝土橋梁結(jié)構(gòu)為例，通過(guò)Revit 構(gòu)建模型，能直觀地表達(dá)其蓋板、主梁、系梁、橋墩等構(gòu)件的相對(duì)位置及荷載關(guān)系，明確構(gòu)件中鋼筋的種類、數(shù)量、位置等。這樣一來(lái)，不僅可提升教學(xué)質(zhì)量，而且可激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性。為了達(dá)到更好的教學(xué)效果，可加強(qiáng)課程教學(xué)師資隊(duì)伍建設(shè)，適應(yīng)新課程的教學(xué)要求，保障教改課程的教學(xué)質(zhì)量。

4 總結(jié)

“市政工程識(shí)圖”是一門比較抽象難教的課程，在課程中融入BIM 三維可視化模型，能夠清晰地展現(xiàn)構(gòu)筑物整體結(jié)構(gòu)以及內(nèi)部構(gòu)造，使學(xué)生潛移默化中形成構(gòu)筑物的空間結(jié)構(gòu)，增加學(xué)生感官認(rèn)識(shí)，提升其對(duì)構(gòu)筑物識(shí)讀質(zhì)量和效率；更清晰地了解構(gòu)筑物的幾何、材料和邏輯信息等，不但提升了教學(xué)效果，還可增強(qiáng)了學(xué)生運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。通過(guò)教學(xué)改革，一方面可激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，改善教學(xué)實(shí)踐效果；另一方面，也可培養(yǎng)學(xué)生的空間想象力和邏輯思維能力。