新时期BIM技术在土木工程专业课程中的应用与改进探讨

黄俊成 朱红光 钟锐锴 季国华

（中国矿业大学（北京）力学与建筑工程学院 北京 100083）

0 引言

基于三维数字技术的BIM技术是一种工程数据模型，它综合了建筑工程过程中的所有相关信息，进而对物体的本质和物体的功能特性进行了数字表达，并依次建立了一个信息完备的信息模型，使相关数据，具有不同项目生命周期阶段的流程和资源得以紧密联系起来，依赖于其完整的对象描述、可以自动计算的实时工作数据，所有建筑项目参与者都可以使用它们并可以将其拆分为不同的部分。所有这些都取决于其固有的显著优势：可视化，协调性，模拟性，优化性，出图性。BIM技术为开发商，设计团队，施工单位等建筑建设过程中的各方面参与者提供了一个互通的平台，加强了设计施工等不同阶段的沟通，同时利用BIM所建立的通用共享的信息模型，各个方向的设计者能随时跟进建设的过程，实时了解建设方案的变动，使不同的专业人员始终参与项目中来。

由于BIM技术目前还是一个新兴事物，所以相关的一些技术在我国高校教学中的重视程度并不是很高，这也就导致了在教学环节的应用较少，很多学生也只是对BIM技术有着一些基本的概念。BIM 技术在高校教学中不足的原因有以下几点：（1）BIM技术在国内的应用化程度有限，相关软件技术缺乏；（2）BIM技术是一个新事物，高校中缺乏相关的实践研究课题；（3）土木工程现有的教育体系较为完备，再加入新的体系，较为困难；（4）存在着一定的技术封锁，我国的BIM技术发展受到一定的限制。这些困难都需一一克服，提高BIM在高校中的应用程度，加速BIM技术与土木工程教育的融合，进而更好地推动BIM技术的本土化和应用程度。

笔者认为BIM技术的兴起是目前进行土木工程专业教学改革的一个很好的契机，土木工程作为已经发展了很多年的经典学科在如今计算机互联网技术爆炸式发展的背景下，不断被注入一些比如BIM技术之类的新元素，这推动着土木工程向一个“新”学科发展。在这个大前提下，以目前的教育方式培养人才，在对专业知识的掌握程度上，显然是很难满足目前背景下的建筑行业的需求。就目前自身及周围同学的感受，对于本专业的学习或多或少的感觉有些枯涩难懂。将BIM技术引入不同专业课程的学习中，可以充分的发挥BIM技术的五大特点，将枯燥晦涩的知识变得生动起来，从而激发学生对于专业学习的热情。

毫无疑问，将BIM技术引入土木工程学科教学中，是百利而无一害的，但是如何将这个新兴事物更好的融入专业课程中，以及如何通过这种融合最大限度地帮助学生理解并掌握专业知识和激发他们的学习积极性，还需要探索。下文将以实际体验浅谈关于BIM技术在专业课程中的设置。

1 BIM技术在各种专业课程中的应用

1.1 BIM技术在房屋建筑学课程中的应用

房屋建筑学是适合土木工程类专业人员了解和研究建筑设计的思路和过程，建筑物的构成和细部构造以及它们与其他相关专业，特别是与结构专业之间密切联系的一门专业基础课程。作为我们的一门专业基础课，它的内容较为抽象复杂，知识点也较多，所以对学生来说很难理解。就自身上课体验来说，这门课程中涉及较多的建筑构件，一些构件书中给出了示意图，而对于那些提及但未给出相关示意图的对于学生们的理解就存在着一定的阻碍。同样的对于各种各样的房屋构造来说，即使给出了平面图，也很难让学生对于整个建筑有个清晰的了解。目前老师的授课方式就是按照课本顺序依次讲解房屋建筑等的建造过程，以及在这过程中所使用的施工工艺以及特殊构件，这种传统的教授方式是合理的，但同时也存在着之前提及的较大的缺点就是，相关的知识点都是以二维平面的图形来表示，这就要求学生具有较好的三维空间想象能力以及较多的知识储备。而若将Revit等BIM软件技术引入课堂，将原先所讲的知识点以Revit建模形式展示出来，这势必会有助于学生在课堂上对于相关知识点的理解与掌握。而与之配套的课程设计也可适当的引入关于Revit软件的运用，帮助学生顺利高效的地完成课程设计。

1.2 BIM技术在土木工程制图及AutoCAD课程中的应用

相比于房屋建筑学这种理论性较强的课程，土木工程制图和 AutoCAD则具有极高的实践性。就课程内容来说，需要学生死记硬背的知识点并不多，真正的重点是让学生掌握绘图的方法和规范要求。我们是在大一阶段接触土木工程制图，大三学习的AutoCAD，相比于其他的课程来说，这些课显得更加枯燥乏味，在学习到制图绘图方法后，留给我们的就是不断地通过绘图掌握课上的技巧，趣味性较低，重复性较高，很难激发学生的学习积极性。目前的授课方式是，老师讲授相应的绘图知识，课下通过绘图练习册以及AutoCAD绘制二维图像练习来巩固所学的知识。然而在这种教学方法的培养下，就会出现和房屋建筑学课程中相似的问题，学生对于二维平面较为熟悉，而如果转换到三维立体空间中就显得有些困难，所以也应该在这些课程中引入BIM技术中相关建模软件如Revit，或者可以单独设立相关的课程，以强化学生对于建筑三维空间的理解。Revit等三维建模软件相比于AutoCAD来说，在保证建模精确性的前提下，使得操作更加便捷化。同时就我个人的感受，三维建模的趣味性也远比在二维平面上画图要有意思得多，这就能在很大程度上激发学生学习的积极性，如果条件允许，相关的建模比赛也可以考虑。

1.3 BIM技术在工程管理课程中的应用

工程项目管理作为土木工程专业核心课程，其开设的目的是希望学生掌握工程项目管理的相关理论和方法，能够在此基础上绘制流水施工和网络计划图，选择合适的施工方案，编制施工计划图以及阅读施工平面图等，进而培养学生发现和解决实际工程项目管理中问题的能力，提高学生专业基本素质。它在内容上又与工程制图，房屋建筑学等课程不太相同，整体偏向于管理类的。在学习这门课时，即使老师用尽量简单易懂的语言，但因为涉及管理类这种新的知识体系，例如流水施工，流水节拍等抽象的概念还是很难理解。而之后要学习绘制的施工流水图和网络图都是建立在这些抽象概念的基础上，所以也就导致后面的学习过程不太顺利。目前的教学方式就是按照课本的顺序为同学们讲解工程项目管理的知识点，在此过程中与板书和相关的视频结合，以期达到最好的授课效果。但是实际上，学生的积极性并不高，兴趣也不大。针对这个问题，可以与目前流行的计算机技术相结合，利用计算机技术辅助教学，在激发学生的兴趣的同时帮助学生掌握工程管理相关的软件，如Revit,P3等。将BIM技术引入教学中，通过其可视化的特点，构建三维可视化动态仿真工程，使学生身临其境般的感受施工现场的氛围，同时也能将施工进度安排及工程造价表现出来，进而将教学与实际相结合加深学生的印象和理解。

1.4 BIM技术在钢结构设计原理课程中的应用

开设钢结构设计原理旨在让学生了解钢结构的特点和设计方法，钢结构材料的工作性能以及一些常见的钢结构基本配件的工作特点等。对于笔者来说这门课算得上是本科阶段所接触到的最有难度的几门课程之一了，笔者也询问了本专业的其他的同学，基本上都持有这样的观点。在其内容中，不但涉及大量的材料力学与结构力学的知识，还需要将其与钢结构的设计紧密相连。这就要求学生具有较好的力学基础，但因为特殊原因，我们的材料力学采用线上教学，同时由于网课的局限性，很多学生对于材料力学的掌握并不好。这也就导致为什么大多数的学生觉得学习这门课会觉得困难。目前的教学安排依旧是按照教材介绍并结合板书与多媒体，课下安排各种相关的练习以便学生能更好地掌握知识点。但是确实受限于课堂教学的局限性，大多数学生掌握情况并不好。这时与BIM技术结合教学的优势又体现出来了。应用Revit软件，可以很便捷地建立标准钢框架及型钢部件。同时这些模型可以再导入Navisworks，Manage等软件，进而实现施工的4D模拟，相当于进入施工现场进行实际参观。在这整个过程中，学生可以了解到钢构件的建立过程，各个部件的名称等，这无疑将原先晦涩难懂的知识具象化，更有利于学生的理解与吸收。

1.5 BIM技术在毕业设计（论文）中的应用

对于学生来说，本专业的毕业设计（论文）是对学生们的最后的考验。而设置毕业设计（论文）的目的则是培养和检验学生熟练运用所学习的专业知识解决工程实际中所遇到的问题的能力。因为在完成设计中涉及的相关知识较多，故也能加深学生对于建筑设计和施工具体要求和总体流程的认识，为以后走入相关行业从事相关工作打下坚实的基础。由于这是耗时最长的一门课程，就笔者所了解的一些已经毕业的学生的情况，毕业设计的安排常常会与找工作和考研复试的时间存在一定的冲突，这就或多或少的影响到毕业设计的质量。这时如何在减少时间投入的前提下又能保质保量的完成毕业设计就成了一个问题。而将BIM技术引入其中或许会成为目前的最优解。如果像我所建议的那样，在前几个学期的专业课程的学习中将BIM技术的相关知识也穿插其中，那么将BIM技术应用于毕业设计也会变得顺风顺水。在学生已经具有相关BIM技术的基础上，可以要求学生统一采用BIM技术进行毕业设计，同时在进行答辩的过程中设置BIM技术相关的提问。

2 结语

目前来说，BIM技术是建筑行业前沿的技术，它可以很好地将设计，施工，运营等建筑全生命周期的各个阶段整合起来，具有极其光明的发展前景，作为新时代的大学生，掌握BIM技术十分重要。同时BIM技术与现有的土木工程专业课程教学的结合，通过可视化三维模型，将土木工程各项专业课程中抽象的知识具体化，使课堂教学真正与实际相结合，加深学生对于专业知识的理解同时激发对于该行业无限的热情。