土木類多專業聯合畢業設計中的分工與協作

蔣杰　劉紅勇

摘? ? 要：基于BIM技術的土木類多專業聯合畢業設計是一種針對本科畢業設計模式的探索，旨在模擬實際工程項目流程，以解決傳統模式下存在的閉門造車、缺乏溝通等問題。聯合畢業設計中的分工協作主要產生于工程設計、施工和投資造價管理之中，其中施工組織設計扮演著承上啟下的作用，一方面需要以工程設計圖紙為施工的依據，要在三維BIM模型的基礎上開展方案選擇和施工模擬，與工程造價專業的工作協調形成控制性投資計劃;另一方面則通過以上模擬來發現各種問題，將其反饋到設計之中進行優化。通過這一過程形成工程項目的全過程管理，實現多專業的協作。

關鍵詞：聯合畢業設計;BIM技術;施工組織設計;多專業協同

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? 文章編號：1002-4107（2022）06-0086-03

本科畢業設計是教學過程最后階段采用的一種總結性實踐教學環節[1]。土木類專業的畢業設計一般以結合工程實際的工作為主，一般情況下按照一人一題、指導教師為學生擬定題目的方式進行。這樣的模式便于指導教師全程掌握學生的完成進度及質量，并對學生進行各階段的考核管理，按照教學大綱的要求保證畢業設計的質量[2]。

傳統的畢業設計模式暴露出了以下明顯的問題。一是閉門造車，缺乏信息交流。二是缺少協調與交流。

為了解決以上問題，自2017年起，西南石油大學土木工程與測繪學院就聯合土木工程、建筑環境與能源應用工程、工程管理、測繪工程等專業的師生開始了面向行業變革、順應信息化發展潮流、結合數字建造、基于BIM的跨專業聯合畢業設計的探索與實踐。

對美國高校土木類專業的調查結果可以看出，幾乎所有的專業課程都有BIM技術的應用，其中奧本大學畢業設計運用了BIM 技術、科羅拉多州立大學也開設了BIM技術多專業聯合課程等[3]。國內各高校根據各自的特點決定所采取的方式，如清華大學軟件學院的BIM 標準研究課題和同濟大學的BIM技術研究項目、哈爾濱工業大學首次開設的“BIM 技術應用短課”和華南理工大學開設的“BIM 工程師培訓課程”[4]。高校應充分利用BIM技術的優勢，抓住畢業設計這一時間充裕、能夠尋求到與工程實踐結合的寶貴機會，來提高BIM人才培養質量，同時也加強畢業設計的實踐應用能力培養效果。

一、基于BIM的跨專業聯合畢業設計的可行性

在擁有了BIM技術這一信息平臺之后，多專業針對同一項目進行聯合畢業設計擁有了可行性。高?？梢詫㈨椖咳珘勖芷谥猩婕暗母麟A段設計工作進行有效拆分，并分別安排給不同專業的團隊，整個過程完全模擬工程實踐操作程序。其具體分工如下。

1.土木工程專業：負責完成結構正向設計、結構工程建模工作;設計成果傳遞給其他專業用于后期工作。

2.建筑環境與能源應用工程專業：負責完成空調暖通系統正向設計及建模、給排水系統正向設計及建模工作;設計成果傳遞給工程管理專業用于安裝工程部分的施工方案編制和工程計量。

3.工程管理專業：負責完成項目統籌協調、施工組織設計、工程計量、計價工作。

4.測繪工程專業：負責完成影像獲取、GIS建模、模型修飾、模型整合工作。

每個專業在完成各自負責的工作之外，還必須充分考慮與其他專業之間的協調。以施工圖設計為例，土木工程專業給出建筑和結構設計圖紙，并將其傳遞給建筑環境與能源應用工程專業進行暖通空調和給排水工程設計，同時也提供給工程管理專業進行三維建模、碰撞檢測和技術經濟分析。建筑環境與能源應用工程專業和工程管理專業在工作過程中發現設計存在的各種問題，如結構與管道的碰撞，或者提出更為優化的設計方案，并將意見反饋給土木工程專業，進行圖紙的調整和優化。

這一多專業聯合畢業設計模式之所以能夠得以實施，關鍵在于BIM技術構建了整個工程項目的信息交互平臺，能夠在項目協調過程中實現“一模到底”，各個專業都可以在統一的BIM模型上開展工作，并及時傳遞信息。BIM模型的三維可視化效果可以讓不同專業在空間的視角下開展設計，從而有效避免了平面圖紙上容易出現的構件碰撞現象，減少了后期工作可能遇到的返工情況。模型的實時計量和BIM5D的應用，也能夠直觀輸出項目經濟數據，成為對設計方的有效反饋。

二、基于BIM的施工組織設計

可以看出，工程管理專業所負責的工作在整個聯合畢業設計中占有中心地位，而施工組織設計工作則在工程管理專業的工作中有著承上啟下的作用?；贐IM技術開展的施工組織設計在國內已經有很多實踐與探索，對其工作內容進行歸納，有利于分析其在整個聯合畢業設計中所起到的作用，以及與其他各專業工作之間的分工協作關系。

單位工程施工組織設計是以單位工程為對象，由承包商根據施工圖紙及其他有關資料和現場施工條件，編制對單位工程的施工過程起指導和制約作用的技術、經濟文件。單位工程施工組織設計的編制視工程的規模大小、復雜程度及用途（投標用或實施用）略有不同。BIM技術在施工組織設計工作中的應用主要集中在施工進度控制、施工模擬和資源管理3個方面，其主要的應用方式和作用如下。

（一）施工進度控制

將BIM三維模型關聯進度計劃信息，就能形成以BIM模型為基礎、WBS工作分解為核心、進度計劃為擴展的4D信息模型。然后，基于BIM5D軟件完成4D信息模型的集成，在完成3D模型、場布模型和進度計劃模型的創建后可以集成4D信息模型。

在4D信息模型集成后，就可以在其基礎上完成施工進度控制。利用BIM5D軟件，項目管理者可以完成對施工場地布置和施工進度的可視化模擬，同時也能對項目進度、資源進行動態管理。

（二）施工模擬

BIM5D軟件打破了傳統項目管理模式，在4D信息模型集成的條件下，為項目管理者提供了更強大的施工模擬功能。通過使用施工模擬功能，管理者能夠隨時查看不同施工時間和區間的三維動態圖像，隨時獲取場地布置情況、項目進展情況和資源消耗情況，并且能及時發現和優化項目中存在的不合理方案，真正做到前期指導施工、過程把控施工、結果校對施工的精細化項目管理。

（三）進度、資源管理

在對3D模型、進度計劃模型和場布模型集成后，BIM5D軟件為管理者提供了多種進度、資源管理功能，能夠形象直觀地反映出項目進展情況和資源消耗情況。

1.進度形象管理、進度對比、進度跟蹤

在BIM5D軟件中，模型會用不同的顏色表示不同的任務狀態，可以實現計劃進度和實際進度的形象對比，并直觀地看到一項工作延誤對后續工作及總工期的影響。同時，在實際進度發生偏差時，還可以通過進度跟蹤功能對進度問題及時上報并進行調整和實時跟蹤。

2.工程量動態查詢、資源動態查詢、實際與計劃資源對比管理

在4D模型中每個構件都關聯了時間信息，因而可以按時間進度和工程模型范圍兩種方式查詢構件工程量，查詢結果可按構件類型、流水段、樓層、規格型號4種方式匯總。4D模型也具有資源消耗量信息，BIM5D軟件可以在統計構件工程量的同時，統計出相應模型相關的資源消耗量。此外，若在進度計劃中選中任意時間節點，即可查看該時間段內所需的人工和材料資源用量，在具備條件的工程項目中，可用于與實際資源消耗量的對比，并生成S曲線。

由上可見，施工組織設計工作細致繁多，需要大量基礎資料作為支撐，其設計成果又會反饋給其他專業，作為其他專業工作協調優化的基礎。在BIM技術這一平臺上，信息傳遞變得高效化，更需要關注在分工協作中的信息流程和權限分配。

三、施工組織設計與其他專業工作之間的信息傳遞

施工組織設計工作的整個流程都在頻繁地與其他專業工作進行大量的信息傳遞，具體分析如下。

（一）施工組織設計的基礎是設計類工作

在聯合畢業設計的流程中，土木工程專業要完成建筑和結構設計工作，建筑環境和能源應用工程專業要完成給排水和暖通空調工程設計工作，設計圖紙正是施工組織設計的基礎資料。施工組織設計編制第一步工作就是要熟悉、審查圖紙，發現、修改其中的錯誤，并收集相關資料。

設計類工作同樣是確定施工方案的前提條件，結構設計決定了鋼筋混凝土工程的施工順序和方法;建筑設計決定了門窗、屋面、防水保溫等工程的施工方法和細節;給排水和暖通空調工程設計決定了各種管道、水電線路的施工方法和細節。施工組織設計正是要把圖紙設計變為可以實際指導施工的具體方案，而在多專業協同的過程中，又必將會發現其中的不合理之處，如空間沖突等，這些發現又可以反饋給設計方，并提前進行改進，以避免未來實際施工過程中的返工。

設計圖紙還決定了施工平面和空間的布置，建筑物的總平面設計決定了施工臨時設施可以利用的場所的位置和大小，對于繪制施工總平面布置圖，并選定設備類型、制定材料采購計劃表等都有參考作用。

（二）施工組織設計與工程造價工作的同步協調

在聯合畢業設計中，施工組織設計和工程造價工作都由工程管理專業負責完成，單純根據圖紙進行的工程計量計價工作是簡單且缺乏實際意義的，因此在聯合畢業設計中進行的工程造價工作與施工組織設計應同步進行，并相互協調。造價專業計算出的工程量將作為施工組織設計中編制進度計劃、制定材料采購計劃和設備選型的基礎。結合施工組織設計中編制的進度計劃產生出BIM5D模型，把控整個工程的資金需求，從而對投資者可能面對的資金壓力進行預測，并最終與實際項目進展進行對比。

（三）施工組織設計與BIM拓展應用之間的關系

在BIM技術中，拓展應用是體現信息化優勢的重要內容。在多專業聯合畢業設計中，同樣安排了多方面的BIM技術拓展，如VR應用、GIS空間信息處理、工序節點施工模擬等，這些工作都屬于施工組織設計工作在某一方面的延伸。

四、聯合畢業設計存在的問題

基于BIM技術的土木類多專業聯合畢業設計創造了一個項目綜合信息平臺，在解決了大量傳統畢業設計存在的問題的同時，也帶來了許多新的問題。近幾年，BIM技術已經被廣泛應用于工程施工實踐，已經在畢業設計中使用。多專業聯合畢業設計作為一種新的模式，也進行了一些實踐和探索。不可避免的是，新的方法總會帶來新的問題，具體來說有以下幾個方面。

（一）時間安排的沖突

從聯合畢業設計整體流程，以及前文所分析的各專業之間的協調可以看出，多專業聯合畢業設計是在盡可能地模擬實際工程項目的整個流程，從設計到施工是有一個先后順序關系的，大型工程項目往往要花費數月時間在施工圖紙設計上。如前所述，設計圖紙是后續一系列工作的基礎，畢業設計的工作時間只有一個學期，不可能讓后續工作等待工程設計的完成再進行開展。目前采用的辦法是，先提供已有工程圖紙，讓聯合畢業設計的各個專業工作得以同步推進，再利用各專業的協調能力對設計圖紙進行調整，但是無論如何，已有圖紙必然會對工程設計造成影響，與實際工程從無到有的過程不符。

（二）學生運用BIM技術的能力瓶頸

多專業聯合畢業設計涉及4個專業，且是針對一個大型工程項目進行設計工作，要完成這么多的工作內容，必須要組建一個大型的項目團隊，而團隊成員對于BIM技術的應用能力必然存在參差不齊的情況。項目團隊在每個專業都設置了“領頭”學生保障專業能力，但是部分學生的能力不足，制約著設計水平的進一步提高。

（三）多專業信息協調效果未達預期

在聯合畢業設計中要實現多專業之間的信息傳遞和協調，以達到最大程度的模擬工程實踐過程，擺脫畢業設計閉門造車痼疾。但是在實踐過程中，由于學生普遍缺乏工程實際經驗，雖然有BIM這一信息工具，但是卻未能達到預期效果，主要是因為學生對于哪些信息需要傳遞、哪些工作需要協調的判斷并不準確，這些都需要指導教師投入大量精力進行指導。

參考文獻：

[1]? 張偉杰，孫輝輝，張玉潔.把握畢業設計節奏提高學生綜合素養[J].教育教學論壇，2016（36）：46.

[2]? 石圓圓.建筑類高校多專業聯合畢業設計教學模式的反思[J].中國現代教育裝備，2020（1）：101.

[3]? BECERIK-GERBER B， GERBER D J， KU K. The Pace of Technological Innovation in Architectural，Engineering， and Construction Education： IntegratingRecent Trends into the Curricula[J]. Journal Informa-tion Technology and Construction，2011（16）：412.

[4]? 陳紅.大型實體模型智能化測控設計及關鍵技術研究[D].南京：河海大學，2016：62.

編輯∕丁俊玲

收稿日期：2021-05-06? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?修回日期：2021-06-07

作者簡介：蔣杰（1982—），男，四川宜賓人，西南石油大學土木工程與建筑學院講師，研究方向：工程項目管理、BIM技術應用。

基金項目：2018—2020 年四川省高等教育人才培養質量和教學改革項目“面向行業變革，結合數字建造的跨專業聯合畢業設計探索與實踐”（JG2018-385）