BIM技術在土木工程專業教學中的應用

黃曉玲 陳思宏

【摘要】本文論述BIM技術在土木工程專業教學中應用的意義，指出當前BIM教學中存在連貫性不足、理論內容缺乏實踐支撐、考核形式未側重實踐等問題，提出積極發揮BIM技術虛擬仿真實驗室的優勢、積極促進BIM技術在教學中的滲透、運用BIM技術改革專業畢業設計等策略。

【關鍵詞】BIM技術 土木工程 教學改革

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2022）27-0145-04

隨著我國教育體制改革的不斷深化，國家對基礎行業專業人才的培養提出了更高的要求，因此土木工程專業的整體教學改革問題越來越受到教師群體的關注。在土木工程專業教學中有效運用BIM技術不僅能進一步提升整體課堂教學的信息建模效率，而且對整體專業的知識內容模擬和應用優化具有深遠的影響。教師應當進一步優化教學思路，針對目前教學過程中存在的教學問題進行統一優化，構建新型的專業教學模式和體系，以提升學生的專業素養和能力。本文對土木工程專業中有關BIM技術的應用改革問題進行了深層次的研究和討論，希望能夠啟發教師在進行實際的教學形式創新過程中更多的思考，從而為優化我國土木工程領域的人才培養策略打下更好的基礎。

一、BIM技術在土木工程專業教學中應用的意義

在教學中應用BIM技術能增強教學的可視度以及可模擬度，提升教學效率。BIM技術作為一種能覆蓋建筑物全生命周期的信息模型、建筑工程管理行為模型全流程的新型技術方法，不僅是未來綠色建筑行業的發展趨勢，同時也是建筑行業與信息化緊密結合發展的宏觀方向。在生產實際中，BIM相關技術人員主要以三維數字技術為整體理論基礎，并通過數字信息仿真和模擬建筑物的海量數據信息完成相應的數字建模。此種方式能使開發人員結合信息模型進行廣泛深入的交互協同，大大提升了項目決策人員的工作效率和決策精準度，同時也能夠使整體土木工程建筑項目實現更好的可視和可模擬管理。

因此，在土木工程專業教學過程中，教師通過有效結合BIM技術數字模擬系統的技術特點，能夠將教材和文字描述信息中平面而抽象的工程建設關鍵信息以三維圖像呈現，能更好地提升學生學習理解知識內容的效率。并且BIM技術可以結合土木工程項目的全過程進行動態模擬化處理，能夠方便教師在教學中各個項目具體的環節開展教學引導，也能夠方便學生統籌思考各不同項目各環節之間的聯系，分析它們的相互影響，最終為提升總工程專業課堂的教學效率和教學質量起到深遠的鋪墊作用。

在此結合過程中，教師依托BIM技術也有利于優化培養方案設計，更好地利用空間表現和視覺渲染等功能生動地再現知識點。教師在實際教學講解的過程中通過適當延伸BIM相關技術的內容，在拓寬學生眼界的同時，也能加強學生對土木工程行業發展趨勢的宏觀把握能力，既幫助學習能力相對較弱的學生進行更加直觀地理解，也能夠為學習能力較強的學生提供更加深入全面的技能延伸，提升整體課堂的教學效率，最終有效提升全體學生的專業素養、能力。由于BIM技術覆蓋了土木工程行業的全過程，通過這樣的教學模式，學生的專業技能全面性將得到顯著提升并促進土木工程專業與其他專業的技術交流，進而更好地推進土木工程行業的進步。

教學中運用BIM技術，也為進一步實現院校向企業長期輸送專業人才的戰略提供了穩定的渠道。院校運用此技術所培養出來的人才，更能滿足企業的用人需求，并有效針對人力資源的管理和面試成本進行控制，最終提升企業人才引進過程的性價比。

二、現存問題

（一）BIM技術的教學應用連貫性仍需提升

在土木工程專業教學改革中，一些教師往往將整體BIM技術拆分至各專業課程當中，這雖然能夠進一步加大技術與課程內容之間的聯系和滲透程度，但也不可避免地削弱了BIM技術的教學應用連貫性。這造成了學生只能夠通課程內容延伸來粗淺地了解BIM技術，影響了學生結合實際問題運用技術的能力培養。在另一方面，這樣的情況制約了學生通過運用BIM技術來提升自身專業和未來就業的發展質量，最終使引入BIM技術的培養目標本末倒置，同時也浪費了大量的教學時間和資源成本。除此之外，由于整體BIM技術的運用范圍和周期相對較長，這也使學生在漫長的時間跨度間容易發生前后知識的記憶和運用問題，不僅嚴重影響教學質量，同時也給學生的專業知識學習帶來更多的任務和負擔。

（二）理論內容缺乏實踐支撐

在土木工程專業教學改革工作實踐中，實習教學的開展方式直接影響著學生知識運用能力和實踐水平的質量。教師往往會帶領學生通過實地觀察土木工程施工現場來提升學生對專業的認知和實踐的經驗，以此有效加強學生木工程實際施工流程的規范性，有效鞏固理論知識和教材上的內容。但是由于土木施工現場情況往往較為復雜，為了避免學生在施工現場受到傷害，整體的施工參觀區域往往建立在較遠的安全區，學生只能遠遠觀看。這樣的情況不僅使實習教學過程具有較大的局限性，而且在一定程度上也會造成學生忽視整體實習活動的現象，最終使實習流于表面，難以取得原本的教學設計效果。除此之外，教師在運用BIM技術手段來加強整體的實習效果時方式較片面，往往只能通過板書或PPT呈現信息和知識點，這也在一定程度上制約了整體土木工程實習教學的效果，令學生理解整體知識的邏輯架構時缺乏實踐內容的支撐，降低了知識內化效率。

加入土木課程專業教師隊伍的青年教師數量不斷增加，在一定程度上解決了長期缺乏專業教師的問題，但是由于青年教師自身的實踐經驗和理論知識儲備還存在較大的提升空間，因此講授專業課程時也相應地偏向對理論知識的講解和引申。這樣的情況造成了專業學生在遇到土木工程項目的實踐疑問時，教師并不能很好地針對具體問題深入進行講解。除此之外，教師在實際運用BIM技術時，也會受到自身實踐經驗不足等因素制約，最終難以幫助學生深層次理解和運用BIM的技術。

（三）考核形式未側重實踐

由于目前我國大部分土木工程專業的考核以實踐報告和考試成績的綜合成績進行整體專業結果評定的形式為主，這使學生為了能夠獲取更好的期末成績更加偏向對理論知識進行集中鞏固與探究，因此影響了專業實踐和理論的結合質量。實習報告由于缺乏對實踐能力的考察方式，最終也只能流于書面的形式，對學生的實際能力提升和未來就業所起的幫助作用有限。除此之外，專業考核內容的理論偏向也會造成BIM技術的實際應用作用進一步削弱，學生會產生忽略BIM技術學習的現象，同時產生不好的學習風氣，最終影響學生對BIM技術的實際運用和訓練效果。

三、BIM技術在土木工程專業教學中的優化途徑

（一）積極發揮BIM技術虛擬仿真實驗室的優勢

為了讓BIM技術功能得以有效深入應用，學院應積極建設與BIM相關的虛擬仿真實驗室，積極發揮BIM技術虛擬仿真實驗室的優勢。這樣，教師開展教學的時候不僅能夠依托實驗室中海量的教學資源、數據補充學生的理論知識體系，也能夠進一步結合BIM技術構建土木工程項目的虛擬仿真環境，從而在保證學生充分安全的前提下，盡可能有效重現土木工程現場的施工環節。

例如在構建環境設計與施工虛擬仿真實驗室的過程中，為了能夠更好結合BIM技術，幫助學生認知高?；驑O端環境下高成本高消耗的大型項目施工流程和施工規范，教師結合教學實訓系統按照節點進行資源劃分。首先從整體上有效構建實驗室的設計主體，并根據需求，結合信息數據系統進行裝修與水電路改造的教學；其次根據施工工藝區域進行相應的劃分，從而讓學生結合BIM技術學習用戶板墻施工工藝、整體石膏板吊頂等一系列工藝流程，發揮整體虛擬仿真實驗室的最大功效。此舉結合不同的施工流程通過BIM技術進行有效的數據建模、進行相應的模塊化分解，從而更直觀地呈現節點圖、施工圖以及現場實例圖等數據信息，能夠更充分利用整體數據模型的動態展示功能，讓知識點更為具象化，幫助學生整體認知模型的結構。同時，借助實驗室模擬系統內置的計算功能，學生可方便地添加計算數據，虛擬、設計并計算出相應的模型，且后續可自由地對其修改和優化。減少了教學的壓力，提升了學生的積極性。

此外，在構建完成實驗室硬件設施后，教師應當優化相應的軟件系統，有效開展平臺賬號管理和數據交互，并結合體系內的軟件進一步提升BIM技術的應用水平。如為了能夠更好提升學生對模擬場景和信息模型的觀測和分析質量，教學團隊在模擬實驗室中設計了全場景動態漫游和沙盤360度自定義認知場景體系，其中也包含相應的施工動畫視頻，從而在不同施工場景、各過程節點中，令BIM技術都能全面介入分析和探究之中，提升教學效率，有助于整體提升教學內容的連貫性。

（二）積極促進BIM技術在教學中的滲透

教師可以結合現有的教學資源和技術設備資源進行二次開發，讓BIM全面滲透專業課程的教學。就土木工程專業的施工類課程而言，主要體現在施工現場的布置工作方面。因此，教師教學過程中需結合建筑信息模型，模擬和調整再現整體施工現場，從而更好為學生講解不同位置的設計可能發生的問題。除此之外，教師也可以結合BIM技術中的功能，通過動畫模擬整體的施工布置。這樣不僅在教學中即明確整體布置的流程和運用要求，還能高效提升學生對整體施工布置過程的把控能力，培養良好的一體化布置習慣，更好地為之后的材料購置計劃的設計學習做好鋪墊，最終使技術與課程需求進一步契合，有效提升學生的BIM技術應用能力。

教師還可根據不同專業課程特點開展有針對的優化，讓BIM技術與土木專業的重要課程更為適配。首先，在造價類課程的優化方面，教師可將其作為落實教學改革的重要抓手。在傳統的土木工程造價類課程的教學過程中，教師往往需要列表展示不同施工材料的性質和價格，但是繁冗的信息不僅令學習和記憶產生較大難度，也不利于學生后續使用。而當教師通過BIM技術以直觀化的動畫分別展現材質的特性，可加深學生對不同材質信息的記憶，也提升了學生選擇材料時的效率，更好地控制造價。教師還可以通過結合相應的特殊插件，有效減少不同造價材料的匯總計算量，從而能夠快速、科學地給出材料搭配設計結果。學生掌握了相關的技術之后，也能結合自主設計需求進一步優化選擇施工材料的成本，提升專業素養能力。

其次，在設計類課程的優化方面，隨著該類課程在土木工程專業教學中占比越來越重，學生未來就業發展也越來越需要該項專業技能。教師可提升BIM技術在設計類課程中的滲透質量，加強不同課程在設計層面上的聯系，從而構建結構完整的知識體系，教會學生高效使用設計軟件，并為進一步提升課程教學中的工程案例支撐質量做鋪墊。教學實踐中，教師可引導學生通過構建建筑信息模型并結合相應的設計類軟件優化施工要素分析和設計圖紙；通過對比建筑管線模型，更為高效地找到設計問題和隱患。這樣不僅可以大大提升設計工作的效率，也能通過BIM技術功能提升不同設計內容的標準化程度，從而在宏觀層面上形成整體性系統設計，有效提升學生實際設計能力。

最后，在實踐課程的優化方面，與BIM技術融合的設計課程也能夠結合模擬實驗室開展實踐，將學生自主設計的內容在現實中呈現。這不僅能夠引導學生結合實用性和施工環節的各種因素綜合考量所設計的內容，還能提升所設計內容的科學性和標準性。例如，在混凝土結構課程設計課程中，做蓋樓設計時，就可以用接口軟件將BIM建筑模型導入結構分析軟件，形成BIM三維結構模型，最終獲得樓板的鋼筋和施工圖。通過列舉這樣的施工案例讓學生直觀地看到BIM技術對土木工程施工的重要性，也能夠進一步優化學生的整體性思維，從而為實際工作發展起到有效的促進作用。

（三）運用BIM技術改革專業畢業設計

在傳統的土木工程專業畢業設計教學指導過程中，由于大部分學生的畢業設計主題往往更偏重房屋建造類的設計內容，因此主要的設計完成過程由教師提供工程概括和資料信息，并結合學生對資料信息的篩選進行后續圖紙的完整設計。這樣的畢業設計完成方式雖然能夠在最大程度上完善學生的設計和技術應用過程，但是也會造成學生群體的設計思路和設計結果出現千篇一律、創新不足的問題。

為了能夠更好地解決這樣的實際問題，專業教師可以結合BIM技術的功能改革專業畢業設計，協同企業推出相應的畢業設計比賽活動，并鼓勵學生將自身的畢業設計作品作為企業研發和拓展的實驗項目進行設計和優化，奪取更好的比賽成績，也能有效提升畢業設計的原創性和創新性。這樣的教學改革能夠有效全面提升學生畢業設計水平和自身專業素養能力，也有利于提升學生未來專業就業的核心競爭能力。學生通過對這樣的創新資源進行分析和學習，不僅能夠更好掌握專業課的理論知識體系，而且也能夠結合教師對案例的獨特講解全面提升自身的BIM技術實踐應用能力。

總而言之，在國家和社會對未來土木工程行業領域進一步深化發展的核心要求指導下，專業教師應當依托BIM技術優化教學思路、教學過程，并積極發揮BIM技術的優勢，更好地結合建筑信息模型技術的功能來進一步實現課堂教學的改革與創新，為加強學生的理論知識體系完善和實踐能力培養進行積極嘗試。

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注：本文系2019年廣西職業教育教學改革研究項目“基于‘1＋X’背景下的BIM職業標準與課程融合的探索”（GXGZJG2019B078）的研究成果之一。

作者簡介：黃曉玲（1990— ），廣西合浦人，講師，本科，主要研究方向為土木工程；陳思宏（1986— ），廣西賓陽人，高級工程師，研究生班學歷、學士學位，主要研究方向為職業教育。