新工科背景下水利類專業BIM課程教學框架與實現路徑

陳正發 吳學雷

［摘 要］ 以BIM為代表的工程數字化技術在水利行業中的應用越來越廣泛，這給水利類專業人才培養模式創新、課程體系重構提出了新要求，迫切需要將BIM課程導入課程體系中，提升水利類專業人才的培養質量。目前，很多院校已逐步將BIM課程納入水利類專業課程體系中，但由于課程建設起步晚，還存在課程體系不夠健全、師資力量薄弱、實訓條件不足等問題。為此，從新工科建設的要求出發，從課程目標和學時擬定、教學模塊設置、教學過程設計、課程考核和目標達成分析四個方面構建水利類專業BIM課程教學框架，分析提出課程教學目標實現的路徑，以期為新時代水利類專業BIM課程教學改革提供參考。

［關鍵詞］ BIM課程；教學框架；實現路徑；新工科；水利類專業

［基金項目］ 2021年度教育部產學合作協同育人項目“水利工程BIM+GIS設計協同創新與實訓基地建設”（202102011050）

［作者簡介］ 陳正發（1985—），男（彝族），云南硯山人，博士，云南農業大學水利學院講師，主要從事水土生態工程、智慧水利研究；吳學雷（1986—），男，云南鎮雄人，碩士，中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司高級工程師（通信作者），主要從事水利工程信息化研究。

［中圖分類號］ G642.0［文獻標識碼］ A［文章編號］ 1674-9324（2023）21-0033-04［收稿日期］ 2023-01-06

引言

建筑信息模型（Building Information Modeling，以下簡稱BIM）技術是以三維數字技術為基礎，將工程各階段數據進行集成和協同的數字信息應用模型，該技術在工程領域的應用越來越廣泛［1］。水利類專業作為“大土木”專業的組成部分，在國家大力推行“新基建”、強化創新型人才培養的背景下，專業建設面臨著新的機遇和挑戰。特別是隨著信息技術的飛速發展，以BIM技術為代表的工程數字化技術已經成為未來水利行業發展的必然趨勢［2］。這給水利類專業人才培養模式創新、課程體系重構提出了新要求。目前，國內很多院校已逐步將BIM課程納入水利類專業必修課程中，但由于課程建設起步晚，還存在課程體系不健全、師資力量薄弱、實訓條件不足等問題［3］。因此，有必要從教育部新工科建設的要求出發，針對BIM技術在水利建設領域的發展特點，在教學實踐和課程改革中探索建立水利類專業BIM課程教學框架體系，提出課程教學目標實現的路徑，為新時代水利類專業BIM課程教學改革提供借鑒［1-3］。

一、BIM技術在水利工程中的應用與發展

（一）BIM技術發展及應用現狀

目前，BIM技術在國外得到了廣泛應用。美國是較早啟動BIM研究和應用的國家，BIM研究與應用都走在了世界前列［4］。早在2003年，美國總務署（GSA）就推出了全國“3D-4D-BIM”計劃；2006年，美國陸軍工兵部隊（USACE）發布了為期15年的BIM發展規劃，促進了BIM技術的應用和發展［5］。2011年，新加坡國家發展部建設局（BCA）發布了新加坡BIM發展路線規劃，明確提出要推動整個建筑業廣泛使用BIM技術［4］。北歐國家中的挪威、丹麥、瑞典和芬蘭作為主要BIM軟件廠商所在地，也是全球最先采用基于模型理念開展工程設計的國家［6］。近年來，美國、日本等發達國家逐步將BIM技術融入高校工程類專業的教學中，并進行了一系列課程研究和改革［7］。

與發達國家相比，我國BIM技術應用起步相對較晚，應用范圍也比較有局限性，BIM設計理念還沒有完全貫穿到高等院校工程建設類專業中。2003年，中國建筑行業開始關注BIM技術。起初BIM技術的應用主要集中在大型項目，但隨著BIM技術應用越來越廣泛，政府及行業協會也逐步重視BIM技術的應用。但是到目前為止，國內僅有少部分院校開設了BIM課程［4］。

水利領域BIM技術應用滯后于土木領域，但近年來也得到了較快發展。國內中國電建所屬昆明院、華東院、成都院等設計院早在2005年便開始將BIM技術應用于水電站設計中，并由最早的三維效果展示向數字化協同設計、BIM+GIS協同設計、智能建造等方向發展。BIM技術在水利行業中的應用越來越廣泛，推動了水利工程三維協同設計、智能建造、智慧運維等技術的發展［8］。水利部也在2022年的工作要點中指出，要加快推進BIM等技術在水利建設全過程中的應用，不斷提高水利工程建設智慧化水平［9］。當前，國內很多高校已逐步將BIM課程作為水利類本科專業的必修課程，但由于課程建設起步晚，還沒有形成針對水利類專業特點的規范化課程教學體系。

（二）BIM技術在水利工程中的發展方向

1.基于BIM技術的水利工程協同設計。在傳統的水利工程設計中，一般沒有統一的信息共享服務平臺，加之水利工程分部、分項工程較多，往往由于設計人員信息交流閉塞、協同性不足而出現設計效率低下、設計內容更新不及時等問題?；贐IM技術的協同設計能較好地解決傳統設計存在的不足，從而保證設計信息傳遞的及時性和準確性，同時提高工作效率。當前，受各種因素的影響，BIM技術在水利工程設計中的協同性依然處于起始階段，BIM技術的優勢有待進一步發揮［10］。

2.基于BIM技術的水利工程智能建造。水利項目往往具有工程量大、工程建設周期長、參建單位多等特點，由此容易造成信息交叉、不匹配等問題。智能建造涵蓋建設工程的設計、生產和施工三個階段，借助物聯網、大數據、BIM等先進的信息技術，實現全產業鏈數據集成，為全生命周期管理提供支持［11］?；贐IM技術的智能建造作為未來水利領域的重要發展方向之一，通過整合BIM協同設計標準與智能建造流程，可重構三維數字化“設計—建造”技術流程，提高各參與方的工作質量和效率［12］。

3.BIM+GIS融合的水利工程數字化管理。BIM技術的應用有效提高了工程設計、管理的水平，也暴露出一些新問題。例如，無法解決大場景模型創建和展示問題、BIM模型數據承載量不高、圖形效果不佳等［13］。GIS作為一種地理數據管理系統，可對地理空間信息進行描述、采集、處理、存儲、管理、分析和應用。GIS與BIM的融合技術為工程設計和項目管理提供了一種全新的方法，彌補了單一技術在項目管理中的不足，形成資源共享和優勢互補。

二、水利類專業BIM課程教學框架設計

（一）課程目標和學時擬定

水利類專業的BIM課程目標是：掌握水利工程BIM建模的基礎理論和操作技能，能夠熟練應用Revit、 Civil 3D等常規三維設計軟件開展水利工程建模，并依據水利工程相關設計規范，初步開展協同設計和優化設計。水利工程建設通常會涉及勘察設計、施工、竣工和運營階段。因此，BIM課程教學應該面向工程建設全生命周期，這就決定了BIM課程內容繁多。從教學實踐看，水利類專業的BIM課程包括理論講授、操作演示和上機實訓三部分內容，一般要求課程學時數不應低于32學時，其中上機實訓學時數不應少于總學時的60%。

（二）課程教學模塊設置

在教學模塊設置中，結合行業發展和用人單位對BIM技術的需求，考慮學生的學習階段特點，從設計、施工和運營三個階段設置BIM課程模塊。一般可設置水利工程建模與效果展示、水利工程協同設計，以及水利工程智慧運維三個模塊。水利工程建模與效果展示模塊包括項目創建、模型建立、視覺效果展示等內容，通過該模塊的學習，學生能夠針對水利工程特點，開展水利工程模型建立與三維動態展示；水利工程協同設計模塊包括多專業協同設計、團隊建設等內容，通過該模塊的學習，學生能夠在團隊合作基礎上初步進行多專業協同設計；水利工程智慧運維模塊主要包括任務清單、日常管理、險情搶護等內容，通過該模塊的學習，學生能夠初步應用工程三維數字化模型，開展水利工程智慧化運維管理。

（三）課程教學過程設計

水利類專業課程教學模式主要包括理論教學、操作演示和上機實訓三個環節。理論教學環節應注重教學方法，合理地安排BIM課程內容，注重案例教學。在操作演示環節，結合水利工程特點，首先由教師展示BIM建模和協同設計的操作方法，讓學生了解基本的操作步驟。另外，教師也可在課堂中對學生的作品進行點評，讓學生認識自身的優缺點。在上機實訓環節，給學生下達不同類型的課程設計任務，由學生獨立上機操作完成。實訓過程中，可進行小組討論，也可以向教師提問，但每位學生必須獨立完成設計任務。在課程教學中，還應注重課程思政融入，從工程倫理、工程師職業規范等方面引導學生樹立專業工作的使命感和責任意識，培養具有高尚道德情操和一流技術水平的卓越工程師。

（四）課程考核及目標達成分析

在課程考核方式上，注重全過程考核與應用技能考核相結合?？己司S度一般包括出勤表現、小組協作、成果匯報、設計作品等四個方面。其中，設計作品的權重一般大于40%，其他考核維度的權重可根據實際情況設定。出勤表現，重點考核學生的學習態度及平時出勤情況；小組協作，重點考核小組團隊協作、交流等情況；成果匯報，重點考核匯報思路、問題解決能力、匯報效果等；設計作品，重點考核作品的規范性、嚴謹性和展示效果。還可引入工程教育認證的理念，開展課程目標達成度分析，在學生總評成績的基礎上，進一步計算課程目標達成度分值。BIM課程總目標達成度基準分值可設置為0.7，如達成度分值大于0.7，表明該課程達成了課程目標，反之則未達成課程目標。課程目標達成度分析中，還應注重分析課程教學過程中存在的不足，并在后續課程中持續改進。

三、水利類專業BIM課程目標實現路徑

（一）重視BIM課程在新型水利人才培養中的關鍵作用

作為一種新的數據化工具，BIM技術將在水利工程規劃設計、施工建造、運維管理等中的應用越來越廣泛，并對行業發展產生革命性重塑。高校作為水利人才培養的基礎單位，應高度重視BIM課程在水利創新型人才培養中的關鍵作用，主動適應新工科建設和行業變革需求，結合水利類專業特點，及時修訂完善人才培養方案，將BIM技術導入課程體系，發揮BIM課程在新型水利人才培養中的關鍵作用。

（二）加強BIM課程師資隊伍建設

目前，大部分院校不同程度地存在BIM課程師資力量薄弱的問題。為此，高校應圍繞行業轉型升級和人才培養的新要求，不斷加強BIM課程師資隊伍的建設。各高?？蓮囊韵路矫婕訌夿IM課程師資隊伍建設：一是通過與BIM軟件公司、設計院等專業單位開展合作，共同建立實訓基地，并聘請BIM公司或設計院的BIM工程師作為授課教師；二是邀請軟件公司、設計院的BIM領域專家對本學校的專職教師進行培訓，或通過派遣教師參與企業BIM研發科研項目等形式，提高專任教師的BIM技能水平；三是直接從高?；蛏鐣衅窧IM技術高層次人才充實到師資隊伍中來，提升教師隊伍的專業化水平。

（三）強化BIM課程實訓條件建設

實訓條件是開展BIM課程教學的重要保障。目前很多開設BIM課程的院校還普遍存在實訓條件不足、軟硬件設施配置滯后等問題，導致課程重理論講授而輕實踐鍛煉，影響了課程目標的達成。針對這些問題，要加大軟硬件設施投入力度，配齊專用機房和BIM相關軟件，為學生開展水利工程BIM實訓提供條件。此外，也可加強與BIM專業公司、設計院等單位合作，充分利用校內外資源打造BIM實訓基地，從而提高BIM課程教學質量。

（四）鼓勵學生強化BIM技術應用

BIM課程作為實踐性較強的課程，學生對BIM技能的掌握情況是檢驗教學成效的重要標準。為提升學生對BIM應用技能的掌握程度，除了課程教學環節的內容外，還要積極鼓勵學生利用課余時間不斷摸索BIM技能，持續提升學生的BIM技術應用能力?？赏ㄟ^組織學生參與校內BIM設計比賽、BIM畢業設計大賽、全國高校BIM應用技能大賽等途徑，激發學生學習和應用BIM技術的熱情，提升學生應用BIM技術解決水利工程建模、協同設計、智慧運維等方面問題的能力。

結語

為適應國家新工科建設和水利行業轉型發展對水利類專業新型人才培養的需求，在傳統水利專業課程中導入BIM課程的改革勢在必行。針對BIM技術在水利行業中的應用特點，本文從課程目標和學時擬定、教學模塊設置、教學過程設計、課程考核和目標達成分析等方面構建了水利類專業BIM課程教學框架體系，并從加強師資隊伍建設、強化實訓條件、鼓勵BIM技術應用等方面提出課程教學目標的實現路徑，以期為新時代水利類專業BIM課程改革提供借鑒。

參考文獻

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BIM Course Teaching Framework and Implementation Path of Water Conservancy Major under the Background of ?Emerging Engineering Education

CHEN Zheng-fa1， WU Xue-lei2

（1. College of Water Conservancy， Yunnan Agricultural University， Kunming， Yunnan 650201， China;

2. Kunming Engineering Corporation Limited of Powerchina， Kunming， Yunnan 650051， China）

Abstract： The engineering digital technology represented by BIM is more and more widely used in the water conservancy industry， which puts forward new requirements for the innovation of the training mode of water conservancy professionals and the reconstruction of the curriculum system. At present， many colleges and universities have gradually incorporated BIM courses into the curriculum system of water conservancy majors， but there are still problems such as inadequate curriculum system， less qualified teachers， and insufficient training conditions. Therefore， this paper constructs the teaching framework system of BIM course of water conservancy specialty from four aspects， namely， curriculum objectives and class hours， teaching module setting， teaching process design， curriculum assessment and goal achievement analysis， and analyzes and proposes the path to achieve the curriculum teaching objectives， with a view to providing reference for the teaching reform of BIM course of water conservancy specialty in the new era.

Key words： BIM course; teaching framework; implementation path; emerging engineering education; water conservancy major