融入BIM技术的建筑类专业课程体系构建
张树江+韩杰+毕德纯
[摘 要]该研究对BIM的内涵进行了分析，着重指出BIM的综合性；基于BIM技术搭建了教学平台，构建以理论教学和实践教学并重的两大支柱支撑的课程体系框架；以城市地下空间工程专业为例，建立了基于BIM技术的课程体系；针对课程体系与教学实施、改进教学方法、在课程中融入BIM技术进行了深入的探讨。
[关键词]BIM技术；平台搭建；课程体系
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2017）11-0048-03
随着BIM技术的兴起，信息共享、无纸化施工和全过程管理逐步应用到了建筑设计、施工、管理和运营维护工程领域。BIM即建筑信息模型，BIM技术是一种应用于工程设计建造管理的数据化工具。BIM技术以三维数字技术为基础，三维模型所形成的数据库为核心，进行建筑模型的建立，并通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。BIM技术作为一种创新的工具与生产方式，是继CAD之后建筑业的二次革命。[1]BIM作为设施信息的共享资源技术，通过建立数字化的BIM参数模型，涵盖与项目相关的大量信息服务于建设项目的设计、建造安装、运营等整个生命周期，实现了“模型等于图纸”“模型高于图纸”的目标，具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性五大特点。[2]
目前，国内外许多高等院校已经引入BIM，同时也引发了众多院校对建筑类专业课程体系构建的改变与讨论。我院近几年分步引入了部分BIM软件，建立了BIM开发实验室和地下工程虚拟仿真实验教学中心。借鉴CDIO，即构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Imple？鄄ment）和运作（Operate）一体化课程设计的理念，搭建了融入BIM技术的建筑类专业教学平台，并围绕这一平台构建课程体系[3]，对本科应用型专业人才培养有着引导和促进作用。
一、BIM技术的内涵分析
BIM是由查克伊士曼博士（Chuck Eastman，Ph.D.）提出来的。它是指将某个项目在整个生命周期内所有的几何特性、功能要求与构件性能的信息综合到同一个模型中，这些信息还包括施工进度、施工过程控制与管理信息。[4]即BIM应是建筑信息模型（Building Information Model）、建筑信息模型及其应用（Building Information Modeling）、建筑信息管理（Building Information Manage？鄄ment）三者的综合。美国国家BIM标准中强调BIM是基于公共标准化协同作业的共享数字化模型[5]，可以用作设施信息的共享资源，成为设施全生命周期决策的可靠基础。
BIM是一种理念，信息作为资源是可以共享的，项目的参与各方都有信息共享的权利，这就为项目的参与各方提供了充分沟通、交流和协作的可能性。同时，信息是可以更新和修改的，通过项目参与各方的专家的讨论、交流和沟通，并且根据不同的要求对信息进行更新和修改。BIM是一种技术，是针对建设项目从设计、招投标、建造到运行一个完整生命周期所进行的建模、更新、管理和应用的技术，是由众多的设计软件（建筑设计软件、结构设计软件、设备设计软件、成本预算软件、施工管理软件等）组合而成的技术。BIM既是模型结果，更是过程。BIM具备了所有一切与该建设项目有关的信息，但BIM的功能主要在于针对建设项目的设计、施工和管理进行信息模型的开发、使用和传递，所以BIM更是过程。
由于建筑的复杂性和多专业之间的综合性，在施工中会经常出现大量碰撞问题和施工进度方案的不确定性因素，BIM软件提供了碰撞试错及可修补、改错功能。要合理地应用BIM技术，必须具备扎实的工程技术专业知识，还要有一定的创新思维，敢于突破一般性思维的界限，敢于尝试。
二、基于BIM技术的教学平台与课程体系构建
（一）基于BIM技术的教学平台搭建
针对工程教育的特点与BIM内涵，建筑类专业人才培养目标要求掌握工程勘察、规划、工程材料、结构分析与设计、工程测量、施工组织和工程概预算、工程监理等方面的基本技术和知识，能够从事工程规划、设计、施工与管理工作。而BIM技术能够连接建筑生命周期不同阶段的数据、过程和资源，是建筑设计、结构设计、建筑环境模拟、工程造价和施工管理等多专业的集成。[6]通过建立BIM虚拟仿真平台，让学生在校内外有网络的地方实现自主学习、应用BIM，实现创新性教学模式。
以城市地下空间工程专业为例，我们搭建了以BIM为基础平台，理论教学和实践教学两大支柱并重并相互支撑，由创新活动连接的实践与创新能力培养的课程体系框架，如图1所示。
（二）以BIM技术为平台的课程体系的构建与实施
1.课程体系的构建
目前，國内外常见的BIM课程设置方式有新开设的BIM课程和在现有的专业课程中植入BIM两种，[7]我国大都用第二种方式。第二种方式在植入BIM内容时，要根据现有专业课程的实际情况进行植入。
根据城市地下空间工程专业知识的构成，能够植入BIM内容的课程包括建筑制图、房屋建筑学、施工组织与概预算、城市地下规划与设计、城市地下空间开发利用、地下工程结构、地下结构可靠性、隧道工程、地下管网、工程项目管理等。如图2所示。
课程植入BIM的方式主要是BIM课程、建筑制图+CAD设计、BIM软件与建模方法、BIM+房屋建筑学、BIM+地下工程结构、BIM+施工组织与概预算、基于BIM的地下工程施工模拟、BIM+城市地下规划与设计、基于BIM的工程项目管理、基于BIM的地下管网模拟、BIM+隧道工程、基于BIM的地下结构可靠性分析等。
在实践中我们利用BIM的三维化、参数智能化等优点，培养学生的空间思维，使学生建立对建筑的整体概念。依照“理论+实践+职业技能+案例”的教学设计思路，建立了基于BIM的课程体系，如图3所示。
2.融入BIM思想的教学实施过程
（1）从认知BIM开始培养探求兴趣。从新生入学的专业介绍开始，有意识地培养学生对BIM的兴趣，让他们在BIM实训室里观看BIM的强大功能，了解BIM技术在城市地下空间的发展趋势和应用途径，理解学习BIM技术的重要意义。将专业课程所涉及的地下工程建筑设计、结构设计、配套安装设计及施工现场布置等案例信息模型进行三维立体展示，通过向学生提供真实的情境，介绍专业的性质、培养方向、培养目标及主干课程等。实践中，我们把教师由“讲授者”“指导者”的身份转换成“参与者”和“管理者”，由学生自主进行设计，教师参与共同讨论、提供建议，让学生充分发挥自身的想象力，[8]培养学生分析解决问题和协同工作的能力，以及初步的项目目标制定、概念描述、项目发展管理能力。
（2）实施BIM教学不断线。从大学一年级的制图课开始，有针对性地加入BIM基本课程，并结合后续的专业基础课、专业课，采取“BIM+某一课程”的形式由浅入深地让学生熟悉BIM重要软件的使用方法，指导学生逐步运用BIM的3D、4D、5D技术，构建三维空间模型进行工程描述、时间维度描述，模拟施工的整个过程以及进行施工预算等。在实训过程中，由教师先行提供案例，让学生了解BIM在地下建筑设计过程中的应用，通过BIM建模，仿真模拟地下建筑施工、施工管理、质量管理、进度管理、成本管理等活动，了解BIM在地下建筑施工和管理过程中的应用，实现工程测量、测量实习、建设法规、建筑施工技术、房屋建筑学、建筑力学、建筑制图与识图等建筑类课程实验及实训模块共享。通过建筑结构仿真实验、建筑施工技术仿真实训和建筑工程施工工艺仿真，将上述专业主干课程进行有机结合，这就较为系统、全面地梳理了学生的专业知识，改善了上述课程的教学效果，在专业知识和实践技能之间建立了有效联系，提高了学生的实践能力。
（3）强化BIM的实际应用。在课程设计和毕业设计中强化BIM的运用，充分利用BIM技术平台，结合在实际现场中所看到的工程施工情况，进行优化设计施工方案的拟订。[9]以实际项目业务案例为主线，以任务为驱动，进行团队实战。整个体系的设计遵循螺旋式教学模式，由单项技能到综合技能，实现BIM技能的累积与提高。推动学生以BIM的视角及思路进行课程设计、毕业设计或大作业，挖掘BIM价值，通过毕业设计对BIM在教学中的价值进行提炼，进而真正让BIM技术在高校教学中得以广泛应用。对城市地下空间工程专业的毕业设计，我们采取了必须运用BIM的硬性规定，强化学生对工程项目生命周期及其过程任务管理的了解，并能有效地理解技术、经济、管理、法律等在项目生命周期中的应用过程。
（4）培养大学生的创新创业能力。从培养学生的创新创业能力入手，以创新型人才培养模式改革为切入点[10]，以提高学生的创新创业能力为目标，基于BIM技术构建与实施大学生创新创业训练计划，完善学生知识结构。基于BIM的三维设计技术可以集成各专业设计进行复杂设计评价和分析，在工程全生命周期内实现协同作业，具有高质高效的特点。组织学生开展基于BIM的结构设计大赛，参加行业大赛，不仅加强了学生学习运用BIM能力，将专业知识和设计思维有机地结合起来，更能提高学生的空间思维和想象能力，培养学生的创新能力和实践能力。
（5）与相关的BIM培训机构合作，建立虚拟仿真实验教学中心。借助行业地域性资源优势，与建筑监理协会、建工集团、软件公司等单位积极开展深度合作，根据工程实践和行业要求，不断完善、拓展和开发虚拟仿真实验教学平台。BIM培训机构和行业企业有完整的BIM软件包，又有专业的BIM人才和大量的实战案例，与他们深度合作，可以弥补学校在购买BIM软件包上的资金不足，以及BIM实战案例、BIM专业人才等方面的短板。校内的城市地下空间工程、工程管理、土木工程、给排水科学与工程、建筑环境与能源应用工程等相关专业，均可共享实验设备及虚拟仿真实验教学平台。学校还可以利用这些教学资源，为建筑企业员工开展职业技能培训和继续教育，实现资源共享。
三、结语
随着BIM技术的不断更新换代和发展，培养适应社会需要的BIM技术人才，短短四年的大学教育是不够的，正如城市地下空间工程专业培养目标所述，要培养学生“具备不断学习的能力、适应发展的能力和创新能力”。大学期间也只是使学生学会使用BIM的基本能力，还需要学生在后續的工作中不断学习新知识、新技术。
本文只是以城市地下空间工程专业为例，对在课程体系构建中如何融入BIM技术提供一个思路，这个探索还需要在实践中不断地完善和补充。如何在建筑类专业课程体系中融入BIM技术，可根据各专业的性质、各高校的具体情况来开展探索。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 郝丽.BIM技术融入高校工程类专业教学的应用研究[J].土木建筑工程信息技术，2015（4）：108-111.
[2] 张尚，任宏，Albert P.C.Chan.BIM的工程管理教学改革问题研究（二）——BIM教学改革的作用、规划和建议[J].建筑经济，2015（2）：92-96.
[3] 吴艳英，陈海虹，吴锦行.基于CDIO工程教育理念的“画法几何及工程制图”教学研究[J].大学教育，2015（1）：148-149.
[4] Goldberg， H. E.， The Building Information Model，CADalyst， Nov 2004. Vo1.21，56-58.
[5] NIBS National BIM Standard Project Committee， National BIM Standard， 2006，retrieved from http：∥vllciE？鄄vttfil？鄄proaects/vbe？鄄net/data/What is the NBIMS.pdf，5-12.
[6] 刘照球，李云贵.土木工程专业BIM技术知识体系和课程架构[J].建筑技术，2013（10）：913-916.
[7] 王芳，张志强.融合BIM技术的应用型土木工程专业实践教学平台的优化与应用[J].高等建筑教育，2016（1）：155-157.
[8] 李楠，贾宏俊.基于BIM技术的土木工程专业实践教学体系构建[J].科技创新导报，2015（27）：161-162.
[9] 陆红梅，王蕾，唐艳娟.基于实践能力培养的“土木工程概预算”课程教学改革研究[J].大学教育，2015（5）：122-124.
[10] 李勇，尚会超，王洁.实用创新型人才培养模式的研究与实践——以中原学院机械电子工程专业为例[J].大学教育， 2013（5）：38-40+44.
[责任编辑：庞丹丹]
[摘 要]该研究对BIM的内涵进行了分析，着重指出BIM的综合性；基于BIM技术搭建了教学平台，构建以理论教学和实践教学并重的两大支柱支撑的课程体系框架；以城市地下空间工程专业为例，建立了基于BIM技术的课程体系；针对课程体系与教学实施、改进教学方法、在课程中融入BIM技术进行了深入的探讨。
[关键词]BIM技术；平台搭建；课程体系
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2017）11-0048-03
随着BIM技术的兴起，信息共享、无纸化施工和全过程管理逐步应用到了建筑设计、施工、管理和运营维护工程领域。BIM即建筑信息模型，BIM技术是一种应用于工程设计建造管理的数据化工具。BIM技术以三维数字技术为基础，三维模型所形成的数据库为核心，进行建筑模型的建立，并通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。BIM技术作为一种创新的工具与生产方式，是继CAD之后建筑业的二次革命。[1]BIM作为设施信息的共享资源技术，通过建立数字化的BIM参数模型，涵盖与项目相关的大量信息服务于建设项目的设计、建造安装、运营等整个生命周期，实现了“模型等于图纸”“模型高于图纸”的目标，具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性五大特点。[2]
目前，国内外许多高等院校已经引入BIM，同时也引发了众多院校对建筑类专业课程体系构建的改变与讨论。我院近几年分步引入了部分BIM软件，建立了BIM开发实验室和地下工程虚拟仿真实验教学中心。借鉴CDIO，即构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Imple？鄄ment）和运作（Operate）一体化课程设计的理念，搭建了融入BIM技术的建筑类专业教学平台，并围绕这一平台构建课程体系[3]，对本科应用型专业人才培养有着引导和促进作用。
一、BIM技术的内涵分析
BIM是由查克伊士曼博士（Chuck Eastman，Ph.D.）提出来的。它是指将某个项目在整个生命周期内所有的几何特性、功能要求与构件性能的信息综合到同一个模型中，这些信息还包括施工进度、施工过程控制与管理信息。[4]即BIM应是建筑信息模型（Building Information Model）、建筑信息模型及其应用（Building Information Modeling）、建筑信息管理（Building Information Manage？鄄ment）三者的综合。美国国家BIM标准中强调BIM是基于公共标准化协同作业的共享数字化模型[5]，可以用作设施信息的共享资源，成为设施全生命周期决策的可靠基础。
BIM是一种理念，信息作为资源是可以共享的，项目的参与各方都有信息共享的权利，这就为项目的参与各方提供了充分沟通、交流和协作的可能性。同时，信息是可以更新和修改的，通过项目参与各方的专家的讨论、交流和沟通，并且根据不同的要求对信息进行更新和修改。BIM是一种技术，是针对建设项目从设计、招投标、建造到运行一个完整生命周期所进行的建模、更新、管理和应用的技术，是由众多的设计软件（建筑设计软件、结构设计软件、设备设计软件、成本预算软件、施工管理软件等）组合而成的技术。BIM既是模型结果，更是过程。BIM具备了所有一切与该建设项目有关的信息，但BIM的功能主要在于针对建设项目的设计、施工和管理进行信息模型的开发、使用和传递，所以BIM更是过程。
由于建筑的复杂性和多专业之间的综合性，在施工中会经常出现大量碰撞问题和施工进度方案的不确定性因素，BIM软件提供了碰撞试错及可修补、改错功能。要合理地应用BIM技术，必须具备扎实的工程技术专业知识，还要有一定的创新思维，敢于突破一般性思维的界限，敢于尝试。
二、基于BIM技术的教学平台与课程体系构建
（一）基于BIM技术的教学平台搭建
针对工程教育的特点与BIM内涵，建筑类专业人才培养目标要求掌握工程勘察、规划、工程材料、结构分析与设计、工程测量、施工组织和工程概预算、工程监理等方面的基本技术和知识，能够从事工程规划、设计、施工与管理工作。而BIM技术能够连接建筑生命周期不同阶段的数据、过程和资源，是建筑设计、结构设计、建筑环境模拟、工程造价和施工管理等多专业的集成。[6]通过建立BIM虚拟仿真平台，让学生在校内外有网络的地方实现自主学习、应用BIM，实现创新性教学模式。
以城市地下空间工程专业为例，我们搭建了以BIM为基础平台，理论教学和实践教学两大支柱并重并相互支撑，由创新活动连接的实践与创新能力培养的课程体系框架，如图1所示。
（二）以BIM技术为平台的课程体系的构建与实施
1.课程体系的构建
目前，國内外常见的BIM课程设置方式有新开设的BIM课程和在现有的专业课程中植入BIM两种，[7]我国大都用第二种方式。第二种方式在植入BIM内容时，要根据现有专业课程的实际情况进行植入。
根据城市地下空间工程专业知识的构成，能够植入BIM内容的课程包括建筑制图、房屋建筑学、施工组织与概预算、城市地下规划与设计、城市地下空间开发利用、地下工程结构、地下结构可靠性、隧道工程、地下管网、工程项目管理等。如图2所示。
课程植入BIM的方式主要是BIM课程、建筑制图+CAD设计、BIM软件与建模方法、BIM+房屋建筑学、BIM+地下工程结构、BIM+施工组织与概预算、基于BIM的地下工程施工模拟、BIM+城市地下规划与设计、基于BIM的工程项目管理、基于BIM的地下管网模拟、BIM+隧道工程、基于BIM的地下结构可靠性分析等。
在实践中我们利用BIM的三维化、参数智能化等优点，培养学生的空间思维，使学生建立对建筑的整体概念。依照“理论+实践+职业技能+案例”的教学设计思路，建立了基于BIM的课程体系，如图3所示。
2.融入BIM思想的教学实施过程
（1）从认知BIM开始培养探求兴趣。从新生入学的专业介绍开始，有意识地培养学生对BIM的兴趣，让他们在BIM实训室里观看BIM的强大功能，了解BIM技术在城市地下空间的发展趋势和应用途径，理解学习BIM技术的重要意义。将专业课程所涉及的地下工程建筑设计、结构设计、配套安装设计及施工现场布置等案例信息模型进行三维立体展示，通过向学生提供真实的情境，介绍专业的性质、培养方向、培养目标及主干课程等。实践中，我们把教师由“讲授者”“指导者”的身份转换成“参与者”和“管理者”，由学生自主进行设计，教师参与共同讨论、提供建议，让学生充分发挥自身的想象力，[8]培养学生分析解决问题和协同工作的能力，以及初步的项目目标制定、概念描述、项目发展管理能力。
（2）实施BIM教学不断线。从大学一年级的制图课开始，有针对性地加入BIM基本课程，并结合后续的专业基础课、专业课，采取“BIM+某一课程”的形式由浅入深地让学生熟悉BIM重要软件的使用方法，指导学生逐步运用BIM的3D、4D、5D技术，构建三维空间模型进行工程描述、时间维度描述，模拟施工的整个过程以及进行施工预算等。在实训过程中，由教师先行提供案例，让学生了解BIM在地下建筑设计过程中的应用，通过BIM建模，仿真模拟地下建筑施工、施工管理、质量管理、进度管理、成本管理等活动，了解BIM在地下建筑施工和管理过程中的应用，实现工程测量、测量实习、建设法规、建筑施工技术、房屋建筑学、建筑力学、建筑制图与识图等建筑类课程实验及实训模块共享。通过建筑结构仿真实验、建筑施工技术仿真实训和建筑工程施工工艺仿真，将上述专业主干课程进行有机结合，这就较为系统、全面地梳理了学生的专业知识，改善了上述课程的教学效果，在专业知识和实践技能之间建立了有效联系，提高了学生的实践能力。
（3）强化BIM的实际应用。在课程设计和毕业设计中强化BIM的运用，充分利用BIM技术平台，结合在实际现场中所看到的工程施工情况，进行优化设计施工方案的拟订。[9]以实际项目业务案例为主线，以任务为驱动，进行团队实战。整个体系的设计遵循螺旋式教学模式，由单项技能到综合技能，实现BIM技能的累积与提高。推动学生以BIM的视角及思路进行课程设计、毕业设计或大作业，挖掘BIM价值，通过毕业设计对BIM在教学中的价值进行提炼，进而真正让BIM技术在高校教学中得以广泛应用。对城市地下空间工程专业的毕业设计，我们采取了必须运用BIM的硬性规定，强化学生对工程项目生命周期及其过程任务管理的了解，并能有效地理解技术、经济、管理、法律等在项目生命周期中的应用过程。
（4）培养大学生的创新创业能力。从培养学生的创新创业能力入手，以创新型人才培养模式改革为切入点[10]，以提高学生的创新创业能力为目标，基于BIM技术构建与实施大学生创新创业训练计划，完善学生知识结构。基于BIM的三维设计技术可以集成各专业设计进行复杂设计评价和分析，在工程全生命周期内实现协同作业，具有高质高效的特点。组织学生开展基于BIM的结构设计大赛，参加行业大赛，不仅加强了学生学习运用BIM能力，将专业知识和设计思维有机地结合起来，更能提高学生的空间思维和想象能力，培养学生的创新能力和实践能力。
（5）与相关的BIM培训机构合作，建立虚拟仿真实验教学中心。借助行业地域性资源优势，与建筑监理协会、建工集团、软件公司等单位积极开展深度合作，根据工程实践和行业要求，不断完善、拓展和开发虚拟仿真实验教学平台。BIM培训机构和行业企业有完整的BIM软件包，又有专业的BIM人才和大量的实战案例，与他们深度合作，可以弥补学校在购买BIM软件包上的资金不足，以及BIM实战案例、BIM专业人才等方面的短板。校内的城市地下空间工程、工程管理、土木工程、给排水科学与工程、建筑环境与能源应用工程等相关专业，均可共享实验设备及虚拟仿真实验教学平台。学校还可以利用这些教学资源，为建筑企业员工开展职业技能培训和继续教育，实现资源共享。
三、结语
随着BIM技术的不断更新换代和发展，培养适应社会需要的BIM技术人才，短短四年的大学教育是不够的，正如城市地下空间工程专业培养目标所述，要培养学生“具备不断学习的能力、适应发展的能力和创新能力”。大学期间也只是使学生学会使用BIM的基本能力，还需要学生在后續的工作中不断学习新知识、新技术。
本文只是以城市地下空间工程专业为例，对在课程体系构建中如何融入BIM技术提供一个思路，这个探索还需要在实践中不断地完善和补充。如何在建筑类专业课程体系中融入BIM技术，可根据各专业的性质、各高校的具体情况来开展探索。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 郝丽.BIM技术融入高校工程类专业教学的应用研究[J].土木建筑工程信息技术，2015（4）：108-111.
[2] 张尚，任宏，Albert P.C.Chan.BIM的工程管理教学改革问题研究（二）——BIM教学改革的作用、规划和建议[J].建筑经济，2015（2）：92-96.
[3] 吴艳英，陈海虹，吴锦行.基于CDIO工程教育理念的“画法几何及工程制图”教学研究[J].大学教育，2015（1）：148-149.
[4] Goldberg， H. E.， The Building Information Model，CADalyst， Nov 2004. Vo1.21，56-58.
[5] NIBS National BIM Standard Project Committee， National BIM Standard， 2006，retrieved from http：∥vllciE？鄄vttfil？鄄proaects/vbe？鄄net/data/What is the NBIMS.pdf，5-12.
[6] 刘照球，李云贵.土木工程专业BIM技术知识体系和课程架构[J].建筑技术，2013（10）：913-916.
[7] 王芳，张志强.融合BIM技术的应用型土木工程专业实践教学平台的优化与应用[J].高等建筑教育，2016（1）：155-157.
[8] 李楠，贾宏俊.基于BIM技术的土木工程专业实践教学体系构建[J].科技创新导报，2015（27）：161-162.
[9] 陆红梅，王蕾，唐艳娟.基于实践能力培养的“土木工程概预算”课程教学改革研究[J].大学教育，2015（5）：122-124.
[10] 李勇，尚会超，王洁.实用创新型人才培养模式的研究与实践——以中原学院机械电子工程专业为例[J].大学教育， 2013（5）：38-40+44.
[责任编辑：庞丹丹]
