BIM虚拟施工技术在土木工程施工技术课程中的应用
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作者:张雪颖
摘 要：土木工程施工技术是一门综合性、实践性强的课程，教学中涉及一些难以表述的施工工艺以及较多不常见的建筑空间，由于条件限制，学生不可能随时到施工现场学习，因此需要适当的教学演示工具。作为国家重点推行的新技术BIM即能满足这种需求。结合土木工程施工课程特点，把BIM技术应用到课程教学中，可有效地对该课程进行教学改革，从而使学生有更好的学习效果。
关键词：通土木工程施工 虚拟施工 教学改革
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）07（b）-0216-02
Abstract： Civil Engineering Construction Technology is a comprehensive and practical course.The content of the course involves some construction techniques which are difficult to express and a lot of uncommon building spaces.Due to the limitation of conditions， students cannot go to the construction site to study at any time， so appropriate teaching demonstration tools are needed.As a new technology， BIM， which is the focus of our country， can meet this demand.Combining with the characteristics of civil engineering construction course， the application of BIM technology in the course teaching can effectively carry out the teaching reform of the course， so that students can have better learning effect.
Key Words： Civil Engineering Construction Technology;Virtual construction;Reform in Education
土木工程施工課程由两部分组成：施工技术和施工组织。该课程是土木工程专业学生的主干课程，它是研究房屋建造过程中所涉及的各主要工种工程的施工工艺、施工顺序和施工方法的学科，实践性、综合性较强。课程要求在教学过程中针对现场需要以及学生实践知识的欠缺进行调整，使得学生能够顺利进行生产实习和毕业设计并且在就业后能将所学知识应用于工程实际，尽快适应工作环境。本文针对该门课程的特点以及目前教学过程中存在的问题，结合笔者多年的教学经历，提出有效的改革方案，提高课程的教学效果，增强学生的学习兴趣，满足行业的需要。
1 课程教学中存在的问题
土木工程施工技术的课程目标是使学生掌握建筑工程施工主要分项工程的方法和原理，帮助学生建立对工程施工的全局观念，解决较复杂的工程技术问题，了解国内现行施工规范的要求，达到为生产一线提供高技能专业人才的目的。从事本课程教学十多年的任课教师，作者认为该课程存在以下问题。
1.1 教材内容滞后
土木工程业近年来发展迅速，新技术、新材料、新工艺、新设备不断涌现，计算机技术、网络技术、移动互联网得到广泛应用，而教材内容无法及时更新，对新科技新技术的覆盖程度比较小。另一方面教材的内容更新滞后于规范和规程的补充与修改。
1.2 教学课时较短
经调查，设置土木工程专业的高等院校多数将土木工程施工技术课程设置在第六学期，40-50课时，我院安排48课时。该课程涵盖范围较广，包括土方、基础、砌体、钢筋混凝土、预应力混凝土、结构安装、防水以及装饰装修等工种工程。面对没有专业基础的学生，在48学时内只能勉强讲完大纲规定内容，不能扩展，不能深入。学生虽然基本能通过考试，但缺乏对该门课程的深入理解，影响毕业设计工作的开展。
1.3 教学手段缺乏创新
本门课程采用多媒体结合板书的教学模式，课堂采用PPT授课，充分利用图片、施工现场操作视频以及Flash动画，帮助学生理解教学内容。但整个授课过程中，学生缺乏必要的动手操作过程，对于有些实践性较强的教学环节，学生不动手操作，老师无法讲解透彻，学生只能一知半解。
1.4 实践教学环节的质量难以保证
本课程的实践环节包含为期一周的课程设计和四周的生产实习。课程设计的内容包括识图、典型构件的钢筋下料以及梁板、柱（剪力墙）以及楼梯的模板设计。学生在先修课程中几乎没接触过施工图，识图能力差，因此5天的时间仅仅能够在老师的指导下勉强地完成设计内容，不能对整个工程有全面深刻地理解。生产实习环节，学生人数多，难以保证实习场地。我院绝大部分学生自己联系实习项目。学生实习场地过于分散，实习经费有限，指导老师无法逐一到现场指导。而实习单位考虑到安全问题，不情愿接受实习生，即使接受也尽量让学生远离施工现场，多数学生没能深入一线，只是了解一下工程概况，在办公室看看图交差。另一方面，工程施工周期长，而学生实习期短，学生无法接触一个项目从开工到完工的整个过程[1]。 1.5 教师缺乏施工现场经验
目前高校教师基本需要博士毕业，招收施工方向博士的高等院校较少，很多青年教师由结构转施工，基本上他们是直接从学生到教师的直接转化，缺乏施工现场工作的实践经验[2]。
2 BIM技术的引进
2.1 建筑信息化模型BIM
BIM的英文全称为 Building Information Modeling是一个完备的信息模型，能够将工程项目在全生命周期中各个不同阶段的工程信息、过程和资源集成在一个模型中，方便被工程各参与方使用。它能够以三维模型所形成的数据库为核心，在计算机中模拟建立一座虚拟建筑。
2.2 BIM技术对土木工程施工课程的帮助
普通的多媒体教学只能帮助学生理解，实际操作才会使学生理解深刻，并牢牢记住。由于教学条件限制，大多学校满足不了到施工现场边操作边教学的要求。把BIM技术引入施工课程教学，采用案例教学法，可实现施工可视化仿真教学，使学生直观感受现场施工的氛围[3]。
2.2.1 提高学生识图能力
首先BIM可以帮助学生解决识图问题。通过课程设计可以看出学生识图能力差，他们无法通过图纸想象出立体实物。而BIM提供了一种视觉理念，可以将线条式构件形成三维立体实物图形展示在学生前;尽管在建筑业现在也有设计渲染，但是这种效果图只包含构件的大小、位置和颜色，除此以外没有其他信息，并且不同构件之间缺少互动性和反馈性。而BIM中的可视化是一种能够同构件之间形成互动性和反馈性的可视化。这就相当于学生可以根据图纸将构件在一个实体建筑中一一比对，提高识图能力[4]。
2.2.2 帮助学生深入了解施工工艺
BIM还可以帮助学生深入了解施工工艺。首先，构件模型，然后对完成的模型进行动画编辑以形成动态视频，最后将原始文件以施工逻辑串联成完整的视频。通过视频展示预先演示施工现场的现有条件、施工顺序、复杂工艺以及重点难点解决方案。根据施工工艺，将模型导入到动画制作软件，进行动作制作并导出视频。将導出原始视频以及项目相关资料进行细化工作，除了调整顺序，还应增加特效，让整个影片表达更加充分。另外加上配乐及配音，解说整个工艺流程。BIM还有强大的模拟性，施工阶段可以进行4D模拟（三维模型加项目的发展时间），也就是根据施工的组织设计模拟实际施工[5]。学生就像到现场实际参与了工程施工一样，解决了无法把课程搬到施工现场的难题。
3 存在问题
3.1 设备投入大
目前大多学校在教室配备了多媒体。但是BIM对电脑硬件要求较高，目前的设备很难满足要求。另外功能完备的正版BIM相关软件都是要收费的，且价格不菲。
3.2 制定新的课程体系及标准
把BIM融入课堂，需要制定与之相适应的新的课程标准，构建新的知识体系，这方面还需要不断探究。
3.3 对任课教师要求高
把BIM引进课堂要求任课教师能熟练操作BIM相关软件。BIM是近几年发展起来的新技术，掌握这门技术的教师并不多，年轻教师可以经过培训达到要求，而对于年纪较大的老师是个不小的挑战。
4 结语
土木工程施工技术教学中引入BIM，可以充分利用BIM的现场模拟能力，使得课堂变得灵活、富有趣味，既提高了学生的学习兴趣，也为教师与学生交流沟通提供了良好的条件，还能帮助学生完善知识体系。因此，要努力克服BIM教学改革道路上的种种难题，帮助学生实现理论知识向操作技能转化，为社会培养所需人才。
参考文献
[1] 余群舟，周迎.基于BIM的土木工程施工生产实习研究[J].高等建筑教育，2017，26（4）：111-114.
[2] 韩俊强.基于新工科人才培养的土木工程施工课程教学改革[J].高等教育，2019（2）：168-169.
[3] 石晓娟，王邵臻，李金云.以设计竞赛为载体 推动基于BIM的土木工程专业课程改革—以土木工程施工课程为例[J].教育教学论坛，2018，6（26）：89-90.
[4] 肖慕钦.建筑施工技术教学中BIM技术的有效运用分析[J].装备技术，2018（1）：113.
[5] BIM后期大神为你解读“BIM施工工艺模拟”BIM大课堂https：//baijiahao.baidu.com/s？id=1606380858834585603&wfr=spider&for=pc.
[6] 赵鑫，李万渠，向晓华.BIM技术在土建类专业教学中的探索与应用[J].教育教学论坛，2017，5（21）：173-175.
[7] 杜聪.BIM技术在高校土建类专业教学中的应用[J].教育现代化，2018（2）：145-146.
[8] 李一凡，段绪胜，李昀腾，等.1BIM技术融入土木工程专业的教学方式研究[J].教育现代化，2018，31（12）：24-16.
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