基于BIM技术的多专业联合毕业设计模式的探索、研究与实践

来源:用户上传      作者:李骏 韩利红 董萍

　　[摘    要] 为响应国家提出的素质教育以及教育改革的号召，在传统毕业设计的模式下不断进行新尝试和新探索，随着建筑业相关从业技能的更新换代，建筑信息模型（ BIM）或将成为从业人员的必备技能之一。文章对多专业联合毕业设计进行深入的探索与研究，在本科生毕业设计的过程中创新的采用基于BIM技术的多专业联合毕业设计的应用模式。
　　[关键词] BIM技术;多专业;联合毕业设计;教学改革
　　doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2020. 03. 096
　　[中图分类号] G642.0    [文献标识码]  A      [文章编号]  1673 - 0194（2020）03- 0233- 04
　　0      引    言
　　21世纪是以新技术、新业态、新产业、新模式为特点的多元化信息时代，不断驱动人们以多维立体和全方面的角度对知识进行探索并且获取多元信息。在这样的时代背景下，我国工程教育迫切需要进行教育改革以培养出与时俱进的创新型、应用型的多元化科技人才。近年我国工程教育改革提出了许多创新的新概念，一方面要求设置和发展新型工科专业，另一方面推动现有工科专业改革创新，其目的是探索更加多样化和个性化的人才培养模式，培养具有创新创业能力和跨界整合能力的工程科技人才[1]。本科毕业设计作为检验大学四年教育成果的核心环节，在传统毕业设计的模式基础上，探索和研究新型模式既能培养大学生理论结合实践的能力，又能培养他们多专多方面能力。
　　建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）作为近几年快速发展起来的建筑信息化的核心技术，是一种应用于工程设计建造管理的数据化工具[2]。通过参数模型整合各种项目的相关信息，在项目策划、运行和维护的全生命周期過程中进行共享和传递[3]。BIM技术是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型基础，进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息[1-3]。BIM技术推动技术革新，提供工程设计以及管理上的先进理念，国家住建部分别在2011-2015年发布了关于推进建筑信息模型等技术在工程设计、施工和运行维护全过程的应用，促使BIM技术渗透到建筑工程项目的各阶段[4]，自2017年7月正式颁布并实施《建筑信息模型应用统一标准》，又使我国建筑信息化技术提高到了一个新的阶段。
　　1      传统毕业设计模式存在的问题
　　在我国理工科类大学教育中毕业设计是学生综合应用专业知识的核心环节，尤其在理工科类院校中毕业设计更是大学四年的成果演绎，经过多方考察调研，我国大多数院校本科毕业设计环节普遍存在模式僵化和脱轨实际的情况，以至于毕业设计多流于形式化。
　　1.1   各专业之间联合欠缺
　　一方面，各学科专业在课程设置上存在一定局限性，如专业课程学习方向上设置不合理，各专业课程学习期间衔接不合理，专业学习体系不够完善等，这些都将直接导致学生在毕业设计的过程中暴露出对专业知识体系上缺乏必要的理论支撑以及健全了解。另一方面，一些毕业设计指导教师缺乏甚至尚无学科交叉的意识，在联合毕业设计的期间未能形成高效的团队相互协作力量，无法正确有效地引导学生对未来实际工作进行系统性了解，致使知识体系应用不完整，基于如此的毕业设计阶段，毕业设计质量难以保证。
　　1.2   教学资源匹配有限
　　目前高校普遍存在着规模扩展与教学资源无法匹配的现象，一对多的毕业设计指导和软件投入较少的传统毕设方式难以适应新形势下毕业设计要求以及激增的毕业生人数，除此之外，指导教师在毕业设计期间指导学生创新方面的精力有限，导致毕业设计教学环节成果产出率较低。
　　2      BIM技术在多专业联合毕业设计中探索与研究
　　2.1   国内外高校BIM课程设置现状
　　经查阅相关文献，表1为2013年美国高校工程类BIM课程设置模式调研[5]。调查结果显示目前美国高校对于BIM技术普遍存在四类模式设置：①单一课程模式;②交互教学模式;③多课联合模式;④毕业设计模式。根据所调研的美国高校工程类相关专业进行对比分析，可发现所有的专业课程几乎都有BIM技术的应用，并且奥本大学毕业设计模式运用了BIM技术，科罗拉多州立大学也开设了BIM技术多专业联合课程等[6]，故将BIM技术与多专业联合毕业设计相结合的毕业设计模式教学改革是有例可循的，是可实现的。
　　目前，国内高校将BIM课程纳入系统性正常教学环节的还较少，据了解BIM技术在高校的主要设置形式为：一是以研究BIM技术为主，通过项目或课题的方式立项研究，如清华大学软件学院BIM标准研究课题和同济大学的BIM技术研究项目;二是以BIM技术应用为主，通过短培集训课程形式，如哈尔滨工业大学在国内高校中首次开设的“BIM技术应用短课”和华南理工大学开设的“BIM工程师培训课程”;三是以介绍推广BIM概念为主，一般是在相关专业课程，课程设计和毕业设计中引入BIM知识点。[7]此外，还有存在与企业共建等形式，如华中科技大学和同济大学等。
　　随着技术发展以及BIM行标的逐步出台，相信相关行业以及国内高校对BIM的重视度将逐渐升高，就目前对于普通高校而言难以有相应的资金匹配以及教育资源投入去满足立项研究以及大范围推广去开设BIM培训课程，但在某些教学环节仅单一介绍推广BIM概念和基本知识点，普及程度以及教学效果难以把控，对于学生而言又难以有较为深入理解以及一定量的实践操作机会，未能达到真正的学以致用，故笔者将探索和研究基于BIM技术的多专业联合的毕业设计模式。 　　2.2   基于BIM技术的多专业联合毕业设计模式的意义
　　基于BIM技术又以BIM技术作为设计核心，开展与多专业联合的毕业设计，可以很大程度上弥补传统毕业设计模式中由于教学资源不匹配以及多专业紧密性差的不足，对于毕业生而言，不但可以有大量的跨专业的团队实操训练，还可以将BIM技术在专业设计范围内活学活用，不仅仅只局限于本专业的学习，更多的是在跨专业、多专业中互学互补，为即将走上工作岗位做好衔接与铺垫。探索与研究并且将BIM技术运用到多专业联合毕业设计中，笔者认为有以下三方面重要意义：
　　一是避免信息孤立，各专业学科交叉协同。我们都知道一个建（构）筑物，是由建筑、结构、设备、能源、环保、管理等多个专业和系统构成的有机协调的统一体，各专业之间彼此融合，相辅相成，在一个总的目标下既独立又合作地开展工作，但由于高校专业课程设置的局限性，对于学生一般采取的是分专业分学科开展教学，很少能开展多专业联合教学，更谈不上多专业联合实践，故笔者认为基于BIM技术，在毕业设计环节中可以很大程度上规避了专业课程设置的局限性所造成的弊端与短板，提升了毕业设计创新性和综合的程度。
　　二是突破专业界限壁垒，各专业应用知识协同。传统毕业设计是各专业学生对毕业设计进行独立选题，并自行完成本专业内的设计要求，很少有多专业跨专业集成设计环节和机会，如此模式对于即将走上工作岗位的应届毕业生而言有着很大的专业能力限制，故笔者认为基于BIM技术，可达到毕业设计选题涉及不同领域专业知识，毕业设计课题组由不同专业指导教师与学生组成团队，围绕相同项目课题和不同的设计内容，共同协作完成毕业设计项目，能真实地反应施工单位与设计单位在各专业知识以及设计技能之间的协调与配合的整体要求。
　　三是指导多样多元，教学资源共享。依托BIM技术的多专业联合的创新型毕业设计模式，对于学生而言可以很大程度上拓宽专业领域的知识面，对于指导教师而言是挑战也是责任，需要指导教师不断补充和突破跨体系知识以及自身业务水平。在同一个联合毕业设计课题组中，不同专业教师对毕业生进行联合指导，各自发挥专业所长;专业方向相同、不同联合毕业设计课题组，相同专业教师组成小组，互通有无，相互督促、检查，教学资源与信息交叉共享，避免教学资源浪费与基础信息重复操作。
　　3      基于BIM技术的多专业联合毕业设计的实践探索
　　高校在开展毕业设计模式的研究与探索上可基于现有的较为传统的毕业设计模式，依托BIM技术综合性强和实践性强的特点，在毕业设计的内容中增加有关BIM的研究项目，将BIM软件贯穿运用于毕业设计中，利用多专业联合团队以及实操案例作为设计背景，笔者认为在基于BIM技术的多专业联合毕业设计环节建设时应该从以下几个方面进行实践建设。
　　第一个方面是在毕设组织模式上：一专多方面，跨界互通。基于BIM技术为载体的多专业联合毕业设计模式，力求突破较为传统的毕设教学体系和设计模式所固存在的专业界限，毕设指导老师提供实操的工程建设设计案例，根据实际案例情况成立并联合相应的多专业、跨学科的毕业生组建BIM小组，从案例选取、方案设计到毕业答辩共同参与，在专业上互通有无，资源信息跨界交流，不仅能在总体设计层面上有效地把握和规避传统教学体系中单一专业个体学生所学专业知识的局限性，而且还能不断拓展参与学生的专业视野面，利用BIM技术进行实践设计时，为学生提供可视化、系统化的仿真模拟施工流程，在实践操作中不断拔高学生的实践操作能力，也可以不断完善建模的专业性以及完整程度。
　　第二个方面是在毕设教学内容上：多元化教学，横纵联合。毕设指导教师在毕设内容设计时，应该从设计总体上有明确的各种专业联合的横纵联系，在建筑业中与之相互关联的专业有建筑、电气、暖通、土木、给排水等，为避免各专业参与学生的信息孤立和重复工作，必须在毕设教学内容上要使各专业学生明确自身专业领域在设计过程中的位置、作用以及参与的时间节点。横向联合各专业建模要求以及相对标准，纵向联合跨学科、多专业，横纵联合对于毕业设计体系的完整性和效果有着显著的提升。
　　多元化毕业设计教学体现于贯穿整个建模过程中，以土木工程专业学生为例，需要运用建筑力学、建筑结构、工程造价、工程管理等多门专业课程知识体系，利用BIM技术，将特定的设计案例所有的施工技术要求、图纸、工程造价信息等相结合并构建模型，在毕业设计期间学生不仅要求能够有效运用所学的相关专业知识，而且针对同一信息化模型项目，在与不同专业学生协作实践的过程中，能够系统全面地将活用专业基础知识，达到就业水平。
　　第三个方面是在毕业设计效果上：体验式设计，仿真模拟。基于BIM技术的毕业设计所提供的特定BIM模型案例均是已构建完成的建（构）筑物，BIM技术是通过对已经存在的建构筑物进行三维翻模从而得到的仿真模型，学生对项目有了直观体验之后，再对仿真模型进行所要求的测试以及综合优化，通过直观体验和仿真模拟能让参与学生更加地理解设计内涵和优化思维。
　　4      结    语
　　随着全球信息化进程的加快，建设行业的信息化应用也越来越受到重视，而 BIM 技术是建设行业信息化发展的载体，因此作为高校有义务也有责任将该技术尽早纳入培养体系中，依托BIM技术，以多专业联合的毕业设计模式，对于学生而言不仅能够提高BIM的建模操作水平，还能拓展多专业间的相关知识和协调能力，培养具备BIM技术从业能力的专业人才。
　　主要参考文献
　　[1]何蕊，栾英艳，高岱.基于BIM人才培养的土木工程课程体系改革研究[J].图学学报，2017，38（1） ：102-108.
　　[2]缪盾.基于BIM 的建筑工程制图教学体系构建[J].图学学报，2016，37（6）：826-830.
　　[3]张德海，黄晓东.BIM技术在城市综合管廊中的应用[J].建设科技，2017，24（3）：43-45.
　　[4]安连发.BIM基数在招投标领域的应用及现实意义[J].建筑市场与招标投标，2015，21（5）：5-6.
　　[5]张尚，任宏，CHAN Albert P C . BIM 的工程管理教学改革问题研究（一）[J].建筑经济，2015，36（1）：113-116.
　　[6]BECERIK-GERBER B，GERBER D J，KU K.The Pace of Technological Innovation in Architectural，Engineering，and Construction Education：Integrating Recent Trends into the Curricula[J]. Journal Information Technology and Construction，2011（16）：411-431.
　　[7]陳红.大型实体模型智能化测控设计及关键技术研究[D].南京：河海大学，2016.
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