BIM技术在高校虚拟仿真实验教学中的应用
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作者:肖忠 李婧 钱原铭
[摘 要] 将BIM（Building Information Modeling）技术应用在虚拟仿真实验中是高校教学的一种创新形式。通过汇总分析现有的基于BIM技术的高校虚拟仿真实验教学项目，并将BIM技术与其他绘图或建模技术进行对比，探讨了BIM技术在高校虚拟仿真实验教学中的优势和应用前景，得出BIM技术具有多方面的优势，更加适用于建筑工程相关专业的虚拟仿真实验教学。基于BIM技术的虚拟仿真实验将逐步融入课程体系，结合多种新技术打造沉浸式的教学场景，并在教学中体现多维度信息。
[关键词] BIM技术;虚拟仿真实验;高校教学
[基金项目] 2018年度国家自然科学基金项目“吸力桶与圆沉箱整体预制式新型离岸深水码头的稳定性研究”（51879187）;2020年度天津大学第四批校级虚拟仿真实验教学项目“基于BIM技术的沉箱重力式码头施工过程的虚拟仿真实验”（16）;2021年度天津大学第三批课程思政教改项目“水运工程施工技术与管理”（35）
[作者简介] 肖 忠（1983―），男，山东菏泽人，博士，天津大学建筑工程学院副教授（通信作者），博士生导师，主要从事港口、海岸和近海工程研究;李 婧（1998―），女，辽宁抚顺人，天津大学国际工程师学院2020级土木水利专业硕士研究生，研究方向为港口、海岸和近海工程;钱原铭（1986―），男，河南郑州人，工学硕士，中交第四航务工程勘察设计院高级工程师，主要从事BIM技术研究。
[中图分类号] G434 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2022）11-0005-04 [收稿日期] 2021-08-22
引言
BIM（Building Information Modeling）技术是以三维数字技术为基础，将工程中几何、物理、性能等信息集成并进行分析及模拟的技术，最终可形成用于项目设计、施工、运维等全生命周期的可视化数字模型[1]。
近年来，BIM技术在土木、水利、交通和海洋工程等行业中的应用越来越广。2019年4月，人社部发布“建筑信息模型技术员”这一职业，意味着市场对BIM人才的需求量正处于爆炸式增长阶段，这也对BIM人才培养的速度和质量提出了要求。高校是为社会输送和培养专业人才的基地[2]，如何将BIM技术融入高校教学系统是培养BIM人才的关键所在。
一、虚拟仿真实验教学的发展现状
BIM技术与教学的融合可采用建设基于BIM技术的虚拟仿真实验平台、开设BIM技术相关教学课程、在课程设计中应用BIM技术等多种方式。其中，开设虚拟仿真实验可大幅度提高教学质量，对教师的BIM软件操作能力要求不高且便于学生理解，最易被学生接受。但目前各高校的BIM科研水平远超其教学发展[3];已建设基于BIM技术的虚拟仿真实验平台或项目的高校较少，且都处于探索和尝试阶段;现有的基于BIM技术虚拟仿真实验大多集中于施工学科，没有体现出BIM技术贯穿项目全生命周期的作用。
虚拟仿真实验教学将信息技术与专业教学进行了深度融合，可推动高等教育信息化的建设，是高校实验教学的发展趋势之一[4]。2013年8月，教育部决定开展国家级虚拟仿真实验教学中心的建设工作，以丰富信息化教学资源[5]。2018年6月，教育部开展国家虚拟仿真教学项目建设工作以适应教学方式在信息化条件下的变化[6]。2020年12月，世界慕课大会虚拟仿真分论坛举行，多国专家分享了虚拟仿真融入教学的相关经验。依托相关政策及各高校自身优势学科的建设，我国高校虚拟仿真实验教学的建设工作已开展。
基于BIM技术的虚拟仿真实验平台，利用BIM技术的组件化实体建模方式能够更加便捷准确地进行建设工程的三维建模，使模型中的多场地变换更为简单，能够在时间、空间、信息三种维度上向学生直观展现建筑物的组成信息，以及各阶段的施工^程和技术信息，甚至运维期的管理，可涉及建筑物全生命周期的建造和管理信息，通过这种虚拟仿真教学实验，学生可对专业领域工程的建造和管理信息进行多维度、全尺度、360度视角和全生命周期的观摩和学习，是土木、水利和交通工程类学科虚拟仿真实验教学的重要发展方向。
二、BIM技术应用于虚拟仿真实验教学的意义
（一）作为传统教学方式的改革和延伸，可提高教师的教学质量
实地观摩实践工程项目具有条件限制、经费约束、安全风险等特点，且一般往年参观学习的项目施工过后就不再适合再次观摩学习[5，7]。搭建基于BIM技术的虚拟仿真实验教学平台，一方面加深了课堂讲授概念与实际工程实物的关联，使概念名称三维形象化、实物化;另一方面学生能将现场隐蔽部件和大型构件看得真真切切、一览无余。
（二）使学生更加深入和形象地了解项目的全生命周期
可解决学生无法通过简短的现场实习了解项目全生命周期的问题，满足土木水利类等专业实验、实践教学在时间及信息维度上的需求。学生按照实验步骤掌握工程施工全过程的各工序的名称和逻辑顺序，并能结合BIM模型构建三维虚拟施工场景，在看似搭积木的操作中感受到虚拟仿真实验的乐趣和作为工程师的成就感。
（三）搭建学生与前沿技术之间的桥梁
BIM技术将更好地还原工程项目的实际状况，还原国家重大工程项目的复杂程度。通过建立基于国家重大建设项目案例的BIM虚拟仿真实验，可以实现实验教学与国家重大建设项目的无缝接轨[8]。
（四）促进BIM技术在高校中的应用与融合，培养专业人才
BIM技术在我国建筑行业已经从初步认识进入系统应用阶段[3]。学生尽早接触BIM技术，可为今后利用前沿技术辅助工程设计打下坚实的基础。教师也会加强BIM技术的学习，思索如何促进BIM技术和教学的深度融合，增强教学展示效果。
（五）响应绿色建筑、智慧城市的建设
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