水利水电工程BIM类课程体系构建教学（精品）.docx

水利水电工程BIM类课程体系构建教学摘要：建筑信息模型BIM，BuildingInformationModeling技术，对促进水利水电工程行业向当代信息化发展具有重要意义。总结了BIM技术在水利水电工程设计、施工、管理、完工验收及运营维护等方面的应用优势和现状；构建了基础理论课程群、单项专业实训课程群、综合课程毕业设计提高课程群的水利水电工程专业BIM类全经过“3+1课程体系；结合师资资源、课程资源和教学方法，提出了水利水电工程专业BIM类课程的教学改良途径。研究以期促进课程建设，对专业课程体系也具有有益的指导和借鉴。关键词：水利水电工程专业；BIM；课程体系；教学研究建筑信息模型BIM，BuildingInformationModeling技术，通过对建筑物真实三维信息建模，到达建设、设计、监理、施工、设备、运营等不同介入方，在设计、施工、监理、完工验收和运营管理等不同阶段项目全生命周期信息的分享，模型具有描绘可视性、信息完备性、更新关联性、引用一致性等优点。目前BIM技术应用最早、最为广泛和深化的是美国，包含引用标准、信息交换标准和应用施行标准；发展最快是英国，并根据信息分享应用程度分为3级；新加坡强迫推行BIM的应用，并明确了不同阶段不同专业建模方法、建模深度和质量要求1。2012年我国开场编制BIM标准，并了JG/T1982007、GB/T255072010、GB/T512122016和GB/T512352017等4个标准，构建了P-BIM和CBIMS等BIM标准框架。具有BIM应用能力的人才非常受用人单位青睐，但我国水利水电工程BIM没有系通通一标准、有经历的开发和应用人才匮乏、平台投资大，限制了BIM推广和应用。水利水电工程作为我国重要的基础设施和产业，BIM技术促进水利水电工程行业向当代信息化方向发展是必然趋势。1BIM在水利水电工程中的应用优势1.1设计方面传统的二维CAD施工图纸不利于各介入方信息协同与分享。BIM三维实体模型能自动导出坝体二维剖面图，减少设计绘制工作量；BIM技术改变了传统先构造后施工图设计流程，可实现构造工程师和设计工程师数据分享、协同工作，到达工程构造和工程设计一体化；协作平台Vault能使任何一方的一个细小的修改和变更都能协同联动，进行关联的修改和变更，避免传统以纸质载体为主和相对独立的设计、施工、运维产生的信息不对称，确保工程在不同阶段信息的时效性、实效性、唯一性和及时性。十分对于受温控、生产能力、进度要求非常复杂的大坝，怎样科学确定大坝分层分缝、坝浇顺序、浇筑进度，传统设计很难一步到位。通过导入影响浇筑的影响因素变量，利用BIM技术能快速自动生成不同浇筑方案下进度和各项指标的时空动态信息，进而确定最佳方案。1.2施工方面可视化将复杂的施工经过通过动画视屏仿真技术预演施工经过，对可能出现的技术和安全问题进行预判，并能将工程施工形象进展、信息和数据能以图表形式输出。为降低施工布置、进度控制、人财物安排、施工调度的风险，提供工程全生命周期的施工根据。3DMax可视化仿真难以对复杂异构水工构造进行建模，GIS建模时效性、实效性和协同性差，需重复建模、准确度低2。BIM技术平台Civil3D软件具有数字化地形模型功能，能够导入静态三维地形图，为施工平面布置提供根据。在三维数字地形图上，结合坝基坝肩开挖设计曲面，通过地形动态填挖取舍，生成构成坝体开挖地形动态曲面。在开挖地形曲面空间内自动生生坝体三维空间模型，Revit软件“族工具按规范要求，进行坝体分段分块施工的时空三维实体模型导出。1.3管理方面平台Navisworks软件能将各分项工程赋予时间属性和成本属性，实现四维进度控制和五维成本控制的功能，进而进行人员管理、设备管理、材料管理、施工方法管理、环境管理、进度管理、成本管理和安全管理3。通过对工程的实时管理和监控，到达优化进度、提高质量、降低成本、提高效率、减少风险的目的。1.4完工验收及运营维护方面传统的水利工程完工资料，需要收集设计、施工、监理各方介入的资料，消耗大量人力整理，复杂冗长。BIM技术能自动收集、生成各方资料，提高效率。通过建模来对其设备使用时间、维护状况等工况进行实时监控，可视化进程与监控系统有机结合，提出相应的维护措施。利用互联网、App及远程智能监控技术，BIM技术能到达可视化人财物调度，赋予大坝安全监测仪器属性信息，通过Revit对应仪器识别代码，并结合工程动态进展、构造强度，实时读取数据，进行进度和安全动态监管。2BIM在水利水电工程中的应用现状BIM技术在我国属于起步阶段，部分应用于建筑行业。目前水利水电工程领域没有BIM强迫性标准，应用仅仅局限单个单项工程上4。一方面BIM通过建模软件和应用软件搭建基本信息平台，实现信息建模。应用软件是BIM的核心，任何一个软件无法实现所有不同专业、不同介入方在不同阶段的所有功能，应针对不同专业、不同介入方在不同阶段的不同需求，需要借助不同的软件实现。而不同建模软件和应用软件的数据输出和存储格式不尽一样，必须使不同软件到达兼容和数据分享，到达模型检测、协同工作平台、信息集成管理、三维模拟建造、目的动态控制、可视化虚拟展示的基本功能。另一方面不同于建筑工程，由于水利水电工程多专业性、构造的复杂异构性、建筑物的分布性、涉及介入多方性，不同阶段涉及的要求、深度和精度不同，传统设计中图纸经常变更，应用困难。2016年中国水利水电勘测设计协会基于推进勘测设计手段，成立中国水利水电BIM设计联盟，但由于技术气力、经费投入、水利水电工程的复杂性，应用还不够深化，仍仅仅限于三维建模5。华北水利水电大学结合武都水库工程的地质状态、工程建设经过、进度与安全质量管理，基于水利水电工程任务特征、技术特征、用户特征，从数据标准、应用标准、管理标准，提出了水电工程BIM标准框架的HBIM的概念1。3水利水电工程专业BIM类课程体系的构建课程体系必须知足专业人才培养目的的达成度，应兼顾知识构造、培养目的和发展的需要。水利类教学质量国家标准指出：水利水电工程专业培养从事利水电工程及相关工程领域的勘测、规划、设计、施工、科研和管理的高级工程技术和管理人才6。可见，落实好BIM课程的设置和教学，能很好实现水利水电工程专业人才培养的达成度。3.1存在的问题西昌学院2016年投资340万元，建成“BIM及绿色建筑创新实训室，包含土建算量、安装算量、清单计价、Revit、BIM5D、uniBIM、建筑设计Arch、设备安装识图、建筑识图三维仿真实训、构造设计等硬软件系统。在人才培养方案拓展教育模块，结合构造设计软件应用训练、建筑设计训练及BIM建模、BIM绿色建筑分析3个模块，仅以实训课在第7学期进行2周的专项技能强化训练。可见，和多数学校一样，课程教学内容边界随意7，往往根据老师本人的知识能力和个人爱好，决定授课内容体系，课程体系与BIM知识应用联络度不高、不成熟、系统性不强，实践内容单一，人才培养不能适应行业发展要求，无法体现人才培养目的的达成度。3.2构建思路BIM不仅是计算机信息技术的应用，知识体系也具有多专业、多阶段、多课程和实践性强的特点。不分专业、包罗万象地全部开设课程教学，显然不现实；单独开设理论课或实训课，也无法到达教学目的。有些学校仅单独新增几门有关BIM的专业基础课，以操作为主进行课堂讲授和实训，完成基本原理讲授及软件操作，或完全针对某课程设计或竞赛进行教学，忽视了BIM在项目整个生命周期中其他教学内容；也有将BIM的教学内容融入专业课程中，以实际应用为主，教学缺乏系统性8。应该针对BIM类课程体群，设置基础理论课程群、单项专业实训课程群、综合课程毕业设计提高课程群，构建水利水电工程专业BIM类全经过课程体系，构成将理论和实训融为一体的“3+1BIM类课程体系，使学生全面地、系统地把握BIM专业知识，知足行业对BIM人才的需求。基础理论课程群完成BIM的基本概念、原理基础和相关软件应用的理论教学。单项专业实训课程群将BIM相关知识点的实训融入专业课程体系的相应课程群中教学。综合课程毕业设计提高课程群针对实际工程项目，利用BIM相应知识通过课程毕业设计，进行实践操作9。对有些知识点，确实无法在专业人才培养方案中相应必修课设置，能够采用公共选修课和学生自学的方式完成。3.3构建方案以提高BIM在项目全生命周期的应用、加强教学的系统性、节约教学时间、提高教学效果为目的，根据“3+1BIM类课程体系形式，根据开课时间，采用循序渐进的方法，将制图建模、施工布置、进度控制、成本控制、构造计算、项目管理等全经过环节融入相应课程10，见表1。4水利水电工程专业BIM类课程的教学改革4.1师资资源的建设BIM知识体系的多专业性、多课程性，教学内容更新快，要请教师具有较好的知识构造，有持续学习的动力和能力7。师资队伍短缺是制约水利水电工程专业BIM类课程教学的瓶颈。要内培外引，建立老师成长机制，拓展老师资源。与BIM相关的企业、专业机构和商软件公司进行合作，共建实训室，改善软硬件条件，承当部分教学工作，缓解BIM教学师资气力相对薄弱所带来的压力，也还能够采取校企联合的方式，派遣部分专业老师深化企业进行实践，提高专业老师把握和应用BIM技术的能力9。通过外出学习培训，提高知识水平，更新教学理念，改良教学方法。成立BIM教学团队10，相关涉及BIM的课程内容的教学，在教研室统一安排下由教学团队成员，根据不同知识点分工协作完成。鼓励跨学科之间协作，建立BIM工作室，人员既有不同专业的老师，也有不同专业的学生，到达跨学科的协同合作的目的；对基础知识好的学生，可以以成为老师教学助手，解决师资短缺的问题。4.2课程资源的建设目前BIM教材建设缓慢，没有针对专业培养目的的适用教材和匹配的案例教学资源，有的仅以BIM软件讲明书作为教材，实用性和针对性差。限于老师个人知识体系及实践经历，自编教材困难7。秉承协同创新原则，加强校企合作，坚持校企师资互补、内外管理结合，实现共同制定人才培养方案、共同介入课程教学、共同指导学生毕业设计、共同考核学生学习成绩11，联合企业、行业协会，针对不同专业制定BIM课程内容和认证的指导标准，积极结合技能大赛、实际工程项目和老师本身优势，共同开发课程教材和教学资源。通过在线分享资源精品课程和各种MOOC，分享教学资源。4.3教学方法的改良目前BIM类课程的教学主要以理论讲授为主，实训环节少，教学效果差。必须通过BIM知识系统学习和实训教学，才能到达加强软件操作、综合应用能力、协同工作能力、解决实际工程问题的能力。综合课程毕业设计应结合实际工程项目，进行全生命周期、全设计经过的系统训练12。可采用“一模多用的教学方法10，即结合课程设计和毕业设计，学生自愿分组组成BIM学生团队，从制图建模、施工布置、进度控制、成本控制、项目管理等各个专业课程全经过环节，协作完成任务，把项目全经过通过“一模多用系统联络起来，使每个学生都得到全方位系统训练，并对基于BIM课程设计和传统方法毕业设计进行效果评价。积极引进和聘请行业专家，开展专题讲座，将工程真实项目融入课堂，要让老师由“课堂的讲授者变为“项目的设计者，让学生由“课堂的接受者变为“项目的介入者。结合实际工程开展科技创新，对已建工程进行工程方案优化比拟设计，对拟建工程进行模拟设计训练，为工程单位提供设计思路和初步方案。重视技能大赛与人才培养相结合，鼓励师生参加各类型的技能大赛，对获奖的老师和学生在工作或学籍绩效上给予奖励。目前关于BIM的各种技能大赛，主要有BIM-revit建模比赛、全国BIM技能等级考试BIM建模师、建模经理、应用经理、项目管理师、战略规划师、造价管理、全国建筑类虚拟建造大赛、建筑BIM信息应用创新大赛、建筑BIM信息应用技能大赛。课程体系融入技能竞赛内容，提升学生职业能力，到达以赛促学；老师指导学生参加技能竞赛，提高教学能力，到达以赛促教；专业建设结合技能竞赛，到达以赛促改。BIM技术应用于水利水电工程是适应信息化、智能化发展的需要，是大势所趋。BIM基于现有的平台应用于水利水电工程，必须建立多专业融合、多软件并行的、合适我国工程实际和规范要求的行业和专业标准，提高各单项工程协同能力，才能在水利水电工程领域很好开展全生命周期的应用。教学中要不断进行BIM类课程体系的建设和优化，加强校企合作，提升师资教学水平，改良教学方法，拓展课程资源。