BIM技术在土木工程施工课程中的应用

王璐 刘于

文章介绍了BIM技术的应用现状，针对土木工程施工课程教学的特点，在总结施工课程教学方面存在问题的基础上，阐述了BIM技术和虚拟仿真技术在该课程中的应用方法，进而提出采用以赛促学的教学方式既提高学生学习热情，又能促进BIM技术在施工课程中的应用。

1 引言

《土木工程施工》是土木工程专业的主干课程，具有涉及面广、实践性强和发展迅速的特点。而建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技术是通过建立虚拟的建筑工程三维模型，利用集中式数字化技术，创建数据模型，从而实现建筑信息的集成，实现规划、设计、施工到管理各阶段统一协调的过程，其具有可视性、模拟性、优化性、协调性等特点。基于BIM进行协调工作，可为参与各方提供信息化支撑平台，有效提高工作效率、节省资源、降低成本、以实现可持续发展。高校作为人才培养的摇篮，必须响应国家号召，将BIM技术应用到专业课程教学中，以促进BIM应用人才的培养。

2 现阶段土木工程施工课程教学现状与存在的问题

（1）教材内容难以与时俱进。随着建筑业施工技术的迅速发展，新技术、新工艺、新设备层出不穷，国家及地方的标准、规范、规程等也不断更新和推广，土木工程施工教材涉及的相应内容也应该与时俱进，然而新出版的教材参差不齐，其内容难以及时更新，加之各高校在选择教材上具有周期性的特点，致使教材内容远滞后于现有的国家规范规程和标准，进而学生难以深入了解施工技术前沿发展情况。

（2）教学模式单一。目前该课程仍采用课堂讲授方式，配套课程设计实践环节。学生以被动的方式接受知识，学习热情及积极性不高。虽然课堂上采用大量的图片和视频等多媒体方式予以讲授，但是土木工程施工对学生的实践性和综合性要求较高，学生若对部分内容没有直观上的认识，还是难以掌握具体地施工技术操作方法，导致教学效果也不理想。此外由于时间和空间的限制，实践环节很难安排到课程中去。这样的教学模式难以满足高等教育所要求的“厚基础、宽口径、强能力、高素质”的π型人才的培养目标。

（3）实训环节设计单一，缺乏工程项目训练。随着社会的进步与发展，高校应顺应时代发展的潮流，培养学生应具备很强的实践能力和创新能力，在教学过程中增大实训实习环节的比例。然而目前的问题是：①学生安全意识差，无法进行现场参观实习，只能播放相关施工视频以了解现场作业;②课程设计只是简单地模拟布置，对施工方法和机械的选择、施工段的划分、施工进度的安排及施工平面图的布置等基本知识掌握不牢固，其实践能力得不到全面系统的锻炼，所掌握的职业能力远不及企业的岗位需求。高校实习实训教学资源的不足，严重阻碍了土木工程施工课程的教学质量。将BIM技术与虚拟仿真技术相结合的模式融入到实习实训环节，可解决实践课时少，完善教学条件，形成多元化的教学环境。

3 BIM技术与虚拟仿真技术在土木工程施工课程中的应用

BIM技术具有可视化的特点，而虚拟仿真技术能够模拟各种真实施工环境，两者结合，相得益彰。BIM技术除了能构建模型外，还能够模拟施工。

3.1 利用虚拟仿真技术改善实践教学条件

利用仿真技术软件进行施工技术模拟操作、制定施工组织计划等，使学生切实掌握施工技术流程。例如，三好公司开发的施工模拟仿真软件，是基于工程实例真实再现施工现场，从基础工程到屋面装饰装修工程，各个环节都有对应的施工操作内容，学生在人机交互中熟悉工程项目的施工方法、施工工艺、施工流程及施工组织编制内容，掌握施工质量技术规程规范和标准。仿真软件具有情境性、过程性和交互性等特点，为学生营造出一个形象逼真的施工情境，讓学生熟悉每一施工环节，激发学生学习土木工程施工技术的兴趣，调动学生学习的激情，增加学生的求知欲。学生在学习理论知识的基础上，根据教师提供的施工图再转战仿真虚拟软件真实再现施工现场进行实践操作，通过编写施工方案，确定施工工艺，制定施工进度计划，安全文明施工等施工组织内容，融会贯通其关联理论、技术知识，协调掌握技术关键和理论知识，这样不仅熟悉和掌握了施工技术及组织设计，而且提高了实际操作能力。

3.2 利用BIM技术构建教学施工模型

BIM技术具有多元化特点，其知识和软件应用能够贯穿土木工程一系列专业课程教学中，形成多课程的联合教学。在施工课程阶段，教师采用案例教学，利用前面课程已完成的建筑设计和结构设计的模型，结合4DBIM技术教授学生建立模型，将3D数据与BIM模型匹配，指导学生进行施工组织方案的设计，完成对已建部分的修正，从而实现对施工过程控制。BIM技术不仅可以实现对整个建筑工程的施工控制，而且能够在某一个分部分项工程的施工阶段、某个施工节点来精确模拟现场的施工情况，从而实现局部的施工控制。例如，教师也可以教授学生模拟局部结构的施工工艺，建立梁柱节点模型，对节点的钢柱和钢筋进行三维碰撞分析。在此过程中，以学生思考练习为主，施工模拟为辅，教师再加以适当地引导，提高学生分析、解决问题的能力，提高学生的实践能力。通过调研发现，大部分学生会认可这种讲授方式，学习效率大大提高，收到事半功倍的效果。

3.3 BIM技术与虚拟仿真技术联合应用，以赛促学改善教学效果

将建好的施工BIM模型转入虚拟仿真系统，通过虚拟交互式操作，可以完成施工现场的沉浸式体验、施工进度模拟、施工工艺模拟、施工方法模拟、施工现场漫游等等。漫游包括施工现场的漫游和主体工程内部漫游，这些功能在一定程度上帮助学生检查施工现场布置的合理性，实时掌握施工工序安排、材料调配、机械设备进场及人员的使用情况。因此，把BIM技术与虚拟仿真技术引入施工课程教学中，学生做到学以致用，既解决了传统分离式教学带来的不足，又提高了学生的实践和创新能力。

此外鼓励学生参加技能竞赛，其能够有力地提高学生核心竞争能力，促进学生的就业。参加职业技能竞赛的学生凭借着他们熟练的操作技能和较强的心理应变能力，不仅在就业上具有较强的竞争力，在今后的工作岗位上也会有较好的表现。课程教学倡导竞赛引领，以赛促学的教学理念，学生自2017年以来参加由三好软件公司举办的三届全国建设类院校施工技术应用技能大赛，取得多项一等奖的佳绩。同时，竞赛引领课程教学的实施有力促进了高素质高技能型人才的培养，学生的就业率和就业质量均有明显提高，初步显示出了课程改革的实际效果。

4 结语

实践证明，将BIM技术与虚拟仿真技术融入到施工课程教学中，改变了传统课程的教学环境和教学模式，同时以赛促学的理念促进了教学方式的改进。这样不仅可以解决由于各种资源限制而无法完成的教学内容，节约教学资源，而且可以调动学生学习的主动性，激发学生学习热情，提高学生的实践与创新能力，有效地提高了土木工程施工课程的教学质量。

项目名称：广东海洋大学寸金学院2018年院级质量工程，项目编号：CJ2018060。

（作者单位：广东海洋大学寸金学院）