BIM技术植入高职水利工程专业课程建设研究

关莉莉 李瑞

摘 要：作为培养BIM技术技能人才的重要阵地，高职院校应结合水利行业需求和人才培养实际，以融合的方式开展“基础课程改造+核心课程植入”模式研究，形成水利工程专业课程BIM技术教学的闭环体系。一方面，通过对专业基础课程水利工程制图课程进行重构，创设以BIM技术为核心的制图建模基础课；另一方面，按照水利工程建设的全生命周期理念，将BIM技术植入水利工程专业的六门核心课程中，培养学生的BIM应用技术和BIM思维。

关键词：BIM技术；水利工程；课程建设；高职

作为建筑工程管理领域的新兴技术和工具，建筑信息模型（Building Information Modeling，简称BIM）已成为当前工程管理理论和实践研究领域的热门课题。BIM技术发源于美国，如今在北美以及欧洲已得到普遍应用。Autodesk认为BIM是对传统的以二维图纸为主的信息载体模式的颠覆，代表了一种新的思维方法和工作方式；美国建筑师学会（AIA）认为，BIM是一项结合工程项目信息数据库模型的技术，能够结合工程项目提供数字化表达；而美国国家建筑科学院（NAS）则认为，BIM既可以认为是信息建筑模型（Building Information Model），也可以被理解为建筑信息建模（Building Information Modeling），即信息模型和信息建模过程的统一。这就是说，BIM技术不仅是一个系统或者软件，更像是一个基于信息技术的业务流程。

随着BIM技术研究和应用的深入，其将给建筑管理领域带来深刻变革，相关行业对BIM技术人才的需求十分旺盛。然而，既懂专业又具备BIM技术的人才十分匮乏，这成为影响BIM技术在相关行业深入应用的因素之一。英国作为BIM技术运用较为领先国家，其大量的实践经验表明，诸多BIM项目实施失败甚至很多项目不采用BIM技术的重要原因之一是，他们缺少这方面的专家资源和外部支持，没有相应的培训，不懂得如何正确使用BIM技术。国内一些调查也显示，相关行业中存在BIM技术人才缺乏、BIM技术投资不足、BIM技术关键软件缺乏、单位领导不重视等问题。其中，缺乏BIM技术人才占到统计数据的61.28%。课题组认为，高职院校作为培养BIM技术技能人才的重要阵地，应尽快在相关专业课程建设中植入BIM技术，为相关行业提供人才支撑。

一、BIM技术植入工程类专业课程概述

BIM技术在工程领域的迅速运用对高校课程改革提出了新的要求，在课程建设中融入BIM技术已成共识。国内不少高校积极探索将BIM技术植入专业课程教学体系，主要有三种模式：一是在原有专业课程中植入BIM技术，二是利用BIM技术的三维可视化等特点辅助教学，三是新开设BIM实训课程。课题组认为，这三种模式并非替代关系，而是可以结合专业特征和人才培养实际同步开展。从国外高校来看，大多数高校在工程类课程中植入了BIM技术，有的将BIM技術植入相关核心课程，有的基于原信息类课程开发全新的BIM课程。例如，美国高校有一半以上的工程类专业开设了BIM类课程，开设方式大体涵盖以上类型。从国内高校来看，如哈尔滨工业大学、同济大学、重庆大学、天津大学等部属高校，大多开设了BIM相关课程，对BIM技术基础知识、BIM技术工程施工应用及BIM软件研发等进行教学研究。这些高校具有较强的教学科研能力，一些工程单位也同这些高校开展技术合作，运用BIM技术解决了实际工程中的问题，不仅推动了BIM技术在工程领域的应用，还通过工程项目的实施培养了一批BIM技术人才。

近年，一些应用型本科高校和高职院校也将BIM技术植入课程建设，对培养BIM技术人才起到了较大的推动作用。然而，由于大多数高校在BIM师资队伍、教学资源、教学改革等方面存在不足，尚未形成一套完善且普遍适用的教学体系，造成BIM课程改革进展缓慢。从认识上看，是因为没有厘清BIM课程建设与BIM培训的关系。比如，有些高校将BIM技术归为社会培训内容，认为BIM技术应由专业的BIM工程师来讲解指导，出现了BIM教学与专业知识“两张皮”的现象；学生在知识维度上往往注重软件操作，没有深入学习工程专业知识、软件实现逻辑和工程应用方法。从实践上看，是因为没有形成系统的BIM课程建设理念。比如，部分高校专业BIM师资匮乏，BIM课程建设处于个别教师“单打独斗”的状态，其他专业课教师接受BIM技术培训的积极性不高，造成BIM技术教学的系统性较差，很难与其他课程自然衔接。特别是在高职院校的工程专业类课程教学中，一些教师虽然很想植入BIM技术，但无论是学校的重视程度还是客观的教学条件，都无法满足。总体而言，高职院校基于BIM技术的课程改革进展缓慢，培养的技术人才与相关行业对BIM技术人才的需求相脱节。这不仅是高职院校工程类专业培养高技能人才的瓶颈，也在一定程度上滞缓了BIM技术在我国工程领域的应用。

二、BIM技术植入高职水利工程专业课程建设的必要性

当前，水利工程领域BIM技术的应用越来越广泛，急需具备扎实BIM技术的水利工程技能人才。高职院校水利工程专业在课程建设中植入BIM技术，可以有效解决当前水利行业BIM技术运用方面的问题，培养出既掌握水利工程专业知识又具备BIM技术应用能力的高素质人才。

（一）水利工程BIM技术应用引领课程改革方向

近年，我国水利工程逐渐迈向三维设计研究领域。比如，天津大学的钟登华教授研究团队开发了DamVSIS混凝土拱坝施工可视化仿真系统；华北水利水电大学魏群教授研究团队提出以数字图形为介质，将BIM技术应用于水利工程全生命周期的理论方法，开发了武都水库虚拟仿真系统等虚拟现实系统。专家和学者还基于BIM技术的核心特征并结合水利工程的特点，提出了水利水电工程数字图形信息模型（Hydraulic-project Building Information Modeling，HBIM）的概念。在我国南水北调工程设计建设中，长江勘测规划设计研究院将建筑信息模型BIM的理念引入工程的勘察设计工作中，利用Civil 3D快速完成勘察测绘、土方开挖、场地规划和道路建设等方面的三维建模、设计和分析工作，提高了设计效率，简化了设计流程。中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院在云南金沙江阿海水电站的设计过程中，水工专业部分利用Revit完成大坝及厂房的三维形体建模；利用Autodesk Revit MEP软件平台，机电专业建立完备的机电设备三维族库，最终完成整个水电站的BIM设计工作。总体而言，我国水利工程BIM技术的开发和应用正在提速，这就要求高职院校水利工程专业以水利工程BIM课程建设改革为切入点，紧跟行业需求培养高素质人才。

（二）BIM技术植入水利工程专业课程成为必然选择

在我国，BIM技术应用于基础设施建设主要集中在土建、交通及市政等行业，在水利行业的应用正处于上升期。因此，高职院校普遍开设了建筑类专业BIM技术应用课程，而水利工程专业开设BIM课程的却不多见，个别院校也仅在相关课程中融入了BIM技术的教学内容。也就是说，目前尚没有满足水利工程专业需求的BIM课程，在相关专业课程中植入BIM技术也仅是零碎的和初步的，但BIM技術融入水利工程专业人才培养已是必然。一方面，2019年的全国水利行业技能大赛，首次将BIM技术内容融入水利工程成图技术项目竞赛大纲中，这在一定程度上反映了将BIM技术尽快植入高职院校水利工程专业课程建设，培养学生的BIM技术水平意义重大。另一方面，2019年国家启动了高职院校“双高”建设计划，“双高”建设中突出“专业—产业—职业”协同发展理念，提出了专业群建设概念，并将专业群建设作为推进高水平高职院校内涵建设的关键。高水平专业群建设的核心内容可以归纳为三项，产教对接的组群逻辑、校企合作的教学组织构建和能力本位的课程建设。课程建设作为高水平专业群的重要支撑，需要回应产业发展的人才需求，结合群内各专业的特色进行综合考虑。因此，BIM课程改革要解决的关键问题是依据产教对接的基本原则，回应水利行业对BIM技术应用人才的需求，打造基于BIM技术培养的专业课程体系，使BIM技术真正融入人才培养方案中。具体来说，就是将BIM技术植入课程教学全过程，让学生能够将工程项目的全部知识进行整合应用，将所学内容变成一个有机的知识体系，而不是独立零散的知识碎片。

三、BIM技术植入高职院校水利工程专业课程建设实施策略

基于目前高校BIM技术课程改革的三种模式，课题组认为应以融合的方式进行借鉴，采用“基础课程改造+核心课程植入”模式，打造水利工程专业BIM技术应用教学的闭环体系。一方面，通过对基础课程水利工程制图课程进行重构改造，创设以BIM技术为核心的制图建模基础课程；另一方面，按照水利工程建设的全生命周期将BIM技术植入水利工程专业的六门专业核心课程中，培养学生的应用技术和BIM思维。

（一）创设水利工程BIM技术制图建模课程

工程制图是工程界的技术语言，水利工程制图课程也是水利工程专业的基础课程。从现代水利工程中的应用实践来看，BIM技术是从绘图和建模开始的，具有基础性地位，这与水利工程制图课程的教学内容具有同源性和相似性。而从绘图和建模逻辑来看，BIM技术则是对CAD技术的超越。BIM技术将二维图形向三维图形转换，是嵌入了真实数据的转换，不但更加直观、更加准确，而且可以通过数据编辑实现三维和二维图形的循环转换，形成设计思维、实体效果、工程出图的统一。基于此，高职院校可将BIM技术作为主线，改造水利工程制图课程，创设一门水利工程BIM技术制图课程，更新水利工程制图课程教学理念和教学内容，将其作为水利工程专业BIM技术与制图建模技术相结合的基础课程。打造水利工程BIM技术制图课程的关键，在于融入BIM技术的教学内容和改进教学方法。在教学内容上，按照BIM技术在水利工程项目全生命周期应用的理念，采用循序渐进的方法，以BIM技术全面引领水利工程制图课程的基础投影、专业图识读、计算机绘图等教学模块。在教学方法上，基于BIM技术实践性较强的特点，增加多元化教学平台和技术平台的使用，增设大量的实践教学环节，尤其是要将企业真实的BIM水利工程项目案例引入课堂教学，以提升人才培养质量。

（二）将BIM技术植入水工建筑物课程中

水工建筑物课程是水利工程专业的核心课程，其主要内容是介绍各种水工建筑物的工作原理和设计方法，包括重力坝、拱坝、支墩坝、土石坝、溢洪道、水工隧洞、水闸、水利枢纽等。按照BIM在水利工程项目全生命周期应用的理念，该课程内容对应的是水利工程的初始阶段即设计阶段，因此BIM技术的植入十分关键。具体来说，就是要围绕水工建筑物的设计建立BIM软件应用系统，使水利工程的设计方案能够与BIM模型进行切换，做到水利工程设计方案的信息化、可视化。在教学过程中，教师可以引入BIM水利工程项目真实案例，分析BIM技术如何在设计阶段模拟展示水利工程建设成果，如何依据设计思路、设计目标的变化实时进行设计修改和建设效果展示，如何直接表达不同空间位置的详细的水利工程设计图纸，从而大大提升水利工程设计的效率。

（三）将BIM技术植入水电站课程中

水电站课程是水利工程专业的综合性核心课程，其教学目标主要有了解水电站的主要功能和原理、掌握水电站建筑物的基本设计方法、完成一般水电站的初步布置和优化设计三个方面。按照BIM在水利工程项目全生命周期应用的理念，该课程的教学内容主要对应的是水利工程设计阶段。随着水电站建设新技术的运用，传统二维平面图纸方案已经难以满足水电站课程教学的需要，将BIM技术植入水电站课程迫在眉睫。课题组认为，应重点将BIM技术植入水电站规划设计与运行的教学环节，利用BIM技术的可视化性、可模拟性、可优化性、可出图性等优势，培养学生的BIM思维，为学生解决水电站设计中的复杂问题提供理论与实践支撑。在教学过程中，教师可基于BIM软件系统，创设水电站设计的复杂情境，通过BIM技术对这些问题进行协调和处理，帮助学生探索复杂环境下水电站设计的最优思路，从而提升学生的BIM技术设计能力。

（四）将BIM技术植入水利工程施工课程中

水利工程施工课程是水利工程专业的主干核心课程之一，教学目标主要是使学生掌握水利工程施工的基础知识，解决水利水电工程施工的相关问题。在水利工程施工中使用BIM技术，能够将整个工程以三维实体建模的形式展示出来，让施工人员更加直观地了解整个施工过程、设计图纸与施工方案的合理性等。在水利工程施工中使用BIM技术已较为普遍，如利用BIM技术拟定施工方案，使用BIM网络进行施工进度计划编制，使用BIM技术进行三维施工场地布置等，从而减少返工情况，有效进行项目综合管理。基于这样的应用实践，教师应在该课程原有的教学内容中植入BIM技术，贯穿水利工程施工全过程，重点对应施工方案拟定、施工进度规划、建造过程模拟、施工场地管理等方面，使学生建立基于BIM技术的施工思维，帮助他们在水利工程施工项目中提高工作效率。

（五）将BIM技术植入水利工程造价与招投标课程中

水利工程造价与招投标课程是水利工程专业的主干核心课程之一，教学目标是使学生掌握编制水利工程概预算、工程量清单、施工投标报价等知识和技能。在当前的水利行业项目运作中，利用BIM技术进行水利工程造价和招投标已较为常见。采用BIM技术的水利工程造价与招投标，利用了项目设计的BIM数据和成本预算软件，大大减少了工程算量和计价的工作量，提升了工程概预算工作的效率。而对于招投標来说，准备投标的周期一般都很短，工程算量和计价效率的提升可以为施工单位赢得更多的机会。将BIM技术植入水利工程造价和招投标课程可从以下三个方面进行改进。一是完善BIM建模中的工程造价和工程项目管理部分。选取市场上流行的Revit等建模软件，完善包含建筑工程各项信息共享知识模块，引导学生利用BIM技术的优势，进行建筑工程造价和工程项目管理。二是创建BIM技术算量知识模块。以项目工程量的计算为主，基于BIM建模软件应用的实际案例项目，使学生学会利用BIM建筑数字模型和工程项目各阶段的信息内容，实现对钢筋算量、土建算量和安装算量的基本操作训练。三是创建BIM技术计价和招投标知识模块。该知识模块可以使学生在BIM技术的辅助下，学会更加科学有效地控制总价，掌握月、季、年度的工程报量方法，同时能够运用BIM技术模拟招投标评审阶段的工作。

（六）将BIM技术植入水利工程经济课程中

水利工程经济课程是水利工程专业一门较新的核心课程，该课程的教学目标主要是介绍水利工程经济评价基础知识，使学生能够运用工程经济原理，分析解决工程建设和运行管理过程中的经济问题，从而以最小的投资获取最大的效益。高职院校开设这门课程，主要是从水利工程开发、设计、施工、经营管理过程中遇到的相关经济问题以及对已建成水利工程的经济后评价问题角度，对学生进行水利工程经济评价方面的培养。水利工程经济是一门烦琐的课程，教学内容既具有较强的理论性，又与工程建设和生产实践紧密相连，特别是在实践操作方面，需要借助经济学理论进行各方面的数据计算，而BIM技术的应用能够大大提升水利工程经济评价的效率。比如，利用BIM模型中构件的可运算性，使得烦琐耗时耗力的工程量计算高效完成，为经济评价提供数据支撑；利用BIM模型的历史数据，能够快速、准确地获取工程基础数据拆分实物算量，适时进行多角度、多层面的经济评价分析；运用BIM技术对水利工程进行信息化管理，能够优化管理流程，提高工程的经济性。因此，在水利工程经济课程中植入BIM技术是对接产业的需要，教师要多方面挖掘真实的工程项目案例，通过案例教学提升学生运用BIM技术辅助水利经济评价的能力和素养。

（七）将BIM技术植入水利工程管理技术课程中

水利工程管理技术课程的教学目标主要包括以下两部分内容。一是对工程建造过程的管理，包括建设前期准备、工程建设控制、合同管理与环保安全、工程建设项目评价等。二是对工程运维的管理，主要是对水库、水坝、水闸、溢洪道等水利工程的日常维护与管理。在实际教学过程中，该课程侧重对第二部分内容的讲解。目前，行业内利用BIM技术对水利工程的维护与管理仍处于初期阶段，但这恰是基于BIM技术水利工程全生命周期理念的拓展方向。实践中，一些企业基于BIM模型构建的运维管理平台，能够准确定位事故发生点，并通过调用BIM模型集成工程设计、建造的数据信息，在未进行现场勘测前便可在系统中分析事故原因、拟定解决方案。尤其是集成物联网和GIS技术构建的综合BIM运维管理平台，不断实现运维管理的流程化、标准化、便捷化和智能化，甚至可以实现水利工程运维在虚拟和现实中的深度融合，这将是水利工程运维管理的发展趋势。教师要基于行业应用现状，在课程教学中植入真实的案例，以开放的、动态的理念分析BIM技术对于水利工程运维的重要价值，推动学生强化BIM技术水利工程全生命周期理念。

当前，大多高职水利工程专业BIM课程建设存在一定的滞后性，仅是概括性或碎片化地介绍BIM技术，已无法适应水利行业的人才培养需求。黄河水利职业技术学院水利水电建筑工程专业群是教育部、财政部立项建设的国家级专业群，面对水利行业BIM技术应用的趋势，学校通过BIM师资培训、BIM课程开发、BIM技术社会培训、中小企业BIM技术服务等方式，在人才培养中全方位融入BIM技术，初步打造出符合实际工程建设需要的水利工程BIM课程体系，在服务全生命周期水利水电工程建设方面迈出了坚实的步伐。

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责编：初 心

基金项目：2020年度河南省高等职业学校青年骨干教师培养计划项目“‘双高背景下水工专业（群）BIM课程建设应用研究”（编号：2020GZGG059）；黄河水利职业技术学院2021年教学改革研究与实践项目“职业教育水工专业（群）共享专业基础课标准及课程体系研究与实践——以BIM技术课程为例”（编号：2019-HJGYB-023）

作者简介：关莉莉（1981— ），女，黄河水利职业技术学院水利工程学院副教授，研究方向为水利工程、计算机绘图和BIM技术；李瑞（1994— ），女，黄河水利职业技术学院水利工程学院助理讲师，研究方向为水文水资源。