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基于BIM的工程管理专业理论课程与实践教学创新研究

来源:UC论文网2018-08-08 08:30

摘要:

  阐述BIM技术的发展、应用与当今工程管理专业本科课程教学内容与方法;借鉴国外部分高校的经验,分析BIM与现有本科专业课程整合的可行性;提出基于BIM的工程管理专业课程体系的设想,探讨修订本科培养方案、基于B...

  阐述BIM技术的发展、应用与当今工程管理专业本科课程教学内容与方法;借鉴国外部分高校的经验,分析BIM与现有本科专业课程整合的可行性;提出基于BIM的工程管理专业课程体系的设想,探讨修订本科培养方案、基于BIM的相关理论课程内容与实践教学模式创新及实施措施。


  关键词:BIM;工程管理;理论课程;实践教学;人才培养;


  作者简介:尚春静,女,生于1971年,湖北人,副教授,研究方向:绿色施工,项目管理。


  1引言


  被誉为建筑业变革的革命性力量的BIM,目前已得到全球范围建筑业界的广泛认可。随着BIM的应用和发展,美、英等国相关高校相继开设相关课程,如科罗拉多州立大学于2004年已将BIM广泛应用于其施工管理课程中。同时,在建筑业界,美国2009年制定了一套结构化的BIM项目执行实施程序,将BIM运用到既有建筑的维修和改造上;英国政府颁布了BIM推进战略,据英国国家统计局NBS调研显示:BIM在英国得到了普遍的认识,从2010年的58%上升到了2013年的95%,使用者从2010年13%的上升到了2013年的54%。


  我国于2011年将BIM列为建筑业“十二五”重点推广技术,但大中院校现有的工程管理、工程造价专业人才培养课程体系主要是根据教育部1998年颁布的《普通高等学校本科专业目录》设置的。随着各种信息技术在土木施工、管理中的日益广泛应用,我国工程管理专业人才培养的工程实践化与国际化凸显不足,与社会发展、企业需求、教育创新等很不适应。本文基于BIM在工程全生命周期的应用,以培养实践能力和创新人才为目标,运用系统工程的思想,探讨工程管理专业理论课程与实践教学的改革创新。


  2BIM技术与工程管理专业课程的强关联性


  2.1BIM技术与我国现有工程管理专业相关课程的关系


  BIM技术包含了基于BIM的建筑方案设计、工程结构设计、建筑功能与环境(节能、日照、通风和遮阳)分析、沟通管理、三维算量与计价、工程虚拟施工、竣工结算等各项技术。


  目前,工程管理本科专业课包含工程技术、经济、管理和法律法规等4个支点平台的课程。与BIM密切相关的课程涉及到工程技术、管理和经济类的课程。


  工程技术类课程包括各类建筑物、构筑物构造与建造技术基础知识,如画法几何与工程制图、工程结构、建筑设备、土木工程施工等;经济类课程包含技术经济学、投资决策分析课程等;管理类课程包括现代工程项目管理理论如工程项目管理、工程造价管理等课程。


  综上分析,BIM技术与现有工程管理专业课程及其相关内容存在对应关系:现有的工程制图与CAD可以把BIM三维模型作为教学内容及其教学辅助工具,相比于二维平面,三维的BIM更直观,能使学生更好掌握空间结构;建筑设备课程可以用三维的设备安装模型作为辅助教学手段;工程项目管理课程的施工阶段管理可以把基于BIM的虚拟漫游和现场BIM5D作为其中课程内容;土木施工技术可以把基于BIM的施工仿真技术作为其课程内容;工程计量与计价及工程估价课程可以直接应用基于Revit的三维算量与计价来进行授课。


  2.2BIM技术对现有相关课程的完善与补充


  2.2.1以三维模型为辅助教学手段,有效提高部分理论课程的教学效果


  针对工程管理学科专业的技术核心课程,各高校工程管理专业相继开设的技术平台课程如画法几何、工程制图、房屋建筑学和土木施工技术等课程目前仍主要采用二维平面教学和黑板板书的教学方法,直观性较弱,空间想象力感性认识不强的学生很不易理解、掌握空间结构。如在教学中采用三维演示的方法来增强学生的空间感性认识,如工程制图、房屋建筑学、建筑设备通过三维模型让学生认识各种构部件及内部构造布置情况,了解相关结构、构造知识,并让学生自主通过BIM设计软件完成实体楼房的建模任务,可显著提高学生的空间认识能力,从而提高教学效果。


  2.2.2三维模型可有效实现各类专业知识的系统化


  现有的工程管理专业,技术、经济和管理类课程各任课教师互为独立,课程内部联系不紧密、不系统,无法实现各课程知识间的相互贯通、递进,导致其集聚效应得不到发挥。如工程结构、建筑设备、施工技术、工程计价和工程项目管理等课程内容本是相互内嵌、相互递进,但由于目前这些课程的教学基于各课程教材,授课时没有一个共享平台或者一个核心,导致学生感觉所学知识零散、不系统,对这些专业核心课程不能做到融会贯通,教学效果不理想。而BIM技术为工程项目的设计、优化、施工技术方案论证、造价管理、成本控制和进度控制等课程内容提供了共享信息平台,利于该专业学生对项目全过程、管理知识及技术手段的全面掌握,能达到更好的教学效果。


  2.2.3实践教学的有机补充


  工程管理是一个实践性很强的专业,各高校根据理论课程体系的设置,从培养学生动手能力和综合素质出发,一般都安排了实习、实验、设计等实践教学环节,将该专业的学生在一定时间安排到各工地由相关技术人员或授课老师指导实习,以加强对施工工艺与步骤的熟悉与认知,但由于各个工程规模、进度、管理模式不一,造成学生对完整工程的实习存在难度;同时,大量学生分布到工程现场实习存在安全隐患,现场施工单位担心安全问题不愿意接纳,这样就造成实习流于形式,影响了工程实践能力的培养。


  BIM技术中的虚拟施工、漫游检查为工程管理专业的生产环节实习提供了更为实际的工作环境,可更好地达到现场实习效果。


  3国内外BIM发展及在大学课程中的教学情况


  目前,国外对BIM应用最成熟的是在建筑设计阶段,比较典型的BIM设计软件是Autodesk公司的Revit系列软件和Graphisoft公司的ArchiCAD软件。美国2009年制定了一套结构化的BIM项目执行实施程序,现已运用到既有建筑的维修和改造上。近几年,美国71%的项目、74%的承包商和70%的建筑师应用了BIM。日本2009年发布了BIM应用指南,韩国2010年发布了《建筑领域BIM应用指南》,且正在编制《土木领域3D设计指南》。英国于2012年颁布了BIMStrategy,即《BIM执行计划12条》,通过此次计划的颁布和执行,使得英国在全球BIM应用、标准和服务中占据主导地位。


  与BIM在建设行业的应用和发展相适应,美、英等国高校开设相关课程,如德克萨斯A&M大学工程建设科学学院从2004年开始为本科生和研究生开设关于BIM的课程,主要是将3D或2D模型通过AutodeskRevit,GoogleSketch-Up,Navisworks等相关软件最终集成4DBIM模型;科罗拉多州立大学施工管理系将BIM广泛应用于施工管理课程中,在大学一年级,该系将现有计算机辅助设计(CAD)课程改为BIM课程,并将BIM教学单元整合到众多高年级的课程(例如:结构、安全、速度控制、施工方法)中;阿拉巴马州奥本大学(AuburnUniversity)将BIM引入施工管理课程,学生可根据自己的选择,学习BIM软件包,并完成相应的课程项目进度计划和预算。


  我国BIM的开发与应用来自于几所大学对BIM的研究,如2002年以来清华大学BIM课题组进行4D、5DBIM的研究,并于2008年引用到北京奥运会场馆的建设管理中,成为国内使用BIM的开端。随后在一些工程如上海中心大厦、上海世博会、广州珠江城大厦都先后使用BIM技术,主要应用于建模、建筑设计和结构设计。目前来说,大中型设计企业基本上拥有专门的BIM团队,有一定的BIM实施经验;施工企业起步略晚,不过不少大型施工企业也开始了对BIM的实施与探索;维护阶段的BIM目前还处于探索研究阶段。少数大学已逐渐重视BIM人才的培养,但目前对BIM应用的研究仅限于研究生,而缺乏对本科生的培养,主要是缺乏相应的本科教学课程。


  4BIM与专业课程集成及实践教学创新模式与实施措施


  4.1课程目标的确定


  课程目标和专业人才培养目标相一致。本科专业人才培养目标,有两个最重要的因素:一是社会对该专业的人才需求,所培养的人才必须有相应的社会岗位与之对应;二是专业和学科的定位,专业和学科定位是相应人才培养的理论基础。从课程与社会需求的关系来看,工程管理专业能力是课程回应社会诉求的结果。作为专业培养对象和未来工程实践的主体,工程管理专业学生的工程管理专业能力应当成为课程目标,以加强工程管理实践能力、创新能力为重点,且具有可持续发展能力。


  4.2课程内容重组和结构优化


  一般课程体系分通识、专业、实践和任选模块,本文重点对专业模块课程做相关研究。


  专业模块课程分3类:1)核心课程。核心课程提供工程管理的基础学科知识。结合BIM的发展,对核心课程原有课程及其内容进行优化和重组,如将工程计价与计量课程变更为基于Revit的三维算量与工程计价或者三维算量与工程计价forRevit,将工程成本规划与管理更改为基于BIM的4D管理(3D+成本),将工程项目管理更改为从设计阶段应用Revit建立的BIM初始模型贯穿到施工阶段的5D管理(3D+成本+进度)。2)专业课程。专业课程提供比核心课程所涉及内容更广、更宽、更深的课程,包括工程项目管理自可研、设计至竣工决算全过程中投资、成本、质量、进度、安全和信息管理等内容。结合BIM多阶段、多性质数据集成的特点,首先将培养识图与绘图能力的工程制图与CAD更改为三维的Revit课程;对于工程结构或建筑结构课程、房屋建筑学的教学也可采用三维模型透视来讲解;同时,将原有的管理信息系统课程优化为IT(InformationTechnology,信息技术)与工程实施中问题解决导论。3)创新课程。创新课程包括创新实践课程和研究机会课程两类。结合BIM的发展,增设BIM创新实践课程和BIM研究项目,称之为顶峰创新课程。整合项目全过程所涉及的建筑设计软件如REVIT、结构分析软件、造价软件以及全方位如施工过程中工程质量、进度、成本和安全管理等方面的内容,基于具体项目,通过实验和实际操作,将工程项目管理知识整合在一起,应用大学3.5学年核心课程和专业课程所学知识和能力,实现项目集成管理创新——即真正实现项目全过程各参与方信息共享和项目成本、质量、进度集成管理。基于现有的毕业实习课程,新增BIM研究项目,相关教师可根据本科生兴趣和能力为其提供研究机会,对其进一步深造创造条件。


  大学本科BIM教学体系的创新改革正处于初步探索中。本文根据多年的教学经验和结合各企业对现有工程管理人才需求情况及工程管理专业相关课程内容、教学方法、手段与BIM技术相联系的特点,工程管理专业本科有关BIM相关课程重组及结构设想见表1,其中括号内为原有课程。


  5基于BIM的工程管理专业人才的实践与创新能力的培养措施


  5.1完善培养方案,融BIM于工程管理专业课程体系中


  BIM技术的成熟,为建设项目管理提供了支撑平台。首先,BIM为整个项目的设计和施工提供了协作平台,与传统的二维平台相比,BIM提供的三维可视化平台,更易使学生接受、理解和从事较复杂的设计、施工管理。三维可视化和分析在完善设计和加强施工现场管理方面发挥关键性的作用,如在施工前利用BIM将工程项目模拟施工一遍,可以发现潜在风险,极大降低解决风险或避免风险的成本。


  因此,适应行业发展,在工程管理本科专业教学中,应结合BIM技术的特点,修订和完善专业课程,如改革画法几何与工程制图、工程计量与计价、造价管理和施工管理、建筑设备等课程,将BIM技术融合到现有的工程管理专业课程中。


  5.2建立BIM创新实践实验室


  建立BIM创新实践实验室,一是可以针对项目某阶段管理如施工管理或者某方面的管理如成本、信息管理,使学生通过BIM系统完成项目管理中“三控、两管”;二是可以完成从建筑设计、结构设计到建造管理全过程检查优化,锻炼学生的团队能力,实现大土木各专业或者工程管理专业学生各角色的协同工作,在虚拟环境中实现“三控、两管、一协调”,将大学所学的土木施工技术、工程项目管理、招投标与合同管理、工程经济学、工程成本规划与控制等专业课程知识整合到BIM三维模型中实现项目集成管理。


  BIM创新实践实验室分成6个小组,分别代表建筑设计、结构设计、建筑功能与优化分析、施工模拟和三维算量与计价各专业人员,完成各专业任务。通过全过程实验,使学生对工程项目全过程管理方法更为形象地理解,实现与工程项目管理核心课程、专业课程内容融合贯通;同时通过实验室的仿真培训,让学生实现工程管理角色的转换,解决工程现场实习不足、工程实践能力培养缺乏的问题。


  5.3订单培养,建立BIM实践创新培训基地


  加强与业界、行业协会的沟通和联系,积极响应企业发展诉求;与先进工程企业合作,建立BIM实践创新培训基地,进行订单培养,同时激励并选派教师和少量学生赴大型企业或国内外工程现场进行工程实践,完成BIM技术在大学教学中的深化改革。


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