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    基于BIM的工程管理專業理論課程與實踐教學創新研究

    來源:UC論文網2018-08-08 08:30

    摘要:

      闡述BIM技術的發展、應用與當今工程管理專業本科課程教學內容與方法;借鑒國外部分高校的經驗,分析BIM與現有本科專業課程整合的可行性;提出基于BIM的工程管理專業課程體系的設想,探討修訂本科培養方案、基于B...

      闡述BIM技術的發展、應用與當今工程管理專業本科課程教學內容與方法;借鑒國外部分高校的經驗,分析BIM與現有本科專業課程整合的可行性;提出基于BIM的工程管理專業課程體系的設想,探討修訂本科培養方案、基于BIM的相關理論課程內容與實踐教學模式創新及實施措施。


      關鍵詞:BIM;工程管理;理論課程;實踐教學;人才培養;


      作者簡介:尚春靜,女,生于1971年,湖北人,副教授,研究方向:綠色施工,項目管理。


      1引言


      被譽為建筑業變革的革命性力量的BIM,目前已得到全球范圍建筑業界的廣泛認可。隨著BIM的應用和發展,美、英等國相關高校相繼開設相關課程,如科羅拉多州立大學于2004年已將BIM廣泛應用于其施工管理課程中。同時,在建筑業界,美國2009年制定了一套結構化的BIM項目執行實施程序,將BIM運用到既有建筑的維修和改造上;英國政府頒布了BIM推進戰略,據英國國家統計局NBS調研顯示:BIM在英國得到了普遍的認識,從2010年的58%上升到了2013年的95%,使用者從2010年13%的上升到了2013年的54%。


      我國于2011年將BIM列為建筑業“十二五”重點推廣技術,但大中院校現有的工程管理、工程造價專業人才培養課程體系主要是根據教育部1998年頒布的《普通高等學校本科專業目錄》設置的。隨著各種信息技術在土木施工、管理中的日益廣泛應用,我國工程管理專業人才培養的工程實踐化與國際化凸顯不足,與社會發展、企業需求、教育創新等很不適應。本文基于BIM在工程全生命周期的應用,以培養實踐能力和創新人才為目標,運用系統工程的思想,探討工程管理專業理論課程與實踐教學的改革創新。


      2BIM技術與工程管理專業課程的強關聯性


      2.1BIM技術與我國現有工程管理專業相關課程的關系


      BIM技術包含了基于BIM的建筑方案設計、工程結構設計、建筑功能與環境(節能、日照、通風和遮陽)分析、溝通管理、三維算量與計價、工程虛擬施工、竣工結算等各項技術。


      目前,工程管理本科專業課包含工程技術、經濟、管理和法律法規等4個支點平臺的課程。與BIM密切相關的課程涉及到工程技術、管理和經濟類的課程。


      工程技術類課程包括各類建筑物、構筑物構造與建造技術基礎知識,如畫法幾何與工程制圖、工程結構、建筑設備、土木工程施工等;經濟類課程包含技術經濟學、投資決策分析課程等;管理類課程包括現代工程項目管理理論如工程項目管理、工程造價管理等課程。


      綜上分析,BIM技術與現有工程管理專業課程及其相關內容存在對應關系:現有的工程制圖與CAD可以把BIM三維模型作為教學內容及其教學輔助工具,相比于二維平面,三維的BIM更直觀,能使學生更好掌握空間結構;建筑設備課程可以用三維的設備安裝模型作為輔助教學手段;工程項目管理課程的施工階段管理可以把基于BIM的虛擬漫游和現場BIM5D作為其中課程內容;土木施工技術可以把基于BIM的施工仿真技術作為其課程內容;工程計量與計價及工程估價課程可以直接應用基于Revit的三維算量與計價來進行授課。


      2.2BIM技術對現有相關課程的完善與補充


      2.2.1以三維模型為輔助教學手段,有效提高部分理論課程的教學效果


      針對工程管理學科專業的技術核心課程,各高校工程管理專業相繼開設的技術平臺課程如畫法幾何、工程制圖、房屋建筑學和土木施工技術等課程目前仍主要采用二維平面教學和黑板板書的教學方法,直觀性較弱,空間想象力感性認識不強的學生很不易理解、掌握空間結構。如在教學中采用三維演示的方法來增強學生的空間感性認識,如工程制圖、房屋建筑學、建筑設備通過三維模型讓學生認識各種構部件及內部構造布置情況,了解相關結構、構造知識,并讓學生自主通過BIM設計軟件完成實體樓房的建模任務,可顯著提高學生的空間認識能力,從而提高教學效果。


      2.2.2三維模型可有效實現各類專業知識的系統化


      現有的工程管理專業,技術、經濟和管理類課程各任課教師互為獨立,課程內部聯系不緊密、不系統,無法實現各課程知識間的相互貫通、遞進,導致其集聚效應得不到發揮。如工程結構、建筑設備、施工技術、工程計價和工程項目管理等課程內容本是相互內嵌、相互遞進,但由于目前這些課程的教學基于各課程教材,授課時沒有一個共享平臺或者一個核心,導致學生感覺所學知識零散、不系統,對這些專業核心課程不能做到融會貫通,教學效果不理想。而BIM技術為工程項目的設計、優化、施工技術方案論證、造價管理、成本控制和進度控制等課程內容提供了共享信息平臺,利于該專業學生對項目全過程、管理知識及技術手段的全面掌握,能達到更好的教學效果。


      2.2.3實踐教學的有機補充


      工程管理是一個實踐性很強的專業,各高校根據理論課程體系的設置,從培養學生動手能力和綜合素質出發,一般都安排了實習、實驗、設計等實踐教學環節,將該專業的學生在一定時間安排到各工地由相關技術人員或授課老師指導實習,以加強對施工工藝與步驟的熟悉與認知,但由于各個工程規模、進度、管理模式不一,造成學生對完整工程的實習存在難度;同時,大量學生分布到工程現場實習存在安全隱患,現場施工單位擔心安全問題不愿意接納,這樣就造成實習流于形式,影響了工程實踐能力的培養。


      BIM技術中的虛擬施工、漫游檢查為工程管理專業的生產環節實習提供了更為實際的工作環境,可更好地達到現場實習效果。


      3國內外BIM發展及在大學課程中的教學情況


      目前,國外對BIM應用最成熟的是在建筑設計階段,比較典型的BIM設計軟件是Autodesk公司的Revit系列軟件和Graphisoft公司的ArchiCAD軟件。美國2009年制定了一套結構化的BIM項目執行實施程序,現已運用到既有建筑的維修和改造上。近幾年,美國71%的項目、74%的承包商和70%的建筑師應用了BIM。日本2009年發布了BIM應用指南,韓國2010年發布了《建筑領域BIM應用指南》,且正在編制《土木領域3D設計指南》。英國于2012年頒布了BIMStrategy,即《BIM執行計劃12條》,通過此次計劃的頒布和執行,使得英國在全球BIM應用、標準和服務中占據主導地位。


      與BIM在建設行業的應用和發展相適應,美、英等國高校開設相關課程,如德克薩斯A&M大學工程建設科學學院從2004年開始為本科生和研究生開設關于BIM的課程,主要是將3D或2D模型通過AutodeskRevit,GoogleSketch-Up,Navisworks等相關軟件最終集成4DBIM模型;科羅拉多州立大學施工管理系將BIM廣泛應用于施工管理課程中,在大學一年級,該系將現有計算機輔助設計(CAD)課程改為BIM課程,并將BIM教學單元整合到眾多高年級的課程(例如:結構、安全、速度控制、施工方法)中;阿拉巴馬州奧本大學(AuburnUniversity)將BIM引入施工管理課程,學生可根據自己的選擇,學習BIM軟件包,并完成相應的課程項目進度計劃和預算。


      我國BIM的開發與應用來自于幾所大學對BIM的研究,如2002年以來清華大學BIM課題組進行4D、5DBIM的研究,并于2008年引用到北京奧運會場館的建設管理中,成為國內使用BIM的開端。隨后在一些工程如上海中心大廈、上海世博會、廣州珠江城大廈都先后使用BIM技術,主要應用于建模、建筑設計和結構設計。目前來說,大中型設計企業基本上擁有專門的BIM團隊,有一定的BIM實施經驗;施工企業起步略晚,不過不少大型施工企業也開始了對BIM的實施與探索;維護階段的BIM目前還處于探索研究階段。少數大學已逐漸重視BIM人才的培養,但目前對BIM應用的研究僅限于研究生,而缺乏對本科生的培養,主要是缺乏相應的本科教學課程。


      4BIM與專業課程集成及實踐教學創新模式與實施措施


      4.1課程目標的確定


      課程目標和專業人才培養目標相一致。本科專業人才培養目標,有兩個最重要的因素:一是社會對該專業的人才需求,所培養的人才必須有相應的社會崗位與之對應;二是專業和學科的定位,專業和學科定位是相應人才培養的理論基礎。從課程與社會需求的關系來看,工程管理專業能力是課程回應社會訴求的結果。作為專業培養對象和未來工程實踐的主體,工程管理專業學生的工程管理專業能力應當成為課程目標,以加強工程管理實踐能力、創新能力為重點,且具有可持續發展能力。


      4.2課程內容重組和結構優化


      一般課程體系分通識、專業、實踐和任選模塊,本文重點對專業模塊課程做相關研究。


      專業模塊課程分3類:1)核心課程。核心課程提供工程管理的基礎學科知識。結合BIM的發展,對核心課程原有課程及其內容進行優化和重組,如將工程計價與計量課程變更為基于Revit的三維算量與工程計價或者三維算量與工程計價forRevit,將工程成本規劃與管理更改為基于BIM的4D管理(3D+成本),將工程項目管理更改為從設計階段應用Revit建立的BIM初始模型貫穿到施工階段的5D管理(3D+成本+進度)。2)專業課程。專業課程提供比核心課程所涉及內容更廣、更寬、更深的課程,包括工程項目管理自可研、設計至竣工決算全過程中投資、成本、質量、進度、安全和信息管理等內容。結合BIM多階段、多性質數據集成的特點,首先將培養識圖與繪圖能力的工程制圖與CAD更改為三維的Revit課程;對于工程結構或建筑結構課程、房屋建筑學的教學也可采用三維模型透視來講解;同時,將原有的管理信息系統課程優化為IT(InformationTechnology,信息技術)與工程實施中問題解決導論。3)創新課程。創新課程包括創新實踐課程和研究機會課程兩類。結合BIM的發展,增設BIM創新實踐課程和BIM研究項目,稱之為頂峰創新課程。整合項目全過程所涉及的建筑設計軟件如REVIT、結構分析軟件、造價軟件以及全方位如施工過程中工程質量、進度、成本和安全管理等方面的內容,基于具體項目,通過實驗和實際操作,將工程項目管理知識整合在一起,應用大學3.5學年核心課程和專業課程所學知識和能力,實現項目集成管理創新——即真正實現項目全過程各參與方信息共享和項目成本、質量、進度集成管理。基于現有的畢業實習課程,新增BIM研究項目,相關教師可根據本科生興趣和能力為其提供研究機會,對其進一步深造創造條件。


      大學本科BIM教學體系的創新改革正處于初步探索中。本文根據多年的教學經驗和結合各企業對現有工程管理人才需求情況及工程管理專業相關課程內容、教學方法、手段與BIM技術相聯系的特點,工程管理專業本科有關BIM相關課程重組及結構設想見表1,其中括號內為原有課程。


      5基于BIM的工程管理專業人才的實踐與創新能力的培養措施


      5.1完善培養方案,融BIM于工程管理專業課程體系中


      BIM技術的成熟,為建設項目管理提供了支撐平臺。首先,BIM為整個項目的設計和施工提供了協作平臺,與傳統的二維平臺相比,BIM提供的三維可視化平臺,更易使學生接受、理解和從事較復雜的設計、施工管理。三維可視化和分析在完善設計和加強施工現場管理方面發揮關鍵性的作用,如在施工前利用BIM將工程項目模擬施工一遍,可以發現潛在風險,極大降低解決風險或避免風險的成本。


      因此,適應行業發展,在工程管理本科專業教學中,應結合BIM技術的特點,修訂和完善專業課程,如改革畫法幾何與工程制圖、工程計量與計價、造價管理和施工管理、建筑設備等課程,將BIM技術融合到現有的工程管理專業課程中。


      5.2建立BIM創新實踐實驗室


      建立BIM創新實踐實驗室,一是可以針對項目某階段管理如施工管理或者某方面的管理如成本、信息管理,使學生通過BIM系統完成項目管理中“三控、兩管”;二是可以完成從建筑設計、結構設計到建造管理全過程檢查優化,鍛煉學生的團隊能力,實現大土木各專業或者工程管理專業學生各角色的協同工作,在虛擬環境中實現“三控、兩管、一協調”,將大學所學的土木施工技術、工程項目管理、招投標與合同管理、工程經濟學、工程成本規劃與控制等專業課程知識整合到BIM三維模型中實現項目集成管理。


      BIM創新實踐實驗室分成6個小組,分別代表建筑設計、結構設計、建筑功能與優化分析、施工模擬和三維算量與計價各專業人員,完成各專業任務。通過全過程實驗,使學生對工程項目全過程管理方法更為形象地理解,實現與工程項目管理核心課程、專業課程內容融合貫通;同時通過實驗室的仿真培訓,讓學生實現工程管理角色的轉換,解決工程現場實習不足、工程實踐能力培養缺乏的問題。


      5.3訂單培養,建立BIM實踐創新培訓基地


      加強與業界、行業協會的溝通和聯系,積極響應企業發展訴求;與先進工程企業合作,建立BIM實踐創新培訓基地,進行訂單培養,同時激勵并選派教師和少量學生赴大型企業或國內外工程現場進行工程實踐,完成BIM技術在大學教學中的深化改革。


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