BIM技术与土建类专业课程相融合的教学体系构建
摘要
关键词
BIM技术;既有建筑;土建类专业;融合
正文
我国经济已由高速增长阶段转向高质量发展阶段,建筑业作为我国国民经济的支柱产业,在互联网、大数据和人工智能等技术驱动下,智能建造已经成为建筑业高质量发展的必然趋势,BIM技术在建筑业转型升级的变革中所起的关键作用。土建类专业人才培养变革的本质是产业发展、技术发展、个体发展三重逻辑的深度耦合[1]。我国建筑业信息化水平落后的主要原因是缺少BIM新型技术人才,在政府政策的引导下,高职院校作为培养高素质技术人才的摇篮,要及时调整人才培养计划,迎接数字信息化时代带来的挑战,满足建筑业对BIM人才的需求。 BIM 技术可实现从设计、施工、到运维对建筑工程项全生命周期进行仿真模拟的技术,可以完成碰撞检查,优化建筑流程与施工技术。将 BIM 技术融合于建筑工程专业课程教学,构建数字化、信息化的建筑工程教育体系,将学生身边的建筑实体进行真实的模拟,使授课过程生动、具体,提高学生的学习兴趣,从而达到更好的教学效果。本文以包头职业技术学院某实训楼为例,探索如何基于该实训楼项目,利用BIM技术,将专业各门课程串联起来,形成系统、完整的专业课教学体系。
一、土建类专业传统教学方式的弊端
(一)、授课方式单一、理论性强,学生难于理解掌握
土建类专业大部分专业课程理论性较强,教师授课方式一般为单一的PPT加板书,这种简单的图片及文字展示方式,只能让学生通过二维图纸自主想象,很难在头脑中建立起正确的三维立体建筑空间。建筑的施工流程、工艺、场布等多借助现场照片、视频进行讲解,对于大型的机械设备,老师很难去讲清楚工作过程和原理,而学生通常对理论知识学习缺乏耐心,由于数学基础薄弱,对需要熟记的相对复杂的工艺施工流程,难于记忆。喜欢动手实践,但课程不具备为学生提供真实施工现场的条件,对于大型施工设备施工过程理解困难,而这也成为课程授课的重点和难点。虽然有条件的院校会通过建造具备真实施工场景的实训基地,或者借助模型教具模拟施工现场,但前者不仅占地面积大、需花费大量资金,而且在实训过程中存在许多安全隐患,后者能够模拟的场景有限,通常只能展示静态节点,无法模拟动态施工过程。
(二)、专业知识呈碎片化,各门课程之间无连接纽带
土建类专业课程“单打独斗,知识呈碎片化,虽然部分专业知识有重叠,但学生学的不扎实,无法有效记忆,往往出现同一知识点,需要在各门课程重复讲解,无法实现连贯协同。土建类专业的人才培养目标,是为了服务建筑企业一线,而未来工程建设需要各专业工种之间协同工作,传统的学习方式,就像堆放在施工现场的各种建筑材料,缺乏系统化的操作过程,将他们联系起来,建造成高楼大厦。
(三)、不能满足企业对人才的要求
目前,随着数字化、信息化时代的到来,建筑业需求大量的能够熟悉建筑全过程、全生命周期的BIM技术人员,要求学生具备扎实的专业理论基础,同时能够会操作建筑行业较先进的信息化设计、管理软件。传统的培养方式,已经无法满足市场对于人才的要求。传统的、落后的专业培养模式下,学生欠缺现代建造智慧行业所需要信息化软件操作技能,难于找到自己满意的工作,这也是造成建筑工程技术专业近几年招生困难的主要原因。
二、既有建筑结合BIM技术对专业进行改革
(一)、校园既有建筑贯穿专业教学过程
包头职业技术学院某实训楼2017年开始建设,2019年建成,从项目规划到具体建成,教研室教师参与其中,并且在授课过程中,带领学生实地参观了实训楼建设的部分过程。实训楼具有完整的建筑施工图纸,教师通过BIM的培训学习,已经完成了实训楼的Revit建模,BIM5D施工现场模拟,施工进度模拟等工作,准备了该实训楼的相关BIM学习资料。教师团队熟悉实训楼的建造过程及使用功能等建筑内容,方便在教学中引用讲解。
校园既有建筑建筑形式多样,宿舍楼、教学楼、体育馆等具备多种结构形式,这些建筑是学生平时生活学习的地方,将这些建筑的BIM模型引入教学,学生易于熟悉建筑场景,可以对“看得见摸得到”的真实建筑进行参观、研学。
(二)、构建专业课程群建设体系
打破专业间、课程间壁垒,强化知识间的联系共振。调整基础理论课与实践课的比例,在课堂上运用 Revit、 Bentley 等软件,通过学生观看教师提供的模型、主动参与构建的模型增加学生参与度,积极引导学生培养实践能力与创新能力。缝合知识碎片,教师共同备课,将各门课程共有的知识点进行查重,梳理理论操作与实践操作之间的流程关系,实现各知识体系协同联动。收集、整理行业工程案例,整合专业群内专业、课程之间的资源优势,形成项目资源、课程资源、企业资源、职业培训资源、行业标准规范资源等资源库[2]。
(三)、深化产教融合、校企合作
专业人才培养应符合建筑产业创新发展的需求,产教融合构建实践教学体系是学校实践教学改革的必然[3]。要了解企业对人才的需求,加强与企业间联系,人才链与产业链有机衔接,清楚未来要求土建专业学生具备哪些专业技能?编制专业人才培养方案、课程标准、教材等都要从企业实际需求为出发点,明确学校为企业培养人才的定位。专业教师、企业人员理实结合,企业人员参与教学设计,并提供课程建设思路,合理搭建课程团队职称结构,凸显专兼优势。要创新人才培养模式,要让企业参与到人才培养的过程中来,要广泛听取企业一线专家的意见,及时掌握新技术、新工艺、新规范,调整授课内容。要将企业的资源引入教学资源库,构建智慧、前沿、完善的教学资源体系。校内实践教学与企业实习相结合,校企共建“双元”育人实习基地。
(四)、以“三教”改革推动专业建设
为了更好的应对土建类专业改革,教师、教材、教法“三教”都要做出相应的变化。"三教"改革作为推动专业转型升级的重要抓手,以教师改革为主导,以教材改革为载体,以教法改革为媒介,推动职业教育人才培养目标与岗位胜任能力的供需契合,促进教学过程与生产流程的基本匹配,不断缩减产业链,教育链与人才链之间的差距,使学生真正成为促进区域产业可持续发展的主力军.
1、打造创新型师资团队
师资队伍是新工科建设中人才培养的引擎,教师要学习BIM技术,提高作为授课者的信息化技术及专业技术水平,调整专业教学体系,重新编制授课计划,进行详细的教学设计。参与企业BIM工程实践,全面了解建筑行业人才需求,提高教师对新技术、新方法的应用能力[4]。教学方式、内容、形式的转变,需要教师具备更强的实践教学能力、教学设计能力、信息化教学能力、教学内容的二次开发能力、教学资源建设能力、教研科研能力、指导学生技能大赛的能力[2]。教师要转变思想,紧跟行业发展步伐,创新教学方法,采用多种信息化教学手段,满足新时代学生对教师的期望,增加学生学习趣味性。
2、开发贯通式新型教材
教材是专业人才培养的重要载体,以实训楼项目为实例,结合实训楼模型及图纸,与企业人员共同参与开发、编制相对应的校本活页式、工作手册式等教材,为二维图纸、三维模型、工程实体构建理论基座,以项目开展教学,使用同一单体或构件完成不同科目知识的学习,例如:使用同一个基础模型,可以完成识图、造价、设计、构造、施工等多科目的学习,学生更加熟悉教学案例,精雕细琢,熟练掌握相关知识。增加相应硬件设施投入,完善教学资源建设,为学生学习实践活动提供保障,
3、转变教学方法与手段
转变教学方法,以学生为中心,及时了解学生的对理论教学内容的理解程度,BIM信息化软件操作熟练程度,对实际施工环境的了解程度。鼓励学生参加各类信息化建模竞赛,以赛促学,增强学生的团队协作能力。强化产教融合、校企合作,将实践课程与企业项目相结合,激发学生自主学习能力,注重培养学生的实践操作能力,提升学生课堂参与度,真实感受施工现场的操作环境,提高行业认知水平,树立未来职业自信。同时,高校也应从而促进学生对 BIM 技术的掌握与应用。
三、 BIM技术与各专业课程融合
(一)、专业基础课程
加强专业基础课互融,对建筑通识类课程,运用实训楼三维模型结合实地参观,对照学习,强化理解、记忆,正确认识建筑各构件,清楚构件具体位置及详细构造连接方式。对建筑力学基础理论类课程,通过BIM软件分析,观察建筑模型受力变化,对力的传递路径有更清晰的认识。建筑实体结合三维模型,使得讲授过程更加形象、具体、生动,提高学生学习兴趣,夯实理论基础。
(二)、识图制图及三维建模类课程
通过对实训楼模型的二维、三维图形之间的自由转换,及对比学习,克服学生在识图类课程中空间想象力不足的难点,纠正主观想象中存在的错误,帮助学生建立从平面到立体的思维转换,培养学生空间感。通过反复学习,从基础手绘图、基础CAD二维图纸绘制、到熟练掌握BIM三维建模软件的基本操作,逐级进阶,培养学生识图过程中能够读懂设计者意图,能够对施工现场简单的节点、小单体图形进行绘制,在头脑中构造建筑整体三维模型,积累经验,学会预判施工中可能发生的碰撞。
(三)、施工技术类课程
利用BIM5D技术模拟实训楼施工动态过程,在施工技术和施工组织等课程中,可以利用BIM技术对特定的建筑项目进行施工冲突预判,施工方案编制,施工现场布置,施工流程分析。软件模拟过程中可结合实训楼施工过程留存实际影像资料进行对比学习,使学生明确施工过程,对施工工艺、施工机械有更充分的认识,有利于在学习过程中发现问题、解决问题,提高学生参与度。
(四)、工程造价及项目管理类课程
结合实训楼BIM案例,在招投标、施工、全过程造价咨询、项目运营管理各阶段,运用BIM软件模拟项目进度计划,控制工程造价,管理项目实施。运用新的工程计价方式,结合企业数据库,促进互联网+BIM技术协同发展。使繁琐的计算过程简单化、清晰化,激发学习兴趣,强化学生职业管理服务意识,增加职业认同感和责任感。
(五)、实习实训及考取1+X证书
在实习实训中,提高BIM技术的综合应用能力,结合企业实习锻炼,提高学生专业技术能力。在前期专业课程中反复学习和运用BIM技术,使得学生可以在毕业前顺利考取BIM职业资格证书(一级BIM建模师),提升就业能力,满足市场需求,拓宽就业渠道。与校企合作单位共同持续加大软硬件投入,进一步加强校企合作深化产教融合,建设集“教学、实训、培训、考试”于一体的现代化人才培养基地,解决高职院校校内外人员对BIM职业技能等级证书考试需求[5]。
四、BIM技术与专业课程融合的优势
(一)、知识串联利于知识体系构建
土建类专业的所有专业课程贯穿于建筑的全方位、全过程,利用BIM技术将实训楼的全生命周期进行模拟,各门专业课使用同一套施工图纸、同一个建筑模型,将不同的知识点贯穿起来,疏通工程建造脉络,有效的将各部分知识在时间、空间上形成准确的定位。依据建筑施工项目工作过程,即先地下后地上,先结构后维护,先主体后装修,重构教材内容,教学过程与施工工作过程保持一致。在每个施工工艺过程引入涉及不按规范操作引发的安全事故问题,施工完成后的质量检查问题,以及结合职业工种比较艰苦特点,融入安全意识、质量标准、劳动教育等思政元素,帮助学生形成系统的、完整的建筑知识体系的,综合运用知识解决实际问题。
(二)、直观可视化模型易于学生理解
在高职建筑工程专业课程实施过程中,利用BIM可视化、仿真性、模拟性等特点,虚实结合,清晰展示复杂节点构造、隐蔽工程做法,学生可以在模型中清晰的看到梁、板、柱、墙、基础等构件在建筑中的位置,以及各构件节点连接方式。结合实训楼的实体建筑,对照学习,加深理解。利用BIM软件模拟建筑从规划设计、施工到运维全生命周期的动态过程,学习过程更有趣。
(三)、实践教学更节约、高效、安全
运用虚拟仿真技术开展实践教学,能有效培养图纸识读能力,增强施工安全意识,加深对施工工艺的理解,而且不受时间、空间、安全隐患等因素制约,突破了传统实训资源开展教学的局限性,实现泛在虚拟学习[6]。综合运用多种信息化技术手段,有效突破教学重难点。采用线上线下混合式教学模式,教学做一体化,将职业素养养成和岗位技能积累贯穿始终。
(四)、职业培养符合企业对新型人才的要求
随着经济的发展,传统的工科教育模式所培养的人才逐渐无法满足社会发展的需求,具有较高的专业素质与较强实践能力的工科人才成为社会发展迫切需求的新型人才。企业导师走进课堂,通过施工现场引入教学任务,依据工艺流程做操作示范,讲解工程质量验收检查标准与规范,对照企业选人用人标准,对学生提要求,帮助学生树立职业目标,培养职业自信。在专业教学过程中,合理的运用BIM技术,培养专业基础扎实、实践能力强、与其他专业协同工作时沟通能力强的高素质技能人才,提升学生在就业市场的竞争力。学生毕业后,可以参与到信息化集成度较高的技术工作中,实现个人价值的同时为企业、社会创造价值。
五、结语
随着建筑工程行业信息化程度的日益提高,建筑工程技术专业的改革势在必行,以实训楼为依托,通过 BIM 技术构建实训楼模型,实现专业课程教学的系统化、可视化、具体化,帮助学生提高其实践能力与创新能力。结合BIM技术对专业进行改革,会面临教师、教材、教法上都要做出相应的变化,要将专业发展、课程改革、教师队伍建设紧密结合在一起,以学生为中心,就业为导向,培养掌握新技术、具备新思维的高素质人才,助力建筑业发展。
参考文献:
[1]范大波,金波,雷彩虹,张雪丽.新版专业目录下土建类专业人才培养模式构建与实施策略——杭州科技职业技术学院的探索与实践[J].中国职业技术教育,2023(5):74-8091
[2]姚亚锋,徐广舒.“双高计划”视域下专业群建设探究——以南通职业大学建筑工程技术专业群为例[J].职业技术教育,2020,041(026):23-27
[3]范大波,王哲,雷彩虹,金波,徐宏伟.智慧建造背景下市政专业实践教学体系创新[J].实验技术与管理,2021,38(02):222-227.
[4]戴晓燕;刘超. 基于BIM技术的建筑工程虚拟仿真实训中心的建设研究[J]. 实验技术与管理,2018:237-241.
[5]吴昆.1+X证书制度试点背景下的BIM技术人才培养模式研究与实践[J].中国职业技术教育,2019(27):13-16+81.
[6]张立茂,刘文黎,张文静,吴贤国.基于BIM的工程施工安全关键技术研究[J].建筑经济,2018,39(08):43-48.DOI:10.14181/j.cnki.1002-851x.201808043.
作者简介:马兰,1987年生、女、籍贯:内蒙古、包头职业技术学院、讲师,研究方向:智慧建筑、职业教育。
于艳海,1986年生,男,职务:总经理 研究方向:大数据分析
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