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摘要：建筑信息模型（BIM，BuildingInformationModeling）技術，對促進水利水電工程行業(yè)向現代信息化發(fā)展具有重要意義。總結了bim技術在水利水電工程設計、施工、管理、竣工驗收及運營維護等方面的應用優(yōu)勢和現狀；構建了基礎理論課程群、單項專業(yè)實訓課程群、綜合課程（畢業(yè)）設計提高課程群的水利水電工程專業(yè)BIM類全過程“3+1”課程體系；結合師資資源、課程資源和教學方法，提出了水利水電工程專業(yè)BIM類課程的教學改進途徑。研究以期促進課程建設，對專業(yè)課程體系也具有有益的指導和借鑒。

關鍵詞：水利水電工程專業(yè)；BIM；課程體系；教學研究

建筑信息模型（BIM，BuildingInformationModeling）技術，通過對建筑物真實三維信息建模，達到建設、設計、監(jiān)理、施工、設備、運營等不同參與方，在設計、施工、監(jiān)理、竣工驗收和運營管理等不同階段項目全生命周期信息的共享，模型具有描述可視性、信息完備性、更新關聯(lián)性、引用一致性等優(yōu)點。目前BIM技術應用最早、最為廣泛和深入的是美國，包含引用標準、信息交換標準和應用實施標準；發(fā)展最快是英國，并根據信息共享應用程度分為3級；新加坡強制推行BIM的應用，并明確了不同階段不同專業(yè)建模方法、建模深度和質量要求[1]。2012年我國開始編制BIM標準，并了JG/T198—2007、GB/T25507—2010、GB/T51212—2016和GB/T51235—2017等4個標準，構建了P-BIM和CBIMS等BIM標準框架。具有BIM應用能力的人才非常受用人單位青睞，但我國水利水電工程BIM沒有系統(tǒng)統(tǒng)一標準、有經驗的開發(fā)和應用人才匱乏、平臺投資大，限制了BIM推廣和應用。水利水電工程作為我國重要的基礎設施和產業(yè)，BIM技術促進水利水電工程行業(yè)向現代信息化方向發(fā)展是必然趨勢。

1BIM在水利水電工程中的應用優(yōu)勢

1.1設計方面

傳統(tǒng)的二維CAD施工圖紙不利于各參與方信息協(xié)同與共享。BIM三維實體模型能自動導出壩體二維剖面圖，減少設計繪制工作量；BIM技術改變了傳統(tǒng)先結構后施工圖設計流程，可實現結構工程師和設計工程師數據共享、協(xié)同工作，達到工程結構和工程設計一體化；協(xié)作平臺Vault能使任何一方的一個細小的修改和變更都能協(xié)同聯(lián)動，進行關聯(lián)的修改和變更，避免傳統(tǒng)以紙質載體為主和相對獨立的設計、施工、運維產生的信息不對稱，確保工程在不同階段信息的時效性、實效性、唯一性和及時性。特別對于受溫控、生產能力、進度要求非常復雜的大壩，如何科學確定大壩分層分縫、壩澆順序、澆筑進度，傳統(tǒng)設計很難一步到位。通過導入影響澆筑的影響因素變量，利用BIM技術能快速自動生成不同澆筑方案下進度和各項指標的時空動態(tài)信息，從而確定最佳方案。

1.2施工方面

可視化將復雜的施工過程通過動畫視屏仿真技術預演施工過程，對可能出現的技術和安全問題進行預判，并能將工程施工形象進展、信息和數據能以圖表形式輸出。為降低施工布置、進度控制、人財物安排、施工調度的風險，提供工程全生命周期的施工依據。3DMax可視化仿真難以對復雜異構水工結構進行建模，GIS建模時效性、實效性和協(xié)同性差，需重復建模、精確度低[2]。BIM技術平臺Civil3D軟件具有數字化地形模型功能，可以導入靜態(tài)三維地形圖，為施工平面布置提供依據。在三維數字地形圖上，結合壩基壩肩開挖設計曲面，通過地形動態(tài)填挖取舍，生成形成壩體開挖地形動態(tài)曲面。在開挖地形曲面空間內自動生生壩體三維空間模型，Revit軟件“族”工具按規(guī)范要求，進行壩體分段分塊施工的時空三維實體模型導出。

1.3管理方面

平臺Navisworks軟件能將各分項工程賦予時間屬性和成本屬性，實現四維進度控制和五維成本控制的功能，從而進行人員管理、設備管理、材料管理、施工方法管理、環(huán)境管理、進度管理、成本管理和安全管理[3]。通過對工程的實時管理和監(jiān)控，達到優(yōu)化進度、提高質量、降低成本、提高效率、減少風險的目的。

1.4竣工驗收及運營維護方面

傳統(tǒng)的水利工程竣工資料，需要收集設計、施工、監(jiān)理各方參與的資料，耗費大量人力整理，復雜冗長。BIM技術能自動收集、生成各方資料，提高效率。通過建模來對其設備使用時間、維護狀況等工況進行實時監(jiān)控，可視化進程與監(jiān)控系統(tǒng)有機結合，提出相應的維護措施。利用互聯(lián)網＋、App及遠程智能監(jiān)控技術，BIM技術能達到可視化人財物調度，賦予大壩安全監(jiān)測儀器屬性信息，通過Revit對應儀器識別代碼，并結合工程動態(tài)進展、結構強度，實時讀取數據，進行進度和安全動態(tài)監(jiān)管。

2BIM在水利水電工程中的應用現狀

BIM技術在我國屬于起步階段，部分應用于建筑行業(yè)。目前水利水電工程領域沒有BIM強制性標準，應用僅僅局限單個單項工程上[4]。一方面BIM通過建模軟件和應用軟件搭建基本信息平臺，實現信息建模。應用軟件是BIM的核心，任何一個軟件無法實現所有不同專業(yè)、不同參與方在不同階段的所有功能，應針對不同專業(yè)、不同參與方在不同階段的不同需求，需要借助不同的軟件實現。而不同建模軟件和應用軟件的數據輸出和存儲格式不盡相同，必須使不同軟件達到兼容和數據共享，達到模型檢測、協(xié)同工作平臺、信息集成管理、三維模擬建造、目標動態(tài)控制、可視化虛擬展示的基本功能。另一方面不同于建筑工程，由于水利水電工程多專業(yè)性、結構的復雜異構性、建筑物的分布性、涉及參與多方性，不同階段涉及的要求、深度和精度不同，傳統(tǒng)設計中圖紙經常變更，應用困難。2016年中國水利水電勘測設計協(xié)會基于推進勘測設計手段，成立中國水利水電BIM設計聯(lián)盟，但由于技術力量、經費投入、水利水電工程的復雜性，應用還不夠深入，仍僅僅限于三維建模[5]。華北水利水電大學結合武都水庫工程的地質狀態(tài)、工程建設過程、進度與安全質量管理，基于水利水電工程任務特征、技術特征、用戶特征，從數據標準、應用標準、管理標準，提出了水電工程BIM標準框架的HBIM的概念[1]。

3水利水電工程專業(yè)BIM類課程體系的構建

課程體系必須滿足專業(yè)人才培養(yǎng)目標的達成度，應兼顧知識結構、培養(yǎng)目標和發(fā)展的需要。水利類教學質量國家標準指出：水利水電工程專業(yè)培養(yǎng)從事利水電工程及相關工程領域的勘測、規(guī)劃、設計、施工、科研和管理的高級工程技術和管理人才[6]。可見，落實好BIM課程的設置和教學，能很好實現水利水電工程專業(yè)人才培養(yǎng)的達成度。

3.1存在的問題

西昌學院2016年投資340萬元，建成“BIM及綠色建筑創(chuàng)新實訓室”，包含土建算量、安裝算量、清單計價、Revit、BIM5D、uniBIM、建筑設計Arch、設備安裝識圖、建筑識圖三維仿真實訓、結構設計等硬軟件系統(tǒng)。在人才培養(yǎng)方案拓展教育模塊，結合結構設計軟件應用訓練、建筑設計訓練及BIM建模、BIM綠色建筑分析3個模塊，僅以實訓課在第7學期進行2周的專項技能強化訓練。可見，和多數學校一樣，課程教學內容邊界隨意[7]，往往根據教師自己的知識能力和個人喜好，決定授課內容體系，課程體系與BIM知識應用聯(lián)系度不高、不成熟、系統(tǒng)性不強，實踐內容單一，人才培養(yǎng)不能適應行業(yè)發(fā)展要求，無法體現人才培養(yǎng)目標的達成度。

3.2構建思路

BIM不僅是計算機信息技術的應用，知識體系也具有多專業(yè)、多階段、多課程和實踐性強的特點。不分專業(yè)、包羅萬象地全部開設課程教學，顯然不現實；單獨開設理論課或實訓課，也無法達到教學目的。有些學校僅單獨新增幾門有關BIM的專業(yè)基礎課，以操作為主進行課堂講授和實訓，完成基本原理講授及軟件操作，或完全針對某課程設計或競賽進行教學，忽視了BIM在項目整個生命周期中其他教學內容；也有將BIM的教學內容融入專業(yè)課程中，以實際應用為主，教學缺乏系統(tǒng)性[8]。應該針對BIM類課程體群，設置基礎理論課程群、單項專業(yè)實訓課程群、綜合課程（畢業(yè)）設計提高課程群，構建水利水電工程專業(yè)BIM類全過程課程體系，形成將理論和實訓融為一體的“3+1”BIM類課程體系，使學生全面地、系統(tǒng)地掌握BIM專業(yè)知識，滿足行業(yè)對BIM人才的需求。基礎理論課程群完成BIM的基本概念、原理基礎和相關軟件應用的理論教學。單項專業(yè)實訓課程群將BIM相關知識點的實訓融入專業(yè)課程體系的相應課程群中教學。綜合課程（畢業(yè)）設計提高課程群針對實際工程項目，利用BIM相應知識通過課程（畢業(yè)）設計，進行實踐操作[9]。對有些知識點，確實無法在專業(yè)人才培養(yǎng)方案中相應必修課設置，可以采用公共選修課和學生自學的方式完成。

3.3構建方案

以提高BIM在項目全生命周期的應用、加強教學的系統(tǒng)性、節(jié)約教學時間、提高教學效果為目標，根據“3+1”BIM類課程體系模式，按照開課時間，采用循序漸進的方法，將制圖建模、施工布置、進度控制、成本控制、結構計算、項目管理等全過程環(huán)節(jié)融入相應課程[10]，見表1。

4水利水電工程專業(yè)BIM類課程的教學改革

4.1師資資源的建設

BIM知識體系的多專業(yè)性、多課程性，教學內容更新快，要求教師具有較好的知識結構，有持續(xù)學習的動力和能力[7]。師資隊伍短缺是制約水利水電工程專業(yè)BIM類課程教學的瓶頸。要內培外引，建立教師成長機制，拓展教師資源。與BIM相關的企業(yè)、專業(yè)機構和商軟件公司進行合作，共建實訓室，改善軟硬件條件，承擔部分教學工作，緩解BIM教學師資力量相對薄弱所帶來的壓力，也還可以采取校企聯(lián)合的方式，派遣部分專業(yè)教師深入企業(yè)進行實踐，提高專業(yè)教師掌握和應用BIM技術的能力[9]。通過外出學習培訓，提高知識水平，更新教學理念，改進教學方法。成立BIM教學團隊[10]，相關涉及BIM的課程內容的教學，在教研室統(tǒng)一安排下由教學團隊成員，根據不同知識點分工協(xié)作完成。鼓勵跨學科之間協(xié)作，建立BIM工作室，人員既有不同專業(yè)的教師，也有不同專業(yè)的學生，達到跨學科的協(xié)同合作的目的；對基礎知識好的學生，也可以成為教師教學助手，解決師資短缺的問題。

4.2課程資源的建設

目前BIM教材建設緩慢，沒有針對專業(yè)培養(yǎng)目標的適用教材和匹配的案例教學資源，有的僅以BIM軟件說明書作為教材，實用性和針對性差。限于教師個人知識體系及實踐經驗，自編教材困難[7]。秉承協(xié)同創(chuàng)新原則，加強校企合作，堅持校企師資互補、內外管理結合，實現共同制定人才培養(yǎng)方案、共同參與課程教學、共同指導學生畢業(yè)設計、共同考核學生學習成績[11]，聯(lián)合企業(yè)、行業(yè)協(xié)會，針對不同專業(yè)制定BIM課程內容和認證的指導標準，積極結合技能大賽、實際工程項目和教師自身優(yōu)勢，共同開發(fā)課程教材和教學資源。通過在線共享資源精品課程和各種MOOC，共享教學資源。

4.3教學方法的改進

目前BIM類課程的教學主要以理論講授為主，實訓環(huán)節(jié)少，教學效果差。必須通過BIM知識系統(tǒng)學習和實訓教學，才能達到加強軟件操作、綜合應用能力、協(xié)同工作能力、解決實際工程問題的能力。綜合課程（畢業(yè)）設計應結合實際工程項目，進行全生命周期、全設計過程的系統(tǒng)訓練[12]。可采用“一模多用”的教學方法[10]，即結合課程設計和畢業(yè)設計，學生自愿分組組成BIM學生團隊，從制圖建模、施工布置、進度控制、成本控制、項目管理等各個專業(yè)課程全過程環(huán)節(jié)，協(xié)作完成任務，把項目全過程通過“一模多用”系統(tǒng)聯(lián)系起來，使每個學生都得到全方位系統(tǒng)訓練，并對基于BIM課程設計和傳統(tǒng)方法畢業(yè)設計進行效果評價。積極引進和聘請行業(yè)專家，開展專題講座，將工程真實項目融入課堂，要讓教師由“課堂的講授者”變?yōu)椤绊椖康脑O計者”，讓學生由“課堂的接受者”變?yōu)椤绊椖康膮⑴c者”。結合實際工程開展科技創(chuàng)新，對已建工程進行工程方案優(yōu)化比較設計，對擬建工程進行模擬設計訓練，為工程單位提供設計思路和初步方案。重視技能大賽與人才培養(yǎng)相結合，鼓勵師生參加各類型的技能大賽，對獲獎的教師和學生在工作或學籍績效上給予獎勵。目前關于BIM的各種技能大賽，主要有BIM-revit建模比賽、全國BIM技能等級考試（BIM建模師、建模經理、應用經理、項目管理師、戰(zhàn)略規(guī)劃師、造價管理）、全國建筑類虛擬建造大賽、建筑BIM信息應用創(chuàng)新大賽、建筑BIM信息應用技能大賽。課程體系融入技能競賽內容，提升學生職業(yè)能力，達到以賽促學；教師指導學生參加技能競賽，提高教學能力，達到以賽促教；專業(yè)建設結合技能競賽，達到以賽促改。

5結語

BIM技術應用于水利水電工程是適應信息化、智能化發(fā)展的需要，是大勢所趨。BIM基于現有的平臺應用于水利水電工程，必須建立多專業(yè)融合、多軟件并行的、適合我國工程實際和規(guī)范要求的行業(yè)和專業(yè)標準，提高各單項工程協(xié)同能力，才能在水利水電工程領域很好開展全生命周期的應用。教學中要不斷進行BIM類課程體系的建設和優(yōu)化，加強校企合作，提升師資教學水平，改進教學方法，拓展課程資源。

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作者：錢波 余明東 游潘麗 莊錦亮 單位：西昌學院土木與水利工程學院