建筑信息模型引入“建筑电气工程设计”课程教学的研究与实践

习近平总书记在中国共产党“十九大”报告中指出，必须坚定不移贯彻创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念，推动新型工业化、信息化、城镇化、农业现代化同步发展。随着我国社会主要矛盾转化为人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾，建筑工程行业也亟需加强创新、提升质量、加快转型升级。同时，行业改革对专业人才的能力提出了新要求和新变化。高校作为人才培养的主力，应根据“供给侧改革指导理论”和《关于引导部分地方普通本科高校向应用型转变的指导意见》，积极从人才培养的上层架构至末端实施全过程的改革与转型，以社会和行业需求为标准对学生进行培养。

“建筑电气工程设计”课程是建筑电气与智能化专业的核心课程，一般开设于第7学期，属于综合性和总结性的课程。通过学习该课程，学生能够将大学期间分散的专业知识融合起来，形成系统性的工程设计理念，培养了学生对实际工程全流程的工程设计实践能力。建筑电气与智能化专业于2005年正式由教育部批准设置，开设时间较短，开设院校较少。截至2017年，全国仅有43所高校开设该专业，相关的课程建设与实践研究比较薄弱，尤其是针对“建筑电气工程设计”课程的相关教学研究尚无专门文献讨论。文献[1-2]提出，在建筑电气与智能化专业人才培养中要重视使用“项目”教学方法，要求有完善的实习与实践硬件环境，通过产学合作和增强实习实训的方式培养学生理论联系实际的能力；从专业层面上提出了对人才培养的要求，但缺少对“建筑电气工程设计”课程的具体实践研究。本文通过分析建筑工程类课程教学实施过程中存在的不足，提出将建筑信息模型(BIM)技术引入“建筑电气工程设计”课程中，从空间和时间多维度上提高学生理论与实践相结合的能力，培养学生树立工程数据观、信息观的改革思路。最终的实践成果显示，该教学方法的研究与实践取得了良好的教学效果。

2000年以来，我国为扶持少数民族地区经济发展以及提高少数民族高等教育水平，国家对少数民族地区的支持力度明显加大。但是由于执行监督机制的缺乏，一些监督机制只是流于形式，致使政策无法产生预期的效果。[1]中央民族大学敖俊梅在其硕士论文 《少数民族高等教育招生政策探讨》一文中也表示“目前各省区在实施少数民族高等教育招生政策的执行也存在着一些问题。一是表现为把发展经济当做工作的中心，追求‘短、平、快’，并把经济规律作为一切领域里的‘万能药方’，而忽视教育领域的特殊性，忽略了教育规律。”[16]

1 课程实施情况分析

国内绝大部分高校在建筑工程类课程的人才培养中面临着理论与实践结合不够紧密的现状，尤其是对于地方应用型高校，实践效果难以到位的情况一直存在。刘满中[3]分析了地方院校师资和教学平台现状，传统教育模式已不能适应市场对人才的需求，应用型人才培养要探索新模式，加强专业课程的实用性和针对性，使学生专业技能与市场接轨。秦美珠[4]分析了传统建筑设计类课程中存在教师主体造成的学生学习积极性差，课程实践环节受人力、物力、时间等因素制约，其作用无法得到有效发挥等问题。“建筑电气工程设计”课程设置的目的是培养学生工程设计能力。这种能力的培养不仅需要丰富的理论储备，更重要的是需要积累对工程现场的认知和经验，是一个长期的过程。而对于在校学生，尽管安排有现场实践和进企业实习，但限于现场技术人员与专业教师在工程能力和教学技能上的不同，学生获得的知识仍旧主要来源于课堂。罗中[5]也提到目前工程性专业课程的实施共性，教师在课堂上侃侃而谈，对应的是学生不知所云。全凭学生个人的想象感知现场的施工技术，自然无法达到预期的授课效果。“建筑电气工程设计”课程主要向学生传授从项目承接到工程竣工、验收全过程的设计与施工技术，不仅要从空间上对工程技术理论进行讲授，还要从时间域上将工程流程展示给学生。在这种情况下，学生更容易形成消极的学习态度，学习动力不足，因此采用合适的教学方法构建良好的教学互动氛围尤为重要[6]。如何把现场实践的部分环节搬进课堂，让理论与实践更有效地紧密结合是一个亟待解决的问题。建筑信息模型(BIM)这一个代表未来发展趋势的技术为本课程的教学改革提供了新的思路和途径。

2 建筑信息模型(BIM)技术理论及高校应用现状

建筑信息模型技术(Building Information Modeling，BIM)是以建筑多维度模型为骨架，以建筑工程项目中空间和时间多维度信息数据为模型的内涵，通过数字信息真实反映建筑物全生命周期的一项新技术。近年来，BIM技术在建筑工程施工演示、工程设计、碰撞检测、施工管理、运行维护管理等方面取得了较好的效果，缩短了工程建设工期，降低了工程成本，提高了工程质量，得到国家的大力推广，是建筑行业发展的必然趋势[7]。

在人才交流方面，青年人才的交流大多只限于本单位内部，多以岗位变换为主。因他们多为本单位技术骨干，跨单位交流在方式、内容和时间安排上有待进一步拓展。

革新学生的思想观，使其与大数据时代下的数据观、信息观相匹配，才能真正体现BIM技术以数字信息为内涵的技术革新目标。建筑信息模型包含了建筑工程生命周期的全部数据，如每根导线的设计参数、每盏灯的唯一编号、安装时间、维护时间等。对设计、施工、运行维护管理人员来说，建筑是由一系列二进制的数据组成，按照数据管理的方式管理建筑，将会有得天独厚的优势。计算机时代下，通过数据观搭建起来的建筑具备精确、有序、公开、易于检索等特征。利用BIM技术缩短建设工期，节省成本，提高质量，使得节能和智能也将更容易实现。高校教育所传授的知识技能往往滞后于行业的最新技术，在课程授课中更要注重“授之以鱼不如授之以渔”的教育思想，重视学生的思想建设。通过结合BIM技术在授课过程中引导学生树立数据观和信息观，有利于培养学生快速适应行业新变化的能力。

在道家这里，“道德”是指由道到德的整个过程，从全体之道演化为天、地、人、万物的本性——德性。而“德道”即是得道，描述的是有限存在者获得道的历程;自然存在者顺应自身的自然本性而存在，对它们而言，由道赋予的德与自身所行的道是一致的;但在人这类存在者这里，道德与得道却不是一致的，人天然地具有道德却不一定能得道，因为人只能按照自己对道德的理解，而无法依照道德本身来寻求自己的得道之途，人具有违背自身自然本性的能力。概言之，道是万物整体的自然本性，德是每一物的自然本性。

罗中[5]探讨了在建筑工程施工技术等专业课程教学中运用BIM技术进行施工模拟的技巧。其提出在课程教学中引入BIM技术，将现实中长年累月和动态的施工过程浓缩进课堂中，不受学生人数、时间、地点限制，对土木建筑工程专业学生能力的培养方式和方法产生了革命性的影响[5]。“建筑电气工程设计”课程教学不仅传授给学生空间设计理论知识，还要培养学生对项目工程流程和进度的认知能力。对于高校教学，不可能带领学生在设计和施工现场观摩学习整个项目的不同阶段和进度流程，以及不同阶段中各专业工种间的配合。因此，在以往教学中，往往采用流程图的方式讲解时间维度的相关知识点。从前期“建筑电气工程设计”课程教学反馈来看，学生的接受度非常低。BIM技术可进行专业协同设计、进度模拟、工程管理、复杂系统计算等，能将工程项目全过程浓缩为计算机仿真，学生可以任意操作工程的时间维度。课程实践中在空间模型建立的基础上，学生项目团队模拟不同专业角色，结合流程图的逻辑进行BIM专业协同和进度仿真，使学生对工程流程及进度的感受更加直观，以往教师心有余而力不足的情况也为之改善。

目前对学生工程能力培养的方式是基于AutoCAD二维平面的设计，结合专业规范和国家标准图集，通过多媒体信息投影的方式展示给学生。这种二维形式的设计和展示需要教师对每个设计细节进行充分的讲解，需要学生充分发挥想象力将平面设计的实现效果同实际相匹配。而BIM技术的三维空间分析能力让点、线、面灵活的展示出来，使得学生能从各个角度对设计成果有直观的认识。同时，工程现场的方方面面都能在课堂中直接呈现给学生，将“现场”带入课堂，再结合建筑电气工程设计理论的讲解，基本上实现了教师和工程技术人员身份的有效融合。

3 建筑信息模型(BIM)技术引入课程实践的研究

“建筑电气工程设计”课程实践中，要求学生自带计算机，并针对某一项目的各个设计细节，如电气桥架路径、设备安装净空、管线碰撞等。教师首先进行设计理论和思路讲解，然后带领学生进行BIM软件建模，引导学生将设计思路转化为三维实现，利用BIM软件中二维平面图和三维图形的比对显示，即时呈现设计成果，获得“所设计即所得”的效果。另外，在此基础上安排学生利用课余时间在个人的计算机端或BIM实训室，以团队方式完成项目课题，并纳入期末考核范围。在这种工程化的授课方式下，以往需要经过长期的实践和经验积累才能具备的工程能力，如传统复杂的机电管线碰撞和调整等，通过BIM技术的引入可以使学生迅速掌握，学生空间认知能力得到了最大程度的锻炼和提高。

  

 

图1 BIM技术对“建筑电气工程设计”课程的支撑结构

在工程设计中，各专业的协作配合是“建筑电气工程设计”课程中的重要知识点。其中，机电设计与施工过程配合不到位往往会造成不同专业的管线发生冲突，由此引起的返工形成严重的成本和时间浪费，并直接影响工程的质量水平。因此，在该课程的教学实践中，特别注重BIM技术在管线综合中所表现出的优越性。

3.1 学生空间认知能力得到提升

目前，各高校将BIM引入课堂的探索多停留在建筑工程上游专业，如建筑专业、工程管理专业等。上游专业尚处于探索阶段，电气专业作为下游专业更鲜有研讨。本文将BIM引入“建筑电气工程设计”课程教学，利用BIM技术在空间和时间多维度上的特性，解决理论与实践无法兼得的问题。同时，在授课的过程中将BIM所带来的数据观和信息观传达给学生，使得学生的眼界更为宽广，更能适应行业新变革所带来的能力需求。

BIM技术对“建筑电气工程设计”课程的支撑结构如图1所示。

3.2 学生对工程流程及进度的感受更直观

很多高校已经做出了相当多的努力，杨宁[8]提出在项目化课程中应用BIM技术，能够提供给学生诸多新的学习思路和技巧，如空间感、细节剖切详图、图纸标准符号等。通过BIM技术的应用，课堂不再乏味，课堂气氛更加活跃。不过，BIM的意义远不止在软件层面提供技巧，更重要的是在建筑工程项目设计与施工思想上的革新，是对传统建筑行业工作思路和流程的全新变革。李倩[9]在对我国BIM教育现状的调查分析中指出，目前真正能够掌握BIM技术的企业还较少，高校开设的BIM课程缺乏系统的教材和统一的教学标准，同时高校也面临BIM师资力量不足的现状。黄剑[10]从工程造价专业出发，深入分析了BIM技术在本专业学生培养和行业需求上的角色和地位，对工程造价专业理论课程和实践教学中的BIM技术应用进行了详细的规划和设计，指出跨学科之间协作是BIM团队协同作业的核心内容之一，通过建筑、结构、水、暖、电专业的二级学院学生协作，可以达到培养学生综合性能力的教学目标。

3.3 学生的工程思想观与时代发展更相吻合

总之，引入“逆周期调节因子”的汇率只能维持短期稳定，却形成不了汇率制度的变革；从长期来看，逆汇率周期的改革也会对宏观经济带来负向影响。

4 机电管线综合知识点教学方法实践

从图1中可以看出，在基于BIM的“建筑电气工程设计”课程教学方法研究与实践探索中，BIM技术对“建筑电气工程设计”课程的支撑结构主要由3个部分构成。

在关税普遍存在和全球经济一体化的大背景下，尽管一些国家或地区的自由贸易园区依靠自身的特性发展形成了离岸金融服务等功能，但全球自由贸易园区的基本功能几乎都是“制造加工+转口贸易”。此外，便于被视为“在关境之外”，自由贸易园区通常选址于具有离岸地理优势的海港城市，形成了“一线放开，二线管住，区内自由”的海关监管特性。

4.1 理论与实践教学

结合BIM技术的特点，依据教学大纲，重新编排了机电管线综合知识点的教学内容及方法(见表1)。由表1可见，在授课过程中充分发挥学生的主动性和教师的引导作用，将BIM技术的实践过程纳入课堂教学中，有利于实现理论与实践的良好结合。学生通过BIM建模和协作配合，获得了身临其境的学习体验，更好地结合了工程设计规范条文与实际，极大地调动了学生的学习积极性。课程实验教学成果中BIM数据信息展示如图2所示。

 

表1 机电管线综合知识点的教学内容及方法

  

序号教学内容教学方法学时加权系数1机电管线综合的基本内容框架讨论式教学，学生4～6人为一组，以PPT的形式展示、讲解和回答学生问题8～10min。20．22CAD二维平面图纸管线综合分析启发式教学，对学生课下已经预习熟悉的CAD二维平面图纸进行总结和重点串讲。0．50．053BIM模型管线综合展示分析引导式教学，基于BIM管线模型(未进行碰撞调整的)引导学生形成设计思路。0．50．054学生进行BIM建模和分工协作配合对每组学生按照电气、暖通、水专业进行分工，根据BIM协作的技术手段进行工程建模并解决冲突问题。课上1学时+课下>2学时0．35设计成果展示与讨论学生按照分组分别展示设计成果，基于BIM漫游等技术手段讲解设计思路和过程；教师同步进行总结点评。2～30．4

  

 

图2 课程实验教学成果中BIM数据信息展示

由图2可知，BIM技术的三维模型不仅具有空间属性，其相关数据和信息也可通过模型呈现出来。设备管线所携带的数据不仅包括形体和空间参数，还包括型号、制造商、成本、运行数据、材质和产品信息等数据。在信息时代下，这些数据都会在工程项目的各个环节中发挥作用，如电压电流的校验数据能真正实现设计中计算环节的全覆盖，保障低压设备选型合理和运行的稳定性；产品信息不仅能在招投标和施工阶段保证项目的设计信息与实物精确对接，而且在后期运维过程中，有利于科学的管理和维护。

4.2 考核方式

基于工程项目化的课程教学设计归根结底是模块化的结构，整个课程由多个具体项目组成，每个具体项目就是整个课程模块的一个子模块，如机电管线综合就是一个子模块，并具备了学生自学、教师引导、学生实践和总结评价等全部教学要素。因此，整个课程的考核结果是在各子模块考核的基础上进行加权计算获得，而每个子模块的考核结果是按照教学设计环节加权计算获得，加权系数见表1，整个考核机制也是数据化的，实现了对学生付出和收获更科学的量化评价。

5 结束语

“建筑电气工程设计”课程是以建筑工程项目为教学内容，很难建立满足学生实践要求的教学平台，而BIM技术的出现很好地解决了这一难题。本次课程教学研究与实践通过引入BIM技术，结合模块化和数据化的考核方式，有效提升了学生在空间维度上的认知能力，让学生对工程流程及进度的感受更为直观，并着重将BIM技术所蕴含的数据、信息理念传达给学生，使学生在工程思想观上与时代发展更相吻合，有利于将学生培养成为新时期的现代化人才。同时，掌握BIM技术的教师数量不足，学生基础还比较薄弱，使得教学效果达不到预期；BIM技术引入课程需要大量的素材准备所带来的压力较大；如何跟进BIM不断涌现的相关新技术，都将是需要持续研究的课题。

参 考 文 献

[1] 张立辉,魏立明.创新人才培养模式的探索-以建筑电气与智能化专业为例[J].高教学刊,2016(10):197-198.

[2] 司海飞,鞠全勇,牟福元.建筑电气与智能化专业实践教学改革探索[J].中国电力教育,2010(7):119-120.

[3] 刘满中.地方本科院校设计学应用型人才的培养研究[J].湖北理工学院学报(人文社会科学版),2016,33(2):76-79.

[4] 秦美珠,胡新萍,王芳.BIM 技术在建筑设计类课程教学中的应用研究[J].福建建材,2016(11):114-115.

[5] 罗中.基于BIM 技术构建三维仿真施工模拟课堂[J].山西建筑,2015,41(27):239-240.

[6] 张定邦，袁建议,翁玲，等.学生消极应对教学互动环节的原因和对策分析[J].湖北理工学院学报,2014,30(6):64-67.

[7] 朱红光,易成，王鹊，等.BIM技术在土建专业教学中的应用现状及建议[J].教育教学论坛,2015(44):184-185.

[8] 杨宁,赵美霞，刘娟,等.基于BIM技术的项目化课程改革思考与探索[J].江苏建筑职业技术学院学报,2016,16(4):23-27.

[9] 李倩,王雪锋.基于BIM的独立院校土木工程专业多课程联合教学研究[J].高等建筑教育,2016,25(6):85-89.

[10] 黄剑,汪海津,尹贻林.基于BIM的工程造价专业课程体系与教学改革研究——以应用型本科高校为例[J].工程经济,2017,27(10):72-76.