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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向現代信息化發展具有重要意義。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勢和現狀；構建了基礎理論課程群、單項專業實訓課程群、綜合課程（畢業）設計提高課程群的水利水電工程專業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BIM類課程的教學改進途徑。研究以期促進課程建設，對專業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；BIM；課程體系；教學研究

1BIM在水利水電工程中的應用優勢

1.1設計方面

傳統的二維CAD施工圖紙不利于各參與方信息協同與共享。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、協同工作，達到工程結構和工程設計一體化；協作平臺Vault能使任何一方的一個細小的修改和變更都能協同聯動，進行關聯的修改和變更，避免傳統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，通過地形動態填挖取舍，生成形成壩體開挖地形動態曲面。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控，達到優化進度、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

傳統的水利工程竣工資料，需要收集設計、施工、監理各方參與的資料，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控，可視化進程與監控系統有機結合，提出相應的維護措施。利用互聯網＋、App及遠程智能監控技術，BIM技術能達到可視化人財物調度，賦予大壩安全監測儀器屬性信息，通過Revit對應儀器識別代碼，并結合工程動態進展、結構強度，實時讀取數據，進行進度和安全動態監管。

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。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、不同參與方在不同階段的所有功能，應針對不同專業、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、協同工作平臺、信息集成管理、三維模擬建造、目標動態控制、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會基于推進勘測設計手段，成立中國水利水電BIM設計聯盟，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、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BIM類課程體系的構建

課程體系必須滿足專業人才培養目標的達成度，應兼顧知識結構、培養目標和發展的需要。水利類教學質量國家標準指出：水利水電工程專業培養從事利水電工程及相關工程領域的勘測、規劃、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人才培養的達成度。

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。在人才培養方案拓展教育模塊，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知識應用聯系度不高、不成熟、系統性不強，實踐內容單一，人才培養不能適應行業發展要求，無法體現人才培養目標的達成度。

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、多階段、多課程和實踐性強的特點。不分專業、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課程中，以實際應用為主，教學缺乏系統性[8]。應該針對BIM類課程體群，設置基礎理論課程群、單項專業實訓課程群、綜合課程（畢業）設計提高課程群，構建水利水電工程專業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、系統地掌握BIM專業知識，滿足行業對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。單項專業實訓課程群將BIM相關知識點的實訓融入專業課程體系的相應課程群中教學。綜合課程（畢業）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）設計，進行實踐操作[9]。對有些知識點，確實無法在專業人才培養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、加強教學的系統性、節約教學時間、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節融入相應課程[10]。

4水利水電工程專業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、專業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合的方式，派遣部分專業教師深入企業進行實踐，提高專業教師掌握和應用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，在教研室統一安排下由教學團隊成員，根據不同知識點分工協作完成。鼓勵跨學科之間協作，建立BIM工作室，人員既有不同專業的教師，也有不同專業的學生，達到跨學科的協同合作的目的；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，沒有針對專業培養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]。秉承協同創新原則，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方案、共同參與課程教學、共同指導學生畢業設計、共同考核學生學習成績[11]，聯合企業、行業協會，針對不同專業制定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勢，共同開發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，實訓環節少，教學效果差。必須通過BIM知識系統學習和實訓教學，才能達到加強軟件操作、綜合應用能力、協同工作能力、解決實際工程問題的能力。綜合課程（畢業）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課程全過程環節，協作完成任務，把項目全過程通過“一模多用”系統聯系起來，使每個學生都得到全方位系統訓練，并對基于BIM課程設計和傳統方法畢業設計進行效果評價。積極引進和聘請行業專家，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”變為“項目的設計者”，讓學生由“課堂的接受者”變為“項目的參與者”。結合實際工程開展科技創新，對已建工程進行工程方案優化比較設計，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、戰略規劃師、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，必須建立多專業融合、多軟件并行的、適合我國工程實際和規范要求的行業和專業標準，提高各單項工程協同能力，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。

參考文獻：

[1]韓配.水利水電工程BIM標準框架的研究[D].鄭州:華北水利水電大學,2018.

[2]苗倩.BIM技術在水利水電工程可視化仿真中的應用[J].水電能源科學,2012,30(10):139-142.

[3]李宗宗,劉李.BIM在水利水電工程施工中的應用初探[J].四川水力發電,2017,36(2):88-90.

[4]吳學雷.水利水電工程施工總布置設計BIM應用研究[J].云南水力發電2017,33(5):70-73.

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