談土木工程專業升級改造路徑

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摘要：裝配式建筑和建筑信息模型(BIM)技術是當前建筑業發展的新趨勢，也是建筑業轉型升級的重要標志。在此背景下，以地方應用型高校為例，結合新工科理念，將裝配式建筑和BIM技術有機融入土木工程專業人才培養方案，重構課程體系，改革課程的教學內容和方法，整合與優化實踐教學體系，構建新興工科和原有工科相結合的學科專業新結構。實踐證明，此項改革提高了學生的專業素質和綜合能力，較好地實現了專業培養目標。

關鍵詞：新工科；裝配式建筑技術；BIM技術；人才培養

1新工科背景下土木工程專業人才需求分析

新工科建設是我國工程教育改革的重要舉措。當前，發展新技術、新經濟已經成為世界各國的重要發展戰略。裝配式建筑、建筑信息模型(BIM)及大數據等新技術使土木工程設計、施工、管理水平都得到極大提升，新技術、新經濟的發展對土木工程人才培養提出了新的要求。2017年2月21日，國務院辦公廳印發《關于促進建筑業持續健康發展的意見》，要求“加快推進建筑信息模型(BIM)技術在規劃、勘察、設計、施工和運營維護全過程的集成應用”[1]。2017年3月23日，住建部印發《“十三五”裝配式建筑行動方案》《裝配式建筑示范城市管理辦法》《裝配式建筑產業基地管理辦法》指出，到2020年，全國裝配式建筑占新建建筑的比例達到15％以上，其中重點推進地區達到20%以上。這標志著裝配式建筑發展已上升到國家戰略層面。由此可見，工業化、信息化是當前建筑業發展的新趨勢和必由之路，裝配式建筑和BIM技術在我國建筑行業中的地位越來越重要。而目前大部分土建類高校，尤其是地方高校，還未開設有關裝配式建筑和BIM技術的課程，專業培養方案和培養計劃均滯后于國家政策和標準，無法滿足新經濟條件下社會發展的需求。因此，在新工科建設背景下，研究地方高校土木工程專業裝配式建筑和BIM技術課程體系的構建，改革教學內容與方法，培養適應行業發展的新人才，是推動BIM技術和裝配式建筑發展的重要任務之一，也是土木工程專業升級改造的必由之路。

2基于裝配式建筑和BIM技術的土木工程專業建設與改造路徑

2.1精心調研合理制訂人才培養方案

2.1.1裝配式建筑和BIM技術人才需求調研建筑業轉型升級給土木工程專業人才培養帶來巨大挑戰，目前我校的人才培養方案主要側重于培養常規的土木工程設計、施工和管理人才。修訂專業培養方案前，筆者對國內裝配式建筑研發、設計、生產、施工企業進行了調研。采用調查問卷和訪談形式，對裝配式建筑和BIM技術的應用情況、裝配式建筑和BIM技術人才類型、企業的裝配式建筑和BIM技術崗位人才能力的需求等方面進行了調研。2.1.2制訂裝配式建筑和BIM技術的教學目標我校土木工程專業人才培養的定位為：具有土木工程領域工程勘察、結構設計、科學研究、建造技術、工程檢測和施工管理等方面的專業知識和基本技能，具備國家注冊建造工程師、結構工程師、監理工程師等執業資格必需的知識和素質，以及較強的實踐和創新能力，具有團隊精神和一定國際視野的高級工程技術及管理人才。學生應具備的專業核心能力包括：工程制圖能力、結構分析能力及施工與管理能力。根據前期調研的結果，在原有知識、能力的基礎上，增加了熟悉BIM技術在建設全壽命周期的應用，掌握BIM結構分析方法，具備BIM建模及將設計模型深化為施工模型的能力，懂施工技術仿真和三維技術交底，熟悉裝配式結構設計，具備預制構件的拆分及深化設計的能力。2.1.3修訂人才培養方案在保留土木工程專業核心知識的前提下，對原有土木工程專業培養方案進行補充調整。把裝配式建筑和BIM技術知識、能力要求轉化到培養方案和教學內容中，把通過行業分析得出的崗位需求轉化為課程設置綱要，把通過崗位需求調研得出的通用能力、核心能力、綜合能力按課程結構原理劃分為不同的課程模塊，再把這些課程模塊所需的知識、能力、素質按一定順序組合，確定出能力培養所需的理論教學和實踐教學的具體內容。

2.2裝配式建筑和BIM技術課程體系的構建

教學團隊分析裝配式建筑和BIM技術要求的能力體系與土木工程專業課程體系的關系，分解核心能力，劃定培養裝配式建筑和BIM核心能力的支撐課程。在滿足《高等學校土木工程本科指導性專業規范》的基礎上，通過課程的增設、融入和整合等方式，構建基于裝配式建筑和BIM技術的“三階段”課程體系，如圖1所示。該課程體系具有多學科交叉融合的特點，能夠有效推動新技術與土木工程專業知識、能力、素質培養要求的深度融合，實現對專業的升級改造。第一階段(初級課程模塊)：增設裝配式建筑概論、BIM技術基礎兩門課程，讓學生學習裝配式建筑和BIM技術的基礎知識，了解裝配式建筑和BIM技術的發展歷史和趨勢，初步掌握BIM建模軟件的操作方法，培養學生的通用能力，為后續階段打下基礎。第二階段(融入式課程模塊)：將裝配式建筑和BIM技術的相關知識融入土木工程制圖、房屋建筑學、混凝土結構設計、土木工程施工、工程項目管理等專業課程中。通過多課程聯合教學，提升學生的裝配式建筑和BIM技術綜合應用能力，使學生具備三維建模以及裝配式構件深化設計、生產和裝配的專業核心能力，對BIM技術在各專業應用方面產生較為全面的了解。第三階段(整合式實踐模塊)：培養學生的綜合能力，設置裝配式建筑和BIM技術教學實踐環節，讓學生通過裝配式建筑課程設計和生產實習、畢業設計、BIM創新競賽等實踐環節進行綜合訓練并提升專業核心能力。圖1基于裝配式建筑和BIM技術的“三階段”能力體系與課程體系關系圖

2.3基于裝配式建筑和BIM技術的課程教學改革

針對學生的專業核心能力培養更新教學內容，融入裝配式建筑和BIM技術的相關內容，實現對原有課程的升級改造。如在房屋建筑學課程中增加裝配式建筑設計及構造的內容，在混凝土結構設計課程中增加裝配式建筑構件和節點連接的內容，在土木工程施工課程中增加裝配式建筑構件施工工藝的內容等，如圖2所示。教師可借助BIM技術平臺，豐富教學內容，推進課程教學方法的改革，開展創新思維訓練，提升課程的教學質量。在土木工程制圖、房屋建筑學課程中利用BIM技術進行三維建模和漫游動畫演示，讓二維圖紙變成三維的數據模型，加深學生對空間關系和建筑構造的理解；在混凝土結構設計課程中用BIM三維建模展示鋼筋的布置，將抽象知識點直觀化，輔助學生加深對建筑結構及構造的理解；在土木工程施工、工程項目管理課程中，利用BIM技術模擬施工過程和碰撞檢查，并利用模型進行質量、進度、成本綜合管理及場地布置等[2]，如圖2所示。通過以上方式，將BIM技術貫穿整個專業課程教學過程，讓學生在學習專業知識的同時，了解和掌握BIM技術。

2.4實踐教學體系的優化與整合

教學團隊將裝配式建筑和BIM技術融入土木工程專業實踐環節，開展多學科交叉的全過程創新實踐活動。如在課程設計、生產實習、畢業設計中，增加了裝配式建筑和BIM技術的實踐教學環節[3]，組織學生參加各層次的裝配式建筑及BIM技術創新競賽活動，通過全過程不間斷的創新實踐，提高學生的裝配式建筑和BIM技術應用水平。具體措施如下。一是重新設計相關創新性實驗課程。將鋼筋混凝土受彎構件實驗合并到建筑結構實驗課程中，與建筑結構類實驗方法交叉融合。同時，引進先進的教學技術手段，增加了鋼筋混凝土梁、短柱的虛擬仿真實驗，實現虛實結合的教學模式。二是基于BIM技術進行混凝土結構課程設計的改革與實踐。對于樓蓋結構課程設計，在手算完成結構設計的基礎上，要求學生運用PKPM軟件進行三維結構模型建立、結構分析計算、施工圖繪制等操作。利用BIM三維模型的可視化、模擬化等特點，加深學生對空間關系和建筑構造的理解，提升理論教學效果。三是畢業設計增設裝配式建筑結構設計和BIM技術方向的選題[4]。鼓勵基礎好的學生，利用畢業設計對裝配式建筑結構及BIM技術進行深入學習，培養學生綜合應用BIM技術的能力，使學生掌握BIM技術在工程項目設計、施工模擬和招投標中的應用，為今后的擇業就業打下良好的基礎。四是鼓勵學生參加與裝配式建筑和BIM技術相關的學科專業競賽，提高學生的協同工作能力和實踐能力[5]。如鼓勵學生積極參加“高教杯”全國大學生先進成圖技術與產品信息建模創新大賽、全國大學生結構設計信息技術大賽、全國高校BIM畢業設計創新大賽、CAD制圖大賽，學生通過學科競賽，既提升了綜合應用BIM技術及裝配式建筑結構設計計算的能力，又提高了創造性思維能力，通過分工協作，還鍛煉了溝通能力與協作能力。五是邀請行業、企業的專家到學校開展裝配式建筑和BIM技術方面的學術報告和專題講座活動。通過學術報告和專題講座擴展學生的知識面，使學生了解建筑業中的新技術及其應用。六是加大建設BIM技術中心的投入。圍繞裝配式建筑和BIM技術的實施要求，完善相關BIM軟、硬件教學條件，學院增加了計算機設備和BIM相關軟件方面的投入，與企業共建BIM實驗室和BIM中心，中心擁有PKPM，AUTOCAD，廣聯達算量軟件和橋梁博士等專業軟件，極大地擴充了教學資源，為學生提供了良好的BIM軟件學習環境。

3建設成效

裝配式建筑和BIM技術的應用是建筑業發展的必然趨勢，作為應用型本科學校，山東理工大學土木工程專業主動適應社會和行業的需求，積極探索“工程+計算機+土木+信息”多學科交叉融合的課程體系和教學內容，創新教學方法和手段，重視開展全過程的創新實踐活動，在近幾年的人才培養中，取得了較好的成效。2020年，我校土木工程專業獲批校一流專業，混凝土結構設計原理課程獲批國家級線上線下混合式教學一流課程；學生在各類BIM技術應用、裝配式結構設計的創新賽事中獲得了較好的成績，如表1所示。畢業生工程實踐能力強，普遍受到用人單位歡迎，一次就業率一直維持在98%以上；多名畢業生被國企和地方設計、施工企業的BIM中心錄用，從事BIM設計施工管理工作，學生就業能力提高，就業選擇增加，滿足了行業需求。

4結語

山東理工大學基于裝配式建筑和BIM技術的土木工程專業升級改造的實踐證明，該模式將裝配式建筑和BIM技術融入高校土木工程專業教學體系，通過優化人才培養方案、重構課程體系及課程綜合改革，推動了土木工程專業的改造升級，使人才培養更具針對性，較好地實現了人才培養目標，適應新型建筑工業化發展的需要。

參考文獻

[1]住房和城鄉建設部.《國務院辦公廳關于促進建筑業持續健康發展的意見》的通知[EB/OL].

[2]劉斌.適應建筑產業轉型升級的建筑工程技術專業教學改革研究[J].廣東交通職業技術學院學報,2017(3):83-86.

[3]張樹江,韓杰.畢德純.融入BIM技術的建筑類專業課程體系構建[J].大學教育,2017,11(5):47-50.

[4]邢棟,柳長江,李瑞民,等.BIM時代下的土木工程專業本科教學改革的思考[J].高等建筑教育,2017,12(6):57-60.

[5]白庶,寇倩茜.土建類本科院校BIM人才培養實踐與思考[J].土木建筑工程信息技術,2015,8(4):99-101.

作者：劉建平 賈致榮 王春光 王軍柏 單位：云山東理工大學建筑工程學院