新工科背景下BIM技术助力的教学改革与实践

于兰 王秀艳 黄丫 卢虹

[摘 要] 新工科背景下，以主动适应新技术、新经济、新产业的发展为目标，将BIM相关知识分阶段分层次地融入建筑电气与智能化专业的相关教学环节，形成专业基础、专业拓展加专业应用的三位一体分层次BIM教学应用模式;构建以专业基础为依托，夯实专业模块架构，拓展专业应用领域，形成专业资源共享平台，为建筑电气与智能化专业学生学习BIM相关技术提供学习资源;以学科竞赛为依托，以BIM技术为手段，构建“以赛促学、以赛促教、以赛促改”的教学模式。以此加强建筑电气与智能化专业建设和人才培养的教学改革与实践。

[关键词] 建筑电气与智能化;BIM技术;教学改革

[基金项目] 2019年度国家级实验教学示范中心开放基金项目“应用BIM技术助力的建筑电气与智能化专业教学改革研究”（BCES2019KF19）;2021年度吉林省教育科学“十四五”规划课题“新工科背景下建筑电气与智能化专业教学改革与实践”（GH21366）;2021年度长春工程学院校级教学改革研究课题“新工科背景下以‘学生能力提升为核心’的建筑电气与智能化专业改革与实践”

[作者简介] 于 兰（1979—），女，吉林松原人，硕士，长春工程学院能源动力工程学院建筑电气工程系主任，讲师，主要从事建筑电气与智能化、智能控制研究。

[中图分类号] G642.0   [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2022）18-0057-04 [收稿日期] 2021-08-13

随着全世界新一轮科技和产业革命的发展，以新技术、新产业、新业态、新模式为特点的“四新经济”蓬勃发展，从而对新工科人才提出了符合时代发展的新要求[1]。建筑电气与智能化专业是在智能建筑快速发展与社会需求急速上升的基础上发展起来的，专业以建筑物为载体，研究建筑物内电能的传输、分配、转换、控制、利用，以及建筑物内信息的接收、传输、处理、利用，是涉及多个学科的专业[2]。社会对建筑电气与智能化专业人才的知识结构与创造能力及综合素养等提出较高要求。在新工科背景下，建筑电气与智能化专业涉及的领域越来越广泛，专业相关规范、知识、技术要求革新速度日新月异，传统的课程内容、教学方法及手段已无法适应新时代新工科人才培养需求。

一、新工科背景下BIM技术应用于建筑电气与智能化专业教学中的意义

随着信息技术的快速发展和行业需求的变化，传统人才培养模式已不能满足社会的发展和需求。建筑信息模型（Building Information Modeling）是以建筑工程項目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的各类信息。近几年，国务院办公厅与住房和城乡建设部相继出台多项关于BIM政策，智慧建造技术、普及和深化BIM应用已经成为时代发展趋势，使社会对建筑电气与智能化专业人才的知识结构与创造能力及综合素养等提出较高要求。传统的教学模式不能适应新时代的发展需求与技术更新快、工程背景强等特点。

建筑电气与智能化专业现有的理论课教学多数为理论知识的讲解，往往注重知识的讲授，对工程能力方面的培养缺乏足够的重视，传统的实际施工项目和教学过程中使用的建筑工程施工图纸依旧是二维形态，学生又没有现场施工经验。传统教学虽然展示一些现场照片或视频，但仍然需要学生具有一定的空间想象能力。这给学生掌握实际工程知识带来了很多的困难。BIM技术可以将二维的图纸转换为三维建筑模型，在课程教学过程中应用BIM技术可以加深学生对专业知识的理解，激发学生的学习兴趣，使学生建立“运用理论联系实际，运用理论服务实践”的思想，有效地避免出现高分低能现象。

二、建立三位一体分层次BIM教学应用模式

将BIM相关知识分阶段分层次地融入建筑电气与智能化的相关专业基础课、专业课、专业实习、专业课程设计和专业毕业设计等教学环节中，形成专业基础、专业拓展加专业应用的三位一体分层次BIM教学应用模式，具体结构示意图如图1所示。

1.将BIM相关知识融入专业基础课。通过在大学一年级开设必修“计算机CAD绘图及BIM基础”课程，让学生先了解BIM技术的基本知识，对BIM技术有初步的认识。在大学二年级学生可以通过选修或在线课程的方式学习“BIM基础建模”，同时结合“建筑概论”课程可以更好地了解建筑相关知识，为后续学习专业课程做好铺垫。在专业认识实习环节，传统的认识实习环节，由于学生在实际工程现场时间非常短，往往只能看到建筑电气与智能化的部分系统或部分施工环节，学生很难理解建筑电气各个系统，也很难理解建筑电气施工的全过程，BIM技术可以将二维图纸转换为三维建筑模型，将利用BIM技术的相关专业设计给学生进行展示，可以使学生对建筑电气与智能化工程有一个全面的理解。在此过程中，可以将基于BIM技术的专业资源平台中以往学生参加BIM相关比赛或参加BIM相关工程的设计成果展示给学生，使学生明确只要他们能够认真学习BIM技术和专业知识，也能完成BIM相关设计，激发学生学习的积极性。

2.将BIM技术应用于专业课的教学。传统教学中教师往往通过PPT展示一些现场照片或视频，但仍然需要学生具有一定的空间想象能力。这给学生掌握实际工程知识带来了很多的困难。以问题导向为原则，研究项目驱动的课程建设，按项目构思、设计、实施和运行的各种活动划分课程知识点。例如：“建筑电气施工技术与预算”课程中的电缆工程量计算，学生看到的图纸都是二维的，由于学生没有实际工程经验，对一些施工工艺不熟悉，而二维图纸很难形象表达电缆敷设方式、电缆预留、电缆头连接方式等实际工程需要特殊注意的环节，但如果利用BIM技术，将电缆的整个敷设过程用三维建筑模型进行表达，就可以帮助学生直观理解。BIM模型是一个信息库，设计图纸的修改是在一个总体信息模型的基础上，通过修改视图模型，就会自动反映到所有图纸上。这样，学生在进行课程设计时，若对某个设计有质疑，或比较不同参数对设计效果的影响，可以通过修改设计图纸来观察虚拟设计效果，同时还能减轻繁杂的工程量。

3.建筑电气与智能化专业非常重视在毕业设计环节加强BIM毕业设计内容，每年毕业设计都有部分学生进行建筑电气与智能化BIM设计，并且参加建筑电气与智能化BIM设计的学生人数正在逐年提高。其中一些优秀的毕业设计成果还参加了“全国高校BIM设计大赛”，从2016年的4人、2017年和2018年均8人、2019年10人、2020年12人和2021年14人参加“全国高校BIM设计大赛”和“建筑电气与智能化专业联合毕业设计”，共计荣获特等奖一项、一等奖两项、二等奖两项、三等奖八项。在后续教学中，毕业设计中BIM设计的数量还要逐渐继续加大，尽快使全部学生都采用BIM技术进行建筑电气与智能化专业的毕业设计。

三、构建BIM专业资源共享平台

建筑电气与智能化专业建设时间较短，校内实践教学资源有限，制约了实践教学质量的提高[3]。构建以专业基础为依托，夯实专业模块架构，拓展专业应用领域，形成专业资源共享平台（见图2）。将融入BIM技术的相关专业基础课、专业课中知识点，利用BIM进行的专业课程设计、专业毕业设计、BIM相关竞赛的具体工程应用等都共享到专业资源平台中。这样学生可以随时通过专业资源共享平台学习BIM技术及相关专业知识，教师可以通过专业资源共享平台在课堂教学中，引导鼓励学生积极参加BIM认证考试和学科竞赛，开展BIM毕业设计，鼓励学生参加由中国图学学会及国家人力资源和社会保障部共同开展的全国BIM技能等级考试，多专业相互协同BIM应用技能大赛、BIM应用技能网络大赛等竞赛，进一步增强学生适应行业变革的能力，提升专业技能。将学生完成的BIM相关课程设计、毕业设计及参加学科竞赛的作品也融入专业资源共享平台，充分激发学生的学习主动性，培养学生工程实践能力及创新意识，提升职业素养，提高学生专业核心竞争力。

四、构建“以赛促学、以赛促教、以赛促改”的教学模式

建筑电气与智能化专业具有交叉学科与实践性的特征。随着新技术的发展，建筑电气与智能化相关新系统、新技术、新规范日新月异，为了更好地提高学生的工程实践能力，以学科竞赛为依托，以BIM技术为手段，在大学四年通过不同的学科竞赛，使学生分阶段学习最新专业知识和锻炼学生工程实践能力，构建“以赛促学、以赛促教、以赛促改”的教学模式，提高学生专业核心竞争力。

在学科基础培养阶段，主要以全国大学生数学建模大赛、中国青少年机器人竞赛、全国大学生电子设計大赛、CAD绘图大赛等学科竞赛，培养学生学习建模、计算机编程、电子线路设计、专业CAD绘图等多方面基本技能，为后续专业课学习奠定基础。

在专业基础培养阶段，主要以全国大学生智能建筑工程实践技能竞赛、全国高等院校建筑软件技能认证大赛、东北三省“晨曦杯”大学生BIM创新大赛、吉林省“求实杯”大学生智慧建设创新创业大赛等专业性学科竞赛，培养学生专业技能，比如：学生在大三阶段，通过参加全国高等院校建筑软件技能竞赛认证大赛中的广联达土建计量GTJ2018竞赛，使学生具备识图的能力，能够看懂基本的建筑图和结构图，建筑物的平面、立面、剖面及构造详图，为学生后期进行建筑供配电系统设计、建筑照明系统设计、建筑防雷接地系统设计、建筑消防系统设计及建筑智能化系统设计等奠定基础。同时让学生在头脑中建立一个“大土木”概念，明确建筑中土建、电气、通风、空调、供热、给排水等众多系统是相互联系、相互支撑、相互协同的，同时可以锻炼学生的团队意识。学生通过参加东北三省“晨曦杯”大学生BIM创新大赛和吉林省“求实杯”大学生智慧建设创新创业大赛，可以熟悉不同公司的计量和计价软件，掌握基础的清单知识，能够掌握按图纸要求从外部清单中选择合适的清单项，进行施工组织流水段的划分、进度控制、清单计价、计价方法及费用组成等知识。通过这些专业学科竞赛，使学生在掌握专业知识的同时，能够熟悉专业软件，将理论知识与实践工程有机结合，从而提高学生专业核心竞争力。

在专业方向培养阶段，参加全国大学生建筑电气与智能化联合毕业设计、全国高校BIM毕业设计创新大赛等专业学科竞赛。由于各类毕业设计大赛中的设计题目均来源于实际工程，部分题目为在建工程，内容包含照明、供配电、防雷与接地、火灾自动报警与消防联动、综合布线、信息发布、能量监控、建筑设备监控、信息自动化、安全防范等多个系统的设计，设计难度很高，工作量非常大。为了在竞赛过程中能够取得好成绩，通过前期设计题目研讨、参赛学生选拔、探讨设计方案和设计技术路线、开展毕业设计开题答辩、全过程指导、毕业设计预答辩等多个环节，确保毕业设计的教学质量。师生共同克服了设计建筑面积大、建筑类型特殊、设计系统多样、设计难度大、BIM协同设计需要多个专业配合等众多困难，最终获得多个奖项。

通过指导学生各类学科竞赛，拓宽了专业教师的视野，使专业教师掌握了更多的前沿知识，明确的人才培养目标，对教师教育教学水平的提高起到了促进作用。同时，通过指导各类学科竞赛，促进了与其他院校的交流学习，也使教师知道了本专业在同类院校中的位置，本专业具有的优势和劣势，经过集体研讨和反思，通过调整部分课程教学内容，加强更适合实际工程的实践环节，采用多种多样的教学手段来促进教学改革。从而建立“以赛促学、以赛促教、以赛促改”的教学模式，促进专业教师教学水平提升和学生实践能力、创新能力的培养。

结语

BIM技术作为建筑业的新兴技术，对于建筑业的信息化发展具有重要的推进作用。近年来，BIM技术已经引起了很多高校的重视，也采取了一系列的教学措施。本校在新工科背景下，主动适应新技术、新经济、新产业的发展目标，以BIM技术为手段，将BIM相关知识分阶段分层次地融入建筑电气与智能化的相关教学环节，形成专业基础、专业拓展加专业应用的三位一体分层次BIM教学应用模式。构建以专业基础为依托，夯实专业模块架构，拓展专业应用领域，形成专业资源共享平台，为建筑电气与智能化专业学生学习BIM相关技术提供学习资源。建立以学科竞赛为依托，以BIM技术为手段，构建“以赛促学、以赛促教、以赛促改”的教学模式，从而提升学生的工程实践能力、创新能力和核心竞争力，为同类院校提供借鉴经验及依据。

参考文献

[1]张玉，鞠全勇，牟福元，等.基于“建筑电气与智能化”专业的新工科研究与实践[J].教育教学论坛，2019（33）：164-165.

[2]高等学校建筑电气与智能化学科专业指导委员小组.高等学校建筑电气与智能化本科指导性专业规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.

[3]李永琳，牟福元.建筑電气与智能化专业创新型应用人才培养模式的构建与实践[J].大学教育，2016（8）：167-168.

Teaching Reform and Practice by BIM Technology under the Background of Emerging Engineering Education： Taking Building Electrical and Intelligent Major as an Example

YU Lan1，2， WANG Xiu-yan2， HUANG Ya2， LU Hong2

（1. Building Control and Energy Saving Optimization Experiment Center， Anhui Jianzhu University， Hefei， Anhui 230601， China; 2. School of Energy and Power， Changchun Institute of Technology， Changchun， Jilin 130012， China）

Abstract： Under the background of emerging engineering education， and with the goal of actively adapting to the development of new technology， new economy and new industry， we integrate BIM-related knowledge into the relevant teaching links of building electrical and intelligent major in stages and layers， forming a three-in-one hierarchical BIM teaching application mode of professional foundation， professional development and professional application. Based on the professional foundation， this paper tamps the professional module architecture， expands the professional application fields， forms a professional resource sharing platform， and provides learning resources for building electrical and intelligent students to learn BIM-related technologies. In addition， based on discipline competition and BIM technology， this paper constructs a teaching mode of “promoting learning， teaching and reform through competition”， so as to strengthen the teaching reform and practice of building electrical and intelligent major construction and talent training.

Key words： building electricity and intelligence; BIM technology; teaching reform