谈土木工程专业升级改造路径

摘要：装配式建筑和建筑信息模型(BIM)技术是当前建筑业发展的新趋势，也是建筑业转型升级的重要标志。在此背景下，以地方应用型高校为例，结合新工科理念，将装配式建筑和BIM技术有机融入土木工程专业人才培养方案，重构课程体系，改革课程的教学内容和方法，整合与优化实践教学体系，构建新兴工科和原有工科相结合的学科专业新结构。实践证明，此项改革提高了学生的专业素质和综合能力，较好地实现了专业培养目标。

关键词：新工科；装配式建筑技术；BIM技术；人才培养

1新工科背景下土木工程专业人才需求分析

新工科建设是我国工程教育改革的重要举措。当前，发展新技术、新经济已经成为世界各国的重要发展战略。装配式建筑、建筑信息模型(BIM)及大数据等新技术使土木工程设计、施工、管理水平都得到极大提升，新技术、新经济的发展对土木工程人才培养提出了新的要求。2017年2月21日，国务院办公厅印发《关于促进建筑业持续健康发展的意见》，要求“加快推进建筑信息模型(BIM)技术在规划、勘察、设计、施工和运营维护全过程的集成应用”[1]。2017年3月23日，住建部印发《“十三五”装配式建筑行动方案》《装配式建筑示范城市管理办法》《装配式建筑产业基地管理办法》指出，到2020年，全国装配式建筑占新建建筑的比例达到15％以上，其中重点推进地区达到20%以上。这标志着装配式建筑发展已上升到国家战略层面。由此可见，工业化、信息化是当前建筑业发展的新趋势和必由之路，装配式建筑和BIM技术在我国建筑行业中的地位越来越重要。而目前大部分土建类高校，尤其是地方高校，还未开设有关装配式建筑和BIM技术的课程，专业培养方案和培养计划均滞后于国家政策和标准，无法满足新经济条件下社会发展的需求。因此，在新工科建设背景下，研究地方高校土木工程专业装配式建筑和BIM技术课程体系的构建，改革教学内容与方法，培养适应行业发展的新人才，是推动BIM技术和装配式建筑发展的重要任务之一，也是土木工程专业升级改造的必由之路。

2基于装配式建筑和BIM技术的土木工程专业建设与改造路径

2.1精心调研合理制订人才培养方案

2.1.1装配式建筑和BIM技术人才需求调研建筑业转型升级给土木工程专业人才培养带来巨大挑战，目前我校的人才培养方案主要侧重于培养常规的土木工程设计、施工和管理人才。修订专业培养方案前，笔者对国内装配式建筑研发、设计、生产、施工企业进行了调研。采用调查问卷和访谈形式，对装配式建筑和BIM技术的应用情况、装配式建筑和BIM技术人才类型、企业的装配式建筑和BIM技术岗位人才能力的需求等方面进行了调研。2.1.2制订装配式建筑和BIM技术的教学目标我校土木工程专业人才培养的定位为：具有土木工程领域工程勘察、结构设计、科学研究、建造技术、工程检测和施工管理等方面的专业知识和基本技能，具备国家注册建造工程师、结构工程师、监理工程师等执业资格必需的知识和素质，以及较强的实践和创新能力，具有团队精神和一定国际视野的高级工程技术及管理人才。学生应具备的专业核心能力包括：工程制图能力、结构分析能力及施工与管理能力。根据前期调研的结果，在原有知识、能力的基础上，增加了熟悉BIM技术在建设全寿命周期的应用，掌握BIM结构分析方法，具备BIM建模及将设计模型深化为施工模型的能力，懂施工技术仿真和三维技术交底，熟悉装配式结构设计，具备预制构件的拆分及深化设计的能力。2.1.3修订人才培养方案在保留土木工程专业核心知识的前提下，对原有土木工程专业培养方案进行补充调整。把装配式建筑和BIM技术知识、能力要求转化到培养方案和教学内容中，把通过行业分析得出的岗位需求转化为课程设置纲要，把通过岗位需求调研得出的通用能力、核心能力、综合能力按课程结构原理划分为不同的课程模块，再把这些课程模块所需的知识、能力、素质按一定顺序组合，确定出能力培养所需的理论教学和实践教学的具体内容。

2.2装配式建筑和BIM技术课程体系的构建

教学团队分析装配式建筑和BIM技术要求的能力体系与土木工程专业课程体系的关系，分解核心能力，划定培养装配式建筑和BIM核心能力的支撑课程。在满足《高等学校土木工程本科指导性专业规范》的基础上，通过课程的增设、融入和整合等方式，构建基于装配式建筑和BIM技术的“三阶段”课程体系，如图1所示。该课程体系具有多学科交叉融合的特点，能够有效推动新技术与土木工程专业知识、能力、素质培养要求的深度融合，实现对专业的升级改造。第一阶段(初级课程模块)：增设装配式建筑概论、BIM技术基础两门课程，让学生学习装配式建筑和BIM技术的基础知识，了解装配式建筑和BIM技术的发展历史和趋势，初步掌握BIM建模软件的操作方法，培养学生的通用能力，为后续阶段打下基础。第二阶段(融入式课程模块)：将装配式建筑和BIM技术的相关知识融入土木工程制图、房屋建筑学、混凝土结构设计、土木工程施工、工程项目管理等专业课程中。通过多课程联合教学，提升学生的装配式建筑和BIM技术综合应用能力，使学生具备三维建模以及装配式构件深化设计、生产和装配的专业核心能力，对BIM技术在各专业应用方面产生较为全面的了解。第三阶段(整合式实践模块)：培养学生的综合能力，设置装配式建筑和BIM技术教学实践环节，让学生通过装配式建筑课程设计和生产实习、毕业设计、BIM创新竞赛等实践环节进行综合训练并提升专业核心能力。图1基于装配式建筑和BIM技术的“三阶段”能力体系与课程体系关系图

2.3基于装配式建筑和BIM技术的课程教学改革

针对学生的专业核心能力培养更新教学内容，融入装配式建筑和BIM技术的相关内容，实现对原有课程的升级改造。如在房屋建筑学课程中增加装配式建筑设计及构造的内容，在混凝土结构设计课程中增加装配式建筑构件和节点连接的内容，在土木工程施工课程中增加装配式建筑构件施工工艺的内容等，如图2所示。教师可借助BIM技术平台，丰富教学内容，推进课程教学方法的改革，开展创新思维训练，提升课程的教学质量。在土木工程制图、房屋建筑学课程中利用BIM技术进行三维建模和漫游动画演示，让二维图纸变成三维的数据模型，加深学生对空间关系和建筑构造的理解；在混凝土结构设计课程中用BIM三维建模展示钢筋的布置，将抽象知识点直观化，辅助学生加深对建筑结构及构造的理解；在土木工程施工、工程项目管理课程中，利用BIM技术模拟施工过程和碰撞检查，并利用模型进行质量、进度、成本综合管理及场地布置等[2]，如图2所示。通过以上方式，将BIM技术贯穿整个专业课程教学过程，让学生在学习专业知识的同时，了解和掌握BIM技术。

2.4实践教学体系的优化与整合

教学团队将装配式建筑和BIM技术融入土木工程专业实践环节，开展多学科交叉的全过程创新实践活动。如在课程设计、生产实习、毕业设计中，增加了装配式建筑和BIM技术的实践教学环节[3]，组织学生参加各层次的装配式建筑及BIM技术创新竞赛活动，通过全过程不间断的创新实践，提高学生的装配式建筑和BIM技术应用水平。具体措施如下。一是重新设计相关创新性实验课程。将钢筋混凝土受弯构件实验合并到建筑结构实验课程中，与建筑结构类实验方法交叉融合。同时，引进先进的教学技术手段，增加了钢筋混凝土梁、短柱的虚拟仿真实验，实现虚实结合的教学模式。二是基于BIM技术进行混凝土结构课程设计的改革与实践。对于楼盖结构课程设计，在手算完成结构设计的基础上，要求学生运用PKPM软件进行三维结构模型建立、结构分析计算、施工图绘制等操作。利用BIM三维模型的可视化、模拟化等特点，加深学生对空间关系和建筑构造的理解，提升理论教学效果。三是毕业设计增设装配式建筑结构设计和BIM技术方向的选题[4]。鼓励基础好的学生，利用毕业设计对装配式建筑结构及BIM技术进行深入学习，培养学生综合应用BIM技术的能力，使学生掌握BIM技术在工程项目设计、施工模拟和招投标中的应用，为今后的择业就业打下良好的基础。四是鼓励学生参加与装配式建筑和BIM技术相关的学科专业竞赛，提高学生的协同工作能力和实践能力[5]。如鼓励学生积极参加“高教杯”全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛、全国大学生结构设计信息技术大赛、全国高校BIM毕业设计创新大赛、CAD制图大赛，学生通过学科竞赛，既提升了综合应用BIM技术及装配式建筑结构设计计算的能力，又提高了创造性思维能力，通过分工协作，还锻炼了沟通能力与协作能力。五是邀请行业、企业的专家到学校开展装配式建筑和BIM技术方面的学术报告和专题讲座活动。通过学术报告和专题讲座扩展学生的知识面，使学生了解建筑业中的新技术及其应用。六是加大建设BIM技术中心的投入。围绕装配式建筑和BIM技术的实施要求，完善相关BIM软、硬件教学条件，学院增加了计算机设备和BIM相关软件方面的投入，与企业共建BIM实验室和BIM中心，中心拥有PKPM，AUTOCAD，广联达算量软件和桥梁博士等专业软件，极大地扩充了教学资源，为学生提供了良好的BIM软件学习环境。

3建设成效

装配式建筑和BIM技术的应用是建筑业发展的必然趋势，作为应用型本科学校，山东理工大学土木工程专业主动适应社会和行业的需求，积极探索“工程+计算机+土木+信息”多学科交叉融合的课程体系和教学内容，创新教学方法和手段，重视开展全过程的创新实践活动，在近几年的人才培养中，取得了较好的成效。2020年，我校土木工程专业获批校一流专业，混凝土结构设计原理课程获批部级线上线下混合式教学一流课程；学生在各类BIM技术应用、装配式结构设计的创新赛事中获得了较好的成绩，如表1所示。毕业生工程实践能力强，普遍受到用人单位欢迎，一次就业率一直维持在98%以上；多名毕业生被国企和地方设计、施工企业的BIM中心录用，从事BIM设计施工管理工作，学生就业能力提高，就业选择增加，满足了行业需求。

4结语

山东理工大学基于装配式建筑和BIM技术的土木工程专业升级改造的实践证明，该模式将装配式建筑和BIM技术融入高校土木工程专业教学体系，通过优化人才培养方案、重构课程体系及课程综合改革，推动了土木工程专业的改造升级，使人才培养更具针对性，较好地实现了人才培养目标，适应新型建筑工业化发展的需要。

参考文献

[1]住房和城乡建设部.《国务院办公厅关于促进建筑业持续健康发展的意见》的通知[EB/OL].

[2]刘斌.适应建筑产业转型升级的建筑工程技术专业教学改革研究[J].广东交通职业技术学院学报,2017(3):83-86.

[3]张树江,韩杰.毕德纯.融入BIM技术的建筑类专业课程体系构建[J].大学教育,2017,11(5):47-50.

[4]邢栋,柳长江,李瑞民,等.BIM时代下的土木工程专业本科教学改革的思考[J].高等建筑教育,2017,12(6):57-60.

[5]白庶,寇倩茜.土建类本科院校BIM人才培养实践与思考[J].土木建筑工程信息技术,2015,8(4):99-101.

作者：刘建平 贾致荣 王春光 王军柏 单位：云山东理工大学建筑工程学院