新工科背景下水利类专业BIM课程教学框架与实现路径

［摘 要］ 以BIM为代表的工程数字化技术在水利行业中的应用越来越广泛，这给水利类专业人才培养模式创新、课程体系重构提出了新要求，迫切需要将BIM课程导入课程体系中，提升水利类专业人才的培养质量。目前，很多院校已逐步将BIM课程纳入水利类专业课程体系中，但由于课程建设起步晚，还存在课程体系不够健全、师资力量薄弱、实训条件不足等问题。为此，从新工科建设的要求出发，从课程目标和学时拟定、教学模块设置、教学过程设计、课程考核和目标达成分析四个方面构建水利类专业BIM课程教学框架，分析提出课程教学目标实现的路径，以期为新时代水利类专业BIM课程教学改革提供参考。

［关键词］ BIM课程；教学框架；实现路径；新工科；水利类专业

［基金项目］ 2021年度教育部产学合作协同育人项目“水利工程BIM+GIS设计协同创新与实训基地建设”（202102011050）

［作者简介］ 陈正发（1985—），男（彝族），云南砚山人，博士，云南农业大学水利学院讲师，主要从事水土生态工程、智慧水利研究；吴学雷（1986—），男，云南镇雄人，硕士，中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司高级工程师（通信作者），主要从事水利工程信息化研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2023）21-0033-04 ［收稿日期］ 2023-01-06

引言

建筑信息模型（Building Information Modeling，以下简称BIM）技术是以三维数字技术为基础，将工程各阶段数据进行集成和协同的数字信息应用模型，该技术在工程领域的应用越来越广泛［1］。水利类专业作为“大土木”专业的组成部分，在国家大力推行“新基建”、强化创新型人才培养的背景下，专业建设面临着新的机遇和挑战。特别是随着信息技术的飞速发展，以BIM技术为代表的工程数字化技术已经成为未来水利行业发展的必然趋势［2］。这给水利类专业人才培养模式创新、课程体系重构提出了新要求。目前，国内很多院校已逐步将BIM课程纳入水利类专业必修课程中，但由于课程建设起步晚，还存在课程体系不健全、师资力量薄弱、实训条件不足等问题［3］。因此，有必要从教育部新工科建设的要求出发，针对BIM技术在水利建设领域的发展特点，在教学实践和课程改革中探索建立水利类专业BIM课程教学框架体系，提出课程教学目标实现的路径，为新时代水利类专业BIM课程教学改革提供借鉴［1-3］。

一、BIM技术在水利工程中的应用与发展

（一）BIM技术发展及应用现状

目前，BIM技术在国外得到了广泛应用。美国是较早启动BIM研究和应用的国家，BIM研究与应用都走在了世界前列［4］。早在2003年，美国总务署（GSA）就推出了全国“3D-4D-BIM”计划；2006年，美国陆军工兵部队（USACE）发布了为期15年的BIM发展规划，促进了BIM技术的应用和发展［5］。2011年，新加坡国家发展部建设局（BCA）发布了新加坡BIM发展路线规划，明确提出要推动整个建筑业广泛使用BIM技术［4］。北欧国家中的挪威、丹麦、瑞典和芬兰作为主要BIM软件厂商所在地，也是全球最先采用基于模型理念开展工程设计的国家［6］。近年来，美国、日本等发达国家逐步将BIM技术融入高校工程类专业的教学中，并进行了一系列课程研究和改革［7］。

与发达国家相比，我国BIM技术应用起步相对较晚，应用范围也比较有局限性，BIM设计理念还没有完全贯穿到高等院校工程建设类专业中。2003年，中国建筑行业开始关注BIM技术。起初BIM技术的应用主要集中在大型项目，但随着BIM技术应用越来越广泛，政府及行业协会也逐步重视BIM技术的应用。但是到目前为止，国内仅有少部分院校开设了BIM课程［4］。

水利领域BIM技术应用滞后于土木领域，但近年来也得到了较快发展。国内中国电建所属昆明院、华东院、成都院等设计院早在2005年便开始将BIM技术应用于水电站设计中，并由最早的三维效果展示向数字化协同设计、BIM+GIS协同设计、智能建造等方向发展。BIM技术在水利行业中的应用越来越广泛，推动了水利工程三维协同设计、智能建造、智慧运维等技术的发展［8］。水利部也在2022年的工作要点中指出，要加快推进BIM等技术在水利建设全过程中的应用，不断提高水利工程建设智慧化水平［9］。当前，国内很多高校已逐步将BIM课程作为水利类本科专业的必修课程，但由于课程建设起步晚，还没有形成针对水利类专业特点的规范化课程教学体系。

（二）BIM技术在水利工程中的发展方向

1.基于BIM技术的水利工程协同设计。在传统的水利工程设计中，一般没有统一的信息共享服务平台，加之水利工程分部、分项工程较多，往往由于设计人员信息交流闭塞、协同性不足而出现设计效率低下、设计内容更新不及时等问题。基于BIM技术的协同设计能较好地解决传统设计存在的不足，从而保证设计信息传递的及时性和准确性，同时提高工作效率。当前，受各种因素的影响，BIM技术在水利工程设计中的协同性依然处于起始阶段，BIM技术的优势有待进一步发挥［10］。

2.基于BIM技术的水利工程智能建造。水利项目往往具有工程量大、工程建设周期长、参建单位多等特点，由此容易造成信息交叉、不匹配等问题。智能建造涵盖建设工程的设计、生产和施工三个阶段，借助物联网、大数据、BIM等先进的信息技术，实现全产业链数据集成，为全生命周期管理提供支持［11］。基于BIM技术的智能建造作为未来水利领域的重要发展方向之一，通过整合BIM协同设计标准与智能建造流程，可重构三维数字化“设计—建造”技术流程，提高各参与方的工作质量和效率［12］。

3.BIM+GIS融合的水利工程数字化管理。BIM技术的应用有效提高了工程设计、管理的水平，也暴露出一些新问题。例如，无法解决大场景模型创建和展示问题、BIM模型数据承载量不高、图形效果不佳等［13］。GIS作为一种地理数据管理系统，可对地理空间信息进行描述、采集、处理、存储、管理、分析和应用。GIS与BIM的融合技术为工程设计和项目管理提供了一种全新的方法，弥补了单一技术在项目管理中的不足，形成资源共享和优势互补。

二、水利类专业BIM课程教学框架设计

（一）课程目标和学时拟定

水利类专业的BIM课程目标是：掌握水利工程BIM建模的基础理论和操作技能，能够熟练应用Revit、 Civil 3D等常规三维设计软件开展水利工程建模，并依据水利工程相关设计规范，初步开展协同设计和优化设计。水利工程建设通常会涉及勘察设计、施工、竣工和运营阶段。因此，BIM课程教学应该面向工程建设全生命周期，这就决定了BIM课程内容繁多。从教学实践看，水利类专业的BIM课程包括理论讲授、操作演示和上机实训三部分内容，一般要求课程学时数不应低于32学时，其中上机实训学时数不应少于总学时的60%。

（二）课程教学模块设置

在教学模块设置中，结合行业发展和用人单位对BIM技术的需求，考虑学生的学习阶段特点，从设计、施工和运营三个阶段设置BIM课程模块。一般可设置水利工程建模与效果展示、水利工程协同设计，以及水利工程智慧运维三个模块。水利工程建模与效果展示模块包括项目创建、模型建立、视觉效果展示等内容，通过该模块的学习，学生能够针对水利工程特点，开展水利工程模型建立与三维动态展示；水利工程协同设计模块包括多专业协同设计、团队建设等内容，通过该模块的学习，学生能够在团队合作基础上初步进行多专业协同设计；水利工程智慧运维模块主要包括任务清单、日常管理、险情抢护等内容，通过该模块的学习，学生能够初步应用工程三维数字化模型，开展水利工程智慧化运维管理。

（三）课程教学过程设计

水利类专业课程教学模式主要包括理论教学、操作演示和上机实训三个环节。理论教学环节应注重教学方法，合理地安排BIM课程内容，注重案例教学。在操作演示环节，结合水利工程特点，首先由教师展示BIM建模和协同设计的操作方法，让学生了解基本的操作步骤。另外，教师也可在课堂中对学生的作品进行点评，让学生认识自身的优缺点。在上机实训环节，给学生下达不同类型的课程设计任务，由学生独立上机操作完成。实训过程中，可进行小组讨论，也可以向教师提问，但每位学生必须独立完成设计任务。在课程教学中，还应注重课程思政融入，从工程伦理、工程师职业规范等方面引导学生树立专业工作的使命感和责任意识，培养具有高尚道德情操和一流技术水平的卓越工程师。

（四）课程考核及目标达成分析

在课程考核方式上，注重全过程考核与应用技能考核相结合。考核维度一般包括出勤表现、小组协作、成果汇报、设计作品等四个方面。其中，设计作品的权重一般大于40%，其他考核维度的权重可根据实际情况设定。出勤表现，重点考核学生的学习态度及平时出勤情况；小组协作，重点考核小组团队协作、交流等情况；成果汇报，重点考核汇报思路、问题解决能力、汇报效果等；设计作品，重点考核作品的规范性、严谨性和展示效果。还可引入工程教育认证的理念，开展课程目标达成度分析，在学生总评成绩的基础上，进一步计算课程目标达成度分值。BIM课程总目标达成度基准分值可设置为0.7，如达成度分值大于0.7，表明该课程达成了课程目标，反之则未达成课程目标。课程目标达成度分析中，还应注重分析课程教学过程中存在的不足，并在后续课程中持续改进。

三、水利类专业BIM课程目标实现路径

（一）重视BIM课程在新型水利人才培养中的关键作用

作为一种新的数据化工具，BIM技术将在水利工程规划设计、施工建造、运维管理等中的应用越来越广泛，并对行业发展产生革命性重塑。高校作为水利人才培养的基础单位，应高度重视BIM课程在水利创新型人才培养中的关键作用，主动适应新工科建设和行业变革需求，结合水利类专业特点，及时修订完善人才培养方案，将BIM技术导入课程体系，发挥BIM课程在新型水利人才培养中的关键作用。

（二）加强BIM课程师资队伍建设

目前，大部分院校不同程度地存在BIM课程师资力量薄弱的问题。为此，高校应围绕行业转型升级和人才培养的新要求，不断加强BIM课程师资队伍的建设。各高校可从以下方面加强BIM课程师资队伍建设：一是通过与BIM软件公司、设计院等专业单位开展合作，共同建立实训基地，并聘请BIM公司或设计院的BIM工程师作为授课教师；二是邀请软件公司、设计院的BIM领域专家对本学校的专职教师进行培训，或通过派遣教师参与企业BIM研发科研项目等形式，提高专任教师的BIM技能水平；三是直接从高校或社会招聘BIM技术高层次人才充实到师资队伍中来，提升教师队伍的专业化水平。

（三）强化BIM课程实训条件建设

实训条件是开展BIM课程教学的重要保障。目前很多开设BIM课程的院校还普遍存在实训条件不足、软硬件设施配置滞后等问题，导致课程重理论讲授而轻实践锻炼，影响了课程目标的达成。针对这些问题，要加大软硬件设施投入力度，配齐专用机房和BIM相关软件，为学生开展水利工程BIM实训提供条件。此外，也可加强与BIM专业公司、设计院等单位合作，充分利用校内外资源打造BIM实训基地，从而提高BIM课程教学质量。

（四）鼓励学生强化BIM技术应用

BIM课程作为实践性较强的课程，学生对BIM技能的掌握情况是检验教学成效的重要标准。为提升学生对BIM应用技能的掌握程度，除了课程教学环节的内容外，还要积极鼓励学生利用课余时间不断摸索BIM技能，持续提升学生的BIM技术应用能力。可通过组织学生参与校内BIM设计比赛、BIM毕业设计大赛、全国高校BIM应用技能大赛等途径，激发学生学习和应用BIM技术的热情，提升学生应用BIM技术解决水利工程建模、协同设计、智慧运维等方面问题的能力。

结语

为适应国家新工科建设和水利行业转型发展对水利类专业新型人才培养的需求，在传统水利专业课程中导入BIM课程的改革势在必行。针对BIM技术在水利行业中的应用特点，本文从课程目标和学时拟定、教学模块设置、教学过程设计、课程考核和目标达成分析等方面构建了水利类专业BIM课程教学框架体系，并从加强师资队伍建设、强化实训条件、鼓励BIM技术应用等方面提出课程教学目标的实现路径，以期为新时代水利类专业BIM课程改革提供借鉴。