BIM技術在校企聯(lián)合畢業(yè)設計中的應用和實踐

王婉 李懷健 劉勻

摘要：文章闡述了同濟大學和上海建工集團在校企聯(lián)合畢業(yè)設計中開展BIM技術研究和應用的目的和意義，介紹了聯(lián)合畢業(yè)設計實施的過程和方法，并通過實際工程案例介紹了基于BIM技術的畢業(yè)設計研究內容、方法和成果。實踐表明，聯(lián)合畢業(yè)設計的開展使學生、企業(yè)和學校三方獲益，取得了豐碩的成果和良好的社會效應。

關鍵詞：BIM;校企合作;畢業(yè)設計

中圖分類號：G642.477文獻標志碼：A文章編號：1005-2909（2018）06-0161-06

隨著社會經(jīng)濟發(fā)展和土木工程行業(yè)信息化水平的提高，近年來，建筑信息模型（building information modeling， BIM）技術在設計、施工和運維過程中得到越來越廣泛的應用。行業(yè)發(fā)展的變化對高等學校的人才培養(yǎng)模式和土木工程信息化教學提出了新要求，如何應對信息技術飛速發(fā)展的挑戰(zhàn)，滿足社會需求，提升學生的綜合能力和素質，成為人才培養(yǎng)過程中必須正視的問題。

一、校企聯(lián)合設計中應用BIM技術的目的和意義

（一）開展校企聯(lián)合畢業(yè)設計的目的

校企合作是“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的重要環(huán)節(jié)，對學生工程實踐能力和工程系統(tǒng)思維能力的培養(yǎng)極為重要。近年來，在傳統(tǒng)實習基地模式基礎上，校企合作在形式和內涵上不斷拓展[1]，同濟大學在培養(yǎng)框架構建、聯(lián)合課程體系建設、聯(lián)合畢業(yè)設計、產(chǎn)學研合作等方面與企業(yè)開展全方位合作，為人才培養(yǎng)提供了豐富的實踐平臺。

聯(lián)合畢業(yè)設計是校企合作的一種模式，是培養(yǎng)學生運用所學知識分析和解決實際問題能力的重要手段。校企聯(lián)合畢業(yè)設計的課題，大多來自企業(yè)大型實際工程項目或重大科研課題，既具有一定的理論性，又與實際工程緊密結合，其中一些課題還具有一定的前沿性。校企聯(lián)合畢業(yè)設計的開展，對學生實踐創(chuàng)新能力和綜合素質的提升具有積極推動作用[2-3]。

（二）BIM技術在土木工程中的應用

建筑信息模型是建筑物理和功能特征的數(shù)字化表現(xiàn)，一個完整的建筑信息模型就是一個數(shù)據(jù)庫，可將建設項目在設計、建造、管理、運營等過程中的所有信息整合在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫中，用以支撐建筑從概念設計到拆除階段這一全生命周期內的所有決策，為建筑全生命周期管理提供平臺。

在AutoCAD取代手工作圖之后，BIM作為提升建筑行業(yè)的第三代信息應用技術，得到越來越廣泛的應用。BIM技術使不同專業(yè)在同一平臺上進行共同設計成為可能，設計師以BIM為平臺進行各專業(yè)建筑模型設計，并解決專業(yè)內和專業(yè)之間的設計沖突，如管線綜合、梁柱復雜結點、坡道與樓梯碰撞檢測等[4]。BIM模型可以從設計階段沿用至施工階段，并可進行三維虛擬漫游、施工建造模擬等，還可加入時間維度，進行施工組織設計，方便工程量統(tǒng)計。而基于BIM模型的照度、能耗、消防疏散、人流密度等建筑性能分析，則可為建筑方案的設計優(yōu)化提供依據(jù)，為項目未來的運營提供更好的方案[5]。BIM技術是提高設計施工效率，推進建筑工業(yè)化、節(jié)能化、綠色化的技術保證，代表了建筑業(yè)未來的發(fā)展方向。

（三）在聯(lián)合畢業(yè)設計中開展BIM項目的意義

近年來BIM在國內的推廣應用主要集中在三維設計、施工組織、材料管理、工程造價、運維管理等方面。一般大型設計和施工企業(yè)都成立了專門的BIM研究所，擁有經(jīng)驗豐富的BIM研發(fā)和應用人員，并有不少已建和在建的實際工程案例。相比而言，高校在BIM的理論教學方面相對滯后，且涉及的內容多限于一般的概念性介紹和軟件初步應用，比較淺顯空泛。

2014年以來，同濟大學和上海建工集團在聯(lián)合畢業(yè)設計方面開展合作，企業(yè)每年結合實際工程項目提出課題，學校挑選審核后向學生發(fā)布，其中與BIM相關的項目一直是熱門選題，深受學生歡迎。從幾年來的實施結果看，課題的完成質量和企業(yè)滿意度較高，成效顯著。

二、開展校企聯(lián)合畢業(yè)設計的過程和方法

（一）前期選題和準備工作

畢業(yè)設計是學生畢業(yè)前的一項綜合訓練，以往畢業(yè)設計的課題大多來自學校教師制定的設計項目或科研課題。近年來，按照卓越工程師的培養(yǎng)要求，校企聯(lián)合畢業(yè)設計的比例逐年擴大。聯(lián)合畢業(yè)設計的題目來自企業(yè)的實際工程，學校組織相關教師討論和分析選題的難度、深度是否適合學校對畢業(yè)設計的要求，最終確定題目和內容。

（二）過程質量控制

在聯(lián)合畢業(yè)設計的具體實施過程中，實行“校內導師+企業(yè)導師”的“雙導師”制，企業(yè)指派經(jīng)驗豐富的高級工程師作為畢業(yè)設計指導教師，學校也指派與課題相關的校內骨干教師，共同負責聯(lián)合畢業(yè)設計的指導工作。

雙方導師共同制定畢業(yè)設計任務書，指導學生完成開題報告，原則上學生在校外指導教師的指導下，在企業(yè)完成畢業(yè)設計，而校內導師則負責理論方面的指導。通過定期匯報、中期檢查、專家抽查和公開答辯的方式，對畢業(yè)設計進行全程跟蹤和層層把關，確保畢業(yè)設計的質量。

校企聯(lián)合畢業(yè)設計實施的大致流程如圖1所示。

三、聯(lián)合畢業(yè)設計中BIM技術應用實例

（一）實施情況

上海建工集團是中國建設行業(yè)的龍頭企業(yè)，創(chuàng)造了眾多精品工程。上海建工集團對新技術的研發(fā)和應用非常重視，BIM技術的應用和推廣工作也一直走在行業(yè)前沿。集團建立了BIM發(fā)展聯(lián)盟，專兼職從事BIM工作的技術人員近500人，并在70余項重點工程中廣泛應用BIM技術，涵蓋房產(chǎn)開發(fā)、設計咨詢、施工建造、運營維護等整個產(chǎn)業(yè)鏈，取得了許多驕人的成果。

近年來，同濟大學土木工程學院與上海建工集團開展聯(lián)合畢業(yè)設計的總體實施情況為：2014—2017年雙方開展的聯(lián)合畢業(yè)設計項目分別為22、22、16、24個，其中BIM相關項目分別為7、5、4、5個。聯(lián)合畢業(yè)設計的開展，使學生了解BIM技術在大型實際工程中的最新應用和發(fā)展方向，同時在校內外導師的指導下開展BIM相關的研究和實踐，既幫企業(yè)完成了一些有效工作，又拓寬了學生的知識面，鍛煉了實踐能力。

（二）畢業(yè)設計中開展BIM項目的實例

自2014年來，筆者一直參與同濟大學和上海建工集團的聯(lián)合畢業(yè)設計工作，并作為學校導師每年分別指導1～2名學生進行BIM方向的聯(lián)合畢業(yè)設計。

實例一：“虹橋04地塊綜合體BIM技術的應用和開發(fā)”課題，由上海建工五建集團提供，主要內容包括：建立BIM模型，利用BIM技術對工程復雜節(jié)點進行三維可視化技術交底，并進行梁柱、管線綜合排布;利用BIM技術實現(xiàn)工程精細化管理，為工程搭建無紙化協(xié)同管理平臺;利用BIM技術進行虛擬施工模擬，并進行后期運維管理等。

建立BIM模型，一種是直接由設計方以三維信息模型的形式進行設計，另一種是在傳統(tǒng)設計完成后，由專業(yè)BIM團隊建立BIM模型。由于傳統(tǒng)交付模式合同條款的限制，虹橋04地塊已完成了傳統(tǒng)的招標設計圖紙的二維設計工作，需要按照第二種方式依據(jù)已有的CAD圖紙，運用Revit軟件進行各專業(yè)建模再集成，為后期BIM技術的應用打下基礎。

1.模型建立

由于業(yè)主提供的是前期投標設計圖，結構圖主要由PKPM軟件生成，在BIM建模過程中可以及時發(fā)現(xiàn)設計中存在的問題。在虹橋04地塊綜合體建模過程中發(fā)現(xiàn)梁柱節(jié)點不統(tǒng)一、柱端受力不均勻、風管標高與結構梁沖突、消防管道穿墻布置等問題，比二維圖紙審查時查出率高很多，體現(xiàn)出三維模型在設計方法上的優(yōu)越性。BIM建立的模型如圖2和圖3所示。

2.碰撞檢測

在建筑、結構、機電等各專業(yè)均完成設計，形成綜合模型之后，可對其進行碰撞檢測等操作。由于該綜合體集商場、會所、住宅為一體，使用功能復雜，造成地下室機電管線數(shù)量和種類繁多，排布復雜，專業(yè)間的沖突檢查尤為重要。運用Navisworks軟件對模型進行碰撞檢測，發(fā)現(xiàn)圖紙設計中的失誤，形成碰撞檢測報告。

3.深化設計

該項目機電系統(tǒng)龐雜，各種管道與設備、結構構件之間縱橫交錯，各專業(yè)負責人僅依靠二維圖紙進行深化，幾次圖紙會審下來依舊問題重重。利用BIM精細建模并結合碰撞檢測報告，可直觀、準確地對構件的尺寸、位置進行調整，完成管線綜合優(yōu)化，與傳統(tǒng)的二維圖紙深化設計相比，無論從勞動力成本上還是從形成速度上都有極大提高。

4.圖紙可視化交底

有時一張或多張平面圖紙并不能直觀反映某些復雜節(jié)點的形狀，現(xiàn)場施工人員往往難以想象其真實結構。利用BIM可視化模型，通過彩色打印圖或直接利用電腦進行現(xiàn)場三維交底，避免因理解不當而造成的返工現(xiàn)象，提高了施工效率。管道可視化模型圖如圖4所示。

5.施工漫游

將BIM模型導入Navisworks中，利用Navisworks的漫游功能為項目提供可交互的施工漫游模擬，利用模擬人物在建筑模型中漫游，直觀地反映室內空間和人物的對比關系。通過BIM的輔助工具測量關鍵構件之間的距離（如樓板與吊頂之間的高度），來檢查判斷設計的合理性和是否存在設計沖突或其他問題，從而進一步優(yōu)化設計。圖5為基于BIM技術的施工漫游。

實例二：“基于RFID技術和BIM技術的PC智慧建造方案研究與應用”課題，由上海建工五建集團提供，課題結合五建集團“基于供應鏈管理的預制裝配式建筑智慧建造管理系統(tǒng)”項目，探討了RFID技術和BIM技術結合在裝配式建筑中的應用方案。

裝配式建筑是建筑工業(yè)化的重要方式，具有提高質量、縮短工期、減少消耗、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點。裝配式建筑中，相當比例的構件來源于工廠的預制生產(chǎn)，因此預制構件在生產(chǎn)、建造過程中的管理尤為重要，這種管理涵蓋了預制構件從生產(chǎn)、運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場管理、構件吊裝等過程，對于某些可以回收重新利用的構件，還包括其拆除、再利用階段[6]。

然而構件管理及現(xiàn)場施工方式的落后，一定程度上制約了裝配式建筑的發(fā)展，應用BIM信息管理技術可解決上述問題。信息采集如果采用傳統(tǒng)手工填寫、照相、掃描等方式，不僅費時，也難以做到信息的實時更新，整體效率會受到一定影響。為使BIM技術得到更好的運用，需找到一種標簽技術，將預制構件與BIM數(shù)據(jù)庫“聯(lián)系”起來，無線射頻識別技術（Radio Frequency Identification， RFID）很好地解決了這一問題。RFID技術利用無線射頻信號的電磁感應或電磁傳播的空間耦合實現(xiàn)對被標識物體的自動識別，是繼條碼、磁條、IC卡、聲音和視覺識別技術后的又一種自動識別技術[7]。應用時，射頻標簽被放入物體內部，利用讀寫器對射頻標簽進行信息讀取，RFID技術識別的信息傳給中間件和應用系統(tǒng)軟件，從而實現(xiàn)信息解碼、識別和管理[8]。將采集的信息保存在BIM模型中，可以及時快速地查找構件信息。這種新技術的應用，基本實現(xiàn)了構件生產(chǎn)、運輸、安裝、運維狀態(tài)的實時信息查詢和數(shù)據(jù)交互，給裝配式建筑全生命周期管理帶來了革命性的技術支持。圖6為基于RFID和BIM技術的預制構件智能化管理流程圖。

四、結語

從建筑業(yè)和整個社會發(fā)展的趨勢來看，三維建筑信息模型取代傳統(tǒng)的二維圖紙是一種必然，而企業(yè)在BIM技術的研究和應用方面一直走在行業(yè)的前列。在校企聯(lián)合畢業(yè)設計中開展BIM技術的研究和應用，既為學生提供了良好的實踐平臺，使學生深入了解BIM技術在土木工程設計、施工過程中的最新應用，拓展了專業(yè)知識，鍛煉了創(chuàng)新實踐能力，也為企業(yè)考察和吸收優(yōu)秀人才提供了機會，同時對提高高校教師尤其是青年教師的工程素質也起到了促進作用。聯(lián)合畢業(yè)設計的開展，得到學生、企業(yè)和學校三方的高度認可，取得了很好的反響和社會效應，已形成了相對穩(wěn)固的合作模式，為校企之間的全方位深度合作起到良好的示范作用。

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