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      建筑信息化背景下工程管理類課程教學(xué)研究

      2023-12-27 07:12:27魏巍
      大學(xué)·教學(xué)與教育 2023年11期
      關(guān)鍵詞:建筑業(yè)

      作者簡介:魏?。?987—),男,碩士,呼倫貝爾學(xué)院工程師,講師,研究方向?yàn)榻ㄖO(shè)計、工程管理、建筑信息化。

      摘? 要:隨著我國建筑業(yè)的不斷發(fā)展,工程管理類教學(xué)的重要性日益凸顯。長期以來,工程管理類教學(xué)實(shí)行封閉式教學(xué),在教學(xué)方面存在著許多問題,影響了教學(xué)質(zhì)量。目前,國內(nèi)建筑業(yè)正在進(jìn)行信息化轉(zhuǎn)型,建筑信息化已經(jīng)成為今后建筑業(yè)的發(fā)展方向。工程管理類教學(xué)應(yīng)當(dāng)適應(yīng)建筑信息化的發(fā)展需求,在教學(xué)上進(jìn)行改革創(chuàng)新。文章將圍繞這一方面展開研究及論述,旨在為建筑施工企業(yè)培養(yǎng)具有豐富的理論知識和過硬實(shí)踐能力的工程師和技術(shù)人才,以滿足企業(yè)對高素質(zhì)工程人才的需求。

      關(guān)鍵詞:建筑信息化;工程管理類課程;建筑業(yè)

      中圖分類號:G642? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A? ? 文章編號:1673-7164(2023)32-0138-04

      建筑業(yè)是一個復(fù)雜的行業(yè),建筑業(yè)從業(yè)人員需要掌握工程設(shè)計、工程施工、質(zhì)量控制、安全管理、項(xiàng)目管理等方面的專業(yè)知識和技能。但受多重因素影響,目前國內(nèi)建筑施工人員多以農(nóng)民工為主,因而導(dǎo)致建筑業(yè)出現(xiàn)較大的人才缺口,建筑施工企業(yè)急需大批高素質(zhì)人才。高校開設(shè)工程管理類課程,可以培養(yǎng)高素質(zhì)的工程師和技術(shù)人才,從而促進(jìn)建筑施工企業(yè)向前發(fā)展。學(xué)生通過學(xué)習(xí)工程管理類課程,可以掌握建筑行業(yè)的各種專業(yè)理論知識,并且培養(yǎng)各方面的專業(yè)技能,為將來的職業(yè)發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。目前,國內(nèi)建筑業(yè)正在進(jìn)行信息化轉(zhuǎn)型,建筑信息化已經(jīng)成為今后建筑業(yè)的發(fā)展方向。工程管理類教學(xué)應(yīng)當(dāng)適應(yīng)建筑信息化的發(fā)展需求,在教學(xué)上進(jìn)行改革、創(chuàng)新。

      一、現(xiàn)階段工程管理類教學(xué)存在的問題

      (一)教材落后

      工程管理涉及的領(lǐng)域非常廣泛,包括建筑、機(jī)械、電氣、信息等多個領(lǐng)域。隨著科技的發(fā)展和工程管理理論的不斷更新,教材也需要及時更新。如果工程管理教學(xué)采用的教材比較落后,就會導(dǎo)致學(xué)生學(xué)到的知識喪失價值,無法適應(yīng)工程管理發(fā)展的要求,有必要及時更新教材。但是,現(xiàn)階段許多工程管理類教材仍然停留在傳統(tǒng)的工程管理理念上,缺乏對新興技術(shù)和理念的介紹與應(yīng)用[1]。目前,工程管理類教學(xué)采用的教材,主要以土木工程為主,缺乏BIM系統(tǒng)、信息化設(shè)計方面的內(nèi)容,已經(jīng)明顯落后,難以滿足建筑業(yè)信息化發(fā)展的需求。BIM(Building Information Modeling)是一種數(shù)字化建筑信息模型技術(shù),可以在建筑設(shè)計、施工、運(yùn)營等各個階段中完成信息共享、數(shù)字化建模和協(xié)同工作。然而,許多工程管理類教材并沒有涉及BIM系統(tǒng)的相關(guān)知識,這會導(dǎo)致學(xué)生在實(shí)際工作中缺乏相關(guān)的技能和知識。隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展,越來越多的土木工程項(xiàng)目采用信息化設(shè)計工具,如CAD、Revit等。然而,許多工程管理類教材并未涉及這些信息化設(shè)計工具,導(dǎo)致學(xué)生在實(shí)際工作中缺乏相關(guān)知識和技能。許多教材只是簡單地介紹土木工程領(lǐng)域的理論知識,缺乏實(shí)踐案例及其分析,導(dǎo)致學(xué)生難以將理論知識應(yīng)用到實(shí)際工作中,使學(xué)生難以解決實(shí)際工作中的問題。

      (二)教學(xué)方式落后

      目前,許多工程管理類課程仍然采用傳統(tǒng)的板書教學(xué)方式,這種教學(xué)方式缺乏互動性和趣味性,難以吸引學(xué)生的注意力和積極性,存在教學(xué)效率低、互動性差、難以保證教學(xué)質(zhì)量等問題。有的教師在課堂教學(xué)中使用PPT演示,但PPT演示通常是簡單的文字和圖片堆積,缺乏生動的案例和實(shí)際應(yīng)用,內(nèi)容過于簡單,缺乏深度和廣度,難以滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。許多高校的工程管理類專業(yè)缺乏現(xiàn)代化的教學(xué)技術(shù)和工具,如虛擬實(shí)驗(yàn)室、在線課堂、互動式教學(xué)等,難以滿足學(xué)生的多樣化學(xué)習(xí)需求。還有許多教師,仍然采用傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)方式[2],向?qū)W生單向輸出課本上的知識,在教學(xué)方式上長期缺乏創(chuàng)新,沒有引入案例教學(xué)、小組討論、互動式教學(xué)等其他教學(xué)方式,難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。此外,受各種原因影響,工程管理類課程的實(shí)踐教學(xué)課時較少,學(xué)生難以將理論知識應(yīng)用到實(shí)際工程管理中,從而導(dǎo)致最終學(xué)習(xí)效果不佳。

      (三)難以培養(yǎng)學(xué)生的建模能力

      建模能力指的是項(xiàng)目設(shè)計人員、管理人員在建筑設(shè)計、施工和運(yùn)營過程中,熟練地使用建筑信息模型(BIM)技術(shù),對建筑項(xiàng)目進(jìn)行全過程管理和協(xié)同,實(shí)現(xiàn)信息共享、優(yōu)化設(shè)計、減少誤差、提高效率和降低成本的能力。建模能力是現(xiàn)代建筑設(shè)計和施工的重要技能之一,它可以提高工程效率、降低成本、提高項(xiàng)目質(zhì)量和延長使用壽命。因此,學(xué)生有必要掌握建模能力。培養(yǎng)學(xué)生的建模能力,需要引導(dǎo)學(xué)生深入了解BIM技術(shù),掌握BIM操作技能,并將BIM應(yīng)用于建筑設(shè)計、結(jié)構(gòu)分析、機(jī)電設(shè)備、施工管理、安全管理、運(yùn)營維護(hù)等各個方面。但是,許多學(xué)校的工程管理類教學(xué)對建模能力重視不足,缺乏相關(guān)的教學(xué)資源[3]。教師也缺乏運(yùn)用BIM進(jìn)行工程實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)。許多教師在教學(xué)中僅停留在理論層面,無法將BIM技術(shù)與實(shí)際工程實(shí)踐相結(jié)合,不利于培養(yǎng)學(xué)生的建模能力。

      二、在建筑信息化背景下改革創(chuàng)新工程管理類課程教學(xué)

      為適應(yīng)建筑信息化發(fā)展的要求和提高工程管理類課程的教學(xué)質(zhì)量和效果,工程管理類教學(xué)必須大膽改革創(chuàng)新,引入建筑信息化理念,根據(jù)建筑業(yè)發(fā)展變化調(diào)整教學(xué)內(nèi)容,要主動引進(jìn)先進(jìn)技術(shù),積極采用先進(jìn)的教學(xué)方式。

      (一)引入建筑信息化理念

      1. 課程設(shè)置。在工程管理類課程中,可以增加建筑信息化相關(guān)的課程,如“建筑信息模型(BIM)在工程管理中的應(yīng)用”“數(shù)字化施工管理”“智慧工地”等。這些課程可以作為選修課或?qū)I(yè)方向課程,讓學(xué)生了解建筑信息化的基本概念、技術(shù)和應(yīng)用。此外,要在課程設(shè)置中增加智慧工地相關(guān)的內(nèi)容,如智慧工地的定義、特點(diǎn)、應(yīng)用場景、技術(shù)架構(gòu)等,也可以介紹智慧工地在工程管理中的作用和價值。

      2. 內(nèi)容調(diào)整。在現(xiàn)有的工程管理類課程中,可以增加建筑信息化相關(guān)的案例和實(shí)踐內(nèi)容,如BIM在工程管理中的應(yīng)用案例、數(shù)字化施工管理的實(shí)踐操作等。同時,也可以將建筑信息化的理念和技術(shù)融入現(xiàn)有的課程內(nèi)容中,如將BIM的協(xié)同設(shè)計和協(xié)同施工理念應(yīng)用到項(xiàng)目管理課程中。在原有的工程管理課程中,適當(dāng)增加智慧工地的案例分析和實(shí)踐操作,讓學(xué)生能夠深入了解智慧工地的具體應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)過程,培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作能力和解決問題的能力。

      3. 資源建設(shè)。為了支持建筑信息化課程的教學(xué)和實(shí)踐,需要建設(shè)相應(yīng)的資源。可以建設(shè)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室[4]、BIM模型庫、數(shù)字化施工場地等,為學(xué)生提供進(jìn)行實(shí)踐操作和項(xiàng)目管理的場所和設(shè)備。同時,還可以邀請行業(yè)專家舉辦講座和培訓(xùn),增加學(xué)生的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和行業(yè)認(rèn)知。在教學(xué)資源建設(shè)中,要豐富智慧工地的教學(xué)資源,如教學(xué)視頻、案例分析、實(shí)驗(yàn)室設(shè)備等,為學(xué)生提供更加全面和深入的學(xué)習(xí)資源,這有助于提高教學(xué)質(zhì)量和效果。引入建筑信息化理念需要在課程設(shè)置、內(nèi)容調(diào)整和資源建設(shè)上進(jìn)行全面考慮,以便讓學(xué)生在工程管理領(lǐng)域中掌握建筑信息化方面的專業(yè)技術(shù),提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

      (二)全面融入BIM知識

      1. 在工程管理類課程中,要大幅增加BIM相關(guān)的內(nèi)容,如BIM基礎(chǔ)知識、BIM應(yīng)用案例分析、BIM軟件操作等。并且要考慮將BIM相關(guān)內(nèi)容作為選修課程或?qū)I(yè)方向課程,還可以考慮將BIM基礎(chǔ)知識單獨(dú)設(shè)置為一門新的必修課。

      2. 在教學(xué)中,教師要主動介紹BIM的基本概念和優(yōu)勢,并強(qiáng)調(diào)BIM在建筑設(shè)計、施工和運(yùn)營管理等方面的應(yīng)用,引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識BIM,重視BIM。要通過BIM案例分析,讓學(xué)生了解BIM在實(shí)際項(xiàng)目中的應(yīng)用和效果。要將BIM軟件和工具整合到課程中,讓學(xué)生能夠親身體驗(yàn)和應(yīng)用BIM技術(shù)。在課程教學(xué)中,教師要著重培養(yǎng)學(xué)生的BIM技能,包括BIM建模、BIM模型編輯、BIM模型管理等各方面的技能[5]。要通過反復(fù)練習(xí),引導(dǎo)學(xué)生逐步掌握BIM技能。教師還要介紹BIM標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,讓學(xué)生了解BIM技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化,幫助學(xué)生更好地應(yīng)用BIM技術(shù),為其未來的職業(yè)發(fā)展做好準(zhǔn)備。

      3. 此外,教師還要設(shè)計、組織BIM實(shí)訓(xùn)教學(xué)。BIM實(shí)訓(xùn)教學(xué)涵蓋建筑設(shè)計、結(jié)構(gòu)分析、工程量統(tǒng)計和實(shí)踐操作等各個方面,因此,BIM實(shí)訓(xùn)教學(xué)必須具有完整性和系統(tǒng)性。BIM實(shí)訓(xùn)教學(xué)由以下各個環(huán)節(jié)構(gòu)成:(1)在實(shí)訓(xùn)教學(xué)開始前,教師首先要對學(xué)生進(jìn)行簡單的問答測試,以幫助學(xué)生熟悉、掌握BIM的基本功能(如建模、構(gòu)件創(chuàng)建、參數(shù)設(shè)置、族庫管理等)。(2)教師基于先進(jìn)生與后進(jìn)生互相搭配的原則,將學(xué)生分為若干小組。要求各小組在組長的帶領(lǐng)下,使用BIM軟件創(chuàng)建各種構(gòu)件,如梁、板、柱等,并將其組合成一個完整的結(jié)構(gòu)體系。然后,學(xué)生要使用BIM計算樓蓋、板、梁、柱、樓梯的承載能力,并且要設(shè)置結(jié)構(gòu)材料、荷載、約束條件。(3)教師要求各小組使用BIM軟件繪制結(jié)構(gòu)平面圖和立面圖。引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)、掌握創(chuàng)建構(gòu)件,設(shè)置尺寸,添加標(biāo)記和注釋。學(xué)生需要了解生成結(jié)構(gòu)詳圖和施工圖的具體步驟,將結(jié)構(gòu)詳圖和施工圖與三維模型相互關(guān)聯(lián),以確保施工圖的準(zhǔn)確性和一致性。(4)教師要求各小組使用BIM軟件進(jìn)行工程量統(tǒng)計,引導(dǎo)學(xué)生掌握設(shè)置測量標(biāo)準(zhǔn)、選擇測量對象、計算數(shù)量和成本。此外,教師還要引導(dǎo)學(xué)生了解BIM生成工程量清單和材料清單的過程。(5)教師要求各小組分別設(shè)計一個實(shí)際的建筑項(xiàng)目,并使用BIM軟件完成所有的設(shè)計和計算工作,完成建模,培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊合作能力。(6)在各小組完成項(xiàng)目設(shè)計建模后,教師要求各小組相互交流經(jīng)驗(yàn),分享設(shè)計成果,幫助學(xué)生更好地理解BIM技術(shù)和應(yīng)用,從而促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展[6]。

      (三)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)、掌握工程結(jié)構(gòu)計算軟件

      工程結(jié)構(gòu)計算軟件主要用于進(jìn)行工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計和分析,工程師可以使用工程結(jié)構(gòu)計算軟件進(jìn)行有限元分析、動力學(xué)分析、應(yīng)力分析,對結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模、計算、優(yōu)化和評估。在建筑信息化的背景下,工程結(jié)構(gòu)計算軟件必將逐步淘汰傳統(tǒng)的手工計算。因此,在工程管理類課程教學(xué)中,教師要有意識地引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)工程結(jié)構(gòu)計算軟件。在課堂上,教師要強(qiáng)調(diào)工程結(jié)構(gòu)計算軟件的重要性,介紹常見的工程結(jié)構(gòu)計算軟件(如ANSYS、ABAQUS、SAP2000、ETABS)的優(yōu)點(diǎn)和它們的使用場景,以及軟件的操作流程和注意事項(xiàng),從而提高學(xué)生的興趣,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)軟件的積極性。教師要向?qū)W生提供軟件教學(xué)資源,如軟件使用手冊、視頻教程、案例分析等,引導(dǎo)學(xué)生投入學(xué)習(xí)。在課程設(shè)計中,教師要主動設(shè)置軟件實(shí)踐環(huán)節(jié),讓學(xué)生通過實(shí)際操作來學(xué)習(xí)工程結(jié)構(gòu)計算軟件[7]。例如,讓學(xué)生使用軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算、分析和設(shè)計,或者讓學(xué)生完成一些工程案例的仿真模擬,使其更深入地理解軟件的使用方法和實(shí)際應(yīng)用場景,提高實(shí)踐能力。教師還可以采用小組合作方式,將學(xué)生分成若干小組,引導(dǎo)各小組分析問題、制訂解決方案和進(jìn)行計算,培養(yǎng)學(xué)生的思考能力和解決問題的能力。

      (四)在教學(xué)中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

      虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(Virtual Reality,簡稱VR)是一種通過計算機(jī)技術(shù)模擬出的三維虛擬環(huán)境,用戶可以通過佩戴VR頭盔等設(shè)備進(jìn)入虛擬環(huán)境中進(jìn)行交互式體驗(yàn)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)在日本和美國等多個發(fā)達(dá)國家投入使用,應(yīng)用領(lǐng)域包括游戲、教育、醫(yī)療、建筑、設(shè)計等多個領(lǐng)域。在教育領(lǐng)域,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以為學(xué)生提供更加生動、直觀的學(xué)習(xí)體驗(yàn),例如通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬歷史事件、地理環(huán)境等[8]。在建筑和設(shè)計領(lǐng)域,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以模擬出建筑物或產(chǎn)品的真實(shí)效果,幫助設(shè)計師和客戶更好地理解和溝通設(shè)計方案。例如,美國的一些建筑公司已經(jīng)開始使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)向客戶展示建筑物的外觀、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和空間布局。在工程管理類課程中,教師可以使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開展仿真教學(xué),從而實(shí)現(xiàn)教學(xué)方式的創(chuàng)新。具體如下:教師使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),為學(xué)生創(chuàng)建某個工程項(xiàng)目的內(nèi)部結(jié)構(gòu),然后讓學(xué)生戴上VR頭盔,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入虛擬環(huán)境。讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中進(jìn)行建筑設(shè)計、施工過程模擬和安全培訓(xùn)等方面的實(shí)踐操作。這可以有效提升學(xué)生的實(shí)踐能力,解決實(shí)踐課程不足的問題。

      (五)引入AI技術(shù),開展AI教學(xué)

      AI技術(shù)是一種模擬人工智能的技術(shù),它使用計算機(jī)算法和機(jī)器學(xué)習(xí)算法來模擬人類的思維和行為。AI技術(shù)在智能家居、醫(yī)療保健、金融服務(wù)、交通運(yùn)輸、制造業(yè)等領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。AI技術(shù)代表了信息技術(shù)未來的發(fā)展方向,因此,應(yīng)當(dāng)在工程管理類課程中主動引入AI技術(shù),開展AI教學(xué)。

      引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識掌握AI技術(shù),教師向?qū)W生介紹AI基礎(chǔ)知識,引導(dǎo)學(xué)生了解人工智能的基礎(chǔ)概念,包括機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。機(jī)器學(xué)習(xí)是AI技術(shù)的核心,它是一種自動化的學(xué)習(xí)方法,可以讓計算機(jī)從數(shù)據(jù)中自動學(xué)習(xí),提高其性能[9]。機(jī)器學(xué)習(xí)可以分為監(jiān)督學(xué)習(xí)、無監(jiān)督學(xué)習(xí)和強(qiáng)化學(xué)習(xí)。深度學(xué)習(xí)是一種機(jī)器學(xué)習(xí)的方法,它使用多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來模擬人類的神經(jīng)系統(tǒng),可以處理大量數(shù)據(jù)和復(fù)雜的模式識別問題。教師向?qū)W生介紹AI在工程管理中的應(yīng)用場景,包括預(yù)測分析、風(fēng)險管理、資源分配等。此外,還可以向?qū)W生介紹常見的AI工具,如Python、TensorFlow等,讓學(xué)生明白如何使用這些工具進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和模型開發(fā)。

      引導(dǎo)學(xué)生使用AI技術(shù)進(jìn)行工程管理。教師向?qū)W生介紹決策樹的基本原理和應(yīng)用,讓學(xué)生使用決策樹來進(jìn)行工程管理中的決策。教師也可以向?qū)W生介紹基因算法的基本原理和應(yīng)用,讓學(xué)生使用基因算法來解決工程管理中的優(yōu)化問題。教師還可以向?qū)W生介紹支持向量機(jī)(SVM)、隨機(jī)森林(Random Forest)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Artificial Neural Network)、樸素貝葉斯(Naive Bayes)、K近鄰算法(K-Nearest Neighbor)等算法。教師組織實(shí)踐活動,讓學(xué)生在實(shí)踐中應(yīng)用所學(xué)的AI技術(shù),例如讓學(xué)生使用決策樹和基因算法來解決實(shí)際的工程管理問題,或讓學(xué)生使用SVM算法預(yù)測某個項(xiàng)目的成本、時間和資源,并進(jìn)行風(fēng)險評估,幫助學(xué)生了解AI技術(shù)在工程管理中的應(yīng)用,促進(jìn)學(xué)生使用AI工具解決實(shí)際問題的能力。

      三、結(jié)語

      綜上所述,建筑信息化是建筑業(yè)未來的發(fā)展趨勢。工程管理類課程必須順應(yīng)建筑信息化,主動引入建筑信息化理念,根據(jù)建筑業(yè)發(fā)展變化調(diào)整教學(xué)內(nèi)容,并且只有主動引進(jìn)先進(jìn)技術(shù),積極采用先進(jìn)的教學(xué)方式,才能實(shí)現(xiàn)工程管理類課程的改革、創(chuàng)新,才能提升工程管理類課程教學(xué)的水平。

      參考文獻(xiàn):

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      (薦稿人:白俊青,呼倫貝爾學(xué)院副教授)

      (責(zé)任編輯:淳潔)

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