建筑信息化模型(BIM)技术是继计算机辅助制图(CAD)技术后在工程建设领域的又一次革命性技术创新。该技术具有三维动态可视化、专业内及专业间的有效协同、全面数字信息化等特点，对优化设计、可持续性绿色设计、模拟施工、减少后期工程变更起到强有力的促进作用^[1-2]。必须进一步强调，BIM不是CAD软件的简单升级，而是一种高效的项目管理思维模式，是实现项目精细化、信息化、高效化管理的重要手段。国家“十三五”信息化发展规划已明确要求建筑相关企业强化BIM技术的推广应用^[3]。近些年，BIM技术在国内许多大型建设项目中进行了实践应用，例如，北京“中国尊”大厦是最全面应用BIM的典型代表。

目前，BIM推广应用的最大短板是层次化BIM专门人才的严重不足^[1]，因此，提供专业、系统的BIM教育与实践是建筑行业未来的持续需求。中国BIM应用正在蓬勃发展，大规模培养相关专业人才日益迫切。学生是未来BIM技术推广应用的主要储备力量，针对建筑、土木工程、暖通及工程管理等与BIM相关专业，系统讲授BIM技术理念及应用才能快速实现BIM专业应用人才的量级提升。

BIM教育是一个复杂的综合系统工程，也是一种高效思维管理模式的培养，不能仅通过增设一门或两门BIM课程来解决，需要系统地将BIM技术主要知识点与专业课程体系进行深度融合^[4-6]。以土木工程专业为例，在不改变现有教学课程体系的情况下，将BIM技术知识分阶段、梯度式融入本科人才培养的全过程，构建“四位一体”的BIM教学体系。

一、BIM能力的层次需求

BIM专业应用人才是运用BIM技术支持和完成建设项目的规划、设计、施工、经营管理等全生命周期中各种专业任务的专业人员。

社会对BIM人才的需求具有多层次、多类型的特点。不同类型、不同科技含量的单位对BIM人才有不同的要求与侧重。根据职位设置和能力水平的不同，主要分为初级型、标准型、中端型、高端型，如图 1所示。

(一)BIM初级型人才的能力要求

初级型人才主要完成专业的翻模工作，是BIM应用的初级阶段。

工作职责：独立完成建筑、结构、暖通等各专业图纸的翻模工作，协助专业工程师完成初步方案设计及施工图绘图等工作。

能力要求：熟悉建筑、土木、暖通、工程管理等专业基础知识，具备基本读图、识图能力，了解BIM的基本建模流程框架，熟练操作BIM建模软件和相关二维绘图软件，能依据各专业的设计图纸进行三维翻模。

(二)BIM标准型人才的能力要求

标准型人才是在搭建BIM模型的基础上，进行BIM专业分析，完成BIM分析报告。

工作职责：系统理解各专业的施工图纸，负责专业协同的BIM三维模型搭建。基于BIM信息模型，进行专业间的碰撞检查分析，对绿色建筑设计过程提出优化建议，完成BIM虚拟漫游、虚拟施工模拟等三维可视化工作。

能力要求：熟悉项目全生命周期的BIM应用框架流程，具备扎实的专业知识和BIM应用实践经验，熟悉BIM应用技术相关规范，熟练使用BIM软件及各类设定信息参数的含义。

(三)BIM中端型人才的能力要求

中端型人才主要进行专业之间的综合协调，具体负责BIM项目的团队组建、工作计划等全方面工作。

工作职责：作为BIM建设项目的第一负责人，全面负责BIM执行全过程，负责组建BIM项目团队，确定人员组成及角色职责，负责模型创建、计算分析、图纸绘制等专业间及设计环节间的综合协调工作，负责BIM项目工作进度的管理与监控及相关技术指导。

能力要求：具备深厚的建筑、土木、暖通和工程管理等相关专业背景，具有建筑行业实际项目的设计与管理经验，具有独立负责大型BIM建筑工程项目的团队管理经验，熟悉BIM专业软件操作并深刻理解构件信息参数的设定与选择，具有良好的组织、协调、沟通和领导能力。

(四)BIM高端型人才的能力要求

高端型人才要求具备更强的BIM应用能力，对BIM理论有更深层次的理解，可依据企业的不同实际需求进行BIM的二次开发。

工作职责：依据特定企业的业务需求，制定合理的BIM技术实施方案，并测试BIM软硬件系统应用的可行性与高效性。针对不同企业的实际业务需求，负责BIM软件的二次高级研发工作。

能力要求：具备计算机应用、软件开发和建筑工程类专业等专业级知识背景，能熟练掌握ASP.Net等高级开发环境，熟悉企业所用BIM软件的开发接口，具备一定的软件开发经验。

面对企业的层次化BIM人才需求，高校要与时俱进，深化BIM相关专业的教学体系改革，培养符合行业未来发展需要的高素质BIM人才。

二、“四位一体”BIM教学体系

依据BIM人才需求的层次化与技能教育的特点，在整个专业培养过程中建立一个分阶段、层次化、梯度式的BIM人才培养框架是可行且必要的。学习过程中，每个学生可依据自身能力、兴趣点和未来的职业规划，精确定位自己的适合层次，实现“以学生为主”的教学体系。

BIM能力培养不是简单的软件学习过程，而是BIM思维的综合建构。BIM课程体系的设计，应以BIM理论为基础，BIM软件平台为手段，强调工程建设项目全生命周期，构建包含理论知识、软件操作、教学实践和综合实践的“四位一体”BIM人才培养教学体系，见图 2。

结合“四位一体”的理念和现有教学体系的特点，将BIM学习过程分为四个阶段:认知学习期、集中教学期、综合实践期和追踪反馈期。针对不同阶段的教学计划，将BIM相关内容嵌入到现有课程或开设独立的BIM新课程。

(一)认知学习期

认知学习期是BIM学习的初级阶段，主要在大一、大二开设的专业导论课和专业认识实习中进行融合。在此期间，通过多媒体、动画视频、行业专家讲座、BIM工程案例等直观的可视化手段，使学生对BIM理念产生基本的感性认识。明确BIM是什么，为什么学BIM，如何学BIM，逐步激发学生的BIM学习兴趣，促进学习BIM的主观意识。围绕以上3个基本问题，建立了如表 1所示的认知学习期相关课程BIM学习内容和教学要求。

(二)集中教学期

集中教学期贯穿大三、大四的整个专业课学习阶段，是BIM知识掌握的重要时期。此阶段主要学习BIM的理论方法和具体实践应用，每个BIM知识点都配套设置相应的实践操作教学环节，加强学生的BIM操作运用能力，达到理论与实践融合理解。现有的土木工程专业课程体系依据建设阶段主要包含三大类课程：设计类课程、施工类课程和建造管理类课程。各阶段的BIM运用侧重点不同，下面针对不同的侧重，设置相应的教学内容和能力培养方案。

1.设计类课程

在设计类课程的BIM教学中，重点帮助学生从2D到3D的设计理念转换，使学生理解建筑设计中的材料性能、构件空间关系、专业内及专业间图纸的碰撞分析等问题，能进行主体结构、管线系统的综合冲突分析，达到优化结构设计，减少施工变更的效果。

根据《高等学校土木工程本科指导性专业规范》^[7]，将设计类相关课程进行BIM一体化融合。打通房屋建筑学、钢筋混凝土结构、钢结构等设计专业课，实现建筑建模、结构建模和模型应用的一体化教学，优化各设计课程及相应课程设计实践的关系。

2.工程施工类课程

在施工类课程的学习和课程设计阶段，学生可将时间进度数据集成到BIM 3D设计模型中，实现4D模拟。

主要学习三方面内容：

(1) 施工现场布置模拟。基于BIM技术动态展现施工现场的场地划分、施工路线，确定塔吊、材料堆放区、材料加工区和生活区等合理位置和最优施工路线。

(2) 施工过程模拟。引入时间维度，按照施工工序进行动态施工方案模拟，展示重要施工环节动画，分析不同施工方案的优劣，并确定最佳施工方案，优化设备材料进场、劳动力配置、机械排班等各项工作，发现可能的施工隐患。

(3) 重、难点关键部位精细化施工过程模拟。对施工的重点、难点和关键部位，进行动态施工及安装模拟，提供虚拟现实信息，优化关键工艺的施工安装方法。例如，预应力钢结构复杂部位的安装、设备管线的安装顺序等。

3.建造管理类课程

建设项目的建造管理包括物料管理、成本管理、质量管理、安全管理等。在管理类课程的教学过程中，学生通过BIM技术可实现对项目全生命周期的动态观察。

(1) 物料管理。通过BIM模型对构件及材料的信息化表达，直接生成可清晰表达空间剖面关系的构件三维加工图、加工构件和需求材料的数量表，实现物料管理的数字化，也解决了未来建造3D打印技术的数字建模问题。

(2) 成本管理。学生运用BIM模型，纳入时间和成本维度，建立成本的5D关系数据库，对各个阶段进行快速、多维度的动态成本核算，实现造价信息的不间断追踪管理。

(3) 质量管理。通过BIM设计模型与阶段施工产品三维激光扫描模型的对比分析，可对现场材料、构件及施工产品进行动态跟踪监控，掌握影响施工质量的不确定性因素。

(4) 安全管理。通过BIM模型的施工仿真模拟，发现各种不安全因素，解决和消除潜在的施工隐患。

在集中教学期，各专业课程的BIM教学内容和具体要求如表 2所示。

(三)综合实践期

BIM技术强调专业间的协调和建设阶段间的相互配合。根据BIM教育的阶段化特点，在大四本科毕业实习和毕业设计阶段，通过实际BIM项目的综合实践应用，提高学生的BIM实践能力，同时注重培养学生的组织协调能力和BIM二次开发能力。

1.毕业实习与题目设置

与BIM企业建立“校企合作基地”，安排学生到企业进行毕业实习，使学生熟悉企业BIM项目的实施流程和实施方案。根据实际工程项目特点及企业需求，确定毕业题目，坚持“项目相同专业方向(或兴趣点)不同，专业方向(或兴趣点)相同项目不同”的原则，有效解决了项目团队制与毕业设计“一人一题”的矛盾。

2.BIM毕业设计过程

团队小组中设置BIM项目经理角色，负责协调各角色成员的分工协作问题。依据进度要求，定期通过三维模型展示每位学生的进展。最终实现项目的设计、施工、管理整个全生命周期的信息化分析，形成BIM分析的总报告和分报告(各自的毕业论文)。指导教师在过程中扮演指导及评审专家角色。对具有软件开发兴趣及掌握一定编程基础的学生，可引导进行BIM产品定制开发的毕业设计工作。

(四)追踪反馈期

建立“BIM校友交流微信群”，定期举办BIM校友沙龙，邀请毕业校友为在校学生开展BIM主题讲座，分享BIM学习的乐趣和经验，及时获取BIM相关企业单位的需求信息和毕业生的反馈信息。持续改进BIM应用的教学实践内容，实现高校-毕业生-企业间的三方良性循环互动。

三、教学体系的实施及效果评价 (一)实施保障

为保障“四位一体”BIM教学体系的有效实施，中国地质大学(北京)土木工程学科团队在2015年制定了《中国地质大学(北京)土木工程专业建筑信息化技术应用教学体系实施方案》，方案给出了BIM教学实施保障体系(见图 3)。

实施方案主要从以下几个方面保障BIM技术的课程融合教学：1)培养目标上明确加入“具备一定的BIM应用能力”的要求；2)调整或增设了部分课程的教学大纲、教学内容及评分标准。例如，将建筑CAD调整为建筑CAD与BIM，学时由32增加到48，课程前半段讲授CAD的基本知识，后半段讲授Revit软件操作。评分标准要求学生根据任务书建立Revit 3D模型并生成图纸，在CAD中根据制图规范标准进行修改，以三维模型和图纸的准确度来评分；3)成立BIM教研室，强化现有教师的BIM应用技能学习，邀请BIM教育专家对相关教师定期进行系统培训和针对性训练；4)采购BIM实训平台，建设BIM实训中心；5)成立“中国地质大学(北京)BIM协会”，并举办“中国地质大学(北京)BIM技能应用大赛”。

(二)效果评价

“四位一体”BIM全过程融合教学已在土木工程专业2014级和2015级两届学生中进行了初步的教学实践。通过对这两届学生的问卷调查发现(见表 3)，大部分学生对BIM技术都充满了浓厚的兴趣，并且能按照BIM教学计划分阶段掌握BIM的主要知识点，具备了基本的BIM应用能力。

四、结语

针对企业对BIM技术的层次化需求，建立了多阶段、层次化的“四位一体”土木工程专业BIM课程教学体系，课程体系的设置具有以下几个特点：

(1) 依据专业课程特点，科学、合理地将BIM技术要求的主要知识点嵌入各专业课程的教学内容。

(2) 强化不同教育阶段、不同建设环节的BIM教学内容整体融合。针对BIM知识点配套设置相应的实践操作环节，提升BIM教学的阶段化实践应用能力。

(3) 充分调动学生兴趣，每个学生可依据自身能力、兴趣点和未来职业规划，找到适合自己的BIM能力需求层次培养方案。

(4) 加强实践环节和校企合作，强化实际工程BIM项目的综合实践能力考核，提升学生的就业竞争力。

(5) 对毕业生持续追踪调查，既为毕业生的BIM职业发展提供支持，又为在校生起到示范作用。推进BIM技术在教育、实践和服务三方的深度融合创新。