BIM+VR在高职工程造价教学中的应用研究

摘 要：基于BIM+VR虚拟仿真技术，探索高职院校工程造价虚拟教学体系，构建高职院校工程造价专业教育应用平台；
以完全仿真的形式再现建筑施工场景和工艺，展现实体建筑建造过程和各类工程节点，使专业知识教学具象化，提高课程教学和实训效率，实现理、实、虚教学的完美结合。

关键词：BIM+VR；
工程造价；
实践教学

一、概述

建筑信息模型（BIM）是近年来建筑领域发展最有前景的技术，是一种在计算机辅助设计（CAD）等技术基础上发展起来的多维模型信息集成技术，是对建筑工程物理特征和功能特性信息的数字化承载和可视化表达。BIM作为建筑产业信息化进程的重要思想和技术工具，可以对建设工程项目的设计、建造和运营全过程进行管理和优化，已成为当前高等院校数字化研究领域的重要发展方向。

近年来随着信息技术的迅猛发展，教育技术领域出现了诸于多媒体、超媒体、虚拟现实、流媒体等多种教学媒体，其中虚拟现实技术（VR）使传统教学从二维平面变成三维立体交互。VR能够构建一个虚拟的、境界逼真的教学环境，激发学生的学习兴趣和创新意识，启发学生发挥自己的想象能力［1］，对传统的教学模式和教学方法产生重大的影响。建筑行业作为传统行业，在当前以大数据、互联网、云计算为特征的信息化发展大趋势下，其信息化发展和技术革新是必然趋势，高职教育在人才培养体系和各类实践课程中融入信息化教学手段也是必然要求。當前，众多的学者和研究机构着眼于BIM和VR技术如何应用到现代化教学，从而改善当前实践教学中存在的诸多问题，优化现有实践教学运作机制，提升人才培养质量［2］。广东科学技术职业学院是“国家示范性骨干高职院校”立项建设单位，建筑工程造价专业作为省重点专业建设群之一，对BIM+VR仿真实践教学也进行了相关的探索和研究。

二、造价工程实践教学传统模式

（一）教学方式落后教学效果差

高职造价工程专业通常设置有建筑工程识图、建筑施工技术、建筑构造、建筑安装工程计量与计价等专业课程，传统的教学模式多以黑板配合多媒体、注重基础理论知识的讲解、以“灌输式”教学为主，课堂教学模式单调，教学方法比较落后，实践教学实际占比比较小［3］；
另外，高职院校学生对纯理论的知识兴致和接纳程度相对较低，学生被动吸收知识，学习效果不尽如人意。

例如高职院校工程造价专业的核心课程“建筑工程识图”课程，以培养学生熟练、准确识读建筑施工图及其配套文本文件的能力为目的。传统教学主要通过图片、幻灯片、视频等形式给学生传授知识，内容止步于二维图纸，部分学生空间思维较弱，对于工程实体也无直观认知，学生难以将二维施工图纸的点、线、面等图元、符号与相对复杂的建筑物实体联系在一起［4］，在头脑中通过二维图纸构造出真实的建筑物模型则更为困难。

（二）实训条件落后不能满足实训需求

建筑类专业实训场地建设成本高、占地广，场地内的布置成本高，很多机械布置不完善，实训内容非常有限。受到科研经费投入限制，除少数骨干院校外其余大多数高职院校对实训室、实训设备、教学软件的资源投入远远不足；
而校外实训基地数量及规模有限，或者由于教学实践环节较短，而实际工程施工工期比较长，建筑工程施工进度与教学进度不能适时匹配；
另外考虑到工地安全、出行管理及成本等因素，学生很少有机会到工程现场亲身体验，对工程项目无法形成全面的、真实的认知，无法切实感受工程现场实况。实训条件的落后状态不能满足众多学生的实践需求，有待进一步提升改造。

（三）师资水平有待提升

当下建筑行业信息化蓬勃发展，日新月异，而师资队伍建设逐渐脱节，未能跟上信息化发展步伐。高职院校建筑类专业教师仅少部分具有“双师”资格，其余多数缺乏建筑行业一线生产、实践经验；
学校对教师进行培训多以企业轮岗实训的模式进行，培训时间短、轮岗规模也有限，受训教师通常只接触工程全过程中的某一阶段，仍然缺乏全面的实践经验，教学过程中很难做到理论与实践并重。

三、BIM+VR实践教学的优势与挑战

高职教育工程造价专业BIM+VR实践教学的探索与研究有助于改善当前实践教学中存在的诸多问题，优化现有实践教学运作机制，提升工程造价专业人才培养质量。与传统教学方式比较，BIM+VR教学方式有着诸多优势，主要体现在如下几点：

（一）提升教学效果

BIM+VR教学方式区别于传统的实践教学方式，教师不再简单运用二维图纸或是多媒体图片资料来描述比较抽象的图形和建筑物场；
BIM+VR实践教学凭借虚拟仿真沉浸性、交互性等特点［5］，以逼真、立体的表现形式演示抽象的施工过程和建筑构造，学生无需去工地即可获得现实的体验，从而更好地理解和认识建筑实体；
同时还有机会探索多样性选择及其不同后果，实践教学的延展性得以充分体现，进而提升教学效果。不同个体学生的知识结构以及理解能力有较大差异，对教师传递的信息也有着不同的理解。而利用BIM+VR技术，生成一个逼真的虚拟环境，使学生亲自进入空间，产生身临其境的感觉，学生可以近距离观察目标建筑，并与设计图纸进行比对，从而提高对相关专业知识的认知，优化实践教学效果。

（二）丰富教学资源

当前社会信息技术发展日新月异，教学资源越来越丰富。纸质书籍、多媒体、网络技术呈现方式相对简单，信息传递为单向传递，学生获取知识的主动性差，学习带入感不强。通过BIM+VR仿真技术模拟出的虚拟现实，是一种三维动态的教学资源，逼真的学习场景带给学生多重感官刺激，生动地表达知识要点，有利于激发学生的学习兴趣。学生还可以选择个性化、定制化的学习资源，来适应自己的学习方式。

（三）改变课堂教学形式

BIM+VR融入实践教学，使得教学过程更加丰富高效。借助BIM+VR虚拟仿真系统，学生可以直接体验工程构件的组成及工程实体的建造过程。在这一过程中，学生通常不再被动接受知识，而是主动获取知识、发现问题并进行解答。在模拟项目实训过程中，学生可以对不同情况下的模拟结果进行对比，从中选择最优方案；
另外，学生也可以对实训课题进行拓展，进行更深入的工程体验。同时借助实训中心信息化平台，指导教师可以不受时间和空间限制，随时随地对学生进行指导。

（四）促进教学改革

传统的实践教学以教师课堂讲授为主，采用“任务导向型”模式，从布置项目、项目实施、过程指导到成果的提交，各个过程均是在线下完成。而将BIM+VR融入实践教学，有助于促进实践教学从传统方式向混合式教学转型。实践教学的项目布置、过程指导、资料获取以及项目考核等都可以借助互联网、职教云、智慧校园等信息化教学共享平台展开。另外，BIM+VR融入实践教学不再局限于时间和空间，为教师更适时、充分地指导学生提供便利。学生可在实践教学的基础上，自主开展学科探索，有助于學生从实践课程学习拓展提升到第二课堂、学科竞赛或自主创新。

然而，作为一种新的教学模式，BIM+VR技术融入课程实践教学有着诸多优势，但在实践应用层面还面临着许多挑战：BIM与VR的结合应用在软硬件技术上有待突破，现有系统在信息传递、参数控制、互动体现等方面仍有不足。现阶段，BIM+VR的硬件配置水平较低，与学科教育契合度不足，教师进行虚拟仿真实践教学的资源开发难度大，技术起点高。为了满足教学需求，需要专业教师和软件技术人员相互配合，由专业教师对土建类各专业教学内容和知识点进行分析，准确把握教学重点、难点，再由软件开发人员设计、开发相关的虚拟教学资源。

BIM+VR技术为专业学科教学提供了新的发展方向，利用BIM+VR技术，课堂学习环境别开生面、教学模式推陈出新等。但教师在设计教学过程、学习过程中师生交互、督促学生按时自主完成学习、评价学生学习效果等方面都需要做更深入的研究。

四、BIM+VR虚拟仿真实践教学体系建设及应用

我校工程造价专业，依托BIM实训中心的软硬件基础，进行相关核心课程的实践教学体系设计，建设虚拟仿真信息化教学平台，通过虚拟仿真实践教学的探索和研究，工程造价专业人才培养质量得到明显提升。

虚拟仿真实践教学体系建设采用主流的BIM和VR软件，应用虚拟仿真技术，再现土木建筑施工场景和工艺流程，展现建筑物主体结构、装饰装修、设备安装等施工工艺和节点细节；
教学过程采用全新五大员角色扮演游戏模式，讲授施工细节剖切展示、材料器具汇总、项目小结等工程造价专业技能知识。

我们组建了BIM+VR课程教学改革团队，对历届毕业生、相关用人单位、相关院校进行访谈和调研，了解获取工程造价专业岗位职业能力结构信息，研究行业、企业对工程造价人才的需求，从而分析人才的素质目标和核心技能，商讨制定实践教学组织形式和内容。组织形式和内容包括制定BIM+VR技术与现有实训课程结合的基本框架，编制课程目标、课程教学大纲及教案，制订BIM+VR技术实践教学的实施方案及考评方案。

针对“建筑工程识图”“建筑施工技术”“建筑构造”“工程造价管理”“建筑安装工程计量与计价”等工程造价专业核心课程，在实践课程教学体系设计时，以人才需求为导向，同时在专业实训、毕业设计、顶岗实习等各大模块中融入BIM+VR技术，配套完善教学教材，引入“互联网+教育+建筑”理念，将目前建筑行业的实际情况与教学相结合，以实体建筑为中心载体，最大限度地涵盖土木建筑工程所有节点；
通过节点智能扫描系统新媒介，实训学习与专业知识节点一一对应；
借助虚拟现实技术，使抽象的专业知识学习具象化，犹如身临其境；
同时运用互联网技术将所有建筑节点知识内容统一储存在云端后台，使学生随时随地读取学习建筑结构相关知识，改善专业教学效果，提升实训效率，实现理、实、虚教学的完美结合。通过虚拟仿真实践教学的探索和研究，工程造价专业人才培养质量得到明显提升。

本文以工程造价专业三门核心课程为例探讨BIM+VR在课程教学中的应用，如下图。

BIM+VR在课程教学中的应用图

（一）建筑工程识图

工程识图课程的素质目标为着重培养学生的识图、图形算量、计价能力，实践教学中就针对性选择不同类型构件的节点大样进行三维建模，随后通过VR技术观察模型，支持学生在虚拟场景中漫游，逼真的视觉效果可以使学生更清楚地了解构件各部分的相关知识，或者通过点击提示点查看构件信息；
模型还可以设置工程计量规则，利用诸如广联达的BIM插件，快速生成工程量表。BIM+VR融入课程后，课堂气氛活跃、生动有趣，极大地激发了学生的学习兴趣，提升了实践教学效果。

（二）建筑施工技术

建筑施工是一种较为复杂的实践工程，包括土方与地基工程、结构工程、装饰装修工程、机电安装工程等，每一类分部工程还包括多道工序，是一门实践性和综合性强的课程。传统的“建筑施工技术”课程主要通过图片、PPT讲义等形式向学生介绍建筑施工技术，这种形式学生互动较少，很难全面掌握多种建筑施工工艺；
另外受实训场地、安全等条件限制，学生只能进行极少数项目的施工工艺实训，其他施工知识主要依靠传统教学方式。在教学中融入BIM＋VR技术，通过BIM模拟各项施工工艺，再通过VR呈现模拟的场景、施工工艺，展示施工技术的每一个重点工程步骤，展示建筑实体的材料和具体构造，使学生有最直观的感知和理解；
还可以通过BIM拟定不同技术方案，进行比较展示，使学生更全面了解多种施工工艺，为后续的工程计量与计价等课程打好坚实的基础。

（三）工程造价管理

工程造价管理是一门综合性管理学科，包括建筑技术和管理，本课程的素质目标为培养学生领会、理解建筑工程造价管理的相关基础理论，掌握建筑工程项目造价的确定原理和控制方法。课程涉及工程项目全过程各阶段的造价控制，包括投资决策阶段、设计阶段、招标投标阶段、施工阶段，学习难度相对较大；
采用传统的教学方式教学，学生容易产生畏难情绪。在课程中融入BIM+VR技术，可以使学生更全面掌握工程造价管理的多个过程；
决策阶段融入BIM技术可以对多个投资方案进行综合比较，选出最优方案，同时可以对整个项目的总体造价进行估算；
设计阶段融入BIM技术，可直观生成工程概预算及明细，使工程造价管理更加清晰、明确；
施工阶段融入BIM+VR技术，对施工过程进行仿真模拟，有助于学生系统了解施工组织，分析施工过程中人员、材料、机械的管控措施，正确处理工程造价和工期、质量的辩证关系。BIM+VR融入工程造价管理课程后，教学以学生为中心，师生互动明显增加，课堂气氛活跃，学生变得自主学习、乐于学习，获得更好的学习体验。

结语

伴随着互联网信息化技术的飞速发展，高职院校作为技术和管理人才培养的重要基地，对新技术的研究和教学应有足够的前瞻性［6］。BIM技术作为当前建筑产业信息化进程的重要思想和技术工具，也成为高等院校数字化、信息化研究领域的重要发展方向。高职院校应加速开展BIM+VR实践教学改革，进行技术人才培养的模式创新，让更多学生学习并运用BIM与VR技术，提高学生实践能力，培养创新精神，适应我国社会发展对高质量创新型人才的需求。

参考文献：

［1］王芳，张志强.融合BIM技术的应用型土木工程专业实践教学平台的优化与应用［J］.高等建筑教育，2016，25（1）：155157.

［2］齐宝库，薛红，张阳.建筑类高校BIM高端人才培养的瓶颈与对策［J］.中国建设教育，2014（1）：3033.

［3］李重，于淼.BIM+VR模式在高职建筑类专业教学中的应用［J］.河南农业，2019（18）：2931.

［4］陆海燕，鲍文博，王海军，等，基于BIM与VR技术在土木工程CAD教学模式实践探讨［J］.土木建筑工程信息技术，2017，9（04）：6266.

［5］尹龙，张莉，赵莉.虚拟仿真技术与创新创业教育深度融合研究［J］.实验技术与管理，2018，35（4）：118120+125.

［6］曹双寅，蒋永生.国内17所高校建筑工程类专业设置及培养方案的现状与建议［J］.高等建筑教育，1998（02）：1012.

基金项目：广东省高等教育科学研究项目（项目编号：2021GXJK657）

作者简介：张艳芬（1980— ），女，汉族，河北衡水人，研究生，讲师，研究方向：工程造价管理、BIM技术。

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