智慧水務(wù)背景下基于BIM技術(shù)應(yīng)用的課程體系建構(gòu)及應(yīng)用

摘要：相對于傳統(tǒng)的教學(xué)，智慧水務(wù)背景下的給排水專業(yè)教學(xué)已經(jīng)發(fā)生了很大的改變，其將BIM真實工程案例模塊化并植入課程教學(xué)中，重構(gòu)課程體系，開展崗課賽證融通的課程教學(xué)，并通過校企合作共同開發(fā)課程資源、進(jìn)行師資培訓(xùn)、共建實訓(xùn)基地及保障機(jī)制，以適應(yīng)智慧水務(wù)行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展要求，提高教師教學(xué)能力和學(xué)生技能水平。關(guān)鍵詞：智慧水務(wù)；BIM技術(shù)；課程體系；教學(xué)實踐2014年8月，國家八部委印發(fā)了《關(guān)于促進(jìn)智慧城市健康發(fā)展的指導(dǎo)意見》，要求大幅提升水務(wù)等公用基礎(chǔ)設(shè)施的智能化水平。自此，國內(nèi)學(xué)者在智慧水廠的協(xié)同設(shè)計、施工與運維等的智慧化管理、管控平臺搭建、綜合管廊的參數(shù)化設(shè)計及全生命周期管理、水資源管理、供排水安全等方面進(jìn)行深入研究，推動建設(shè)水務(wù)系統(tǒng)管理信息平臺，提升城市水務(wù)的安全保障和管理能力。水務(wù)行業(yè)和企業(yè)需要建立信息化人才梯隊，為建設(shè)和維護(hù)智慧水務(wù)信息化系統(tǒng)提供可靠的人力支持，滿足業(yè)務(wù)發(fā)展需要。因此，在國家智慧城市與智慧水務(wù)建設(shè)以及新工科建設(shè)的背景下，培養(yǎng)既精通給排水專業(yè)技術(shù)又能熟練運用現(xiàn)代信息技術(shù)進(jìn)行水務(wù)的相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施建模，涉水?dāng)?shù)據(jù)監(jiān)測和采集、存儲、分析及運用的復(fù)合型水務(wù)技術(shù)技能人才成為一件迫切的事情。一、BIM技術(shù)在智慧水務(wù)中應(yīng)用及其在給排水課程中應(yīng)用的情況（一）BIM技術(shù)在智慧水務(wù)中的應(yīng)用情況建筑信息模型（BuildingInformationModeling，又稱建筑信息模擬，簡稱BIM）技術(shù)是基于計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）等技術(shù)發(fā)展而來的一種多維建筑模型信息集成管理技術(shù)。它利用數(shù)字智能化模型對建設(shè)項目的設(shè)計、建造等過程進(jìn)行管理和優(yōu)化，是實6zo1H2HWER6ghZrK8hj3NA==現(xiàn)智慧化設(shè)計、建造和運維等全生命周期管理的關(guān)鍵技術(shù)。BIM技術(shù)已越來越多地被集成應(yīng)用于智慧城市建設(shè)，其中包括智慧水務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)。在給排水系統(tǒng)設(shè)計和優(yōu)化方面，使用BIM技術(shù)，可以對給排水系統(tǒng)進(jìn)行全面的建模和分析，包括管道布置、液流模擬、水力計算等，并優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計，以確保系統(tǒng)的可靠性和效率；在水務(wù)系統(tǒng)建設(shè)方面，基于BIM模型和實時數(shù)據(jù)采集可構(gòu)建數(shù)字孿生水務(wù)系統(tǒng)，對水質(zhì)、水量、水壓等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測和管理，提升對水務(wù)系統(tǒng)運行情況的分析和預(yù)測能力；在智能供水和排水管理方面，結(jié)合BIM技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)智能供水和排水管理，包括遠(yuǎn)程監(jiān)控、泄洪預(yù)警、漏水檢測等，實現(xiàn)供水和排水系統(tǒng)運行的安全性、可靠性和高效率；在施工與維護(hù)管理方面，利用BIM技術(shù)，在施工階段進(jìn)行施工過程模擬和沖突檢測，可提升施工效率和質(zhì)量控制能力。同時，在運維階段，通過BIM模型的更新和管理，可實現(xiàn)設(shè)備維護(hù)、故障排除等管理工作的便捷性和精確性。BIM技術(shù)雖然在智慧水務(wù)領(lǐng)域中的應(yīng)用領(lǐng)域逐漸增大，但與其他行業(yè)相比，智慧水務(wù)領(lǐng)域仍處于發(fā)展初期，還有較多的挑戰(zhàn)。目前，智慧水務(wù)建設(shè)急需掌握BIM技術(shù)的給排水工程技術(shù)專業(yè)（簡稱給排水專業(yè)，其課程簡稱給排水課程）人才，高職給排水專業(yè)應(yīng)積極響應(yīng)行業(yè)需求，要基于BIM技術(shù)應(yīng)用調(diào)整人才培養(yǎng)方案。（二）BIM技術(shù)在給排水課程中應(yīng)用的情況目前，國內(nèi)大多數(shù)高職院校還沒有將BIM技術(shù)理念植入并貫穿于整個專業(yè)的課程體系，很多高職院校僅將BIM技術(shù)用于社會培訓(xùn)，還沒有應(yīng)用于專業(yè)人才培養(yǎng)的全過程。近年來，高職院校的工程造價專業(yè)運用BIM技術(shù)的比較多，但主要還是以工程量計算、工程量清單編制與計價為主。廣西區(qū)內(nèi)高職院校開設(shè)的給排水專業(yè)中，目前仍未見有將BIM技術(shù)融入課程項目化教學(xué)和學(xué)生技能培養(yǎng)的案例。具體來說，給排水三維模型建立、碰撞檢查、優(yōu)化設(shè)計、施工過程模擬、工程變更和簽證等動態(tài)管理的教學(xué)中都還沒有發(fā)現(xiàn)運用BIM技術(shù)的案例。但在建筑給排水工程課程中，目前已有相關(guān)應(yīng)用，主要原因是因為BIM技術(shù)在建筑行業(yè)已經(jīng)得到較廣泛的應(yīng)用。BIM技術(shù)可以三維形式將整個給排水系統(tǒng)呈現(xiàn)，包括管道布置、設(shè)備安裝等，使學(xué)生能夠更好地理解系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和運行原理，幫助學(xué)生在建模和分析過程中發(fā)現(xiàn)并解決潛在的設(shè)計和施工問題，提前預(yù)測系統(tǒng)在運行過程中可能遇到的問題，并優(yōu)化設(shè)計方案，以提高工程效率、減少成本和風(fēng)險。因此高職給排水專業(yè)課程要基于BIM技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行改革以適應(yīng)社會發(fā)展需要。（三）將BIM技術(shù)融入給排水課程教學(xué)遇到的困難高職院校在將BIM技術(shù)融入給排水工程技術(shù)專業(yè)課程中也遇到一些困難。一是具有運用BIM技術(shù)進(jìn)行工程建設(shè)經(jīng)歷的師資力量不足，導(dǎo)致難以推進(jìn)BIM技術(shù)融入課程設(shè)計及實施；二是缺乏與給排水工程相關(guān)的BIM教材和教學(xué)資源，使教師難以找到適合的教材和案例來支持教學(xué)，從而限制了課程改革的深度和廣度；三是BIM技術(shù)需要功能強(qiáng)大的計算機(jī)設(shè)備和專業(yè)軟件的支持，目前設(shè)備老舊無法滿足BIM技術(shù)要求；四是實踐機(jī)會有限，給排水工程作為一個實踐性較強(qiáng)的學(xué)科，校內(nèi)沒有足夠的真實項目和實訓(xùn)條件來支撐學(xué)生運用BIM技術(shù)解決工程問題，部分課程內(nèi)容與行業(yè)需求脫節(jié)，導(dǎo)致學(xué)生在畢業(yè)后面臨與實際工作要求不匹配的情況；五是BIM技術(shù)在給排水工程專業(yè)中的教學(xué)評估和認(rèn)證體系尚不完善，缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和指導(dǎo)，使得課程的質(zhì)量和水平難以得到有效的評估和保證。二、重構(gòu)基于BIM技術(shù)應(yīng)用的給排水課程體系（一）開設(shè)BIM類新課程首先，開設(shè)新課程。開設(shè)BIM技術(shù)應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)課程，教會學(xué)生運用BIM技術(shù)相關(guān)軟件，比如Rvite建模、Navisworks施工模擬等軟件，并熟悉掌握操作技術(shù)。其次，開設(shè)PLC自動控制基礎(chǔ)、給排水工程運維管理、城鎮(zhèn)智慧水務(wù)應(yīng)用與發(fā)展課程。這是基于數(shù)字化智慧管理大背景的需要，開設(shè)這些課程以培養(yǎng)給排水專業(yè)從業(yè)人員智慧水務(wù)系統(tǒng)建設(shè)所需的現(xiàn)代信息技術(shù)應(yīng)用能力，實現(xiàn)從傳統(tǒng)的給排水專業(yè)側(cè)重工程設(shè)計和建設(shè)人才培養(yǎng)向數(shù)字化智慧管理人才培養(yǎng)轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)高效運維管理技術(shù)型人才。（二）在原有課程中融入BIM技術(shù)在原有課程中融入BIM技術(shù)、植入BIM真實工程案例模塊。在水處理技術(shù)課程的構(gòu)筑物工藝結(jié)構(gòu)的認(rèn)知中融入基于BIM技術(shù)的水處理構(gòu)筑物的參數(shù)化建模案例，在EPANET管網(wǎng)建模和平差計算中融入基于給排水管道基礎(chǔ)知識的軟件應(yīng)用知識，在給排水管道工程課程理論教學(xué)與實訓(xùn)中融入軟件技術(shù)的學(xué)習(xí)和操作訓(xùn)練內(nèi)容，在水泵與泵站課程的水泵的構(gòu)造與性能章節(jié)中植入基于BIM技術(shù)的各類水泵參數(shù)化模型，在建筑給排水工程課程中植入基于BIM技術(shù)的給排水管道的碰撞檢測模塊，在給排水工程施工技術(shù)和給排水工程施工組織與項目管理等課程中植入基于BIM技術(shù)的各種建筑、管道、構(gòu)筑物的施工模擬模塊，將BIM技術(shù)融入給排水課程中。在重構(gòu)高職給排水專業(yè)課程體系中，學(xué)校要基于給排水工程建設(shè)邏輯把各門課程串聯(lián)起來形成一個課程循環(huán)體系。一方面，在人才培養(yǎng)中融入BIM技術(shù)理念，并將之貫穿于整個教學(xué)周期；另一方面，改變各門課程各自為戰(zhàn)、知識零散、缺乏關(guān)聯(lián)性的現(xiàn)狀，避免部分課程內(nèi)容重復(fù)的現(xiàn)象。學(xué)校要研究建立基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境，建設(shè)基于BIM技術(shù)的給排水工程項目實例教學(xué)模式，用一個完整的真實項目把各門課程串聯(lián)起來。比如，從項目研究立項、設(shè)計、招投標(biāo)、施工到運行維護(hù)，把工程制圖與CAD、BIM技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)、水處理工程、建筑給排水工程、給排水工程施工、安裝工程預(yù)算、給排水施工組織等課程串聯(lián)起來開展項目化教學(xué)，以便更好地培養(yǎng)出具有BIM技術(shù)能力的給排水專業(yè)人才。三、建立基于BIM技術(shù)應(yīng)用的給排水課程教學(xué)保障機(jī)制為保障基于BIM技術(shù)應(yīng)用的高職給排水專業(yè)課程教學(xué)得到有效實施，校企行三方要緊密合作、相互支持，建立“四同”保障機(jī)制。第一，開發(fā)教學(xué)資源。校企共同開發(fā)、收集或購買與給排水工程相關(guān)的BIM教學(xué)案例和實踐項目，如電子書、教學(xué)視頻、在線教程等，為學(xué)生提供學(xué)習(xí)資源和教材。第二，提高師資技術(shù)能力。校企共同組織和舉辦BIM專項的師資培訓(xùn)及研討會、工作坊等，使教師了解BIM技術(shù)應(yīng)用的最新發(fā)展，并掌握其應(yīng)用方法；通過企業(yè)實踐等方式，使教師能夠熟練運用BIM技術(shù)的各種軟件，并將其應(yīng)用于給排水課程教材資源開發(fā)、課程教學(xué)設(shè)計和實訓(xùn)項目中；通過參與實際工程項目，收集BIM項目案例，并將之融入課程教學(xué)中，有效地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實踐和創(chuàng)新。第三，共建實訓(xùn)基地。一是校企共同研發(fā)支持BIM技術(shù)相關(guān)應(yīng)用軟件的實訓(xùn)設(shè)備，建設(shè)BIM技術(shù)實訓(xùn)室，供學(xué)生開展實訓(xùn)活動；二是校企合作建立實習(xí)基地，為學(xué)生提供實習(xí)和項目合作建設(shè)、研發(fā)的機(jī)會，使學(xué)生能進(jìn)入實際工程工作環(huán)境參與工程建設(shè)與項目研發(fā)，提升學(xué)生的實踐能力。第四，評估與反饋。建立有效的評估與反饋機(jī)制，定期對課程教學(xué)進(jìn)行評估和調(diào)整。一是學(xué)生評價與反饋，可以通過匿名問卷調(diào)查、小組討論或面談等方式了解學(xué)生對課程內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)資源的意見，并聽取他們的建議；二是教師評估，讓參與課程改革和實踐的教師進(jìn)行自我評估，收集他們對課程設(shè)計、教學(xué)實施和教學(xué)資源的評價和反饋意見；三是專家評估，邀請相關(guān)領(lǐng)域的專家從教學(xué)設(shè)計、教材選擇、教學(xué)資源配置等方面給予評價，聽取他們對課程改革的專業(yè)意見和建議，以及改進(jìn)的指導(dǎo)意見；四是畢業(yè)生評價與反饋，對畢業(yè)生進(jìn)行追蹤調(diào)查，了解他們在工作中運用BIM技術(shù)的情況，聽取他們對課程改革的評價、對課程改進(jìn)的建議，了解他們在實際工作中面臨的挑戰(zhàn)。學(xué)校定期或不定期地收集在校生、教師、專家、畢業(yè)生的評價和反饋，為進(jìn)一步完善課程體系提供重要的依據(jù)和指導(dǎo)，確保課程的質(zhì)量和適應(yīng)性。四、基于BIM技術(shù)應(yīng)用的給排水課程教學(xué)實踐現(xiàn)以真實案例作為教學(xué)載體闡述基于BIM技術(shù)串聯(lián)各門課程開展教學(xué)活動的具體方法，即根據(jù)各門課程間的相關(guān)性，按照崗課賽證融通的教學(xué)思路建立融通教學(xué)模式、開展教學(xué)活動（如圖1所示），以滿足給排水高級技術(shù)技能人才培養(yǎng)要求。選擇學(xué)校所在工業(yè)園區(qū)的自來水廠真實案例為載體，將BIM技術(shù)植入給排水課程體系中開展教學(xué)活動（如圖2所示，見下頁）。學(xué)校通過校企合作模式，邀請該廠技術(shù)人員共同修訂人才培養(yǎng)方案，重構(gòu)課程體系，參與實訓(xùn)項目的開發(fā)和實訓(xùn)教材的編寫。按照BIM技術(shù)全生命周期的建設(shè)與管理流程，把對應(yīng)內(nèi)容設(shè)計成前后關(guān)聯(lián)的教學(xué)模塊。例如，在水處理技術(shù)課程中，使用水廠的設(shè)計參數(shù)進(jìn)行工藝池體的計算，并將計算數(shù)據(jù)融入BIM應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)課程中進(jìn)行參數(shù)化建模，然后植入給排水施工模擬實訓(xùn)課程中，通過施工方案設(shè)計及應(yīng)用施工模擬軟件進(jìn)行模擬驗證；將工藝設(shè)計關(guān)聯(lián)至PLC自動控制基礎(chǔ)課程及其程序設(shè)計實訓(xùn)，進(jìn)行自動控制設(shè)計。這樣，基于BIM技術(shù)重構(gòu)的給排水課程體系就形成一個教學(xué)循環(huán)，使學(xué)生在完成三年的給排水專業(yè)學(xué)習(xí)過程中，既經(jīng)歷一個真實BIM項目的全生命周期智慧化建設(shè)與管理過程，又完成了該過程所需的知識學(xué)習(xí)與技術(shù)技能訓(xùn)練。五、基于BIM技術(shù)應(yīng)用構(gòu)建的課程體系的教學(xué)實踐效果給排水專業(yè)根據(jù)學(xué)校人才培養(yǎng)方案，以年為循環(huán)周期，進(jìn)行完整的課程閉環(huán)改革和創(chuàng)新（行業(yè)調(diào)研—人才培養(yǎng)方案修訂—課程標(biāo)準(zhǔn)修訂—課程改革—教學(xué)實施—教學(xué)效果反饋）。在這個過程中，以線上線下結(jié)合的方式進(jìn)行教師BIM技術(shù)能力的提升培訓(xùn)；收集大量的BIM素材和案例并制作教學(xué)資源包，結(jié)合“1+X”污水處理職業(yè)技能等級證書培訓(xùn)與考核、水處理技術(shù)的全國職業(yè)院校技能大賽項目、水務(wù)企業(yè)職工培訓(xùn)和技能競賽的綜合需求，進(jìn)行了基于BIM技術(shù)應(yīng)用的實訓(xùn)室升級改造，實施課程體系改革。（一）學(xué)生技術(shù)技能水平得到提高學(xué)校啟動“學(xué)歷證書+若干職業(yè)技能等級證書”制度試點工作后，為給排水專業(yè)選擇與專業(yè)適配度較高的“1+X”污水處理證書進(jìn)行試點建設(shè)。師生組成設(shè)計小組，運用BIM技術(shù)進(jìn)行有限空間實訓(xùn)平臺的參數(shù)化建模和設(shè)計，僅3個月便完成了方案申報和設(shè)計施工。同時對證書相關(guān)課程進(jìn)行了課證融通的教學(xué)改革，如在水處理技術(shù)課程中，各工藝的運行維護(hù)操作是BIM技術(shù)全生命周期管理中后期的一個環(huán)節(jié)，也是“1+X”污水處理證書考核的一個模塊，因此在實訓(xùn)環(huán)節(jié)，使用水處理仿真軟件，在模擬環(huán)境中進(jìn)行工藝的開停車、設(shè)備檢修和工廠巡檢等運維操作。實施基于BIM技術(shù)的課證融通課程改革后，給排水專業(yè)“1+X”污水處理證書的考證通過率逐年提升。課程體系改革中的賽課融通，實現(xiàn)了以賽促教改、以賽促課改的目標(biāo)。我們將課程內(nèi)容與比賽訓(xùn)練對接，統(tǒng)一課賽實訓(xùn)平臺，在課程學(xué)習(xí)中讓學(xué)生利用Revit軟件對平臺進(jìn)行復(fù)刻建模，根據(jù)任務(wù)書要求的工藝，設(shè)計平臺管道系統(tǒng)，在模型上進(jìn)行模擬安裝，檢查管線碰撞后再進(jìn)行實物操作，學(xué)生得到有效訓(xùn)練的同時也節(jié)省了實訓(xùn)耗材。學(xué)生參加全國職業(yè)院校技能大賽水環(huán)境監(jiān)測與治理、水處理技術(shù)賽項并獲得一等、二等獎項。學(xué)生以研究助理角色參與教師校企合作、產(chǎn)教融合等研究項目。例如，在混凝和過濾中試設(shè)備的研發(fā)中，協(xié)助教師利用BIM技術(shù)完成設(shè)備的建模和實物的制作，獲得“一種活動式過濾試驗裝置”實用新型專利，培養(yǎng)了學(xué)生BIM技術(shù)應(yīng)用能力和創(chuàng)新思維。（二）教師BIM應(yīng)用能力得到提升教師是課程改革和實施的主體，其BIM技術(shù)水平直接影響課程的教學(xué)質(zhì)量。通過BIM應(yīng)用技術(shù)提升培訓(xùn)、BIM相關(guān)軟件基礎(chǔ)操作課程培訓(xùn)、BIM課程設(shè)計和資源開發(fā)研討等，為教師提供系統(tǒng)學(xué)習(xí)和實踐的機(jī)會。學(xué)校鼓勵教師參與實際的BIM項目，促進(jìn)與建筑、土木工程等相關(guān)專業(yè)的合作；創(chuàng)建和積累一批適用于給排水工程領(lǐng)域的BIM教學(xué)案例和教材（包括實際項目案例、模型庫、操作指南等），幫助教師更好地教授BIM技術(shù)知識；鼓勵教師積極參加BIM技術(shù)相關(guān)學(xué)術(shù)交流會議、行業(yè)論壇等，與同行和專業(yè)人士進(jìn)行交流與合作，獲知最新的行業(yè)動態(tài)和技術(shù)發(fā)展趨勢，并與行業(yè)專家、技術(shù)人員分享經(jīng)驗和觀點；組建給排水BIM技術(shù)應(yīng)用教學(xué)團(tuán)隊，建立共享資源和協(xié)作機(jī)制，使團(tuán)隊合作形成集體智慧；