大赛优秀案例分享丨刘红勇老师团队：基于BIM技术的跨专业联合毕业设计探索与实践
大赛
西浦全国大学教学创新大赛（简称“大赛”，XJTLU National University Teaching Innovation Award）由西交利物浦大学主办，领导与教育前沿院承办，澳门同济慈善会北京办事处支持，旨在发现并奖励一批将“以学生为中心”作为教学理念的高等院校的老师，传播“以学生为中心”教学的创新举措。通过帮助教师梳理个人教学创新思考、提供多重展示的机会，为教育创新者构建分享、交流、学习、成长、共创未来的平台，进而推动中国高等教育改革。
为了更好地支持和服务所有热爱教学创新探索的老师们，西浦全国大学教学创新大赛组委会将逐一分享第六届西浦全国大学教学创新大赛20组获奖选手的教学创新案例，为教育创新者们带来更多交流、学习和成长的机会。
本期分享的是第六届大赛年度教学创新一等奖获得者、来自西南石油大学刘红勇老师团队的《基于BIM技术的跨专业联合毕业设计探索与实践》。
教学创新案例分享
课程名称：毕业设计
上课学生数：30人
课程性质：必修课
刘红勇老师团队利用 BIM 建立项目信息平台，由工程管理专业牵头，组织土木、建环、工管、测绘不同专业师生开展跨专业联合毕业设计，是实践课程的创新，也是将教学计划中最大一门课程从组织、教学方式、考核评价全方位的改革与创新。
这是将传统毕业设计只需学生个人完成项目中某一专业的设计任务，向由各专业学生运用现代信息技术和方法共同完成一个实际工程项目的设计、施工和信息化管理的转化，也是将教师授课、单向传递转变为信息共享、全员参与的教学方式改革，通过结合土木学科的前沿知识和新技术，培养学生大工程意识、创新能力、沟通能力、 团队协作能力。
创新毕业设计模式，实现多专业联合毕业设计，践行 OBE 教学理念。针对传统毕业设计中每个学生仅独立完成各自专业设计任务而导致缺乏沟通协同、系统思维的问题。刘红勇老师团队对学生按照专业分组，对应工程参与主体完成相关工作，建立并充分应用 BIM 云平台，发挥信息技术优越性实施联合毕业设计，培养学生的大工程意识和协同工作能力。
1.构建项目组织机构
联合毕业设计是以项目建设为目标，课题负责人作为项目设计总负责人，将不同专业的老师、学生集合在一起构建一个项目设计部，从而完成一个项目多专业设计任务。项目组织结构如图 1 所示。
设计总负责人制定项目设计总工作计划，统筹安排、确定设计总目标，协调各方需求；各专业老师细化各专业设计任务、下达设计任务书并负责专业指导；各专业学生分别承担相应专业的设计任务，根据设计总任务的进度计划适时提交设计成果。
项目实施过程中产教融合，协同育人项目企业支持单位提供软件应用支持技术指导，学校基建处则为学生提供项目实习和工程实际建设情况咨询。
联合毕业设计由工程管理、土木工程、建筑环境与能源应用工程、测绘工程四个专业的同学协同完成项目中结构、空调、给排水、施工组织、造价、测绘等设计任务。
2.研究适合不同学生群体的联合毕业设计工程项目类型、规模，适宜的学生人数
由于联合毕业设计对学生的专业知识和软件运用有较高要求，因此需根据自愿参与的学生人数以及他们的专业架构选择项目并确定项目规模，根据项目工作任务分解进行专业分工，确定各项目学生人数和每位同学承担的工作内容，并根据专业工作任务进行工作结构分解、责任描述和明确交付成果。
3. 研究软件应用的选择和信息平台的搭建
根据工程特点和学生个人学习、应用软件的能力，研究确定设计所需软件和软件的应用内容及深度。根据建筑行业特征、数字建造发展要求，分析研究各软件的易用性、适用性、不同软件之间的模型及信息共享和交换的能力、协同设计功能、选择确定一种或者多种软件和合适的云平台。根据多年的探索与实践，总结出适合于建筑工程项目跨专业联合毕业设计的软件和信息平台。
4. 构建联合毕业设计模型
联合毕业设计运用现代信息技术和方法，协同完成各专业设计任务。
具体协同是：首先，由施工专业同学运用 Revit 软件进行建模，让团队所有成员对整个工程项目有个直观的了解和认识，然后将模型分别交给结构设计、给排水设计、空调设计的同学，引导他们依据该模型进行三维设计。
空调专业和给排水专业的同学在设计过程中会适时沟通，避免明显的管线碰撞。同时，两个专业会进行碰撞检查，并依据碰撞检查结果进行管综调整。空调和给排水专业的同学也会根据需要向结构专业的同学提出预留孔洞的需求，最后结构专业的同学将设计成果返还给施工同学，完成明理楼的最终模型。
计价专业的同学运用鲁班软件进行算量，将 Revit 模型导入到鲁班软件计量，计量完成后将工程量清单提交给施工组同学，施工组同学据此完成施工组织设计、三维场布、进度计划、工序模拟，虚拟施工。
造价专业同学通过编制好的工程量清单用宏业清单计价专家进行计价。根据各项工程表单、定额汇总表，施工组提供的关联了进度计划的模型在鲁班Govern 平台上进行 BIM5D 运用。施工组在渲染漫游模型的基础上，运用 Lumion 软件制作的全景图片，完成 VR 展示。
测绘同学则是运用无人机倾斜摄影测量得到的地形数据完成现状地形模型建模，并将该模型与 BIM 模型放在鲁班 CIM 平台上整合完成简单的校园漫游，为今后智慧校园平台的建立提供了基础。联合毕业设计模型如图 2 所示。
5. 制定联合毕业设计工作总进度计划
根据参与专业数量、各专业毕业设计工作量和毕业设计总工作量及培养计划中对毕业设计完成时间的要求，拟定联合毕业设计进度计划总目标。按项目的总目标、里程碑、工作包、任务、活动的顺序进行工作结构分解，研究制定里程碑计划，据此，协调各专业进度计划，制定进度计划。
联合毕业设计最难的就是各专业进度计划的协调，因各专业间存在先行后续的关系，而学校又几乎是在同时段开展各专业毕业设计，没有足够的时间和空间与实际项目一样按专业依次完成。所以，先行专业设计工作前置，后续专业在设计前期先学习 BIM 软件和拓展专业知识，挤掉每位学生自由时差，以便可以快速上手，提高工作效率；项目工作任务分解也须尽量细化，以保证每个人的工作任务明确、时间节点合理、衔接有序。
进度计划设计原则是：（1）满足学校毕业设计时间要求总目标；（2）符合逻辑，满足各个专业间衔接需求；（3）满足各专业设计基本时间的需要。
6. 根据联合毕业设计的特点、组织结构形式，拟定考核机制和考核方式，确定评审因素及评审标准
答辩委员会由各专业 2 位以上的教师和产学合作协同育人项目企业分管高校教学副总组成，学院院长担任答辩组组长，采取回避制度，联合毕业设计指导教师不能是答辩组成员。毕业设计答辩组成员有企业界相关工程领域管理实践专家。答辩组组织构架如图3所示。
学生学习的主要活动包括项目调研，软件学习和前期准备， BIM 技术应用，毕业设计文档编写与整理。
毕业设计总学时为 15 周，各个活动所占比重如下：项目前期调研 10%，软件学习和前期准备 10%， BIM 技术综合应用 60%，毕业设计文档编写与整理 20%。
毕业设计的考核形式由“毕业设计开题答辩” “毕业设计期中检查”和“毕业设计评审和答辩”三部分组成。
总成绩由开题答辩、审阅意见、评阅意见、毕业答辩四部分组成，其权重是开题答辩:审阅:评阅:毕业答辩=1:3:2:4。
教学创新案例精彩展示
8月，刘红勇老师受邀参与第七届大赛线上分享，请点击以下视频观看完整在线分享及大赛决赛精华分享。
案例分享完整版
大赛决赛精彩展示精华版
教学创新背后的故事
Q：您做教学创新的初衷是什么？
刘红勇：本科毕业设计是教学过程的最后阶段采用的一种总结性实践教学环节。土木类专业的毕业设计一般以结合工程实际的工作为主，如土木工程专业的建筑设计和结构设计，工程管理专业的施工组织设计和工程计量与计价，建筑环境与能源应用工程的暖通空调工程和给排水工程设计等。一般情况下都按照一人一题，并由指导教师为学生拟定题目的方式进行。
整个毕业设计过程由指导教师全面控制进行，学生要完成调研、开题、撰写毕业设计、中期检查、最终答辩的整个流程。这样的模式便于指导教师全程掌握学生的完成进度及质量，以对学生进行各阶段的考核管理，按照教学大纲的要求保证毕业设计的质量。
但是在信息时代到来的今天，工程建设行业已经不可避免的被卷入信息化浪潮之中，以 BIM 为代表的大量信息技术被应用到工程实践中，如何在课程教学体系中与社会实际接轨，让培养的人才符合时代的需要成为高校不可回避的课题。近年来， BIM 技术开始全面进入课程教学体系中，在毕业设计中使用BIM 软件，提高信息化水平也已经广泛开展起来。
在这一背景下，传统的毕业设计模式暴露出了以下明显的问题：
（1）闭门造车，缺乏信息交流。闭门造车是目前工科毕业设计的一个普遍问题，以西南石油大学工程管理专业为例，每年毕业设计题目最多时也仅有一两个题目是完全结合实际工程，毕业设计进度与工程进度同步推进得来的。其他题目基本都是由指导教师提供施工图纸，学生根据图纸在学校自行完成相关任务，由于这些图纸对应的工程项目都是学生无法现场接触到的，所以毕业设计根本不可能与现场实际问题进行联系，学生无法得到真正与实践接轨的训练。
（2）缺少协调与交流。在实际工程开展过程中，参与各方包含勘察设计单位、施工总承包方、分包方、设备供应方、监理方都会根据实际开展大量的协调与交流，最典型的如图纸交底和技术交底工作，这些协调和交流对于工程的成功至关重要， 而当前的毕业设计中学生一人一题，工程项目不同，工作内容雷同，互相之间没有任何协调与交流。
为了解决以上问题，自 2017 年起，西南石油大学土木工程与测绘学院就联合土木工程、建筑环境与能源应用工程、工程管理、测绘工程等专业的师生开始了面向行业变革、顺应信息化发展潮流、结合数字建造、基于 BIM 的跨专业联合毕业设计的探索与实践。
Q：您的教学创新过程中遇到的最大挑战是什么，您是如何解决的？
刘红勇：1. 小组成员缺乏实际项目经验，对施工现场实际情况了解不够深入，导致很多工作开展进度缓慢。例如对于工地现场临时设施的布置，使用软件模拟得出的工程现场效果与实际场地无法做到完全一致，电脑模型的观察效果与现场实际也无法做到匹配，学生往往在进行场地布置时只能做到从书本上的理论知识出发。对此问题，团队专门邀请项目工地现场负责人与学生进行定期交流。
2. 应用的软件较多，软件间的数据传输会不同程度地导致数据丢失，加大工作量。联合毕业设计使用各种 BIM 类软件共计 21 种，其中不同品牌软件之间进行模型传递只能借助 IFC 插件，但是往往会出现数据丢失的情况，甚至出现一些构件移位或者消失。对此问题，只能要求学生加强软件操作的细节把控。
3. 电脑硬件难以满足高精度 BIM 技术应用的要求，尤其在制作渲染漫游和虚拟施工视频时，对于电脑显示要求很高。团队采用租借设计院高性能计算机的方法解决了成果合成问题。
4. 时间安排困难。各专业工作从工作程序上来讲存在时间先后关系，而按照学校统一的教学安排，各个专业的毕业设计时段是一样的。对此问题，团队设计了详细的工作计划，建筑方案统一提供，从而保证了各专业都能及时开展工作。
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