BIM在土木工程制圖課程中的應(yīng)用

張 龍 李十泉

(南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院土木工程學(xué)院，江蘇泰州 225300)

BIM在土木工程制圖課程中的應(yīng)用

張 龍 李十泉

(南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院土木工程學(xué)院，江蘇泰州 225300)

基于國(guó)外高校對(duì)于BIM教學(xué)改革的成果經(jīng)驗(yàn)，對(duì)土木工程制圖課程目前的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，提出了土木工程制圖的課程新理念，并對(duì)課程的教學(xué)體系和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行深化改革，為土木工程專業(yè)BIM專業(yè)技術(shù)人才培養(yǎng)做好鋪墊。

土木工程，BIM，制圖課程，教學(xué)改革

0 引言

2011年5月，住建部發(fā)布《2011～2015建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》，從而拉開(kāi)了建筑信息模型技術(shù)(Building Information Modeling，簡(jiǎn)稱BIM)在土木工程行業(yè)應(yīng)用的序幕。歷經(jīng)4年的準(zhǔn)備工作，各地政府紛紛出臺(tái)了一系列政策鼓勵(lì)、推動(dòng)和深化BIM在工程建設(shè)(Architecture Engineering Construction，簡(jiǎn)稱AEC)行業(yè)中的應(yīng)用［1，2］。政府的導(dǎo)向性表明，BIM的應(yīng)用即將迎來(lái)井噴式發(fā)展。而這一趨勢(shì)必將帶動(dòng)市場(chǎng)對(duì)BIM人才的需求，建筑行業(yè)將面臨BIM人才短缺的考驗(yàn)。

2014年年初，國(guó)務(wù)院出臺(tái)關(guān)于引導(dǎo)一批普通本科院校向應(yīng)用技術(shù)型高校轉(zhuǎn)型的政策［3］。在國(guó)家推行應(yīng)用技術(shù)型大學(xué)的背景下，將BIM納入土木工程專業(yè)課程體系，在學(xué)生所需掌握的核心知識(shí)中增加BIM環(huán)節(jié)，對(duì)于建筑行業(yè)的發(fā)展是非常重要的。許多大型建筑企業(yè)已將BIM技術(shù)應(yīng)用于大型項(xiàng)目［4］，取得了良好的綜合效益?？梢哉f(shuō)，AEC產(chǎn)業(yè)已跨入BIM時(shí)代，有必要探索如何將BIM融入土木工程制圖課程中。

1 土木工程制圖課程的現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)高校的土木工程制圖課程形式主要是通過(guò)二維投影圖來(lái)表達(dá)三維立體，以培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力。此類傳統(tǒng)的制圖課程存在諸多不足，主要面臨以下問(wèn)題:

1)教學(xué)內(nèi)容問(wèn)題。

制圖教學(xué)中教了一些無(wú)用的知識(shí)，這是很多教師的共識(shí)。如畫法幾何中的換面法，旋轉(zhuǎn)法在土木工程專業(yè)領(lǐng)域基本用不到，部分課程知識(shí)點(diǎn)(如截交線、相貫線等)過(guò)于抽象，學(xué)生很難想象一個(gè)幾何形體經(jīng)過(guò)截交或相貫后的投影圖形，學(xué)習(xí)的過(guò)程比較枯燥，該部分知識(shí)在后續(xù)的課程及工作中較少涉及。

2)學(xué)生反映。

在近年來(lái)所做的抽樣調(diào)查中，發(fā)現(xiàn)大部分學(xué)生對(duì)于平面圖的識(shí)讀能力有限，更無(wú)法能夠?qū)⑵矫鎴D與建筑實(shí)體完全對(duì)應(yīng)，而思考的過(guò)程則需要花費(fèi)大量的時(shí)間，學(xué)生們更希望所看到的圖紙是直觀的，形象的，而傳統(tǒng)的二維圖紙反映的建筑信息有限，也很抽象，在學(xué)習(xí)的過(guò)程中學(xué)生往往不容易掌握?qǐng)D紙所表達(dá)的內(nèi)容。

3)學(xué)時(shí)問(wèn)題。

目前土木工程制圖課程學(xué)時(shí)壓縮過(guò)甚，很大程度上制約了課堂教學(xué)效果的提高。土木工程制圖從原來(lái)的120學(xué)時(shí)逐漸變?yōu)?00學(xué)時(shí)、80學(xué)時(shí)、70學(xué)時(shí)……制圖課程在很多老師眼中已由重要的專業(yè)基礎(chǔ)課變成無(wú)足輕重課程。土木工程制圖課程改革的趨勢(shì)揭示了理論課時(shí)減少與應(yīng)用能力要求不斷提高的矛盾的事實(shí)，給教學(xué)帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)［6］。

2 現(xiàn)狀的思考

長(zhǎng)期的理論教學(xué)研究也讓筆者不禁思考幾個(gè)問(wèn)題:

1)以平面圖形表達(dá)建筑實(shí)體是否能滿足未來(lái)行業(yè)發(fā)展對(duì)效率的要求。

2)是否還是停留在通過(guò)傳統(tǒng)的點(diǎn)、線、面的幾何空間學(xué)習(xí)。

3)是否還是讓學(xué)生用二維平面圖表達(dá)三維的思維，施工時(shí)再用二維的識(shí)讀到三維實(shí)體的建立。

作為與土木類高校專業(yè)基礎(chǔ)課程的工程制圖，是與BIM技術(shù)緊密相關(guān)的課程，這種低效率、大費(fèi)周折的傳統(tǒng)表達(dá)方式將不再滿足未來(lái)建筑新技術(shù)的發(fā)展，課程改革勢(shì)在必行。

3 國(guó)外高校BIM課程模式

由于BIM技術(shù)具有很大的優(yōu)勢(shì)，美國(guó)很早就在AEC行業(yè)中應(yīng)用BIM技術(shù)，國(guó)外的高校也很早就開(kāi)設(shè)了關(guān)于BIM的相關(guān)課程，其中70%的學(xué)校已將BIM貫穿到對(duì)應(yīng)課程中進(jìn)行教授，而沒(méi)有設(shè)置BIM課程的學(xué)校中，88%表示計(jì)劃增加BIM課時(shí)［7］。

為了適應(yīng)建筑行業(yè)對(duì)BIM技術(shù)人才的需求，美國(guó)很多高校的土木工程專業(yè)對(duì)相關(guān)課程進(jìn)行了改革。美國(guó)高校土木工程專業(yè)BIM課程典型設(shè)置見(jiàn)表1。

表1 國(guó)外高校土木類BIM課程設(shè)置模式

由于各個(gè)學(xué)校特點(diǎn)不一樣，每個(gè)學(xué)校都會(huì)選擇最適合自己的方式進(jìn)行教學(xué)。從課程設(shè)置模式來(lái)看，俄懷明大學(xué)的獨(dú)立課程模式是最容易開(kāi)設(shè)的，不需要考慮和他人的協(xié)同工作，可以獨(dú)立在課程中融入BIM相關(guān)的知識(shí)。但這種模式涉及到BIM的內(nèi)容是片面的，不能與其他課程形成緊密的聯(lián)系，很片面的把BIM作為一個(gè)提高繪圖效率的工具教授給學(xué)生。

從奧本大學(xué)總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，將BIM貫穿到整個(gè)系列課程中更為重要，如果僅僅是在一門課程中應(yīng)用BIM，作用就沒(méi)有那么明顯，不能得到有效的發(fā)揮。課程群和畢業(yè)設(shè)計(jì)兩種模式，可以建立系統(tǒng)的BIM體系，加強(qiáng)對(duì)技術(shù)和過(guò)程的理解。

4 課程改革方案

長(zhǎng)久以來(lái)，土木工程制圖都是以培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力為主，用二維線條式投影來(lái)表達(dá)三維形體，這種傳統(tǒng)的培養(yǎng)模式往往忽視了培養(yǎng)對(duì)象，對(duì)于剛步入大學(xué)的大一新生來(lái)說(shuō)，他們是沒(méi)有專業(yè)基礎(chǔ)的，對(duì)于建筑的組成是不清晰的，而利用二維圖紙教學(xué)，學(xué)生很難通過(guò)對(duì)二維的識(shí)讀來(lái)確定三維實(shí)體。

具體如何改，改什么，哪些知識(shí)需要納入課程體系中都是需要仔細(xì)思考的。通過(guò)對(duì)目前土木工程制圖課程分析，設(shè)定合理的教學(xué)體系和教學(xué)內(nèi)容。

1)教學(xué)體系的改革。傳統(tǒng)的教學(xué)體系是以“幾何圖形理論教學(xué)為主，計(jì)算機(jī)繪圖為輔”，將空間問(wèn)題簡(jiǎn)化成平面上的點(diǎn)、線、面問(wèn)題來(lái)解決?；贐IM技術(shù)三維圖形軟件的出現(xiàn)，要改變傳統(tǒng)的CAD思路，需要從建筑的全生命周期看待工程的項(xiàng)目運(yùn)作。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于BIM的教學(xué)改革成果還很少，很有必要借鑒國(guó)外高校的BIM教學(xué)改革成果。

在初期，可以先借鑒懷俄明大學(xué)的獨(dú)立課程模式，在制圖課程中融合與課程相關(guān)的BIM知識(shí)，主要是以Revit軟件進(jìn)行真實(shí)模擬操作，直接虛擬顯示講解。從奧本大學(xué)的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，將BIM納入課程群中更為重要，僅僅通過(guò)土木工程制圖課程涉及BIM，而不能將BIM與其他相關(guān)的課程緊密聯(lián)系起來(lái)，其作用是得不到充分發(fā)揮的。

在后期，待課程改革成熟后，仍需采用課程群的模式，在多門課程中穿插，將BIM在不同課程中的應(yīng)用連貫起來(lái)。就像土木工程制圖與房屋建筑學(xué)是前后密切相關(guān)的課程，在制圖課程中，可以通過(guò)Revit軟件學(xué)習(xí)如何建模，在后續(xù)的房屋建筑學(xué)的課程設(shè)計(jì)中，就可以利用Revit軟件進(jìn)行房屋的建模，生成對(duì)應(yīng)的平面圖。在后續(xù)的施工課程中，同樣可以利用Revit軟件得到的模型結(jié)合Navisworks軟件，進(jìn)行建筑構(gòu)件的4D模擬，生成施工動(dòng)畫，加深學(xué)生對(duì)施工流程和施工工藝的了解。

掌握主要的三維設(shè)計(jì)軟件，培養(yǎng)應(yīng)用型人才將是未來(lái)人才培養(yǎng)的重點(diǎn)。創(chuàng)建“以三維建模為重點(diǎn)，計(jì)算機(jī)三維繪圖為主線，圖學(xué)思維為核心”的教學(xué)體系，以適應(yīng)未來(lái)建筑行業(yè)的發(fā)展［8］。

2)教學(xué)內(nèi)容的改革。目前土木工程制圖課程主要由畫法幾何，專業(yè)制圖和計(jì)算機(jī)輔助制圖三部分組成。在現(xiàn)有的教學(xué)內(nèi)容上加入BIM技術(shù)的學(xué)習(xí)，課時(shí)明顯不夠，需要對(duì)現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行壓縮。

畫法幾何主要講的是投影理論，解決點(diǎn)、線、面的投影問(wèn)題，與實(shí)際工程圖形聯(lián)系不大，只要掌握基本的投影關(guān)系即可解決常規(guī)問(wèn)題，可將難度較大的相貫線、截交線這部分內(nèi)容降低考核要求，壓縮部分課時(shí)用來(lái)介紹BIM。利用BIM軟件的三維建模可以幫助學(xué)生快速建立起空間關(guān)系，快速得到復(fù)雜形體的相貫線和截交線。

在專業(yè)制圖教學(xué)部分，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)主要是通過(guò)板書結(jié)合PPT模式教學(xué)，簡(jiǎn)單的文字和圖片很難讓學(xué)生獲得感性的認(rèn)識(shí)。通過(guò)Revit軟件的Architecture，Structure，MEP三個(gè)模塊，對(duì)整個(gè)建筑進(jìn)行虛擬建模，全方位的展示了一個(gè)真實(shí)的建筑設(shè)計(jì)方案、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案和設(shè)備設(shè)計(jì)方案，使學(xué)生有身臨其境的感覺(jué)，提高課堂教學(xué)的吸引力，加深對(duì)建筑整體的認(rèn)知。通過(guò)圖1所示三維視圖與圖2所示平面視圖一一對(duì)應(yīng)［9］，使學(xué)生明白圖紙上的符號(hào)具體指的是什么，不同的圖例分別代表著什么。

在講解建筑的立面和剖面時(shí)(見(jiàn)圖3，圖4)，當(dāng)學(xué)生通過(guò)觀察立面圖、剖面圖不清楚建筑外觀和內(nèi)部情況的時(shí)候，可以通過(guò)對(duì)三維視圖進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀察，從全方位的角度來(lái)觀察整個(gè)建筑的情況，這樣平面、立面、剖面之間的關(guān)系就能一一對(duì)應(yīng)。

目前的計(jì)算機(jī)輔助課程是關(guān)于AUTOCAD的軟件培訓(xùn)，CAD三維表達(dá)能力有限，主要還是以繪制二維平面為主，隨著B(niǎo)IM逐漸普及，考慮到未來(lái)行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，應(yīng)適當(dāng)增加BIM設(shè)計(jì)軟件的學(xué)習(xí)，在土木工程制圖理論課時(shí)結(jié)束后，安排一周的軟件實(shí)訓(xùn)，主要通過(guò)Revit軟件建模。

圖1 三維視圖

圖2 底層平面圖

圖3 東立面圖

5 結(jié)語(yǔ)

在未來(lái)幾年內(nèi)，BIM應(yīng)用將呈爆發(fā)性的增長(zhǎng)，逐漸取代CAD成為下一代主流軟件體系，就如同20世紀(jì)80年代開(kāi)始使用CAD代替手工繪圖一樣不可逆轉(zhuǎn)。由于BIM在工程中的應(yīng)用發(fā)展迅速，在土木工程制圖課程中融入BIM，使學(xué)生了解BIM理論、掌握技術(shù)已迫在眉睫。以CAD為基礎(chǔ)的技術(shù)轉(zhuǎn)換到BIM，是AEC行業(yè)的一次技術(shù)革命，也為土木工程制圖改革提供了契機(jī)。

［1］ 上海市城鄉(xiāng)建設(shè)和管理委員會(huì).關(guān)于在本市推進(jìn)建筑信息模型技術(shù)應(yīng)用的指導(dǎo)意見(jiàn)［Z］.2014.

［2］ 廣東省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳.關(guān)于開(kāi)展建筑信息模型BIM技術(shù)推廣應(yīng)用工作的通知［Z］.2014.

［3］ 國(guó)務(wù)院.國(guó)務(wù)院關(guān)于加快發(fā)展現(xiàn)代職業(yè)教育的決定［Z］. 2014.

［4］ 何清華，錢麗麗，段運(yùn)峰，等.BIM在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用的現(xiàn)狀及障礙研究［J］.工程管理學(xué)報(bào)，2012(2):12-16.

［5］ 趙雪鋒，李炎鋒，王慧琛.建筑工程專業(yè)BIM技術(shù)人才培養(yǎng)模式研究［J］.中國(guó)電力教育，2014(2):53-54.

［6］ 曾建仙，趙東香.應(yīng)用型本科土木工程CAD教學(xué)改革與實(shí)踐［J］.圖學(xué)學(xué)報(bào)，2014(1):151-154.

［7］ Christopher Pavelko，Allan·D·Chasey.當(dāng)今大學(xué)本科課程中的BIM課程［J］.建筑創(chuàng)作，2012(10):20-29.

［8］ 趙 鳴，呂 梅，李蘇紅.基于BIM的建筑工程圖學(xué)課程改革與探索［J］.吉林建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2014(4):81-83.

［9］ 柏慕進(jìn)業(yè).Autodesk Revit Architecture 2014［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2014.

Application of BIM in civil engineering cartography curriculum

Zhang Long Li Shiquan

(College of Civil Engineering，Taizhou University of Science＆Technology，Nanjing University of Technology，Taizhou 225300，China)

Based on BIM teaching reform experience in domestic and foreign universities，the article analyzes civil engineering cartography curriculum status，puts forward new civil engineering cartography curriculum concept，and reforms teaching system and teaching contents，which has laid a foundation for cultivating BIM talents of civil engineeringmajor.

civil engineering，BIM，cartography curriculum，teaching reform

G642.0

A

1009-6825(2015)29-0254-03

2015-08-06

張 龍(1988-)，男，助教; 李十泉(1985-)，男，講師