李牧
摘要:建筑信息模型(BIM)正在引發(fā)建筑行業(yè)一次史無前例的徹底變革,目前Autodesk Revit等主流BIM軟件已進(jìn)入國內(nèi)市場,BIM建模軟件的應(yīng)用和普及已是大勢所趨。而高校土木工程專業(yè)的制圖課程,仍以講授Auto CAD為主。BIM建模軟件可以代替Auto CAD加入制圖課程,并且起到更好的輔助教學(xué)作用。同時(shí),學(xué)生在制圖課上掌握的建模技能,可與后續(xù)專業(yè)課程銜接,幫助他們順利了解和掌握行業(yè)內(nèi)最先進(jìn)的技術(shù)。
關(guān)鍵詞:土木工程制圖;建筑信息模型(BIM);計(jì)算機(jī)輔助教學(xué);計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)
中圖分類號:G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A ? ? 文章編號:1674-9324(2015)22-0139-03
建筑業(yè)是一個(gè)歷史悠久的傳統(tǒng)行業(yè),然而由于技術(shù)手段、生產(chǎn)模式和管理方式的落后,規(guī)模雖大但效益不高。BIM技術(shù)自2002年由Autodesk公司率先提出后,逐漸得到建筑行業(yè)的普遍認(rèn)可,徹底改造了傳統(tǒng)工作方式,在美國60%的建筑設(shè)計(jì)和施工企業(yè)應(yīng)用BIM。目前Autodesk Revit等主流BIM軟件已進(jìn)入國內(nèi)市場,隨著BIM技術(shù)的推廣以及BIM軟件與其他常用軟件的對接,國內(nèi)建筑行業(yè)也將出現(xiàn)嶄新的面貌。高校教育要與時(shí)俱進(jìn),跟上行業(yè)發(fā)展的步伐,所以有必要嘗試將BIM軟件引入傳統(tǒng)課程當(dāng)中。
一、BIM在國內(nèi)應(yīng)用的現(xiàn)狀
建筑信息模型(Building Information Modeling,簡稱BIM)是數(shù)字技術(shù)在建筑業(yè)中的直接表達(dá)。簡單來說,BIM就是運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù),把建筑物事先在電腦上模擬建一遍,提前把可能遇到的問題解決。平面圖紙中不易發(fā)現(xiàn)的碰撞等情況,在BIM立體模型中一目了然。傳統(tǒng)建筑行業(yè)中,設(shè)計(jì)、預(yù)算、采購、施工、銷售等環(huán)節(jié)需要每個(gè)部門依次流水線式工作。BIM顛覆了原有的工作流程,這些部門協(xié)同作業(yè),所有人的工作都被記錄和共享,任何一個(gè)參數(shù)的變動都會帶來全局影響,運(yùn)用BIM可以大大減少“推倒重來”式的浪費(fèi)。對于一些大型場館和超高層建筑,由于建筑造型復(fù)雜、體量大、進(jìn)度緊、涉及工序多、精細(xì)化要求高等特點(diǎn),使用BIM技術(shù)輔助設(shè)計(jì)、施工的成效顯著。如北京奧運(yùn)會水立方、上海迪斯尼樂園、廣州珠江城大廈等項(xiàng)目,都不同程度運(yùn)用了BIM,以達(dá)到縮短建設(shè)周期、節(jié)約建設(shè)成本、提高施工精度等目的。BIM軟件以Autodesk Revit和Graphisoft ArchiCAD為代表,下文將以Autodesk Revit為例,對BIM建模軟件引入土木工程制圖課程的可行性進(jìn)行探討。
二、專業(yè)繪圖軟件在土木工程制圖教學(xué)中的應(yīng)用
《畫法幾何與建筑制圖》是土木工程專業(yè)的必修基礎(chǔ)課,它主要包括畫法幾何和建筑制圖兩部分。畫法幾何的特點(diǎn)是系統(tǒng)性、理論性強(qiáng),其主要任務(wù)是研究平面上表達(dá)空間形體的方法。建筑制圖則講授如何應(yīng)用畫法幾何理論來閱讀和繪制建筑形體。這門課的任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力,并讓學(xué)生熟練掌握國家制圖標(biāo)準(zhǔn)。目前,許多高校在講授《畫法幾何與建筑制圖》的過程中,還會插入Auto CAD的理論和實(shí)踐教學(xué)。在畫法幾何部分,Auto CAD二維環(huán)境下可講解投影理論習(xí)題,使用Auto CAD直線命令和捕捉功能繪制的圖形,比板書或PPT演示更加精確。對于基本形體、組合體的問題,可利用Auto CAD的三維建模功能,在繪圖界面中顯示四個(gè)視口,分別對應(yīng)H、W、V投影和軸測圖,借以迅速提高學(xué)生的空間想象能力,加深學(xué)生對投影理論的理解。然而在建筑制圖部分,Auto CAD的輔學(xué)作用并不明顯。由于建筑物構(gòu)造復(fù)雜且專業(yè)性強(qiáng),使用Auto CAD建模耗時(shí)長,精度低,所以在這個(gè)階段主要使用Auto CAD繪制二維圖紙。但這與傳統(tǒng)尺規(guī)繪圖練習(xí)所能達(dá)到的學(xué)習(xí)效果差別不大,只是繪圖速度比尺規(guī)快一些
三、將BIM建模軟件引入土木工程制圖教學(xué)的探討
(一)臺大MOOC課程的示范
早在2007年,臺灣大學(xué)就與Autodesk簽訂了合作協(xié)議,重點(diǎn)研究BIM。2009年,臺大土木工程系成立了“工程信息仿真與管理研究中心”(Research Center for Building & Infrastructure Information Modeling and Management),促進(jìn)BIM相關(guān)技術(shù)與應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)交流、成果分享、人才培訓(xùn)與產(chǎn)官學(xué)研合作[9]。臺大所開設(shè)的MOOC課程,也涉及到BIM相關(guān)內(nèi)容。2014年9月,土木工程系康仕仲教授在Coursera平臺上的《工程圖學(xué)》課程中,將工程圖學(xué)2D、3D和BIM都納入教學(xué)計(jì)劃,康教授認(rèn)為,這些都是土木工程系學(xué)生必備的圖學(xué)知識??到淌趯⒐こ處熜枰莆盏膱D學(xué)技能劃分為三個(gè)部分,其中第三部分又包含了2D CAD、3D CAD、BIM以及動畫影片等內(nèi)容。這給制圖課程的改革,提供了一個(gè)很好的方向。
(二)Revit教學(xué)實(shí)踐
由于Revit沒有真正出現(xiàn)在教學(xué)環(huán)節(jié)中,無法進(jìn)行問卷調(diào)查或以班級為單位的試驗(yàn)教學(xué),但我校2014年學(xué)生研究計(jì)劃(SRP)“基于Revit軟件的建筑信息模型(BIM)構(gòu)建”能夠?yàn)镽evit教學(xué)提供可靠的資料。目前該項(xiàng)目已通過中期審查,并取得階段性成果,如圖2所示,“大柵欄·北京坊”工程的建筑、結(jié)構(gòu)模塊的模型已完成。
筆者對參與該項(xiàng)目的五名學(xué)生進(jìn)行訪談,了解Revit的學(xué)習(xí)和使用情況。訪談分為學(xué)習(xí)時(shí)間、操作難度和先修知識三部分。
1.基本掌握Revit操作流程所需的學(xué)習(xí)時(shí)間。五名學(xué)生采取自學(xué)和教師指導(dǎo)相結(jié)合的方式,進(jìn)行Revit軟件的學(xué)習(xí),并得到了專業(yè)BIM團(tuán)隊(duì)工程師的幫助。平均每天耗時(shí)1~2個(gè)小時(shí),經(jīng)過1周左右,能夠掌握操作流程,依照參考資料完成簡單建筑物的建模,25~30天后,可以獨(dú)立完成建模。學(xué)習(xí)過程中遇到的難點(diǎn)比學(xué)習(xí)Auto CAD要多,參考資料也十分有限。endprint
2.相較于Auto CAD,Revit的操作難度。五名同學(xué)普遍認(rèn)為,使用Revit建模比Auto CAD建模操作更方便,速度更快,像是在建真正的房子。發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤修改模型后,所有二維視圖上的相應(yīng)位置都能夠同步修改,這是使用Auto CAD逐個(gè)繪制二維圖紙時(shí)無法實(shí)現(xiàn)的,能夠大大減少改圖的工作量。
3.使用Revit建模,需要的先修知識。參與SRP項(xiàng)目的五名學(xué)生都是大四畢業(yè)班的學(xué)生,已經(jīng)完成了全部必修課的學(xué)習(xí)。他們認(rèn)為在《畫法幾何與建筑制圖》課程當(dāng)中學(xué)到的投影知識和國家制圖標(biāo)準(zhǔn),對Revit建模的幫助最大,并可以考慮將Revit建模直接加入建筑制圖課堂。同時(shí),如果講授Revit建模的教師對《房屋建筑學(xué)》和《土木工程施工》有一定程度的研究,將會達(dá)到更好的效果。
(三)BIM建模軟件引入土木工程制圖教學(xué)的可行性
將BIM建模軟件引入土木工程制圖教學(xué)中,既順應(yīng)了建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢,又能借助軟件本身的特性,達(dá)到良好的輔助教學(xué)作用。
1.BIM建模軟件比Auto CAD更容易操作,建模過程形象生動,使用其代替Auto CAD與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合,可起到更好的輔學(xué)效果。使用Auto CAD進(jìn)行建筑物的三維建模時(shí),只能憑借單一視圖定位,并需要頻繁變換用戶坐標(biāo)系(UCS),操作過程復(fù)雜。而Revit可采用多視圖布置進(jìn)行建模(平、立、剖、三維),多重尺寸精確定位,從而生成準(zhǔn)確無誤的整體模型。而傳統(tǒng)建筑制圖教學(xué)中作為重點(diǎn)的Auto CAD二維圖紙繪制,與Revit建模相比,不夠形象生動,難于理解。Revit中軸線、標(biāo)高不再是單純的線條,而具有實(shí)際意義。梁、板、柱等構(gòu)件有各自的屬性,包含大量與工程實(shí)際相關(guān)的信息。如圖3所示,Revit在視圖切換過程中,能夠?qū)⒅雍蛪w的二維圖紙與形象的立體圖形對應(yīng)起來,原本沒有立體感的圖紙變得易于理解,從而達(dá)到輔學(xué)效果。
2.將BIM建模和后續(xù)課程相結(jié)合,使傳統(tǒng)制圖課成為專門為土木工程系定制的先修課程,教學(xué)更有針對性。BIM技術(shù)運(yùn)用于建筑行業(yè)成效顯著,值得大力推廣,土木工程專業(yè)課程必定會跟隨技術(shù)進(jìn)步而改革。BIM建??梢宰鳛椤督ㄖY(jié)構(gòu)CAD》、《土木工程施工》、《建設(shè)工程造價(jià)管理》、《土木工程項(xiàng)目管理》等課程的先修知識,學(xué)生在制圖課中學(xué)習(xí)的建模知識,可與高年級BIM技術(shù)應(yīng)用課程銜接起來。學(xué)生分階段、有側(cè)重點(diǎn)地進(jìn)行學(xué)習(xí),才能透徹了解和掌握行業(yè)內(nèi)最先進(jìn)的技術(shù)。例如開設(shè)于第6學(xué)期的《建設(shè)工程造價(jià)管理》課程,學(xué)生可將BIM模型直接導(dǎo)入廣聯(lián)達(dá)算量軟件,節(jié)省了教師講授廣聯(lián)達(dá)建模操作的時(shí)間,能夠?qū)⒂邢拚n時(shí)更多地分配給專業(yè)知識點(diǎn)的教學(xué)。而學(xué)生原本需花費(fèi)大量時(shí)間識圖并建模,效率低下,如果使用制圖課上預(yù)先建好的模型,將節(jié)省大量時(shí)間和精力,學(xué)習(xí)過程更加輕松且重點(diǎn)明確。同理,《土木工程施工》課程也可使用此模型,完成進(jìn)度計(jì)劃和施工方案部分的練習(xí)?!督ㄖY(jié)構(gòu)CAD》課程中可將BIM模型導(dǎo)入PKPM中計(jì)算分析,進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)練習(xí)。從制圖課開始,模擬BIM協(xié)同作業(yè)過程,將土木工程相關(guān)專業(yè)課聯(lián)系起來。
(四)BIM建模軟件引入土木工程制圖教學(xué)的障礙
1.BIM建模軟件對硬件要求高,內(nèi)存8G起步,需要64位操作系統(tǒng),而目前普通教學(xué)機(jī)房達(dá)不到這樣的要求。
2.對土木工程制圖教師的知識面和教學(xué)質(zhì)量的要求更高,教師需要在制圖教學(xué)中滲透BIM技術(shù)的相關(guān)知識,才能夠?qū)崿F(xiàn)與后續(xù)課程的對接。
四、結(jié)語
BIM是目前建筑行業(yè)最先進(jìn)的信息技術(shù),對新型建筑工業(yè)化發(fā)展有明顯的推進(jìn)作用[14],將其吸納到高校課程當(dāng)中有十分重要的意義。由于BIM應(yīng)用于建筑全生命周期[15],所以這一技術(shù)應(yīng)滲透到土木工程各個(gè)專業(yè)課程中,才能體現(xiàn)BIM共享信息、協(xié)同工作的特點(diǎn)。而將BIM建模軟件引入土木工程制圖課程中,就是讓學(xué)生接觸新技術(shù)的第一步。同時(shí),由于BIM建模軟件具有比Auto CAD更優(yōu)越的性能,能夠形象地表達(dá)建筑形體,正好可以作為制圖的輔助教學(xué)工具,讓枯燥的二維圖紙更容易理解。
參考文獻(xiàn):
[1]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].中國電力教育,2014,(2).
[2]何關(guān)培.BIM和BIM相關(guān)軟件[J].土木建筑工程信息技術(shù),2010,02,(04).
[3]楊遠(yuǎn)豐.BIM時(shí)代設(shè)計(jì)軟件與制圖標(biāo)準(zhǔn)的相互對接[J].建筑技藝,2013,(01).
[4]李紅群.AUTO CAD與建筑制圖組合教學(xué)方法研究[J].中國科技信息,2005,(22).
[5]賀靈童.BIM在全球的應(yīng)用現(xiàn)狀[J].工程質(zhì)量,2013,31(03):12-19.
[6]陳宜.淺談BIM(REVIT)的軟硬件配置[J].建筑創(chuàng)作,2011,(12):146-151.
[7]紀(jì)穎波,周曉茗,李曉桐.BIM技術(shù)在新型建筑工業(yè)化中的應(yīng)用[J].建筑經(jīng)濟(jì),2013,(8).endprint