基于BIM技術(shù)校園建筑信息化在高職土木類專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用

謝愛萍（甘肅林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水 741020）

基于BIM技術(shù)校園建筑信息化在高職土木類專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用

謝愛萍（甘肅林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水 741020）

本文利用BIM技術(shù)，將校園實(shí)際建筑模型信息化，并將成果應(yīng)用于高職土木工程類課程的教學(xué)中，有效解決了課程教學(xué)中存在的諸多問題。

BIM技術(shù)；校園建筑信息化；土木工程；課程教學(xué)

高職土木類專業(yè)課程教學(xué)實(shí)踐性強(qiáng)，長(zhǎng)期以來(lái)，受教育資源的制約，多數(shù)課程教學(xué)只能在黑板上通過(guò)二維三視圖來(lái)描述建筑的構(gòu)造、結(jié)構(gòu)等，教學(xué)直觀性和實(shí)踐性差，課程枯燥乏味，雖然借助多媒體和仿真技術(shù)輔助教學(xué)，一定程度上緩解了以上問題，但教學(xué)內(nèi)容相對(duì)零散，整體性不強(qiáng)，教師選擇相對(duì)隨意，系統(tǒng)性差。在實(shí)踐教學(xué)上，到施工工地去由于存在安全隱患，聯(lián)系越來(lái)越困難，即使到工地上去往往只是走馬觀花，感受一下施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境，認(rèn)知性和可操作性差。BIM技術(shù)是一種集工程設(shè)計(jì)、建造管理于一體的數(shù)據(jù)化工具，對(duì)建筑業(yè)有劃時(shí)代的意義。本文研究利用學(xué)校已有建筑實(shí)體，根據(jù)存檔施工資料和現(xiàn)狀，應(yīng)用BIM技術(shù)對(duì)其進(jìn)行參數(shù)化建模，然后模擬時(shí)間軸和費(fèi)用軸，建成BIM5D數(shù)據(jù)庫(kù)，形成完整豐富的教學(xué)資源，并有機(jī)的和理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，通過(guò)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在課堂和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)展現(xiàn)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中直觀的認(rèn)識(shí)工程建設(shè)的全程，培養(yǎng)他們的識(shí)圖能力、結(jié)構(gòu)認(rèn)知能力、施工工藝操作能力、空間想象能力和創(chuàng)新能力。

1 建設(shè)方法

1.1 BIM技術(shù)

BIM技術(shù)是利用參數(shù)模型整合各種項(xiàng)目的相關(guān)信息，建成數(shù)據(jù)庫(kù)，在項(xiàng)目策劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行和維護(hù)的整個(gè)周期過(guò)程中進(jìn)行數(shù)據(jù)共享和傳遞，便于工程技術(shù)人員對(duì)各種建筑信息作出正確理解和高效應(yīng)對(duì)；同時(shí)為項(xiàng)目建設(shè)的業(yè)主、設(shè)計(jì)院和施工單位等各方建筑主體提供協(xié)同工作的平臺(tái)，共享建筑信息模型，縮短建筑工期，節(jié)約建設(shè)成本，提高項(xiàng)目建設(shè)和運(yùn)維效率。它具有信息的完備性、關(guān)聯(lián)性、一致性、協(xié)調(diào)性、優(yōu)化性、模擬性、可視化和可出圖性八大特點(diǎn)，BIM技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，己得到建筑業(yè)界的廣泛認(rèn)可。目前BIM的主流軟件有Revit、ArchiCAD、Bentley、廣聯(lián)達(dá)、魯班、PKPMBIM等。本項(xiàng)目選擇Revit和廣聯(lián)達(dá)BIM5D軟件，建模在Revit中完成，項(xiàng)目管理應(yīng)用廣聯(lián)達(dá)BIM5D軟件。

1.2 BIM建模

1.2.1 資料收集

根據(jù)建筑的具體情況，搜集建筑物的存檔資料，包括規(guī)劃資料、地勘資料、設(shè)計(jì)資料和施工圖；如果建筑物資料已經(jīng)丟失，要量取其詳細(xì)的幾何尺寸，探測(cè)內(nèi)部的鋼筋結(jié)構(gòu)；同時(shí)測(cè)量校園1:500地形圖，形成數(shù)字化地形，為建模提供基礎(chǔ)資料。

1.2.2 建模

1）建筑模型族

建筑模型主要是對(duì)建筑場(chǎng)地、墻、柱、梁、板、門、窗、樓梯、樓頂、基礎(chǔ)、幕墻等構(gòu)件，根據(jù)不同類型和幾何尺寸建模，同時(shí)對(duì)其相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，主要參數(shù)有物理屬性，如板厚、板長(zhǎng)、寬、表面材質(zhì)顏色等；材料信息，如混凝土、加氣塊、玻璃等；概算信息，如樓板材質(zhì)供應(yīng)商信息、工程量清單、材質(zhì)價(jià)格等；運(yùn)營(yíng)信息如物業(yè)管理所有詳細(xì)信息。

2）結(jié)構(gòu)模型族

結(jié)構(gòu)模型根據(jù)構(gòu)件不同類型、幾何尺寸和鋼筋種類等，對(duì)柱、梁、板、墻、基礎(chǔ)、樓梯、桁架等結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，主要參數(shù)有結(jié)構(gòu)類型、幾何尺寸、材料及強(qiáng)度、混凝土強(qiáng)度、配筋表、鋼筋連接、錨固信息、概算信息、運(yùn)營(yíng)信息以及物業(yè)管理信息等。

3）建筑設(shè)備模型族

建筑設(shè)備模型主要包括：給排水設(shè)備（供水管道、排水管道、閥門、儀表、衛(wèi)生潔具等），暖通設(shè)備（暖通管道、管件、閥門、儀表、散熱片等），電氣設(shè)備（強(qiáng)電線管、弱電線管、電線電纜、配電箱、控制開關(guān)、插座、橋架等），以及消防設(shè)備等。主要參數(shù)為材料、規(guī)格型號(hào)、生產(chǎn)廠家、價(jià)格等。

1.2.3 基準(zhǔn)圖元

基準(zhǔn)圖元主要作業(yè)是建筑構(gòu)件的準(zhǔn)確定位，屬于BIM模型的非實(shí)物要素，對(duì)于模型整體結(jié)構(gòu)的搭建十分重要?；鶞?zhǔn)圖元主要有軸網(wǎng)、標(biāo)高和參照平面等，其作用與CAD中軸網(wǎng)的作用類似。根據(jù)建筑施工圖的軸網(wǎng)關(guān)系確定建筑各構(gòu)件模型的具體位置，形成整體建筑物。

1.3 建立模型數(shù)據(jù)庫(kù)

模型數(shù)據(jù)庫(kù)包括圖形庫(kù)和屬性庫(kù)，圖形庫(kù)記錄了所有模型的幾何數(shù)據(jù)，主要有幾何形狀、尺寸大小、坐標(biāo)位置，可自動(dòng)計(jì)算獲取表面面積、體積和重心等；屬性庫(kù)也稱之為參數(shù)庫(kù)，是每個(gè)模型對(duì)應(yīng)參數(shù)的集合，主要有物理數(shù)據(jù)如構(gòu)件的材料、重量、強(qiáng)度等，技術(shù)數(shù)據(jù)如施工工藝，經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)如綜合單價(jià)，以及文本數(shù)據(jù)等。通過(guò)建立數(shù)據(jù)庫(kù)，可進(jìn)行數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)查詢、工程量的統(tǒng)計(jì)計(jì)算，為工程造價(jià)、施工管理和運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供依據(jù)。

1.4 施工場(chǎng)地布置

將模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入BIM5D軟件中，根據(jù)地形數(shù)據(jù)，利用軟件提供的功能創(chuàng)建三維場(chǎng)景，完成三維施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)，直觀顯示現(xiàn)場(chǎng)道路、材料堆場(chǎng)、塔吊、臨邊防護(hù)、大門、加工棚等，檢驗(yàn)施工場(chǎng)地布置的合理性，優(yōu)化場(chǎng)地布置，并得出施工組織措施及項(xiàng)目清單。

1.5 工程施工控制

在廣聯(lián)達(dá)BIM5D軟件中，以BIM模型為基礎(chǔ)，根據(jù)實(shí)際工程進(jìn)度創(chuàng)建時(shí)間軸，再根據(jù)物料的實(shí)際成本，按照施工進(jìn)度導(dǎo)入費(fèi)用軸，這樣BIM模型就可以虛擬項(xiàng)目建設(shè)的施工過(guò)程，按施工進(jìn)度分階段自動(dòng)計(jì)算工程量和詳盡的費(fèi)用，并實(shí)際進(jìn)行項(xiàng)目管理，更好的掌控項(xiàng)目成本。這在傳統(tǒng)項(xiàng)目中，施工進(jìn)度和工程量的掌控上很難準(zhǔn)確地按階段給予確認(rèn)。

1.6 與實(shí)物建立聯(lián)動(dòng)

將所有資源導(dǎo)入互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，根據(jù)不同的課程，提取有效資源，如典型結(jié)構(gòu)、節(jié)點(diǎn)，工程量計(jì)算，鋼筋布設(shè)，進(jìn)度控制，費(fèi)用控制等；將其知識(shí)的網(wǎng)頁(yè)路徑生成二維碼，固定在校園建筑的實(shí)際位置，可以通過(guò)掃碼連接網(wǎng)頁(yè)，學(xué)習(xí)構(gòu)筑物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、施工工藝、費(fèi)用成本等。

2 成果與應(yīng)用

2.1 基于真實(shí)建筑物的3d模型，對(duì)土建專業(yè)基礎(chǔ)課程的教學(xué)應(yīng)用

土建專業(yè)基礎(chǔ)課程主要指建筑力學(xué)、制圖與識(shí)圖、房屋建筑學(xué)、建筑材料等，這些課程都具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，真實(shí)建筑物的3d模型，對(duì)教學(xué)有較大作用。如制圖與識(shí)圖課程，主要是學(xué)習(xí)繪制并識(shí)讀建筑和結(jié)構(gòu)的二維圖，這很難想象成清晰的三維立體圖形，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，通過(guò)運(yùn)用真實(shí)建筑物的3d模型進(jìn)行案例教學(xué)和現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)后，加深了學(xué)生對(duì)三視圖、剖面圖的理解，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生空間思維有著良好的促進(jìn)作用；房屋建筑學(xué)課程內(nèi)容抽象復(fù)雜，知識(shí)點(diǎn)零散繁多，學(xué)生很難對(duì)專業(yè)術(shù)語(yǔ)和建筑構(gòu)造知識(shí)消化吸收，應(yīng)用真實(shí)建筑物的3d模型，將部分課堂教學(xué)改為現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，結(jié)合移動(dòng)通訊端，手機(jī)掃碼調(diào)取教學(xué)內(nèi)容，幫助學(xué)生對(duì)知識(shí)理解和記憶，取得了良好的教學(xué)效果。

2.2 基于建筑物的3d模型與相關(guān)軟件結(jié)合，對(duì)土建專業(yè)設(shè)計(jì)知識(shí)的教學(xué)應(yīng)用

2.2.1 初步設(shè)計(jì)知識(shí)理解

建筑環(huán)境分析：通過(guò)Revit的應(yīng)用程序接口，將建筑信息模型導(dǎo)入到可持續(xù)分析工具軟件如Ecotect軟件中，進(jìn)行日照、可視度、光環(huán)境、熱環(huán)境、風(fēng)環(huán)境等的分析和模擬仿真，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程能夠直觀的理解模型及其方位變化對(duì)建筑物環(huán)境的影響。建筑能耗分析：利用建筑信息模型和PKPM能量分析工具可進(jìn)行全面的能耗分析，在使用功能不變的前提下，盡可能降低建筑能耗，使建筑低碳、節(jié)能、環(huán)保。通過(guò)演示分析，提高學(xué)生對(duì)建筑能耗的認(rèn)知。

2.2.2 技術(shù)設(shè)計(jì)知識(shí)理解

建筑空間設(shè)計(jì)：根據(jù)校園實(shí)體建筑物用途，對(duì)建筑模型不同角度的剖切演示和實(shí)地進(jìn)行多方位觀察，認(rèn)識(shí)建筑體功能區(qū)劃分和空間布局，提出評(píng)價(jià)。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：結(jié)合設(shè)計(jì)課程和PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件，利用3d參數(shù)化模型，通過(guò)實(shí)例加強(qiáng)學(xué)生對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的理解。建筑安裝設(shè)計(jì)：建筑設(shè)備安裝在3d環(huán)境中模擬展示，讓學(xué)生充分理解水、暖、電和消防工程的設(shè)計(jì)思路和技術(shù)要求。碰撞檢查：碰撞檢查是檢查構(gòu)件之間是否存在空間重疊，是建筑設(shè)計(jì)能否有效實(shí)施的關(guān)鍵因素，通過(guò)檢查，修改設(shè)計(jì)缺陷，確保多部門之間能更加有效協(xié)作。

2.3 基于建筑物的3d模型數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)土建專業(yè)工程造價(jià)類課程的教學(xué)應(yīng)用

BIM模型的自動(dòng)構(gòu)件統(tǒng)計(jì)功能，可以快速準(zhǔn)確地統(tǒng)計(jì)出各類構(gòu)件的數(shù)量，減少預(yù)算工作量，各類構(gòu)件的三維模型一目了然，使學(xué)生更容易理解算量工作。在此基礎(chǔ)上根據(jù)人、材、機(jī)進(jìn)行定額套用，編制綜合單價(jià)，采用廣聯(lián)達(dá)計(jì)價(jià)軟件進(jìn)行預(yù)算?？梢哉f(shuō)從初設(shè)的概算到施工圖的預(yù)算，再到竣工后的結(jié)算，都完整的體現(xiàn)在BIM的各個(gè)環(huán)節(jié)中，對(duì)于學(xué)習(xí)工程造價(jià)有很大的幫助。

2.4 基于BIM5D技術(shù)，對(duì)土建專業(yè)施工及管理類課程的教學(xué)應(yīng)用

工程施工組織與設(shè)計(jì)、工程項(xiàng)目管理、建筑工程施工技術(shù)等課程，傳統(tǒng)教學(xué)主要是課堂敘述講解，偏重理論細(xì)節(jié)，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不強(qiáng)，積極性不高。應(yīng)用BIM5D技術(shù)實(shí)現(xiàn)了施工可視化仿真教學(xué)，使學(xué)生能身臨其境般地感受施工現(xiàn)場(chǎng)的氛圍；同時(shí)可進(jìn)行工程進(jìn)度和成本費(fèi)用控制，從BIM模型中提取相應(yīng)部位的理論工程量，指導(dǎo)實(shí)際材料物資的采購(gòu)，從進(jìn)度模型中提取現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的人工、材料、機(jī)械工程量，掌握成本消耗情況，在施工中與實(shí)際用量進(jìn)行對(duì)比，協(xié)助分析盈虧情況。將此過(guò)程做成電子沙盤，學(xué)生可以扮演不同的工地崗位人員，進(jìn)行模擬施工管理演練，更加深刻地理解工程項(xiàng)目管理的運(yùn)作理念，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際崗位能力，獲得了良好的教學(xué)效果。

3 結(jié) 語(yǔ)

3.1 利用學(xué)校的建筑實(shí)體，建成BIM數(shù)據(jù)庫(kù)，為土木類專業(yè)教學(xué)提供教學(xué)改革的基礎(chǔ)資料

BIM建模是BIM項(xiàng)目工作的基礎(chǔ)，主要包括建立建筑物各個(gè)構(gòu)件的3d幾何模型，同時(shí)還要輸入對(duì)應(yīng)構(gòu)件的屬性，工作量大，容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。在工作中先選擇一個(gè)體量小有代表性的建筑物進(jìn)行建模，完善屬性，對(duì)其各項(xiàng)功能特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)試，改進(jìn)優(yōu)化，形成一個(gè)BIM5D數(shù)據(jù)庫(kù)成果，然后在此基礎(chǔ)上逐漸擴(kuò)展，形成豐富的基礎(chǔ)資料。

3.2 BIM數(shù)據(jù)庫(kù)轉(zhuǎn)化為土木類專業(yè)教學(xué)資源，能夠有效緩解教學(xué)中存在的問題

BIM5D數(shù)據(jù)庫(kù)成果，直接用于教學(xué)是比較突兀雜亂的，要根據(jù)課程內(nèi)容，結(jié)合BIM5D特點(diǎn)，進(jìn)行教學(xué)改革與課程設(shè)計(jì)，選取有助于教學(xué)的典型案例，將BIM展示轉(zhuǎn)化為教學(xué)情境和學(xué)習(xí)情境，優(yōu)化成教學(xué)資源庫(kù)，應(yīng)用于教學(xué)過(guò)程中，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)能力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3.3 將專業(yè)教學(xué)的全過(guò)程融入到BIM中，使學(xué)生更好的掌握BIM技術(shù)

BIM技術(shù)貫穿于工程的全過(guò)程，在課程教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，融入BIM技術(shù)，將傳統(tǒng)課程的二維圖紙訓(xùn)練，改為直觀的三維BIM技術(shù)實(shí)訓(xùn)和融入工程場(chǎng)景的崗位虛擬沙盤實(shí)訓(xùn)。在BIM項(xiàng)目拓展建設(shè)中，學(xué)生參與其中，培養(yǎng)學(xué)生BIM技術(shù)應(yīng)用能力。

[1]祝明橋,霍海強(qiáng)等.基于學(xué)校工程環(huán)境實(shí)現(xiàn)土木工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)信息化.[J].當(dāng)代教育理論與實(shí)踐,2009(4):71-73.

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Application of BIM technologyin campus building informatization in teaching of higher vocational colleges civil engineering specialty

In this paper, using BIM technology to make campus construction entity informatization, and the results are applied to the teaching of civil engineering courses in higher vocational colleges, so as to effectively solve the many problems existing in the course teaching.

BIM technology；campus building informatization；civil engineering；course teaching

甘肅省教育廳科研項(xiàng)目，GIS在高校信息化建設(shè)中的應(yīng)用研究，項(xiàng)目編號(hào)：20158-157

TU17-4；G712

B

1003-8965(2017)05-0175-03