基于BIM的土木工程制圖教學(xué)改革研究

馮欣蕊

摘要：土木工程制圖是土建類專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，隨著建筑信息模型（BIM）的發(fā)展，以三維建模為載體的設(shè)計(jì)與繪圖對傳統(tǒng)制圖教育產(chǎn)生影響。分析土木工程制圖教學(xué)現(xiàn)狀，闡述了基于BIM的土木工程制圖教學(xué)改革思路，并探討基于BIM教學(xué)的應(yīng)用型人才培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：建筑信息模型（BIM）；土木工程制圖；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）39-0149-02

長期以來，土木工程制圖都是高校土建類專業(yè)教學(xué)計(jì)劃中不可忽視的重要版塊，《畫法幾何與工程制圖》《建筑CAD》作為其主干課程，均是基于CAD制圖。CAD制圖是美國Autodesk公司開發(fā)的一個(gè)交互式繪圖軟件，主要用在繪制二維平面圖形，三維繪圖功能相對滯后，使用CAD建模耗時(shí)長，精度低，直觀性不夠，學(xué)生理解起來會(huì)比較困難，同時(shí)CAD不能將三維形體與屬性信息很好的結(jié)合起來。而建筑信息模型（Building Information Modeling，簡稱BIM）是數(shù)字技術(shù)在建筑業(yè)的直接表達(dá)，是一種應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)、建造管理的數(shù)據(jù)化工具[1]。該技術(shù)以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)真實(shí)構(gòu)件信息為基礎(chǔ)，在建筑整個(gè)生命周期過程中進(jìn)行數(shù)據(jù)共享和傳遞，通過三維建筑模型，為工程項(xiàng)目提供和建立起相互協(xié)調(diào)、內(nèi)部一致的可運(yùn)算信息，是實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)精細(xì)化管理的重要工具[2]。將BIM引入土木工程制圖課程教學(xué)中，對培養(yǎng)學(xué)生空間思維有良好的促進(jìn)作用，提高學(xué)生對識(shí)圖建模的學(xué)習(xí)效率。

一、土木工程制圖課程現(xiàn)狀

目前，作為國內(nèi)高校土建類相關(guān)專業(yè)學(xué)科基礎(chǔ)必修課的土木工程制圖課程旨在培養(yǎng)學(xué)生閱讀和繪制工程圖樣及其空間思維能力，培養(yǎng)學(xué)生識(shí)讀專業(yè)圖及工程意識(shí)。由此，傳統(tǒng)土木工程制圖課程存在不足之處。

1.教學(xué)內(nèi)容。教材更新落后，土木工程制圖教學(xué)中常教授一些無用的知識(shí)，比如投影變換章節(jié)中的換面法、旋轉(zhuǎn)法在后續(xù)土木工程專業(yè)領(lǐng)域基本用不到；透視投影在本專業(yè)學(xué)習(xí)工作中極少用到，不必作為必學(xué)內(nèi)容或選學(xué)內(nèi)容；兩立體相交，包括兩平面立體相交、平面立體與曲面立體相交以及兩曲面立體相交，過于抽象，學(xué)生想象不到空間體相交后的投影圖形，學(xué)習(xí)過程枯燥，甚至放棄該知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)。

2.教學(xué)效果。課堂教育與實(shí)際工程脫離，為教學(xué)而教學(xué)，教學(xué)效果必然達(dá)不到既定目標(biāo)。缺乏空間想象力的學(xué)生對于復(fù)雜構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)的理解顯得愈加困難；剛剛步入大學(xué)一年級的學(xué)生尚未接觸土木工程專業(yè)知識(shí)，對于土木工程專業(yè)圖的理解更加抽象模糊，只能機(jī)械背誦知識(shí)點(diǎn)，顯然與教學(xué)目標(biāo)相悖。缺乏與建筑設(shè)計(jì)行業(yè)、企業(yè)單位的互動(dòng)，不夠與時(shí)俱進(jìn)。

3.教學(xué)要求。目前隨著專業(yè)認(rèn)證及學(xué)科教學(xué)改革的開展，土木工程制圖課程學(xué)時(shí)不斷被壓縮，教學(xué)要求卻不斷提高。土木工程制圖從原來的兩個(gè)學(xué)期120學(xué)時(shí)逐步縮減，目前執(zhí)行的《高等學(xué)校土木工程本科指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范》[3]規(guī)定《土木工程制圖》課程只開設(shè)1個(gè)學(xué)期，僅為40課時(shí)。在有限的課堂教學(xué)上教授《高等學(xué)校土木工程本科指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范》規(guī)定的知識(shí)點(diǎn)，課堂作業(yè)和制圖練習(xí)必然放在課后進(jìn)行，占用學(xué)生大量課余時(shí)間，引起學(xué)生的逆反情緒。而在土木工程設(shè)計(jì)施工領(lǐng)域制圖應(yīng)用能力要求不斷提高，與制圖課程理論課時(shí)不斷減少的現(xiàn)實(shí)矛盾凸顯。

土木工程制圖作為土木類高校重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，與現(xiàn)有建筑設(shè)計(jì)行業(yè)脫節(jié)，課程中的傳統(tǒng)表達(dá)方式不夠直觀，教學(xué)效果低下，將不再滿足未來建筑新技術(shù)的發(fā)展，課程改革勢在必行。

二、BIM在土木工程制圖中的發(fā)展

土木工程制圖是一門理論嚴(yán)謹(jǐn)、與工程實(shí)踐有密切聯(lián)系的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程。應(yīng)理解投影理論，通過一定量的制圖與識(shí)圖的習(xí)題和作業(yè)，由淺入深地反復(fù)通過由物畫圖和由圖想物的實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生形象思維能力，本課程不需要學(xué)生死記硬背大量的公式，通過培養(yǎng)和繪制土木工程專業(yè)圖，培養(yǎng)學(xué)生掌握科學(xué)的思維方法，增強(qiáng)工程意識(shí)和標(biāo)準(zhǔn)化意識(shí)。

在二維平面到三維立體轉(zhuǎn)變的維度變化中，材料、工藝等各種信息的關(guān)聯(lián)度很差。建筑信息模型（BIM）是應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)、建造、管理的數(shù)據(jù)化技術(shù)，在歐美發(fā)達(dá)國家迅速推進(jìn)，如美國已推出國家BIM標(biāo)準(zhǔn)，BIM經(jīng)理、BIM工程師等新型職業(yè)應(yīng)運(yùn)而生。我國BIM技術(shù)在國家政策的引導(dǎo)下，國家體育場、青島海灣大橋、廣州西塔等工程項(xiàng)目成功實(shí)現(xiàn)4D施工動(dòng)態(tài)集成管理，上海中心項(xiàng)目工程總承包招標(biāo)明確要求應(yīng)用BIM技術(shù)。BIM已經(jīng)成為建筑業(yè)的領(lǐng)先技術(shù)，它提供一種更直觀、更現(xiàn)實(shí)的設(shè)計(jì)思維模式，其虛擬化的建設(shè)場景，使學(xué)生通過實(shí)例建模實(shí)現(xiàn)所想、所建與所見一致，體驗(yàn)設(shè)計(jì)與創(chuàng)造的快樂，對培養(yǎng)學(xué)生空間思維有著良好的促進(jìn)作用，從而達(dá)到輔助教學(xué)的效果。

三、基于BIM的土木工程制圖教學(xué)改革

1.改革思路。BIM技術(shù)在建筑的全生命周期中進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞與共享。將建筑CAD與BIM技術(shù)結(jié)合，做到1+1>2的效益。在土木工程制圖和建筑CAD課程中引入BIM知識(shí)，課堂上使用Revit軟件進(jìn)行模擬操作，直接虛擬顯示進(jìn)行講解。與作為專業(yè)基礎(chǔ)課的土木工程制圖相匹配的BIM知識(shí)講解顯然不能太深入，否則學(xué)生初期學(xué)習(xí)無法完全理解，在后期，待課程改革成熟后，應(yīng)將BIM在不同課程中的應(yīng)用連貫起來，比如房屋建筑學(xué)課程、鋼結(jié)構(gòu)課程以及工程管理課程等。在房屋建筑學(xué)課程設(shè)計(jì)中，學(xué)生可通過Revit軟件進(jìn)行房屋建模，加強(qiáng)學(xué)習(xí)效果；在土木工程施工課程中，學(xué)生利用Revit軟件得到的模型生成施工動(dòng)畫，加深學(xué)生對施工流程和施工工藝的了解。

要加入BIM技術(shù)的學(xué)習(xí)，需要對現(xiàn)有土木工程制圖課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行壓縮，以滿足日漸壓縮的教學(xué)課時(shí)。大量精簡畫法幾何部分授課內(nèi)容，弱化點(diǎn)、線、面的知識(shí)講解，突出“體”的地位，同時(shí)引入大量實(shí)際工程圖紙，讓學(xué)生參觀身邊的實(shí)體建筑，使學(xué)生從實(shí)際工程中獲取專業(yè)識(shí)圖能力和空間想象力，教學(xué)理念由以二維平面讀圖轉(zhuǎn)變?yōu)榱Ⅲw和產(chǎn)品的三維表達(dá)；將CAD制圖與BIM技術(shù)相結(jié)合，將傳統(tǒng)《CAD制圖》課程改革為更具發(fā)展理念的新課程，比如《CAD與BIM建?；A(chǔ)》等，全方位展示一個(gè)真實(shí)的建筑設(shè)計(jì)方案和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，加深學(xué)生對建筑結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)；考慮在土木工程制圖和計(jì)算機(jī)繪圖課程教學(xué)結(jié)束后，安排一周的工程制圖課程設(shè)計(jì)，要求學(xué)生通過BIM技術(shù)建模，實(shí)現(xiàn)多門課程的信息融合。

2.BIM應(yīng)用型人才培養(yǎng)。當(dāng)前建筑行業(yè)掀起了BIM技術(shù)研究與應(yīng)用的熱潮，為與時(shí)俱進(jìn)，對高校教師提出了更高的要求。首先，各高校應(yīng)重視BIM專業(yè)師資的培養(yǎng)，組織中青年骨干教師參加BIM技術(shù)相關(guān)學(xué)術(shù)交流會(huì)，領(lǐng)會(huì)最新知識(shí)，掌握前沿動(dòng)態(tài)。其次，高校應(yīng)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境的更新，在硬件軟件上給予充分保障。

課程開展過程中，組建QQ群或微信群，及時(shí)為學(xué)生答疑解惑，也可利于結(jié)課后后續(xù)課程BIM應(yīng)用的管理，同時(shí)選拔大二、大三優(yōu)秀學(xué)生組隊(duì)參加全國高等院校學(xué)生“斯維爾杯”建筑信息模型（BIM）應(yīng)用技能大賽，在實(shí)戰(zhàn)中既學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)，又鍛煉自己的實(shí)際操作能力，同時(shí)基于團(tuán)隊(duì)合作的項(xiàng)目組形式極大提高了學(xué)生綜合素質(zhì)。

四、結(jié)論

BIM不只是軟件，更是一項(xiàng)技術(shù)，在國家政策的推動(dòng)下，BIM在中國迅速推廣和應(yīng)用，如同當(dāng)年CAD代替手工繪圖一樣不可逆轉(zhuǎn)。與此同時(shí)，BIM人才短缺的問題更加凸顯，高校應(yīng)責(zé)無旁貸的承擔(dān)起培養(yǎng)人才的目標(biāo)，滿足建筑業(yè)專業(yè)技術(shù)人員在新形勢下的發(fā)展要求，為中國BIM領(lǐng)域培養(yǎng)人才做出努力。

參考文獻(xiàn)：

[1]Ming SUN，UK national BIM strategy and its implementation [R].ICCREM，2014.

[2]陳延敏，李錦華.國內(nèi)外建筑信息模型BIM理論與實(shí)踐研究綜述[J].城市，2013，（10）：72-76.

[3]高等學(xué)校土木工程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)，高等學(xué)校土木工程本科指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.