BIM+VR 在《建筑制圖與識(shí)圖》課程中的應(yīng)用研究

張 瑾

（天津城市建設(shè)管理職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 天津 300314）

1 緒論

當(dāng)前，我國(guó)面臨產(chǎn)業(yè)升級(jí)和經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時(shí)期，需要大量高素質(zhì)的技術(shù)技能型人才。因此，高職教育立足專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)結(jié)合專(zhuān)業(yè)優(yōu)勢(shì)，以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向進(jìn)行教育改革創(chuàng)新，勢(shì)在必行。以土木工程專(zhuān)業(yè)為例，《建筑制圖與識(shí)圖》課程是該專(zhuān)業(yè)一門(mén)十分重要的必修課，也是一門(mén)實(shí)踐性非常強(qiáng)的課程。眾所周知，建筑工程施工圖是指導(dǎo)施工、監(jiān)理、經(jīng)濟(jì)核算的重要依據(jù)，看懂圖紙是工程技術(shù)人員必備的技能。然而當(dāng)前該課程教學(xué)中，學(xué)生空間想象力弱，二維圖紙識(shí)讀困難等現(xiàn)象突出。BIM+VR 技術(shù)的應(yīng)用，使抽象的教學(xué)內(nèi)容變得直觀，激發(fā)學(xué)生興趣和想象力，有效解決該問(wèn)題。

2 《建筑制圖與識(shí)圖》課程教學(xué)現(xiàn)狀

無(wú)論建筑施工圖還是結(jié)構(gòu)施工圖，均是基于正投影的原理繪制的。這種投影圖能夠反映建筑物的真實(shí)形狀和大小，度量性很好，但相較于透視圖和軸測(cè)圖，其直觀性和立體感差，不易看懂。學(xué)生在識(shí)讀的過(guò)程中，需要將二維的平面圖紙進(jìn)行空間想象，結(jié)合平、立、剖，想象出相應(yīng)的三維建筑物。但通過(guò)多年的教學(xué)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)對(duì)于大部分高職學(xué)生來(lái)說(shuō)，由于受到空間想象能力和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的限制，實(shí)現(xiàn)從二維圖紙到三維實(shí)體的轉(zhuǎn)變，非常困難。

為了提高學(xué)生的識(shí)圖能力，近年來(lái)，教師在教學(xué)過(guò)程中不斷改革，探索有效的教學(xué)方法[1]。借助多媒體課件、視頻、縮尺模型以及施工現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)等多種教學(xué)手段相結(jié)合，在一定程度上提升了課程的有效性。但在實(shí)際操作過(guò)程中，也受到了各種限制，如縮尺模型成本高，現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)存在安全隱患等等。學(xué)生識(shí)圖能力的培養(yǎng)仍然有很長(zhǎng)的路要走。

3 BIM+VR 技術(shù)及優(yōu)勢(shì)概述

近年來(lái)，BIM 技術(shù)在我國(guó)迅速發(fā)展，在建筑領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。一個(gè)完整的BIM 模型，不僅能夠展現(xiàn)建筑的三維幾何形狀，還包含了大量的信息數(shù)據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)從項(xiàng)目規(guī)劃到設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維的全過(guò)程管理。其可視化的特性將二維的圖紙通過(guò)三維的形式展示出來(lái)，使學(xué)生快速了解項(xiàng)目的建筑功能、結(jié)構(gòu)空間和設(shè)計(jì)意圖，而且，其任意的模型剖切和旋轉(zhuǎn)，直觀展示圖紙與三維構(gòu)件的關(guān)系，將復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造放大，幫助學(xué)生快速識(shí)圖。

VR 技術(shù)是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生的。在醫(yī)療、游戲、軍事等多個(gè)領(lǐng)域均取得較大成就。VR 技術(shù)能夠有效加強(qiáng)BIM 三維模型的可視性和具象性，為學(xué)生提供沉浸式的教學(xué)體驗(yàn)，加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。

4 BIM+VR 在《建筑工程制圖與識(shí)圖》中的教學(xué)實(shí)踐

4.1 教學(xué)條件

4.1.1 構(gòu)建教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)

廣義的BIM 是對(duì)建筑生命周期內(nèi)設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維中的建筑信息建立數(shù)據(jù)庫(kù)的過(guò)程，強(qiáng)調(diào)的是利用三維模型中的信息實(shí)現(xiàn)信息共享并進(jìn)行多方協(xié)同工作，其核心在共享和協(xié)同[2]。因此，需要構(gòu)建專(zhuān)業(yè)的BIM 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)， 而非單一的BIM 建模軟件。如天津城市建設(shè)管理職業(yè)技術(shù)學(xué)院，2015 年與中國(guó)建研院合作創(chuàng)建的PKPM-BIM 高校實(shí)驗(yàn)室，搭建了BIM 整體教學(xué)平臺(tái)。學(xué)生可以通過(guò)模擬項(xiàng)目的參建各方，加深對(duì)各科知識(shí)點(diǎn)的理解，強(qiáng)調(diào)多方協(xié)同理念，使學(xué)生深入了解建設(shè)項(xiàng)目全生命周期的建設(shè)及管理過(guò)程[3]。2017 年與杭州萬(wàn)霆科技股份有限公司合作創(chuàng)建VR 云體驗(yàn)中心，建立虛擬實(shí)訓(xùn)場(chǎng)，模擬施工現(xiàn)場(chǎng)，內(nèi)嵌互動(dòng)及答題環(huán)節(jié)，使學(xué)生獲得沉浸式教學(xué)體驗(yàn)。

4.1.2 培養(yǎng)優(yōu)秀師資力量

BIM+VR 技術(shù)是建筑業(yè)發(fā)展最有前景的技術(shù)之一，高職院校培養(yǎng)與社會(huì)接軌的學(xué)生，除了配備現(xiàn)代化的教學(xué)硬件外，還需要優(yōu)質(zhì)的師資。教師需要具備扎實(shí)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和技能，同時(shí)對(duì)BIM+VR 有透徹的了解和掌握，具有豐富的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，才能將BIM 及VR 技術(shù)將課程相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力。

4.2 教學(xué)內(nèi)容

4.2.1 BIM 建模——從二維到三維

以Revit 軟件為例。教師通過(guò)BIM-Revit 建模軟件建立三維立體模型，利用Revit 軟件在二維圖紙與三維立體模型間實(shí)時(shí)切換、任意剖切、360°旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)平面圖紙與建筑模型的一一對(duì)應(yīng)識(shí)讀。例如剖面圖的識(shí)讀，在傳統(tǒng)的教學(xué)過(guò)程中，教師通過(guò)黑板手繪或者PPT 圖片展示的方式向?qū)W生講解簡(jiǎn)單案例，學(xué)生難以通過(guò)簡(jiǎn)單的幾何形體推廣至復(fù)雜的建筑物。利用Revit 的剖面框，將三維建筑物沿指定位置剖切，并旋轉(zhuǎn)至正視位置，使學(xué)生迅速理解剖面圖的形成過(guò)程，并建立起平、立、剖面圖間的聯(lián)系。Revit 模型中，藍(lán)色高亮顯示的圖線(xiàn)對(duì)應(yīng)CAD 圖紙中剖切處的斷面，缺省的圖線(xiàn)對(duì)應(yīng)剖切面沒(méi)有剖切到但沿投射方向可以看見(jiàn)的部分的輪廓線(xiàn)，幫助學(xué)生理解剖切到和未剖到但投射方向可見(jiàn)的含義，簡(jiǎn)單化解教學(xué)難點(diǎn)。

4.2.2 BIM 細(xì)化——從整體到局部

Revit 的一大特點(diǎn)在于模型的精細(xì)化，能夠清晰地用三維模型呈現(xiàn)建筑物的構(gòu)造節(jié)點(diǎn)[4]。在學(xué)生了解了建筑平、立、剖面圖后，根據(jù)施工圖紙，識(shí)讀細(xì)部構(gòu)造以及梁、板、柱等構(gòu)件的鋼筋配置。例如梁構(gòu)件的識(shí)讀，在三維模型中選中某根梁，剖切梁并與梁平法施工圖對(duì)照，觀察梁不同位置的配筋，從而理解梁平法的集中標(biāo)注和原位標(biāo)注等含義，正確識(shí)讀結(jié)構(gòu)施工圖。其他細(xì)部構(gòu)造，如勒腳、散水、屋面防水、門(mén)窗勾縫等，均可通過(guò)三維模型呈現(xiàn)在學(xué)生面前，降低學(xué)習(xí)的難度。

4.2.3 VR 體驗(yàn)——從旁觀到沉浸

當(dāng)學(xué)生識(shí)讀完圖紙，在大腦中初步構(gòu)建出建筑的整體、細(xì)部形象后，教師帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入VR 實(shí)訓(xùn)場(chǎng)。在VR 實(shí)訓(xùn)場(chǎng)，學(xué)生以第一人稱(chēng)的形式虛擬場(chǎng)景中漫游，可以清楚地看到建筑物的外部造型和內(nèi)部空間，也可以通過(guò)互動(dòng)，選擇查看構(gòu)件的尺寸、型號(hào)、施工工藝等相關(guān)信息，甚至可以“拿”出重要構(gòu)件如柱、梁中的鋼筋籠，觀察鋼筋的布置。

學(xué)生從二維圖紙識(shí)讀，到三維模型可視化，再到模型沉浸式體驗(yàn)的由淺入深的過(guò)程，有效加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，突出教學(xué)重點(diǎn)，化解教學(xué)難點(diǎn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

建筑行業(yè)內(nèi)由BIM 推動(dòng)的工程教育改革勢(shì)在必行?；贐IM 可視化特點(diǎn)將傳統(tǒng)的《建筑工程制圖與識(shí)圖》課程中的二維視圖轉(zhuǎn)化為三維模型，通過(guò)旋轉(zhuǎn)、剖切全方位展示施工圖的知識(shí)點(diǎn)，便于學(xué)生理解圖紙，能夠有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。同時(shí)輔助以VR 技術(shù)，使學(xué)生由旁觀者變成參與者，以虛擬現(xiàn)實(shí)替代現(xiàn)實(shí)，有效降低實(shí)習(xí)成本和安全隱患，使施工圖的識(shí)讀過(guò)程由枯燥的想象變?yōu)榱擞腥さ捏w驗(yàn)，教學(xué)效果能夠得到顯著提升。真正實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)技術(shù)技能型人才的目標(biāo)。