基于BIM技術(shù)的鋼結(jié)構(gòu)施工課程教學(xué)探索

肖 毅 魏秀瑛 李 文 劉建軍 楊雪寧

(湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽 421002)

鋼結(jié)構(gòu)工程由于具有輕質(zhì)高強(qiáng)、抗震性好、施工速度快等特點(diǎn)，在工業(yè)建筑、高層建筑、空間網(wǎng)格建筑中到處可見。同時它還能夠助力鋼鐵去產(chǎn)能，符合政府政策目標(biāo)；鋼結(jié)構(gòu)作為綠色建筑的典型代表，大大減少了砂、石、灰的用量，減少建筑垃圾；鋼結(jié)構(gòu)采用工廠化生產(chǎn)方式，提高了農(nóng)民工工作舒適度等優(yōu)點(diǎn)。在未來的城市建設(shè)中，需要在10年內(nèi)達(dá)到30%的鋼結(jié)構(gòu)建筑，這就意味著需要越來越多的鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)技能型人才。

鋼結(jié)構(gòu)施工課程在建筑工程技術(shù)專業(yè)中，屬于專業(yè)課，該課程的培養(yǎng)目標(biāo)是：培養(yǎng)學(xué)生對典型的門式剛架結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、管桁架結(jié)構(gòu)、鋼框架結(jié)構(gòu)四種結(jié)構(gòu)體系的識圖、施工、質(zhì)量驗(yàn)收的專業(yè)能力和職業(yè)素養(yǎng)能力。為了達(dá)到人才培養(yǎng)方案培養(yǎng)的施工員、質(zhì)量員等職業(yè)崗位的核心崗位能力，筆者基于鋼結(jié)構(gòu)施工課程進(jìn)行了以工作過程開發(fā)的課程體系，引入智能建造的BIM軟件技術(shù)到課程中[1]，一些傳統(tǒng)的教學(xué)難點(diǎn)輕松突破，本文基于此進(jìn)行簡單的論述。

1 BIM技術(shù)與教育應(yīng)用

BIM(建筑信息模型)，該技術(shù)是集工程設(shè)計、建造、管理為一體的數(shù)據(jù)化工具系統(tǒng)，它通過對工程建筑的數(shù)據(jù)化、信息化模型的整合，從工程項(xiàng)目的策劃階段、運(yùn)行階段和維護(hù)階段的全生命周期內(nèi)進(jìn)行共享和傳遞數(shù)據(jù)，為工程的各建設(shè)主體方提高工作效率、節(jié)約成本和縮短工期。同時由于BIM技術(shù)具有可視化、模擬性、關(guān)聯(lián)性等特點(diǎn)，使其在建筑工程領(lǐng)域中的發(fā)展更加迅速。

2011年5月，住建部在《2011～2015建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》中，明確規(guī)定在施工階段開展BIM技術(shù)的研究和應(yīng)用，這拉開了BIM技術(shù)在國內(nèi)應(yīng)用的序幕。2018年全國兩會期間，委員王美華提出“高校土木專業(yè)增設(shè)BIM的課程”建議，這預(yù)示BIM課程體系可能納入專業(yè)教學(xué)評估中，這反映了建筑信息模型人才需要旺盛。因此，高校應(yīng)該培養(yǎng)BIM軟件技術(shù)應(yīng)用和軟件開發(fā)二元型技術(shù)技能型人才。在施工類課程中融入BIM技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生的信息化素養(yǎng)和專業(yè)技能勢在必行。

根據(jù)各高職院校學(xué)生學(xué)習(xí)效果來看，鋼結(jié)構(gòu)課程中的相關(guān)技術(shù)點(diǎn)和技能點(diǎn)比較難，特別是節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的繪制和識讀。故此引入BIM技術(shù)，將二維圖形與三維模型相結(jié)合，學(xué)生理解鋼結(jié)構(gòu)的施工圖通俗易懂，使學(xué)生對鋼結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)提起了興趣[2]。

2 BIM技術(shù)應(yīng)用典型教學(xué)案例

某小型工業(yè)廠房，建筑面積1 190 m2，總體高度5.4 m，采用輕鋼門式剛架結(jié)構(gòu)，建筑安全等級為二級，6級抗震，采用的型鋼和板材規(guī)格如下：

1)主結(jié)構(gòu)，門式剛架，焊接H型鋼，鋼柱400×280×10×6，鋼梁330×280×10×6；2)次結(jié)構(gòu)，屋面檁條和墻面檁條，高頻鋼250×150×4×3.2；3)圍護(hù)結(jié)構(gòu)，屋面板和墻面板，75 mm厚彩鋼壓型鋼板；4)基礎(chǔ)，鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)。為了使學(xué)生更好的理解，采用BIM技術(shù)輔助鋼結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)，主要從以下幾個方面入手。

2.1 型鋼的認(rèn)知

鋼板、型鋼是常見的鋼結(jié)構(gòu)鋼材，但是學(xué)生對工字鋼、H型鋼、角鋼、槽鋼、鋼管等型鋼不太熟悉，然而型鋼卻是鋼結(jié)構(gòu)建筑中的重要組成部分，為了使學(xué)生掌握型鋼參數(shù)，課前導(dǎo)學(xué)環(huán)節(jié)，教師采用任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法讓學(xué)生在BIM軟件中構(gòu)建型鋼的三維模型，從而訓(xùn)練了學(xué)生的繪圖和識圖能力。課中做環(huán)節(jié)，教師利用Tekla Structures軟件建立這兩種型鋼的模型，讓學(xué)生仔細(xì)觀察，利用BIM模型找出其中的不同之處，從而加深學(xué)生對型鋼的理解。課后拓學(xué)環(huán)節(jié)，教師結(jié)合校中企設(shè)計院和實(shí)際項(xiàng)目工地，針對學(xué)有余地的同學(xué)識圖現(xiàn)場復(fù)雜的組合式焊接型鋼，自己利用Tekla Structures軟件繪圖，可以利用不同顏色區(qū)分組合式翼緣和腹板部分，使學(xué)生理解熱軋與焊接的不同之處。

2.2 復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的認(rèn)知

鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造十分復(fù)雜，梁梁連接、梁柱連接，腹桿弦桿球節(jié)點(diǎn)連接等桿件位置交叉布置，識圖難度較大。為解決這個教學(xué)難點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生識讀節(jié)點(diǎn)大樣圖的能力，可以利用三維的BIM模型輔助教學(xué)，使學(xué)生掌握節(jié)點(diǎn)區(qū)域的構(gòu)造，見圖1，圖2。在教學(xué)過程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)二維圖紙構(gòu)建三維模型，從而加深學(xué)生對圖紙的理解，同時還可以利用BIM模型進(jìn)行碰撞檢查糾正錯誤，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

2.3 施工工法的認(rèn)知

職業(yè)院校課程教學(xué)目標(biāo)，重點(diǎn)是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動手能力，而不是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)深奧的理論知識和繁雜的公式能力。為此教師帶領(lǐng)學(xué)生到項(xiàng)目工地進(jìn)行觀摩學(xué)習(xí)，現(xiàn)場講解結(jié)構(gòu)構(gòu)造等知識點(diǎn)[3]。考慮到實(shí)際項(xiàng)目存在一定安全隱患，因此現(xiàn)場教學(xué)只能作為輔助的教學(xué)環(huán)節(jié)。為此利用廣聯(lián)達(dá)的BIM軟件可以輕松突破這個教學(xué)難點(diǎn)，該軟件可以快速地完成整個施工工藝流程，實(shí)際操作中學(xué)生可以很清楚的看到每個工藝步驟，見圖3，圖4，包括人、材、機(jī)的選擇、場地布置等，讓學(xué)生學(xué)習(xí)整個項(xiàng)目的虛擬建造過程，避免了去施工現(xiàn)場而帶來的安全隱患。

3 結(jié)語

在鋼結(jié)構(gòu)的課程中融入BIM技術(shù)，使學(xué)生在理解結(jié)構(gòu)構(gòu)造上更加輕松，加深了學(xué)生對施工工藝流程的理解，從而培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高鋼結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)效果以及學(xué)生綜合能力。