新時期BIM技術在土木工程專業(yè)課程中的應用與改進探討

黃俊成 朱紅光 鐘銳鍇 季國華

（中國礦業(yè)大學（北京）力學與建筑工程學院 北京 100083）

0 引言

基于三維數(shù)字技術的BIM技術是一種工程數(shù)據(jù)模型，它綜合了建筑工程過程中的所有相關信息，進而對物體的本質(zhì)和物體的功能特性進行了數(shù)字表達，并依次建立了一個信息完備的信息模型，使相關數(shù)據(jù)，具有不同項目生命周期階段的流程和資源得以緊密聯(lián)系起來，依賴于其完整的對象描述、可以自動計算的實時工作數(shù)據(jù)，所有建筑項目參與者都可以使用它們并可以將其拆分為不同的部分。所有這些都取決于其固有的顯著優(yōu)勢：可視化，協(xié)調(diào)性，模擬性，優(yōu)化性，出圖性。BIM技術為開發(fā)商，設計團隊，施工單位等建筑建設過程中的各方面參與者提供了一個互通的平臺，加強了設計施工等不同階段的溝通，同時利用BIM所建立的通用共享的信息模型，各個方向的設計者能隨時跟進建設的過程，實時了解建設方案的變動，使不同的專業(yè)人員始終參與項目中來。

由于BIM技術目前還是一個新興事物，所以相關的一些技術在我國高校教學中的重視程度并不是很高，這也就導致了在教學環(huán)節(jié)的應用較少，很多學生也只是對BIM技術有著一些基本的概念。BIM 技術在高校教學中不足的原因有以下幾點：（1）BIM技術在國內(nèi)的應用化程度有限，相關軟件技術缺乏；（2）BIM技術是一個新事物，高校中缺乏相關的實踐研究課題；（3）土木工程現(xiàn)有的教育體系較為完備，再加入新的體系，較為困難；（4）存在著一定的技術封鎖，我國的BIM技術發(fā)展受到一定的限制。這些困難都需一一克服，提高BIM在高校中的應用程度，加速BIM技術與土木工程教育的融合，進而更好地推動BIM技術的本土化和應用程度。

筆者認為BIM技術的興起是目前進行土木工程專業(yè)教學改革的一個很好的契機，土木工程作為已經(jīng)發(fā)展了很多年的經(jīng)典學科在如今計算機互聯(lián)網(wǎng)技術爆炸式發(fā)展的背景下，不斷被注入一些比如BIM技術之類的新元素，這推動著土木工程向一個“新”學科發(fā)展。在這個大前提下，以目前的教育方式培養(yǎng)人才，在對專業(yè)知識的掌握程度上，顯然是很難滿足目前背景下的建筑行業(yè)的需求。就目前自身及周圍同學的感受，對于本專業(yè)的學習或多或少的感覺有些枯澀難懂。將BIM技術引入不同專業(yè)課程的學習中，可以充分的發(fā)揮BIM技術的五大特點，將枯燥晦澀的知識變得生動起來，從而激發(fā)學生對于專業(yè)學習的熱情。

毫無疑問，將BIM技術引入土木工程學科教學中，是百利而無一害的，但是如何將這個新興事物更好的融入專業(yè)課程中，以及如何通過這種融合最大限度地幫助學生理解并掌握專業(yè)知識和激發(fā)他們的學習積極性，還需要探索。下文將以實際體驗淺談關于BIM技術在專業(yè)課程中的設置。

1 BIM技術在各種專業(yè)課程中的應用

1.1 BIM技術在房屋建筑學課程中的應用

房屋建筑學是適合土木工程類專業(yè)人員了解和研究建筑設計的思路和過程，建筑物的構(gòu)成和細部構(gòu)造以及它們與其他相關專業(yè)，特別是與結(jié)構(gòu)專業(yè)之間密切聯(lián)系的一門專業(yè)基礎課程。作為我們的一門專業(yè)基礎課，它的內(nèi)容較為抽象復雜，知識點也較多，所以對學生來說很難理解。就自身上課體驗來說，這門課程中涉及較多的建筑構(gòu)件，一些構(gòu)件書中給出了示意圖，而對于那些提及但未給出相關示意圖的對于學生們的理解就存在著一定的阻礙。同樣的對于各種各樣的房屋構(gòu)造來說，即使給出了平面圖，也很難讓學生對于整個建筑有個清晰的了解。目前老師的授課方式就是按照課本順序依次講解房屋建筑等的建造過程，以及在這過程中所使用的施工工藝以及特殊構(gòu)件，這種傳統(tǒng)的教授方式是合理的，但同時也存在著之前提及的較大的缺點就是，相關的知識點都是以二維平面的圖形來表示，這就要求學生具有較好的三維空間想象能力以及較多的知識儲備。而若將Revit等BIM軟件技術引入課堂，將原先所講的知識點以Revit建模形式展示出來，這勢必會有助于學生在課堂上對于相關知識點的理解與掌握。而與之配套的課程設計也可適當?shù)囊腙P于Revit軟件的運用，幫助學生順利高效的地完成課程設計。

1.2 BIM技術在土木工程制圖及AutoCAD課程中的應用

相比于房屋建筑學這種理論性較強的課程，土木工程制圖和 AutoCAD則具有極高的實踐性。就課程內(nèi)容來說，需要學生死記硬背的知識點并不多，真正的重點是讓學生掌握繪圖的方法和規(guī)范要求。我們是在大一階段接觸土木工程制圖，大三學習的AutoCAD，相比于其他的課程來說，這些課顯得更加枯燥乏味，在學習到制圖繪圖方法后，留給我們的就是不斷地通過繪圖掌握課上的技巧，趣味性較低，重復性較高，很難激發(fā)學生的學習積極性。目前的授課方式是，老師講授相應的繪圖知識，課下通過繪圖練習冊以及AutoCAD繪制二維圖像練習來鞏固所學的知識。然而在這種教學方法的培養(yǎng)下，就會出現(xiàn)和房屋建筑學課程中相似的問題，學生對于二維平面較為熟悉，而如果轉(zhuǎn)換到三維立體空間中就顯得有些困難，所以也應該在這些課程中引入BIM技術中相關建模軟件如Revit，或者可以單獨設立相關的課程，以強化學生對于建筑三維空間的理解。Revit等三維建模軟件相比于AutoCAD來說，在保證建模精確性的前提下，使得操作更加便捷化。同時就我個人的感受，三維建模的趣味性也遠比在二維平面上畫圖要有意思得多，這就能在很大程度上激發(fā)學生學習的積極性，如果條件允許，相關的建模比賽也可以考慮。

1.3 BIM技術在工程管理課程中的應用

工程項目管理作為土木工程專業(yè)核心課程，其開設的目的是希望學生掌握工程項目管理的相關理論和方法，能夠在此基礎上繪制流水施工和網(wǎng)絡計劃圖，選擇合適的施工方案，編制施工計劃圖以及閱讀施工平面圖等，進而培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)和解決實際工程項目管理中問題的能力，提高學生專業(yè)基本素質(zhì)。它在內(nèi)容上又與工程制圖，房屋建筑學等課程不太相同，整體偏向于管理類的。在學習這門課時，即使老師用盡量簡單易懂的語言，但因為涉及管理類這種新的知識體系，例如流水施工，流水節(jié)拍等抽象的概念還是很難理解。而之后要學習繪制的施工流水圖和網(wǎng)絡圖都是建立在這些抽象概念的基礎上，所以也就導致后面的學習過程不太順利。目前的教學方式就是按照課本的順序為同學們講解工程項目管理的知識點，在此過程中與板書和相關的視頻結(jié)合，以期達到最好的授課效果。但是實際上，學生的積極性并不高，興趣也不大。針對這個問題，可以與目前流行的計算機技術相結(jié)合，利用計算機技術輔助教學，在激發(fā)學生的興趣的同時幫助學生掌握工程管理相關的軟件，如Revit,P3等。將BIM技術引入教學中，通過其可視化的特點，構(gòu)建三維可視化動態(tài)仿真工程，使學生身臨其境般的感受施工現(xiàn)場的氛圍，同時也能將施工進度安排及工程造價表現(xiàn)出來，進而將教學與實際相結(jié)合加深學生的印象和理解。

1.4 BIM技術在鋼結(jié)構(gòu)設計原理課程中的應用

開設鋼結(jié)構(gòu)設計原理旨在讓學生了解鋼結(jié)構(gòu)的特點和設計方法，鋼結(jié)構(gòu)材料的工作性能以及一些常見的鋼結(jié)構(gòu)基本配件的工作特點等。對于筆者來說這門課算得上是本科階段所接觸到的最有難度的幾門課程之一了，筆者也詢問了本專業(yè)的其他的同學，基本上都持有這樣的觀點。在其內(nèi)容中，不但涉及大量的材料力學與結(jié)構(gòu)力學的知識，還需要將其與鋼結(jié)構(gòu)的設計緊密相連。這就要求學生具有較好的力學基礎，但因為特殊原因，我們的材料力學采用線上教學，同時由于網(wǎng)課的局限性，很多學生對于材料力學的掌握并不好。這也就導致為什么大多數(shù)的學生覺得學習這門課會覺得困難。目前的教學安排依舊是按照教材介紹并結(jié)合板書與多媒體，課下安排各種相關的練習以便學生能更好地掌握知識點。但是確實受限于課堂教學的局限性，大多數(shù)學生掌握情況并不好。這時與BIM技術結(jié)合教學的優(yōu)勢又體現(xiàn)出來了。應用Revit軟件，可以很便捷地建立標準鋼框架及型鋼部件。同時這些模型可以再導入Navisworks，Manage等軟件，進而實現(xiàn)施工的4D模擬，相當于進入施工現(xiàn)場進行實際參觀。在這整個過程中，學生可以了解到鋼構(gòu)件的建立過程，各個部件的名稱等，這無疑將原先晦澀難懂的知識具象化，更有利于學生的理解與吸收。

1.5 BIM技術在畢業(yè)設計（論文）中的應用

對于學生來說，本專業(yè)的畢業(yè)設計（論文）是對學生們的最后的考驗。而設置畢業(yè)設計（論文）的目的則是培養(yǎng)和檢驗學生熟練運用所學習的專業(yè)知識解決工程實際中所遇到的問題的能力。因為在完成設計中涉及的相關知識較多，故也能加深學生對于建筑設計和施工具體要求和總體流程的認識，為以后走入相關行業(yè)從事相關工作打下堅實的基礎。由于這是耗時最長的一門課程，就筆者所了解的一些已經(jīng)畢業(yè)的學生的情況，畢業(yè)設計的安排常常會與找工作和考研復試的時間存在一定的沖突，這就或多或少的影響到畢業(yè)設計的質(zhì)量。這時如何在減少時間投入的前提下又能保質(zhì)保量的完成畢業(yè)設計就成了一個問題。而將BIM技術引入其中或許會成為目前的最優(yōu)解。如果像我所建議的那樣，在前幾個學期的專業(yè)課程的學習中將BIM技術的相關知識也穿插其中，那么將BIM技術應用于畢業(yè)設計也會變得順風順水。在學生已經(jīng)具有相關BIM技術的基礎上，可以要求學生統(tǒng)一采用BIM技術進行畢業(yè)設計，同時在進行答辯的過程中設置BIM技術相關的提問。

2 結(jié)語

目前來說，BIM技術是建筑行業(yè)前沿的技術，它可以很好地將設計，施工，運營等建筑全生命周期的各個階段整合起來，具有極其光明的發(fā)展前景，作為新時代的大學生，掌握BIM技術十分重要。同時BIM技術與現(xiàn)有的土木工程專業(yè)課程教學的結(jié)合，通過可視化三維模型，將土木工程各項專業(yè)課程中抽象的知識具體化，使課堂教學真正與實際相結(jié)合，加深學生對于專業(yè)知識的理解同時激發(fā)對于該行業(yè)無限的熱情。