BIM技術(shù)在土木工程制圖課程中的應用

李佳雨，劉榴燕

(貴州師范大學 材料與建筑工程學院，貴州 貴陽 550025)

0 前 言

BIM(Building Information Modeling)技術(shù)在建筑行業(yè)內(nèi)得到了越來越廣泛的應用，是信息化時代的產(chǎn)物，代表了先進的生產(chǎn)力。土木工程專業(yè)課程有很多都與BIM有著聯(lián)系，如建筑構(gòu)造與識圖課程、房屋建筑學課程、土木工程制圖等課程。而土木工程制圖課程是土木工程專業(yè)中一門重要的基礎(chǔ)課程，主要目標是培養(yǎng)學生用二維平面視圖想象三維空間型體的能力。土木工程制圖課程一般是紙制圖或者CAD圖呈現(xiàn)給學生，而學生需要在腦中想像一個三維圖形，才能掌握本節(jié)課的知識，對于空間想象力較差的學生而言，很難掌握知識的應用。BIM技術(shù)的可視化等特點，不僅可以提高教師的教學質(zhì)量，學生也會很快地掌握本節(jié)課的重點知識，有效地完成教學目標。本文給出BIM技術(shù)Revit軟件的介紹，通過某例子來說明BIM技術(shù)在教學中的使用，深入思考BIM技術(shù)在土木工程制圖課程中的應用帶來的影響。

1 工程制圖的變革

1982年之前，土木工程制圖的繪圖工具主要是三角板、T尺進行手繪，消耗了大量的人力、物力，制圖時間漫長、精確度和效率低，圖紙不易保存。以二維平面圖圖紙作為支撐進行建造，在工程制圖上存在較大的提升空間。

1982年到現(xiàn)在，隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，信息化時代的到來，CAD的出現(xiàn)給建筑行業(yè)帶來了福音，利用計算機數(shù)位化的方式進行繪制圖紙，改善了以往手工圖紙繪圖效率低、不易保存等缺陷。而且生產(chǎn)力提高了，減少了大量的人力，節(jié)約了大量的時間。但CAD制圖軟件仍然以點、線、面的幾何性質(zhì)進行繪制圖紙，雖然CAD軟件中存在3D技術(shù)，但不能賦予專業(yè)意義，沒有建筑物特性。如發(fā)現(xiàn)建筑圖紙有一處錯誤，更改圖元，需要重新繪制圖紙。CAD繪圖各個建筑元素不能相互聯(lián)系，沒有相關(guān)性，如有一處修改，其他方面必須進行修改，否則會出現(xiàn)圖紙不一致的現(xiàn)象。建筑行業(yè)中有許多專業(yè)領(lǐng)域之間進行交流，主要是以二維圖紙的方式進行傳達，時常發(fā)現(xiàn)沖突等現(xiàn)象。

2000年左右，隨著時代的需求，順應時代的發(fā)展，需求是創(chuàng)新的條件和前提，為解決CAD軟件所存在的缺陷，BIM技術(shù)的出現(xiàn)解決了這些問題。BIM技術(shù)參數(shù)化設(shè)計，解決了可以不用離散修改圖紙的局限性，并附有建筑屬性。BIM技術(shù)的組成元素是墻、梁、柱、板等改變了以往點、線、面的方式繪圖。不僅具有協(xié)同化性，使各行業(yè)之間可以進行協(xié)同溝通交流，而且還具有可視化性、一體化性、參數(shù)化性、協(xié)調(diào)性等特點，為各個行業(yè)提供便利，進而提高工作效率。同時，BIM技術(shù)也可以對建筑進行真實可靠的耗能分析并進行實時監(jiān)控，為“綠色建筑”的發(fā)展提供支持。響應習近平總書記所倡導的綠色發(fā)展理念，BIM技術(shù)為綠色建筑發(fā)揮了巨大的作用，綠色建筑即節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地、節(jié)材。學校也可以利用BIM技術(shù)的特性進行教學。為教師和學生提供雙向的便利條件。圖1為BIM技術(shù)成熟過程等級。

圖1 BIM成熟過程等級

2 BIM技術(shù)Revit軟件的介紹及操作步驟

2.1 Revit軟件介紹

Revit軟件是Autodesk公司研發(fā)的一個建模軟件，目前Revit軟件包括三個專業(yè)模塊，Revit建筑模塊(Architecture)、Revit結(jié)構(gòu)模塊(Revit Structure)和Revit機電模塊(Revit MEP)，為各專業(yè)領(lǐng)域提供了便利。項目、圖元、族等概念是Revit軟件所特有的概念。了解這些概念對Revit的認識非常重要。

1)項目。項目是單個設(shè)計信息數(shù)據(jù)庫，是建筑信息模型。所有的設(shè)計信息都保存在“項目”中。可以對設(shè)計圖進行修改，修改后的設(shè)計可以反映關(guān)聯(lián)到平面視圖、側(cè)立面圖和剖面圖等信息中。跟蹤一個項目便可以掌握所有有關(guān)設(shè)計信息和數(shù)據(jù)。

2)標高。標高是一個水平面，在建筑設(shè)計圖中的重要信息。樓層高度、墻的高度、屋頂高度等都是建筑模型的依據(jù)。在Revit軟件中，在設(shè)置、繪制圖形的高度時，必須在立面圖或者剖面圖中進行繪制，一般在南北立面圖中。

3)圖元。在Revit軟件中模型圖元(墻、梁、樓板等)，基準圖元(軸網(wǎng)、標高等)和視圖專有圖元(尺寸標注、文字標注、二維詳圖構(gòu)建等)三部分組成，Revit軟件對圖元按類別等進行分類，有利于繪圖方便尋找。

4)類別。類別是一組集成族的圖元。例如模型圖元類別包括墻和梁。

5)族。族是組成某一類別的圖元中的類。如，圓柱、矩形柱等。

6)類型。每個組有多個類型，如，圓柱450 mm、圓柱600 mm、矩形柱600 mm×750 mm等。圖2為圖元的層級分類。

圖2 圖元的層級分類(單位：mm)

Revit軟件在建筑行業(yè)，施工單位，結(jié)構(gòu)設(shè)計，工程造價，電氣等方面節(jié)約大量的時間，提高工作效率。Revit的工作界面是由應用程序菜單、快捷訪問工具欄、信息中心等12個功能區(qū)所組成。此軟件操作簡便，易于上手，即可以供教師在課堂上進行演示操作，又方便學生更加直接地觀看并進行思考。實現(xiàn)二維平面視圖與三維空間模型的相互結(jié)合，達到事半功倍的教學效果。

2.2 Revit軟件在建模時最基本的操作步驟

1)繪制標高的簡要步驟：在“項目瀏覽器”中點擊“立面”→南或北→調(diào)整標高2輸入標高→把標高1、標高2雙擊更改為F1、F2→點擊“標高”命令，選擇類型上下標高進行繪制→輸入標高值。繪制標高可以直接繪制，復制繪制，也可以陣列繪制等。

2)繪制軸網(wǎng)的簡要步驟：在平面視圖F1層繪制點擊“軸網(wǎng)”，選擇類型→在繪圖區(qū)繪制第一條軸網(wǎng)，軸號為1→把光標指向第一條軸線，向右拖動鼠標，對齊軸線繪制第二條軸網(wǎng)→光標與軸線之間有臨時尺寸可以標注軸線之間的尺寸，也可以在繪制完之后修改尺寸，軸網(wǎng)繪制完成(繪制軸網(wǎng)可以直接繪制，復制繪制，也可以陣列繪制等)。

3)繪制基本墻體的簡要步驟：在樓層平面視圖中點擊“建筑”選項卡→“構(gòu)建”面板→“墻”命令，在“屬性”面板“類型選擇器”中選擇墻的類型(下拉建筑墻或者結(jié)構(gòu)墻)→點擊屬性中選擇一種基本墻的類型→在選項欄中選擇“高度”或者“深度”→頂部約束，選擇高度→設(shè)置定位線→點擊“屬性”中的“編輯類型”可對墻材料、厚度等進行設(shè)置→繪制面墻。

4)繪制門、窗的簡要步驟：在樓層平面視圖中點擊“建筑”選項卡→“構(gòu)建”面板→“門”或者“窗”命令，在“屬性”面板“類型選擇器”中選擇門或者窗的類型→在墻上繪制門即可，“空格鍵”可以控制門的左右方向。

5)繪制樓板的簡要步驟：在樓層平面視圖中點擊“建筑”選項卡→“構(gòu)建”面板→“樓板”命令下拉列表(建筑樓板，結(jié)構(gòu)樓板，面樓板)選擇建筑樓板→在“屬性”面板“類型選擇器中選擇樓板類型→點擊“屬性”中的“編輯類型”可對樓板材質(zhì)等進行繪制→通過“邊界線”形式繪制樓板即可。

3 BIM技術(shù)在土木工程制圖課程中的應用舉例

土木工程制圖課程專業(yè)性強，知識點多，難度大，課時少，主要包括投影制圖、建筑施工圖、結(jié)構(gòu)施工圖等內(nèi)容。這門課的主要任務是培養(yǎng)學生正確識圖的能力，繪制二維平面圖的能力、空間想象能力以及使用軟件繪圖的能力。對于剛?cè)氪髮W的學生而言，內(nèi)容復雜無趣，學生不容易理解，空間想象能力差的學生跟不上等現(xiàn)象，BIM技術(shù)引入課堂之中，BIM技術(shù)可視化等特點不僅解決了課程概念難理解，識圖難等問題，而且引起了學生的好奇心和求知欲，潛移默化地使學生對 Revit軟件建模技術(shù)產(chǎn)生興趣。利用BIM技術(shù)輔助教學，將二維視圖建構(gòu)成可視化的三維模型，加強了學生對圖紙的理解，提高學生對土木工程制圖學習的效率。

本文以土木工程制圖課程“建筑施工圖”這一章節(jié)的平面圖、立面圖、剖面圖應用BIM技術(shù)教育教學。學生只看到平面圖紙時，很難對建筑整體有一個清楚的認知。但在課堂上教師利用BIM技術(shù)把圖紙改成立體圖，使用二維平面視圖與三維空間模型的相互切換，不僅引起了學生的好奇心和求知欲，教師也可以簡便有效地教授內(nèi)容，提高效率。教師首先把圖紙畫到CAD中，如圖3所示為某平面簡圖(尺寸已省略)。

圖3 平面圖

然后打開Revit軟件，點擊“項目”中的“建筑樣板”選項，進入界面后，點擊“插入”選項卡中的“導入CAD”選擇文件打開，拖動到合適的位置，以導入的圖作為底圖，以拾取線的方式點擊軸網(wǎng)，進行繪圖。也可以不用畫CAD圖直接在Revit軟件中繪圖，繪制標高、軸網(wǎng)和繪制墻體等。

最后得出如圖4的立體圖型，可以借助鍵盤上的“Shift”鍵和鼠標滾輪，進行旋轉(zhuǎn)，可以看到各方位的立體視圖。

圖4 立體圖

進入一層平面圖中在“視圖”選項卡中點擊“剖面”繪制的命令，繪制剖切線，點擊剖切位置的起點終點，右鍵轉(zhuǎn)到視圖，得出如圖5所示的剖面圖；也可以點擊“項目瀏覽器”中的立面進行選擇，如果如圖6所示。

圖5 剖面圖

圖6 立面圖

4 BIM技術(shù)在土木工程課程教學的應用與思考

4.1 應 用

1)推進BIM技術(shù)基礎(chǔ)知識的學習。在土木工程課程理論教學中加強BIM技術(shù)的結(jié)合。在當前土木工程制圖課程、房屋建筑學課程等理論教學中，引入BIM技術(shù)進行輔助教學，讓學生在掌握理論知識的同時對BIM技術(shù)產(chǎn)生影響，引起學生學習興趣，在學習枯燥乏味的理論知識的同時對BIM技術(shù)的可視化等特點產(chǎn)生樂趣。既可以減少教師教授抽象化知識的教學壓力，又可以減輕學生的對立體化的想象，識圖的困難壓力，達到雙向“減壓”的過程，克服了在教學中引入BIM技術(shù)的困難。

2)布置有關(guān)BIM的課程作業(yè)。在土木工程制圖課程、房屋建筑學課程等中加強引入BIM技術(shù)，并在有關(guān)的課題中布置作業(yè)，學生的動手操作比直觀化的感性認知更容易引起興趣，得到滿足感。學生的動手操作，不僅可以更加深刻地理解結(jié)構(gòu)布置、節(jié)點詳圖等理論知識，而且可以熟悉BIM技術(shù)軟件的基礎(chǔ)操作應用，對BIM技術(shù)的學習做到充分的鋪墊，為今后的畢業(yè)設(shè)計，參加比賽做準備。

3)鼓勵學生積極參加BIM大賽。BIM設(shè)計大賽除了在學校舉辦的，學校之外每年都會有各種大賽，如全國BIM畢業(yè)設(shè)計大賽、“龍圖杯”BIM大賽都可以鼓勵學生積極參加。學生借助課上所學的專業(yè)知識在實踐中得到應用，做到理論與實踐有效結(jié)合的目的。利用知識解決實際問題，與社會接觸，打開學生的視野，為以后參加工作做準備。

4)BIM技術(shù)在畢業(yè)設(shè)計中應用。BIM技術(shù)快速發(fā)展進入學校，許多高校的畢業(yè)設(shè)計都引入BIM的應用。BIM的建模、算量等技術(shù)幫助學生快速地理解畢業(yè)設(shè)計中的疑難問題。畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容與社會接觸，與時俱進，學生提前了解工作中可能出現(xiàn)的問題，為今后快速地進入工作奠定基礎(chǔ)。

4.2 思 考

1)提高教師BIM技術(shù)的操作能力。教師是學生學習科學知識的來源，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，一些老教師或者不熟悉繪圖軟件的教師在應用BIM技術(shù)進行教學時存在巨大的障礙。所以，加強教師的應用技能迫在眉睫。教師隊伍建設(shè)，提高教師能力，學校校長具有至關(guān)重要的作用，校長應鼓勵教師學習BIM技術(shù)，組織教師多參加技術(shù)培訓，帶領(lǐng)教師去高校進行交流學習，聘請BIM技術(shù)專業(yè)人員給教師上課等，以增強教師利用BIM技術(shù)引用到自己所教的學科中，提高學生的學習效率。

2)加強校企合作?！凹埳险剚斫K覺淺，絕知此事要躬行”，加強校企合作，學生間接接觸社會中的實際問題，學生可以利用BIM技術(shù)的仿真虛擬工作環(huán)境，可以觀看企業(yè)中整個工程項目過程。學生也可以在參觀了解企業(yè)中工程項目后自己動手操作繪制模型，可以使學生更加了解工程的構(gòu)造。加強校企合作，不僅解決了學校教學內(nèi)容的滯后性、理論與實踐相脫離的局限性，而且可以使學生提前接觸社會中真正的問題。企業(yè)中的技術(shù)人員到校為學生授課，做到“雙師”教學，為今后的工作提供一個更好的平臺。實時了解社會真正的需要，培養(yǎng)社會主義高效發(fā)展的建設(shè)者和接班人。學校與社會相互聯(lián)系，使學校培養(yǎng)出的人才直接在社會上使用，起到了無縫銜接的最優(yōu)效果。

5 結(jié)束語

本文介紹了工程制圖的變革，BIM技術(shù)Revit軟件的應用界面的功能介紹和部分操作步驟，隨后詳盡地給出了在土木工程制圖課程課堂上如何利用BIM技術(shù)進行教學的過程及BIM技術(shù)的應用與思考。BIM技術(shù)引入土木工程專業(yè)課堂，使二維平面視圖轉(zhuǎn)化為三維空間模型，達到畫龍點睛的作用。此技術(shù)可以調(diào)動學生學習的積極性和主動性，使課堂淺顯易懂、輕松愉悅，正是國家大力推廣的技術(shù)，同時也是“綠色建筑”發(fā)展的重要手段。

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