基于BIM技術校園建筑信息化在高職土木類專業教學中的應用

謝愛萍（甘肅林業職業技術學院，甘肅 天水 741020）

基于BIM技術校園建筑信息化在高職土木類專業教學中的應用

謝愛萍（甘肅林業職業技術學院，甘肅 天水 741020）

本文利用BIM技術，將校園實際建筑模型信息化，并將成果應用于高職土木工程類課程的教學中，有效解決了課程教學中存在的諸多問題。

BIM技術；校園建筑信息化；土木工程；課程教學

高職土木類專業課程教學實踐性強，長期以來，受教育資源的制約，多數課程教學只能在黑板上通過二維三視圖來描述建筑的構造、結構等，教學直觀性和實踐性差，課程枯燥乏味，雖然借助多媒體和仿真技術輔助教學，一定程度上緩解了以上問題，但教學內容相對零散，整體性不強，教師選擇相對隨意，系統性差。在實踐教學上，到施工工地去由于存在安全隱患，聯系越來越困難，即使到工地上去往往只是走馬觀花，感受一下施工現場的環境，認知性和可操作性差。BIM技術是一種集工程設計、建造管理于一體的數據化工具，對建筑業有劃時代的意義。本文研究利用學校已有建筑實體，根據存檔施工資料和現狀，應用BIM技術對其進行參數化建模，然后模擬時間軸和費用軸，建成BIM5D數據庫，形成完整豐富的教學資源，并有機的和理論教學、實踐教學相結合，通過移動互聯網技術，在課堂和現場實時展現，讓學生在學習中直觀的認識工程建設的全程，培養他們的識圖能力、結構認知能力、施工工藝操作能力、空間想象能力和創新能力。

1 建設方法

1.1 BIM技術

BIM技術是利用參數模型整合各種項目的相關信息，建成數據庫，在項目策劃、設計、施工、運行和維護的整個周期過程中進行數據共享和傳遞，便于工程技術人員對各種建筑信息作出正確理解和高效應對；同時為項目建設的業主、設計院和施工單位等各方建筑主體提供協同工作的平臺，共享建筑信息模型，縮短建筑工期，節約建設成本，提高項目建設和運維效率。它具有信息的完備性、關聯性、一致性、協調性、優化性、模擬性、可視化和可出圖性八大特點，BIM技術的發展和應用，己得到建筑業界的廣泛認可。目前BIM的主流軟件有Revit、ArchiCAD、Bentley、廣聯達、魯班、PKPMBIM等。本項目選擇Revit和廣聯達BIM5D軟件，建模在Revit中完成，項目管理應用廣聯達BIM5D軟件。

1.2 BIM建模

1.2.1 資料收集

根據建筑的具體情況，搜集建筑物的存檔資料，包括規劃資料、地勘資料、設計資料和施工圖；如果建筑物資料已經丟失，要量取其詳細的幾何尺寸，探測內部的鋼筋結構；同時測量校園1:500地形圖，形成數字化地形，為建模提供基礎資料。

1.2.2 建模

1）建筑模型族

建筑模型主要是對建筑場地、墻、柱、梁、板、門、窗、樓梯、樓頂、基礎、幕墻等構件，根據不同類型和幾何尺寸建模，同時對其相關參數進行設置，主要參數有物理屬性，如板厚、板長、寬、表面材質顏色等；材料信息，如混凝土、加氣塊、玻璃等；概算信息，如樓板材質供應商信息、工程量清單、材質價格等；運營信息如物業管理所有詳細信息。

2）結構模型族

結構模型根據構件不同類型、幾何尺寸和鋼筋種類等，對柱、梁、板、墻、基礎、樓梯、桁架等結構進行建模，主要參數有結構類型、幾何尺寸、材料及強度、混凝土強度、配筋表、鋼筋連接、錨固信息、概算信息、運營信息以及物業管理信息等。

3）建筑設備模型族

建筑設備模型主要包括：給排水設備（供水管道、排水管道、閥門、儀表、衛生潔具等），暖通設備（暖通管道、管件、閥門、儀表、散熱片等），電氣設備（強電線管、弱電線管、電線電纜、配電箱、控制開關、插座、橋架等），以及消防設備等。主要參數為材料、規格型號、生產廠家、價格等。

1.2.3 基準圖元

基準圖元主要作業是建筑構件的準確定位，屬于BIM模型的非實物要素，對于模型整體結構的搭建十分重要。基準圖元主要有軸網、標高和參照平面等，其作用與CAD中軸網的作用類似。根據建筑施工圖的軸網關系確定建筑各構件模型的具體位置，形成整體建筑物。

1.3 建立模型數據庫

模型數據庫包括圖形庫和屬性庫，圖形庫記錄了所有模型的幾何數據，主要有幾何形狀、尺寸大小、坐標位置，可自動計算獲取表面面積、體積和重心等；屬性庫也稱之為參數庫，是每個模型對應參數的集合，主要有物理數據如構件的材料、重量、強度等，技術數據如施工工藝，經濟數據如綜合單價，以及文本數據等。通過建立數據庫，可進行數據聯動查詢、工程量的統計計算，為工程造價、施工管理和運營維護提供依據。

1.4 施工場地布置

將模型數據導入BIM5D軟件中，根據地形數據，利用軟件提供的功能創建三維場景，完成三維施工現場設計，直觀顯示現場道路、材料堆場、塔吊、臨邊防護、大門、加工棚等，檢驗施工場地布置的合理性，優化場地布置，并得出施工組織措施及項目清單。

1.5 工程施工控制

在廣聯達BIM5D軟件中，以BIM模型為基礎，根據實際工程進度創建時間軸，再根據物料的實際成本，按照施工進度導入費用軸，這樣BIM模型就可以虛擬項目建設的施工過程，按施工進度分階段自動計算工程量和詳盡的費用，并實際進行項目管理，更好的掌控項目成本。這在傳統項目中，施工進度和工程量的掌控上很難準確地按階段給予確認。

1.6 與實物建立聯動

將所有資源導入互聯網平臺，根據不同的課程，提取有效資源，如典型結構、節點，工程量計算，鋼筋布設，進度控制，費用控制等；將其知識的網頁路徑生成二維碼，固定在校園建筑的實際位置，可以通過掃碼連接網頁，學習構筑物的內部結構、施工工藝、費用成本等。

2 成果與應用

2.1 基于真實建筑物的3d模型，對土建專業基礎課程的教學應用

土建專業基礎課程主要指建筑力學、制圖與識圖、房屋建筑學、建筑材料等，這些課程都具有很強的實踐性，真實建筑物的3d模型，對教學有較大作用。如制圖與識圖課程，主要是學習繪制并識讀建筑和結構的二維圖，這很難想象成清晰的三維立體圖形，學生學習興趣不高，通過運用真實建筑物的3d模型進行案例教學和現場教學后，加深了學生對三視圖、剖面圖的理解，對培養學生空間思維有著良好的促進作用；房屋建筑學課程內容抽象復雜，知識點零散繁多，學生很難對專業術語和建筑構造知識消化吸收，應用真實建筑物的3d模型，將部分課堂教學改為現場教學，結合移動通訊端，手機掃碼調取教學內容，幫助學生對知識理解和記憶，取得了良好的教學效果。

2.2 基于建筑物的3d模型與相關軟件結合，對土建專業設計知識的教學應用

2.2.1 初步設計知識理解

建筑環境分析：通過Revit的應用程序接口，將建筑信息模型導入到可持續分析工具軟件如Ecotect軟件中，進行日照、可視度、光環境、熱環境、風環境等的分析和模擬仿真，學生在學習過程能夠直觀的理解模型及其方位變化對建筑物環境的影響。建筑能耗分析：利用建筑信息模型和PKPM能量分析工具可進行全面的能耗分析，在使用功能不變的前提下，盡可能降低建筑能耗，使建筑低碳、節能、環保。通過演示分析，提高學生對建筑能耗的認知。

2.2.2 技術設計知識理解

建筑空間設計：根據校園實體建筑物用途，對建筑模型不同角度的剖切演示和實地進行多方位觀察，認識建筑體功能區劃分和空間布局，提出評價。建筑結構設計：結合設計課程和PKPM結構設計軟件，利用3d參數化模型，通過實例加強學生對混凝土結構的理解。建筑安裝設計：建筑設備安裝在3d環境中模擬展示，讓學生充分理解水、暖、電和消防工程的設計思路和技術要求。碰撞檢查：碰撞檢查是檢查構件之間是否存在空間重疊，是建筑設計能否有效實施的關鍵因素，通過檢查，修改設計缺陷，確保多部門之間能更加有效協作。

2.3 基于建筑物的3d模型數據庫，對土建專業工程造價類課程的教學應用

BIM模型的自動構件統計功能，可以快速準確地統計出各類構件的數量，減少預算工作量，各類構件的三維模型一目了然，使學生更容易理解算量工作。在此基礎上根據人、材、機進行定額套用，編制綜合單價，采用廣聯達計價軟件進行預算。可以說從初設的概算到施工圖的預算，再到竣工后的結算，都完整的體現在BIM的各個環節中，對于學習工程造價有很大的幫助。

2.4 基于BIM5D技術，對土建專業施工及管理類課程的教學應用

工程施工組織與設計、工程項目管理、建筑工程施工技術等課程，傳統教學主要是課堂敘述講解，偏重理論細節，學生的學習興趣不強，積極性不高。應用BIM5D技術實現了施工可視化仿真教學，使學生能身臨其境般地感受施工現場的氛圍；同時可進行工程進度和成本費用控制，從BIM模型中提取相應部位的理論工程量，指導實際材料物資的采購，從進度模型中提取現場實際的人工、材料、機械工程量，掌握成本消耗情況，在施工中與實際用量進行對比，協助分析盈虧情況。將此過程做成電子沙盤，學生可以扮演不同的工地崗位人員，進行模擬施工管理演練，更加深刻地理解工程項目管理的運作理念，培養學生實際崗位能力，獲得了良好的教學效果。

3 結 語

3.1 利用學校的建筑實體，建成BIM數據庫，為土木類專業教學提供教學改革的基礎資料

BIM建模是BIM項目工作的基礎，主要包括建立建筑物各個構件的3d幾何模型，同時還要輸入對應構件的屬性，工作量大，容易出現錯誤。在工作中先選擇一個體量小有代表性的建筑物進行建模，完善屬性，對其各項功能特點進行調試，改進優化，形成一個BIM5D數據庫成果，然后在此基礎上逐漸擴展，形成豐富的基礎資料。

3.2 BIM數據庫轉化為土木類專業教學資源，能夠有效緩解教學中存在的問題

BIM5D數據庫成果，直接用于教學是比較突兀雜亂的，要根據課程內容，結合BIM5D特點，進行教學改革與課程設計，選取有助于教學的典型案例，將BIM展示轉化為教學情境和學習情境，優化成教學資源庫，應用于教學過程中，培養學生的職業能力，提高學生的學習興趣。

3.3 將專業教學的全過程融入到BIM中，使學生更好的掌握BIM技術

BIM技術貫穿于工程的全過程，在課程教學的各個環節中，融入BIM技術，將傳統課程的二維圖紙訓練，改為直觀的三維BIM技術實訓和融入工程場景的崗位虛擬沙盤實訓。在BIM項目拓展建設中，學生參與其中，培養學生BIM技術應用能力。

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[3]王建超,張丁元等.BIM技術在建筑類高校專業課程教學中的應用探索.[J].高等建筑教育,2017(6):161-164.

Application of BIM technologyin campus building informatization in teaching of higher vocational colleges civil engineering specialty

In this paper, using BIM technology to make campus construction entity informatization, and the results are applied to the teaching of civil engineering courses in higher vocational colleges, so as to effectively solve the many problems existing in the course teaching.

BIM technology；campus building informatization；civil engineering；course teaching

甘肅省教育廳科研項目，GIS在高校信息化建設中的應用研究，項目編號：20158-157

TU17-4；G712

B

1003-8965(2017)05-0175-03