基于BIM建模的《道路工程識(shí)圖與繪圖》課程改革初探

沈 磊

（山東交通職業(yè)學(xué)院公路與建筑系 濰坊 261206）

1 改革的必要性

BIM（Building Information Modeling：建筑信息模型），是指通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息。更直觀的說，BIM就是通過數(shù)字化技術(shù)在計(jì)算機(jī)中建立一座虛擬建筑物，該虛擬建筑物不僅包含能描述工程對(duì)象的3D幾何信息和拓?fù)潢P(guān)系，還包含能描述完整的工程信息。其價(jià)值貫穿整個(gè)建筑工程全壽命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)當(dāng)中。

BIM技術(shù)的應(yīng)用，可以提高整個(gè)交通工程行業(yè)的生產(chǎn)力，它將是整個(gè)行業(yè)的第二場(chǎng)革命。在過去的20年中，CAD技術(shù)的普及，使工程師從手工繪圖轉(zhuǎn)向計(jì)算機(jī)繪圖，甩掉了圖板，減少了大量的重復(fù)性的工作，提高了繪圖效率，將物理圖紙轉(zhuǎn)變成計(jì)算機(jī)中的二維數(shù)據(jù)，是工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域的第一次革命。然而，二維平面圖紙中由于其各專業(yè)類圖紙是自成體系，其表現(xiàn)不夠直觀，不能表達(dá)出建筑物的綜合信息，在識(shí)圖過程中，還需要專業(yè)人員來識(shí)圖，存在一定的局限性。而BIM建模是基于三維設(shè)計(jì)，可以讓所有工程參與者提高決策效率和正確性，因此，BIM技術(shù)是交通工程領(lǐng)域的第二次革命。

2014年，“山東省人民政府辦公廳關(guān)于進(jìn)一步提升建筑質(zhì)量的意見（魯政辦發(fā)〔2014〕26號(hào)）”中，明確提出要推廣建筑信息模型（BIM）技術(shù)。2015年，“交通運(yùn)輸部關(guān)于印發(fā)《交通運(yùn)輸重大技術(shù)方向和技術(shù)政策》的通知（交科技發(fā)[2015]163號(hào)）”中，將BIM技術(shù)列為首位；2017年，“交通運(yùn)輸部辦公廳關(guān)于開展公路BIM技術(shù)應(yīng)用示范工程建設(shè)的通知（交辦公路函[2017]1283號(hào)）”列出了第一批公路BIM技術(shù)應(yīng)用示范項(xiàng)目名單。

目前，各大中型企業(yè)已嘗試在交通工程中應(yīng)用BIM技術(shù)，而原本應(yīng)走在前面的高校，無(wú)論科研還是教學(xué)已經(jīng)相對(duì)落后。作為與BIM技術(shù)緊密相關(guān)的制圖課程，其傳統(tǒng)的教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式已不適應(yīng)新技術(shù)的發(fā)展，課程改革勢(shì)在必行。

2 課程現(xiàn)狀及存在的問題

2.1 教學(xué)內(nèi)容設(shè)置過于陳舊，學(xué)習(xí)效率太低

現(xiàn)行制圖教學(xué)中，從點(diǎn)、線、面、基本體、組合體等循序漸進(jìn)的增加學(xué)習(xí)難度，符合學(xué)生的學(xué)習(xí)規(guī)律，但學(xué)習(xí)的目的僅是提高學(xué)生空間思維能力，為后續(xù)的專業(yè)工程圖的識(shí)讀打好基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)效率過于低下，浪費(fèi)了大量的課時(shí)。

2.2 沒有完全實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐一體化教學(xué)

道路工程制圖課程可分為兩大模塊：讀圖與繪圖；而現(xiàn)行教學(xué)中，道路工程制圖課程安排在第一學(xué)期，包含的內(nèi)容是讀圖和手工作圖；為加強(qiáng)學(xué)生使用計(jì)算機(jī)繪圖的能力，在第三學(xué)期增加《公路CAD》課程，實(shí)際教學(xué)中，這成了兩門毫無(wú)關(guān)聯(lián)的課程。

2.3 學(xué)時(shí)不斷減少，對(duì)學(xué)生的要求不斷提高

道路工程制圖課程的課時(shí)由原來的每學(xué)期128學(xué)時(shí)，逐漸減少到64學(xué)時(shí)，實(shí)際上課可能僅為56學(xué)時(shí)，甚至更少。在教學(xué)方法和手段沒有得到較大提高的情況下，教師們往往大量刪減自認(rèn)為不重要的章節(jié)，以完成教學(xué)任務(wù)，但結(jié)果造成知識(shí)學(xué)習(xí)的不連貫，學(xué)生學(xué)習(xí)難度加大。道路工程制圖課程改革的趨勢(shì)揭示了：理論課時(shí)大幅減少的背景下與應(yīng)用能力提高的矛盾間的現(xiàn)實(shí)。

3 改革方法與舉措

3.1 教學(xué)理念的改變

首先，本課程的教學(xué)內(nèi)容首先應(yīng)依據(jù)基本理論知識(shí)“必需、夠用、實(shí)用”的原則進(jìn)行組織。尤其是本課程在完成3D模型資源庫(kù)建設(shè)后，學(xué)生可以將立體模型與平面圖互相對(duì)照，學(xué)習(xí)興趣和效果有了大幅提升，傳統(tǒng)的畫法幾何部分的內(nèi)容完全可以刪減。

更進(jìn)一步，隨著BIM技術(shù)在交通工程領(lǐng)域的深入發(fā)展，制圖課程的核心已不再是基于“投影法”的二維圖形的繪制與閱讀，而是“以形體和產(chǎn)品的三維表達(dá)方式為主”的核心理念。

3.2 教學(xué)體系的改革

傳統(tǒng)的制圖課程教學(xué)體系是以制圖理論教學(xué)為主，計(jì)算機(jī)繪圖為輔，即重點(diǎn)講解畫法幾何理論原理，點(diǎn)、線、面等幾何元素的投影表達(dá)，計(jì)算機(jī)繪圖軟件作為一門補(bǔ)充課程與制圖課程的講授錯(cuò)開，學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)在于很難在腦海中形成正確的三維立體概念。而基于BIM技術(shù)的計(jì)算機(jī)三維繪圖，以計(jì)算機(jī)三維建模為主線，專業(yè)術(shù)語(yǔ)的解釋要與計(jì)算機(jī)繪圖軟件的講授合拍，將理論教學(xué)融入到計(jì)算機(jī)繪圖軟件的教學(xué)中，形成一套完整的以三維建模為重點(diǎn)，計(jì)算機(jī)三維繪圖為主線，BIM思維為核心的教學(xué)體系。

3.3 教學(xué)內(nèi)容的改革

教學(xué)內(nèi)容的選取上，淡化“點(diǎn)線面”等畫法幾何部分的內(nèi)容，在繼續(xù)完善3D模型資源庫(kù)的基礎(chǔ)上，形成以“體”為主的教學(xué)內(nèi)容模式，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)講解立體的形成、立體的三視圖及三維立體圖的表達(dá)；在專業(yè)工程圖的教學(xué)中，教師應(yīng)用BIM軟件授課，講解工程構(gòu)筑物的組成，介紹它們的幾何屬性及材料屬性，使學(xué)生在熟悉工程構(gòu)筑物的同時(shí)掌握工程圖的繪制與閱讀。

3.4 教學(xué)手段的改革

將傳統(tǒng)授課中，“以課件為主，掛圖為輔”的教學(xué)手段轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙匀S計(jì)算機(jī)繪圖軟件講授為主，以專業(yè)術(shù)語(yǔ)解釋為輔”的教學(xué)方法，以實(shí)際工程案例為載體，讓學(xué)生理解基于BIM技術(shù)的三維設(shè)計(jì)理念，學(xué)會(huì)三維工程模型的創(chuàng)建過程，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率。

3.5 考核方式的改革

改革傳統(tǒng)的以“期末筆試+平時(shí)成績(jī)”為主的考核方式，建立“模塊化測(cè)試+以項(xiàng)目為載體的BIM建模”為主的考核體系。

4 目前課程改革的制約因素

4.1 計(jì)算機(jī)軟硬件有待提高

傳統(tǒng)授課是在普通多媒體教室進(jìn)行教學(xué)，對(duì)計(jì)算機(jī)的要求不高。但BIM相關(guān)的軟件，要求計(jì)算機(jī)具有性能優(yōu)良的CPU、高配置的內(nèi)存和顯卡，完成建模、動(dòng)畫及渲染。在線上及線下，學(xué)生也需要使用BIM軟件進(jìn)行三維立體與二維圖形的對(duì)照識(shí)圖與繪圖。因此，需要配置較高的服務(wù)器及BIM云平臺(tái)，或者專門的教學(xué)機(jī)房及配套的計(jì)算機(jī)軟硬件環(huán)境來滿足基于BIM的課程教學(xué)要求。

4.2 本課程的改革需要頂層設(shè)計(jì)的支撐

根據(jù)國(guó)外高校BIM課程設(shè)置的經(jīng)驗(yàn)來看，如奧本大學(xué)，若僅僅將BIM融入到本課程中，而不是整個(gè)課程體系，不能與其他課程形成緊密的聯(lián)系，那BIM只是讓學(xué)生學(xué)到了幾個(gè)提高制圖效率的軟件而已。

4.3 BIM相關(guān)軟件的制約

目前國(guó)際上主流的BIM軟件廠家主要有三家：Autodesk、Bentley和Dassault。其中Autodesk的主要建模軟件revit主要面向建筑、結(jié)構(gòu)和機(jī)電系列。由于Autodesk公司借助AutoCAD的天然優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)部分單位也利用revit和Civil 3D完成路橋建模，但這超出了該軟件開發(fā)的初衷，發(fā)展?jié)摿κ芟蓿籅entley的路橋方向建模軟件為PowerCivil，由于Bentley推廣較差，目前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較少；Dassault的軟件主要面向機(jī)械設(shè)計(jì)制造業(yè)，在路橋方面，目前應(yīng)用較少。

5 總結(jié)

BIM技術(shù)在交通土建行業(yè)的發(fā)展必將勢(shì)不可擋，BIM技術(shù)必將成為未來交通土建行業(yè)的主流應(yīng)用技術(shù)。新技術(shù)的誕生，教育者要率先掌握。傳統(tǒng)的知識(shí)繼承已不適應(yīng)當(dāng)代制圖課程的教學(xué)。實(shí)用型人才和創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)都迫切需要我們進(jìn)行教學(xué)改革，目前制約本課程改革的因素，在未來將很快得到解決，因此，預(yù)先對(duì)基于BIM技術(shù)的制圖課程改革進(jìn)行研究具有重要意義，其課程改革的經(jīng)驗(yàn)對(duì)于整個(gè)課程體系的教學(xué)改革具有借鑒作用。