BIM技術在《建筑構造與識圖》課程教學中的應用

高婷婷

（山東電子職業技術學院 智能制造工程系，山東 濟南 250200）

《建筑構造與識圖》是工程造價專業大學一年級開設的一門重要的專業基礎課程，它主要研究畫法幾何、建筑施工圖和民用建筑構造，培養學生嚴謹認真的制圖思維和靈活多變的空間想象力，從而使學生獲得識讀建筑施工圖的技能，為后續工程造價專業課程學習奠定基礎。然而，傳統的《建筑構造與識圖》教學是以二維平面圖形為基礎，老師借助構造節點圖片展示、施工視頻觀看等手段來引導學生讀圖，但由于學生沒有工程實踐經驗，加上三維空間想象能力差，識圖過程比較困難，以至于在后續的專業學習中，對正確計算工程量造成了很大的影響。為了提高教學質量和學生識圖能力，在《建筑構造與識圖》課程教學中引入BIM技術，利用BIM模型三維可視化的特點，幫助學生在平面圖、立面圖、剖面圖的基礎上，順利識讀建筑構造節點詳圖，實現二維平面圖紙到建筑三維模型的成功轉化，達到提高學生識讀建筑施工圖能力的目標。

1 《建筑構造與識圖》課程教學目前存在的問題

工程造價專業《建筑構造與識圖》課程通常安排在大學一年級上學期開設，理論性與實踐性均比較強。進入高職以前，學生對于建筑專業名詞接觸的相當少，而且缺乏對建筑構件的觀察和思考，所以不容易從平常生活中得到實際有效的體驗。對構造做法和施工工藝等專業知識的不了解已經讓學生的興趣大打折扣，再加上教師教學方法的受限、教材的抽象、枯燥、無趣，難免會打消學生對該門課學習的積極性。山西職業技術學院樊旭宏教師曾對高職院校土建類3個年級642名學生做過調查，其中，感到《建筑構造與識圖》課程無聊或厭惡的人數高達63.4%，感到有興趣的不足15.3%[1]。造成這種現象的原因，除了學生自身的問題，還有以下兩個方面的問題。

1.1 理論教學方面

在目前《建筑構造與識圖》課程教學中，教師通常以多媒體為主粉筆板書為輔的方式進行教學。多媒體課件在投影部分通過Flash動畫能夠實現三面投影圖和簡單基本形體三維軸測圖之間的轉化，然而土建類教師一般不具備Flash技能，通常教學中用到的動畫都是相關院校在申請精品資源課程的過程中花錢雇傭專業人士制作的。這種方式費用高，而且所制作的動畫不一定適合所在學校的教學。多媒體課件在建筑平面圖和結構平面圖的識圖部分，能夠提供一些形象、直觀、生動的圖片，但是不能幫助學生在腦海里建立三維的建筑模型，也不能呈現平面圖、立面圖、剖面圖的形成過程，更不能把外墻節點詳圖和樓梯詳圖的“三維實體模型”搬進教室。此外，教材編寫往往強化了投影部分截交線和相貫線這種理論難度大卻實用性不強的知識點[2]，教師教學經常跟著教材走，弱化了形體剖切作圖部分的訓練，不利于學生對建筑剖面圖、斷面圖的理解。

1.2 實訓教學方面

《建筑構造與識圖》是一門理論與實踐結合非常密切的課程，眾多高職院校都會在民用構造和施工圖識圖理論結束之后安排一周的實訓。但是多數學校為了省錢省力，已經將實踐教學淪為了集中一周的理論教學課堂作業，有的學校根據圖紙準備若干問題讓學生識圖之后回答，有的學校干脆讓學生抄繪整套圖紙。回答對了問題，機械性的抄繪了圖紙，但是學生對制圖標準、規范和建筑構造細節依然不清楚。就算某些高職院校有條件有資金安排學生去建筑工地進行認識實習，但是為了學生的安全以及不影響施工現場的進度，往往走馬觀花草草結束，學生看到的都是施工的局部，沒有針對性；個別示范性院校花費巨資在校內建立工法樣板間，真實的將房屋建筑采用的各種材料、設備、工藝、工序展示出來，一定程度上有效提高了學生識圖的能力。然而，無論去工地參觀還是在校內實訓基地參觀，均不能將理論課程上的三維模型、剖切動態過程以及豐富多樣的構造節點系統的呈現出來，無法自由靈活的幫助學生在腦海里建立與實物相對應的三維建筑模型。

高職學生不像本科學生，他們對理論知識本身就缺乏學習的興趣，喜歡形象、生動、直白、易懂的事物，愛動手操作，尤其是利用電腦操作。這就要求我們高職教師必須想辦法將《建筑構造與識圖》課程與計算機軟件有效融合，實現理論與實踐的結合。

2 BIM技術在《建筑構造與識圖》課程教學中的可行性

BIM （Building Information Modeling）是在建筑工程領域應用信息技術，實現對設計、施工和管理過程仿真和模擬的一種信息化技術與管理方法[3]。BIM技術利用信息化技術進行數字化表達，可以實現全人員、全過程、全方位的協同工作，具有協調性、模擬性、可視性、出圖形和優化性五大特點，被認為是建筑領域改革生產力的突破性技術。BIM技術在建筑領域得到廣泛推廣和應用的同時，也給課程教學改革與創新提供了新思路新契機，許多學者將BIM技術引入到課程教學與科學研究中[3-6]。BIM技術具有三維實體建模功能，可以實現對建筑圖形放大、切割、旋轉等處理，給高職《建筑構造與識圖》課程教學改革提供了新的方法和途徑。BIM技術可視化的性質能夠讓學生清晰的看到建筑三維模型，所見即所得，直觀的掌握建筑實體的信息，增加了課堂的可感知性、可參與性、直觀性、趣味性，有利于學生更好的理解和掌握看圖的技巧和方法，方面快捷，不用去施工現場，教師就可以在課堂上帶著學生深入講解建筑模型。

BIM技術作為支撐建筑業生產力的革命性技術，它的快速發展是離不開BIM相關軟件的支持。目前應用于中國市場的BIM軟件數量較多，而Revit系列軟件在BIM技術中扮演著重要的角色。Revit軟件主要用來建模與制圖，Navisworks主要用來漫游、探索三維建筑模型內部構造。對于創建好的建筑模型，Revit能自動生成平立剖圖紙，進行建筑效果圖、建筑動畫的顯示，還能進行建筑構件的統計。圖紙轉化之間保持著信息的相關性和一致性，門、窗、墻體、屋頂等構件保持著智能型的關聯。不像造價管理軟件還需要花錢購置加密鎖，Revit軟件只需電腦具備優良的CPU、高配置的內存和顯卡，就能在線下載安裝，隨時隨地使用。教師備課可以提前使用Revit軟件制作構件模型，供學生在課堂上進行二維圖形與三維立體之間的對照，學生也可以根據Navisworks軟件虛擬現實及漫游的功能，讓自己自由穿梭在建筑任意位置。這種寓教于樂、寓學于樂的新型教學方式很適合喜歡趣味性、操作性的高職學生，使基于BIM技術的《建筑構造與識圖》課程教學改革成為可能。

3 BIM技術在《建筑構造與識圖》課程教學中的應用

本文主要選用Revit、Navisworks兩款軟件應用到《建筑構造與識圖》課程教學中，用來提高學生對建筑構造和建筑施工圖識讀的能力。

3.1 課前準備階段

課前備課階段，教師可以分別選擇幾套完整的來自于工程一線的建筑施工圖紙（磚混結構、框架結構、框架剪力墻結構）利用Revit建立三維模型以便學生掌握多種結構類型的建筑構造。本文選擇某三層框架結構的綜合辦公樓施工圖紙建立三維信息模型，授課過程中可以向學生多方位、全方面的展示三維模型，如圖1所示，使得學生對所識讀的施工圖紙有個整體的認識和把握。

圖1 BIM 三維建筑模型和三視圖Figure 1 BIM 3D building model and three views

3.2 課上教學階段

3.2.1 建筑構件的識讀

課堂授課過程中，利用BIM三維建筑信息模型給學生講解建筑的基本構件，如基礎、墻和柱、樓層和地層、樓梯、屋頂、門窗以及變形縫等，利用Revit視圖中的選擇框命令從三維信息建筑模型中選擇一個構件進行三維展示、講解和識讀,學生可以利用觀察、測量、剖切等手段，認識各類建筑構件；通過Navisworks虛擬漫游，教師可以帶著學生在綜合辦公大樓內部自由穿梭，使學生對建筑構造的理解更加深刻。如在樓梯學習的時候，如圖2所示，將樓梯從建筑模型中框選分離出來單獨觀察，利用Revit的ViewCube命令可以直觀的看出樓梯的三維及樓梯平、立、剖的表達方式。和二維圖紙上的樓梯平面圖和剖面圖進行一一對比，就能清晰的理解樓梯的構造和尺寸。比如，能夠看出樓梯間的開間和進深，能獲取梯井的位置和大小、踏步的數量和尺寸、休息平臺的寬度等信息。在將Revit軟件建立的三維信息模型導入到Navisworks軟件中進行虛擬漫游，就可將學生帶到“樓梯現場”，防滑條、欄桿、欄板、扶手使用的材料、常規尺寸和做法以及與樓梯的連接關系等信息就可以生動直觀的呈現出來。其它建筑構件的識讀也可以采用這種方法來教學。BIM三維建筑模型“所見即所得”的直觀性和現場感，不僅提高了學生對建筑構造原理和施工做法的認識，還省去組織學生外出認識實習的麻煩和風險。

圖2 樓梯構件BIM三維模型、二維表達及其漫游Figure 2 The BIM 3D model,two-dimensional expression and roaming of stair member

3.2.2 建筑施工圖識讀

幫助學生將二維平面的圖紙信息轉化為三維建筑信息模型是《建筑構造與識圖》教學的主要任務。在以往的教學實踐中，教師通常帶著學生讀整套施工圖和構造節點詳圖來幫助學生認識“施工語言”；由于學生空間想象力有限，很難將平、立、剖、詳圖等二維圖紙信息轉化為要施工建設的三維建筑模型。BIM解決了這一難題，實現了二維平面圖形與三維立體模型的互相轉化。教學過程中,可以拿著二維平面圖與三維立體模型（見圖1）對照講解與識讀,也可以通過虛擬漫游“邊走邊看邊講邊讀”進行識圖，使看圖過程從枯燥的憑空想象變為有趣的體驗，提升學生對構造節點和建筑布局的整體把握能力。教師還可以利用BIM三維模型，借助軟件剖面框命令剖切查看建筑任意部分的構造，從而讓學生理解“想象不到”的內部構造和構造詳圖。比如通過水平剖切，能夠清楚的看到辦公樓的平面布局，出入口的類型和位置、樓梯的類型和位置、墻和柱子的位置、截面和材料、門窗的類型和位置；通過側面剖切，能夠清楚的看到綜合辦公樓的內部構造、分層布局和構件的連接方式、材料和高度，更能清楚的看到樓梯的梯段數、結構形式，見圖3。學生哪里不明白，就剖切哪里。可見，BIM技術使得《建筑構造與識圖》教學變得輕松容易有針對性。

圖3 BIM三維剖切圖Figure 3 BIM 3D cutting diagram.

3.3 課下練習階段

在教學任務安排中，識圖基礎部分安排學生借助Revit軟件成熟配套的教學視頻自主學習建立軸網、標高和基本形體，并對基本平面體進行剖切，深刻的認識剖面圖和斷面圖的形成原理。建筑構造和識讀部分，選擇建筑規模適當偏小、學生較為熟悉的校園宿舍樓作為建模作業，先繪制墻、門窗、樓板、屋頂、樓梯等基本構件，然后像搭積木似的結合圖紙將建筑一層一層的建成BIM三維模型。模型從局部到整體都是三維可視的，所見及所得，有效提高學生對建筑構造節點構造原理的理解能力。教師需要將Revit配套視頻內容進行任務分解，堅持“課下作業任務與課堂所學內容一致、課下所學視頻內容與課下作業任務一致”的原則，將學生每次課下學習和作業練習時間控制在60min內，防止學生因任務多或者占用時間長而喪失學習的熱情。課下練習建模培養學生逆向識圖的一種方法，學生參與到建筑工程案例中會積極探索問題、主動分析圖紙信息，借助BIM軟件能夠將二維圖紙轉化為三維建筑模型，這種教學方法不僅能夠提高學生識圖、辨圖能力，而且也培養了學生學習的成就感。BIM技術的出現，可以使得建筑識圖課下練習作業變得豐富有趣。

4 結論

對《建筑構造與識圖》課程理論教學和實訓教學中存在的問題進行了深入分析，論證了教學中引入BIM技術的可行性；利用Revit、Navisworks兩款軟件，以某綜合辦公樓為例，將BIM技術融入到《建筑構造與識圖》課前、課上、課下的教學實施中，調動學生的積極性、創造性，培養學生的空間想象力，為提升工程造價教學質量和學生識圖能力提供了一條有效的解決路徑，也為后續工程量計算奠定良好的看圖基礎。

[1]樊旭宏,甄博.理實一體課程改革在《建筑構造與識圖》教學中的實踐與探討[J].太原城市職業技術學院學報,2014(11)：10-12.

[2]張艷芳.基于能力培養的專業基礎課教學實踐與研究：以建筑工程類專業《建筑構造與識圖》課程為例[J].山西煤炭管理干部學院學報,2011,24(4)：173-175.

[3]張尚,任宏.BIM的工程管理教學改革問題研究（一）：基于美國高校的BIM教育分析[J].建筑經濟,2015,36(1)：113.

[4]朱少君.將BIM技術應用于建筑專業識圖教學的思考[J].泰州職業技術學院學報,2016,16(6)：19-21.

[5]張鶴.基于BIM的建筑課程信息化教學設計[J].沙洲職業工學院學報,2014(2)：37-40.

[6]李牧.將BIM建模軟件引入土木工程制圖教學的初探[J].教育教學論壇,2015(22)：139-141.