基于BIM的土木工程制圖教學改革研究

馮欣蕊

摘要：土木工程制圖是土建類專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，隨著建筑信息模型（BIM）的發(fā)展，以三維建模為載體的設(shè)計與繪圖對傳統(tǒng)制圖教育產(chǎn)生影響。分析土木工程制圖教學現(xiàn)狀，闡述了基于BIM的土木工程制圖教學改革思路，并探討基于BIM教學的應(yīng)用型人才培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：建筑信息模型（BIM）；土木工程制圖；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）39-0149-02

長期以來，土木工程制圖都是高校土建類專業(yè)教學計劃中不可忽視的重要版塊，《畫法幾何與工程制圖》《建筑CAD》作為其主干課程，均是基于CAD制圖。CAD制圖是美國Autodesk公司開發(fā)的一個交互式繪圖軟件，主要用在繪制二維平面圖形，三維繪圖功能相對滯后，使用CAD建模耗時長，精度低，直觀性不夠，學生理解起來會比較困難，同時CAD不能將三維形體與屬性信息很好的結(jié)合起來。而建筑信息模型（Building Information Modeling，簡稱BIM）是數(shù)字技術(shù)在建筑業(yè)的直接表達，是一種應(yīng)用于工程設(shè)計、建造管理的數(shù)據(jù)化工具[1]。該技術(shù)以建筑工程項目的各項真實構(gòu)件信息為基礎(chǔ)，在建筑整個生命周期過程中進行數(shù)據(jù)共享和傳遞，通過三維建筑模型，為工程項目提供和建立起相互協(xié)調(diào)、內(nèi)部一致的可運算信息，是實現(xiàn)建筑業(yè)精細化管理的重要工具[2]。將BIM引入土木工程制圖課程教學中，對培養(yǎng)學生空間思維有良好的促進作用，提高學生對識圖建模的學習效率。

一、土木工程制圖課程現(xiàn)狀

目前，作為國內(nèi)高校土建類相關(guān)專業(yè)學科基礎(chǔ)必修課的土木工程制圖課程旨在培養(yǎng)學生閱讀和繪制工程圖樣及其空間思維能力，培養(yǎng)學生識讀專業(yè)圖及工程意識。由此，傳統(tǒng)土木工程制圖課程存在不足之處。

1.教學內(nèi)容。教材更新落后，土木工程制圖教學中常教授一些無用的知識，比如投影變換章節(jié)中的換面法、旋轉(zhuǎn)法在后續(xù)土木工程專業(yè)領(lǐng)域基本用不到；透視投影在本專業(yè)學習工作中極少用到，不必作為必學內(nèi)容或選學內(nèi)容；兩立體相交，包括兩平面立體相交、平面立體與曲面立體相交以及兩曲面立體相交，過于抽象，學生想象不到空間體相交后的投影圖形，學習過程枯燥，甚至放棄該知識點的學習。

2.教學效果。課堂教育與實際工程脫離，為教學而教學，教學效果必然達不到既定目標。缺乏空間想象力的學生對于復雜構(gòu)件及節(jié)點的理解顯得愈加困難；剛剛步入大學一年級的學生尚未接觸土木工程專業(yè)知識，對于土木工程專業(yè)圖的理解更加抽象模糊，只能機械背誦知識點，顯然與教學目標相悖。缺乏與建筑設(shè)計行業(yè)、企業(yè)單位的互動，不夠與時俱進。

3.教學要求。目前隨著專業(yè)認證及學科教學改革的開展，土木工程制圖課程學時不斷被壓縮，教學要求卻不斷提高。土木工程制圖從原來的兩個學期120學時逐步縮減，目前執(zhí)行的《高等學校土木工程本科指導性專業(yè)規(guī)范》[3]規(guī)定《土木工程制圖》課程只開設(shè)1個學期，僅為40課時。在有限的課堂教學上教授《高等學校土木工程本科指導性專業(yè)規(guī)范》規(guī)定的知識點，課堂作業(yè)和制圖練習必然放在課后進行，占用學生大量課余時間，引起學生的逆反情緒。而在土木工程設(shè)計施工領(lǐng)域制圖應(yīng)用能力要求不斷提高，與制圖課程理論課時不斷減少的現(xiàn)實矛盾凸顯。

土木工程制圖作為土木類高校重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，與現(xiàn)有建筑設(shè)計行業(yè)脫節(jié)，課程中的傳統(tǒng)表達方式不夠直觀，教學效果低下，將不再滿足未來建筑新技術(shù)的發(fā)展，課程改革勢在必行。

二、BIM在土木工程制圖中的發(fā)展

土木工程制圖是一門理論嚴謹、與工程實踐有密切聯(lián)系的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程。應(yīng)理解投影理論，通過一定量的制圖與識圖的習題和作業(yè)，由淺入深地反復通過由物畫圖和由圖想物的實踐，培養(yǎng)學生形象思維能力，本課程不需要學生死記硬背大量的公式，通過培養(yǎng)和繪制土木工程專業(yè)圖，培養(yǎng)學生掌握科學的思維方法，增強工程意識和標準化意識。

在二維平面到三維立體轉(zhuǎn)變的維度變化中，材料、工藝等各種信息的關(guān)聯(lián)度很差。建筑信息模型（BIM）是應(yīng)用于工程設(shè)計、建造、管理的數(shù)據(jù)化技術(shù)，在歐美發(fā)達國家迅速推進，如美國已推出國家BIM標準，BIM經(jīng)理、BIM工程師等新型職業(yè)應(yīng)運而生。我國BIM技術(shù)在國家政策的引導下，國家體育場、青島海灣大橋、廣州西塔等工程項目成功實現(xiàn)4D施工動態(tài)集成管理，上海中心項目工程總承包招標明確要求應(yīng)用BIM技術(shù)。BIM已經(jīng)成為建筑業(yè)的領(lǐng)先技術(shù)，它提供一種更直觀、更現(xiàn)實的設(shè)計思維模式，其虛擬化的建設(shè)場景，使學生通過實例建模實現(xiàn)所想、所建與所見一致，體驗設(shè)計與創(chuàng)造的快樂，對培養(yǎng)學生空間思維有著良好的促進作用，從而達到輔助教學的效果。

三、基于BIM的土木工程制圖教學改革

1.改革思路。BIM技術(shù)在建筑的全生命周期中進行數(shù)據(jù)的傳遞與共享。將建筑CAD與BIM技術(shù)結(jié)合，做到1+1>2的效益。在土木工程制圖和建筑CAD課程中引入BIM知識，課堂上使用Revit軟件進行模擬操作，直接虛擬顯示進行講解。與作為專業(yè)基礎(chǔ)課的土木工程制圖相匹配的BIM知識講解顯然不能太深入，否則學生初期學習無法完全理解，在后期，待課程改革成熟后，應(yīng)將BIM在不同課程中的應(yīng)用連貫起來，比如房屋建筑學課程、鋼結(jié)構(gòu)課程以及工程管理課程等。在房屋建筑學課程設(shè)計中，學生可通過Revit軟件進行房屋建模，加強學習效果；在土木工程施工課程中，學生利用Revit軟件得到的模型生成施工動畫，加深學生對施工流程和施工工藝的了解。

要加入BIM技術(shù)的學習，需要對現(xiàn)有土木工程制圖課程教學內(nèi)容進行壓縮，以滿足日漸壓縮的教學課時。大量精簡畫法幾何部分授課內(nèi)容，弱化點、線、面的知識講解，突出“體”的地位，同時引入大量實際工程圖紙，讓學生參觀身邊的實體建筑，使學生從實際工程中獲取專業(yè)識圖能力和空間想象力，教學理念由以二維平面讀圖轉(zhuǎn)變?yōu)榱Ⅲw和產(chǎn)品的三維表達；將CAD制圖與BIM技術(shù)相結(jié)合，將傳統(tǒng)《CAD制圖》課程改革為更具發(fā)展理念的新課程，比如《CAD與BIM建模基礎(chǔ)》等，全方位展示一個真實的建筑設(shè)計方案和結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，加深學生對建筑結(jié)構(gòu)的認識；考慮在土木工程制圖和計算機繪圖課程教學結(jié)束后，安排一周的工程制圖課程設(shè)計，要求學生通過BIM技術(shù)建模，實現(xiàn)多門課程的信息融合。

2.BIM應(yīng)用型人才培養(yǎng)。當前建筑行業(yè)掀起了BIM技術(shù)研究與應(yīng)用的熱潮，為與時俱進，對高校教師提出了更高的要求。首先，各高校應(yīng)重視BIM專業(yè)師資的培養(yǎng)，組織中青年骨干教師參加BIM技術(shù)相關(guān)學術(shù)交流會，領(lǐng)會最新知識，掌握前沿動態(tài)。其次，高校應(yīng)加強實驗教學環(huán)境的更新，在硬件軟件上給予充分保障。

課程開展過程中，組建QQ群或微信群，及時為學生答疑解惑，也可利于結(jié)課后后續(xù)課程BIM應(yīng)用的管理，同時選拔大二、大三優(yōu)秀學生組隊參加全國高等院校學生“斯維爾杯”建筑信息模型（BIM）應(yīng)用技能大賽，在實戰(zhàn)中既學習專業(yè)知識，又鍛煉自己的實際操作能力，同時基于團隊合作的項目組形式極大提高了學生綜合素質(zhì)。

四、結(jié)論

BIM不只是軟件，更是一項技術(shù)，在國家政策的推動下，BIM在中國迅速推廣和應(yīng)用，如同當年CAD代替手工繪圖一樣不可逆轉(zhuǎn)。與此同時，BIM人才短缺的問題更加凸顯，高校應(yīng)責無旁貸的承擔起培養(yǎng)人才的目標，滿足建筑業(yè)專業(yè)技術(shù)人員在新形勢下的發(fā)展要求，為中國BIM領(lǐng)域培養(yǎng)人才做出努力。

參考文獻：

[1]Ming SUN，UK national BIM strategy and its implementation [R].ICCREM，2014.

[2]陳延敏，李錦華.國內(nèi)外建筑信息模型BIM理論與實踐研究綜述[J].城市，2013，（10）：72-76.

[3]高等學校土木工程教學指導委員會，高等學校土木工程本科指導性專業(yè)規(guī)范[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.