在“工程結構”課程教學中引入Revit軟件

侯學良 鄧忠清

[摘 要] 工程結構是工程管理專業一門非常重要的課程，但其知識體系的復雜性、抽象性和實踐性給教學帶來了一定難度。為了解決這一難題，在教學中引入了Revit軟件，借此軟件可以實現對建筑結構整體或單體構件的外觀形態與內部結構及鋼筋布置進行系統展示，對真實結構進行仿真模擬。應用結果證明，該工具不僅有助于工程結構課程教學水平的提高，而且可以使學生在準確掌握工程結構專業知識的同時，激發學生對專業課程的學習興趣。

[關鍵詞] Revit軟件；工程結構；課程教學；仿真模擬

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2019. 01. 090

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2019）01- 0211- 03

0 引 言

工程結構是工程管理專業基礎必修課程之一。然而由于該課程的知識體系的復雜性、抽象性和實踐性，使得傳統的授課方式——黑板板書和口頭講解已經不能讓學生將相關知識掌握透徹。因此，如何有效解決工程結構課程教學的這一問題，已成為工程結構課程教學中的一個重要問題。

1 工程結構課程的教學現狀

工程結構是一門理論與實踐結合的專業課程，也是一門集材料、設備、工藝、方法和管理為一體的綜合性應用技術。該課程應用范圍較廣，基礎性較強，是工程管理專業十分重要的課程之一，也為本專業其他課程的學習奠定了重要的基礎。

但與工程管理專業的其他課程相比，該課程具有較強的專業知識綜合性和復雜性，知識體系具有顯著的系統性和抽象性。特別是對于一些砌體結構和鋼筋混凝土結構中構件的構造設計，這些需要靠實際工程經驗積累的，就需要學生具有一定的工程實踐經驗與體會，因此，這就給學生在工程結構課程中的學習帶來了一定的難度。

但更主要的是，在實際教學中，老師的授課方式多采用PPT幻燈片放映加上黑板板書和口頭講解，而對于實際工程中的一些結構形式，大多數老師會選擇在PPT中加入相應的圖片、視頻或者使用CAD軟件幫助學生理解學習。然而圖片、視頻和CAD繪制的圖形更多的是二維展示，而在對結構構件的受力整體狀況、結構體系、不同結構類型的劃分等等三維狀態做解釋的時候，由于學生接收能力的參差不齊，學生在腦海中無法呈現一個立體畫面并有效理解工程結構的內外形式和受力狀態。而受力從微觀角度來看又是一個漸變的過程，學生在腦海中無法呈現一個立體畫面的情況下更沒辦法去想象一個動態的三維模型。同時，由于學校開設的實驗課程太少，學生在現場實習的機會少，時間過短且沒有針對性[1]，這就給學生了解和掌握這么專業課程帶來更大的困難。因此，如何有效解決這一問題成為工程結構課程教學中的重點和難點問題。

2 Revit軟件的特點

Revit是Autodesk公司開發的一套軟件，支持提供建筑設計、MEP工程設計和結構設計的工具。Revit Structure是建筑結構設計重點模塊，為結構工程師和建筑設計師提供了一項重要制圖工具，可以更加精確地設計和建造高效的建筑結構[2]。

在實際應用中，Revit Architecture可實現的功能主要分為以下幾類：建筑構件設計，主要包括墻體、門窗、樓板、屋頂、樓梯、柱子、梁等各種建筑構件的設計。視圖處理，主要包括平面、立面、剖面、三維、詳圖、明細表的創建與處理以及布圖打印等。建筑表現，主要包括日光研究、渲染和漫游等。高級應用，包括體量、組、族、局部設計方案、工程階段、大型項目協同設計等[3]。

特別是在工程結構的展示方面，Revit的渲染功能可以讓模擬出的結構更加真實，漫游功能可以通過視頻的方式展示出結構，各種視圖也替代了CAD的功能。Revit軟件仿真模擬的對象大到整個建筑結構，小到梁板柱等構件的鋼筋布置，最終呈現出來的畫面清晰明了，這給工程結構的教學帶來了極大的推進。

3 Revit輔助工程結構教學的過程

Revit輔助工程結構教學主要體現在對整體結構和細部結構的展示。

3.1 Revit對整體結構的展示

目前工程結構課程的教學內容一般都繼承材料力學“拉、壓、彎、剪、扭”系統和結構力學中桿件體系分析系統，其好處是能將混凝土、砌體、鋼結構的基本構件（梁、柱、板、墻等）與學過的內容聯系起來，形成更高級的信息網絡。但在學生不了解結構整體布局的情況下講授上述內容尤為抽象，而且將實體結構抽象為特定條件下的力學模型會受結構受力特征、荷載傳遞特性制約。學生學習后對基本構件的截面計算比較熟悉，而對結構豐富的內涵以及它們和建筑的聯系卻了解不夠[4]，而Revit軟件利用其3D技術能很快地解決了此問題。

Revit軟件的architecture部分功能可以幫助進行自由形狀建模，很快地創建出三維模型（如圖1所示），并能展示出相應的平面圖、剖面圖。對于整個結構，在軟件中能夠從外部把握整體的結構布局，從內部清晰地觀察到內在構件組成。同時Revit功能中還可以真實還原出不同的建筑材料，仿真模擬出現實生活中各種結構——磚混結構、混凝土結構、鋼結構和木結構的樣式。在教學中，向學生展示整體結構，讓學生能夠有個大致把握。學生進行結構設計時，對構件進行正確設計的前提就是明確整個結構體系的傳力路徑，而對整體結構有一個清晰的外觀把握對進行傳力路徑的正確分析是必不可少的。這對課程的教學有了很大的促進。同時Revit可以幫助學生在學習中擁有一個從宏觀到微觀的觀察視角，更有助于后面對細部結構的解剖分析。

3.2 Revit對細部結構的展示

工程結構很重要的兩個部分——砌體結構和混凝土結構都會涉及鋼筋的配置。對于單個構件，根據鋼筋的強度要求和構造要求能很快地設計出鋼筋的數量、大小和放置方式，但就整個工程來說，復雜的鋼筋遍布整個建筑物，如果只是靠手工計算和繪制，其準確率是很難保證的。

同時，在授課過程中如果只是靠平面板書，老師想要繪制出立體、準確的鋼筋也十分耗費時間，而且對于這樣的板書同學們可能還是無法快速地想象出鋼筋實際布置的方式。

在Revit軟件中，對構件有方位定位的功能，可以從多個角度進行觀察，加上制作動畫的功能，可以在教學過程中很好地將構件展示出來，而且線框、著色、真實等多種視覺樣式在很大程度上還原了鋼筋布置的真實場景。此外，Revit還能通過明細表表達柱配筋，通過注釋族表達梁配筋，通過詳圖大樣族表達樓板配筋，通過共享參數和注釋族實現墻柱梁板截面的參數化表達，利用Revit的這些參數化功能，先準確定位再放置鋼筋，使鋼筋的狀態能夠清晰呈現（如圖2所示）并且避免出現沖突，減少繪圖量、對圖量及圖紙錯漏[5]，還可以在課堂上對鋼筋的參數進行編輯和實時的修改，能夠有效提高修改的簡單性[6]，大大減少了失誤率。Revit對細部構件的展示對教學的改進起到了進一步的推動作用。

4 Revit的實際應用效果

結合工程管理專業教學實例，對應用Revit軟件前后對比分析，發現Revit對課程教學的推動作用主要體現在以下幾個方面：

4.1 激發學生對專業課程的學習興趣

在此軟件應用前，老師直接對相關復雜的知識進行講解，使得學生沒法輕松理解，就容易產生疲憊感而厭倦學習；在引入Revit軟件后，老師可以向學生展示三維動態模型，加上動畫漫游效果，還可對參數化的繪制實時修改，學生有了身臨其境的感覺，又可參與師生互動，這讓學生有了更濃厚的學習興趣。

4.2 使學生能夠準確掌握工程結構專業知識

當學生對專業課程有了學習興趣后，主動的學習會讓學習的效果成倍增加。科學的嚴謹性要求學生掌握知識的準確度很高，Revit的引入有助于學生從三維圖中快速分析出結構的傳力途徑和鋼筋的布置方式、構造要求，從各種視圖、方位圖中有效了解施工細節，從明細表中準確讀取材料數量[7]、結構性質等參數。

4.3 有助于工程結構課程教學水平的提高

先前傳統的教學方式導致部分學生沒有學習興趣，而在引入Revit輔助教學后，連續三年的評教綜合評價結果證明，工程結構課程設計的優秀率都在90%以上，其中2015年為95.2%，2016年為94.2%，2017年為95%。由此可見，Revit讓工程結構課程教學水平有了大幅度的提高，提高了學生的學習動力的同時減輕了老師的教學壓力，真正實現了教與學的和諧發展[8]。

5 結 語

BIM技術在工程實踐中得到了越來越廣泛的應用，而Revit軟件作為BIM技術很重要的組成部分，不僅僅是有助于工程結構課程的教學，甚至對于整個工程專業的力學相關的專業課程都有很大的幫助。將Revit軟件應用到工程結構課程教學中，極大地促進了教學，但同時也檢驗了軟件本身，為Revit軟件進一步的改善提升性能提供了方向。

主要參考文獻

[1]王長青，劉佳.基于工程結構課程探析工程管理專業教學改革[J].南陽師范學院學報，2015，14（9）：71-73.

[2]張維錦，龍偉，龔鵬程.基于Revit柱結構模型設計研究[J].華東交通大學學報，2017，34（5）：7-11.

[3]上官志鋒.用Revit實現建筑信息模型的研究[J].科技前沿，2009，（24）：20-21.

[4]蔣德穩.工程結構課程教學改革與實踐[J]. 淮海工學院學報，2013，11（7）：84-87.

[5]陳劍佳，焦柯，楊遠豐.基于Revit建筑結構施工圖表達的實用方法[J].土建工程信息技術，2015，7（5）：28-34.

[6]南愛強，王鋒憲. BIM技術Autodesk Revit軟件在橋梁外形、配筋以及橋位3D建模中的應用[J].開發應用，2018，34（4）：67-69.

[7]Jin-Lee Kim. Use of BIM for Effective Visualization Teaching Approach in Construction Education[J]. Journal of Professional Issues in Engineering Education & Practice，2012，138（3）：214-223.

[8]侯學良，楊思佳. BIM技術在工程結構課程教學中的應用[J]. 高等建筑教育，2017，26（6）：129-132.