BIM技術在建筑構造課程教學中的應用探析

摘 ?要：為提高課程內容的直觀性，降低學生學習的門檻，改善學生建筑構造課程的學習效果。本文以BIM技術典型軟件Revit為例，分析了其可視化、參數化驅動、模擬性在建筑構造課程教學中的應用方法。分析表明：可視化特點使得Revit遠比一般圖片、動畫以及SketchUp類三維繪圖軟件更適合課堂教學，Revit不僅提供各角度的接近真實的三維形狀，還包含了構件的構造組成信息;參數化驅動的特點可以讓學生通過對比不同方案來加深對建筑構造原理的理解;模擬性的特點可以讓學生從建筑實際施工建造過程來理解建筑物各部分之間的關系，構件間連接方式。

關鍵詞：BIM;建筑構造;課程;可視化;模擬性

作者簡介：胡世翔，南京工程學院經濟與管理學院管理工程系，研究方向為建筑信息化。（江蘇 南京211167）

基金項目：本文系南京工程學院校級科研基金項目（項目編號：YKJ201724）的研究成果。

中圖分類號：G642.4 ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1671-0568（2019）15-0053-03

近年來，建筑信息模型BIM （ Building Information Modeling）技術在國內得到迅速應用。BIM對傳統建筑業具有變革性的影響，它不僅是簡單的二維CAD繪圖向三維可視化的轉變，更是建筑業向信息化、數據化的轉變，是建筑業的未來趨勢。

BIM技術深刻地改變了建設、設計、施工、運營、造價等各建設工程的參與方，同時也對高等院校建筑技術類課程教學產生了巨大影響。BIM 技術具有可視化、協調性、模擬性、優化性、可出圖性等特點，其可視化的特性可以在課堂上以接近真實建筑的方式展示三維立體模型，可以大大提高教學時的直觀性并降低學生學習時的困難。更重要的是，其協調性、模擬性可以超越一般的圖片、動畫展示效果，可以模擬工程實際建造過程，方便學生修改建造方案，在方案對比中加深理解。

目前已有較多的教師和學者開展了有關BIM技術在土木工程，專業課教學中的應用。鐘煒等[1]介紹了應用 BIM 中可視化仿真技術對“工程項目管理”課程改革的影響，闡明了改革的目的和原則以及改革的形式。齊岳等[2]在總結目前房屋建筑學課程所面臨問題的基礎上，分析了 BIM 技術在房屋建筑學課程中可以發揮的作用，提出了結合 BIM 技術的房屋建筑學課程新模式。楊勇等介紹了國外 BIM 發展應用情況和中國建設行業信息化現狀及 BIM 技術的應用，討論了BIM對中國高校土木工程專業人才培養模式改革的啟示。白泉等[3]分析總結了沈陽工業大學土木工程專業 BIM 教學改革研究與實踐情況，著重介紹了基于 BIM 的課程體系設置和各項教改實踐舉措以及取得的改革成果。王建超等[4]介紹了沈陽建筑大學土木工程學院BIM 技術在土木工程制圖、房屋建筑學、畢業設計等課程教學中的應用探索，分析了應用過程中的困難、解決方法。

但目前具體深入討論BIM技術對建筑構造課程教學改革的研究較少，本文在分析目前工程造價專業學生學習建筑構造課程難點的基礎上，介紹了BIM技術典型軟件Revit在本課程教學的應用方法和教學優勢。

一、BIM技術及發展現狀

BIM以三維數字技術為基礎，集成了建筑工程項目各種相關信息的工程數據模型，是對工程項目設施實體與功能特性的數字化表達。

BIM概念最早出現在20世紀70年代，美國Chuck Eastman博士提出了建筑信息模型（Building Information Modeling）的概念雛形。此后，BIM在全球工程建設行業迅速發展[5]，在虛擬施工、項目管理及綠色建筑等領域得到了廣泛研究應用。2002年，Autodesk公司正式提出了BIM概念，并將其應用到Revit系列軟件中，目前己成為應用最廣泛的軟件[6]。

2007年，NIBS（全美建筑科學院）推出了系統的BIM標準：全美BIM標準（NBIMS）。2007年，美國聯邦總務署要求所有GSA項目全面BIM化。2013年，全美建筑科學院NIBS發布BIM指南。

在我國2007年，建設部發布行業產品標準《建筑對象數字化標準》。2017年，國務院辦公廳發布《關于促進建筑產業持續健康發展的意見》。其中指出加快BIM技術在規劃、勘察、設計、施工和運營維護全過程的集成應用，實現工程建設項目全生命周期數據共享和信息化管理，為項目方案優化和科學決策提供依據。

二、建筑構造教學難點分析

筆者認為，“建筑構造”這門課程的學習可以分為直觀印象和超越直觀印象兩個階段，并且這兩個階段不可分割。建筑構造課程學習時，學生需要先對所講的內容有直觀印象，然后再學習有關的專業知識。如果學生缺乏對研究對象的直觀印象，直接去記憶相應的專業知識將會非常困難。例如，散水是建筑中常見的一個構件，其基本定義為：在房屋等建筑物外墻的墻腳周圍，用磚石、混凝土鋪成的斜坡。它是為了保護墻基不受雨水侵蝕，常在外墻四周將地面做成向外傾斜的坡面，以便將屋面的雨水排至遠處，這是防止因雨水滲入導致地基下沉的有效措施。如果學生對散水這個構件沒有直觀印象，那么對這個概念的理解就會產生困難。如果學生看過散水的圖片（如圖1所示）或視頻，就會立刻在腦海中建立散水的直觀印象，有助于建筑構造課程的教學。但是找到合適的教學圖片和視頻并不容易，尤其是很多建筑構件，很難找到合適的拍攝角度，尤其是隱蔽構建，需要合適的時機，才可以在現場拍攝到合適的照片。

教學中，三維動畫視頻解決了合適拍照角度和拍照時機的問題，但是一般這種動畫的制作難度非常大，需要專業的人員和專業的軟件，教師一般只能搜集到一些已經制作好的視頻，很難按照自己的需要和班級的具體情況去制作動畫。另外，這些三維動畫的精細程度有限，只能在外形上接近實際結構，讓學生大概了解建筑構件的組成和形式，效果不好。

三、Revit在建筑構造教學中的應用

1.Revit可視化特點在教學中的應用。建筑模型所能提供的三維效果超越了一般的圖片和視頻，也比SketchUp這種常用建筑專業方案設計軟件要更適合課堂教學。

如圖2所示，圖中兩個構件SketchUp中的墻和樓板，在軟件中，他們都只是立方體，只不過形狀比例不同。而在Revit中，墻和樓板是完全不同類型的構件，他們有自己的構造組成。

因此，Revit可視化的特點特別適合應用于建筑構造課程教學。學生不僅可以從不同的角度去觀察這個建筑，還可以另用隔離或者隱藏命令去觀察一些構件之間的連接方式，看到每個構件具體的構造組成和所用材料。

2.Revit參數化、模擬性特點在教學中的應用。Revit軟件除了具有可視化這一直觀的特點之外，還具有參數化驅動、模擬性以及可出圖性的特點。

Revit參數化驅動的特點，使學生可以方便地修改模型，對比不同的設計方案。教師可以利用它通過方案的對比來加深學生對建筑構造原理的理解。模擬性是BIM非常重要的特點，不僅可以展示靜態的建筑，還可以模擬建筑及構件的施工過程。模擬性的特點大大拓展了BIM技術在建筑構造課程教學中的應用，使Revit不止簡單地用于三維展示。學生可以通過軟件的模擬過程，學習和掌握建筑物的主要組成部分，了解各組成部分之間的關系和主要構件之間的連接方式。

BIM技術是建筑業向信息化、數據化的轉變，被譽為建筑業的未來，它也將對包括建筑構造在內的諸多土木建筑類課程教學產生深遠影響。

本文以BIM技術典型軟件Revit為例，分析其可視化、參數化驅動、模擬性在建筑構造課程教學中的應用方法。從Revit可視化功能角度來看，Revit模型本身具有在課堂上展示建筑三維形狀的作用，而且Revit遠比一般圖片、動畫以及SketchUp類三維軟件更適合課堂教學，因為Revit不僅提供各角度的接近真實的三維形狀，還包含了構件的構造組成信息。

參考文獻：

[1] ?鐘煒， 張馨文， 姜騰騰. BIM仿真在工程項目管理課程教學改革中的應用研究[J]. 土木建筑工程信息技術， 2013， （6）： 7–11.

[2] 齊岳， 張俊華， 趙文軍. 結合BIM技術的房屋建筑學課程改革探討[J]. 高等建筑教育， 2014，（6）： 147–149.

[3] 白泉， 邊晶梅， 于賀等. 土木工程專業BIM教學改革研究與實踐[J]. 土木建筑工程信息技術， 2017，（5）： 90–93.

[4] 王建超， 張丁元， 周靜海. BIM技術在建筑類高校專業課程教學中的應用探索——以沈陽建筑大學為例[J]. 高等建筑教育， 2017，（1）： 161–164.

[5] ?Cerovsek T . A review and outlook for a ‘Building Information Model （BIM）： A multi-standpoint framework for technological development[J]. Advanced Engineering Informatics， 2011， （2）：224-244.

[6] 何關培， 李剛. 那個叫BIM的東西究竟是什么[M]. 中國建筑工業出版社， 2011.

責任編輯 ?程 ?哲