BIM技術在建筑結構課程中的應用

晏小歡

[摘? ? ? ? ? ?要]? 通過分析BIM技術在建筑工程領域的發展趨勢，闡述BIM技術在建筑結構設計中的應用前景，并以職業院校建筑工程技術專業的核心課程建筑結構為例，從行業轉型、課程定位、教學內容和教學效果四個方向進行分析，研究BIM技術應用于建筑結構教學的必要性。最后，通過教材選用和教學設計，以“鋼筋混凝土樓梯”為例，介紹BIM技術在建筑結構課程中的應用。

[關? ? 鍵? ?詞]? BIM;建筑結構;教學研究;三維模型

[中圖分類號]? G712? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文章編號]? 2096-0603（2021）14-0159-03

目前在美國、英國、挪威、芬蘭、澳大利亞、韓國、新加坡等國家，BIM技術已經在建筑設計、施工和項目建成后的維護管理等方面得到廣泛的運用，也成為國外大型設計和施工單位承接項目的必備能力[1]。BIM技術于2004年首次在我國建筑行業中引入，2010年前后，BIM技術在中國得到快速發展。近10年來，住建部及各地方政府頒布了若干針對BIM技術的激勵政策及措施，大力推進BIM技術在全國范圍各個領域的推廣及應用。2020年7月3日由住房和城鄉建設部等十三部門聯合印發的《關于推動智能建造與建筑工業化協同發展的指導意見》的七項重點任務中，有三項提到了BIM、互聯網、大數據等新一代信息技術與建筑工業化技術的協同發展。而新一代信息技術中，“BIM”排在首位，足以表明其重要性。

一、BIM在建筑結構設計中的應用

（一）BIM在設計中的優勢

在建筑工程中BIM技術的推廣和應用，關鍵在于設計環節，因為設計階段是建筑工程項目真正的創造階段。設計企業可以說是最早應用BIM技術的一方，也是最早對BIM寄于厚望且投入最多的一方。目前，我國建筑工程的設計階段各專業之間的信息基于施工圖紙進行溝通，最終交付的設計成果是審圖合格的施工圖紙。圖紙交付后，后續的工程施工和工程造價也是基于施工圖紙和平法圖集。基于傳統施工圖的工程設計方式不但信息共享性差，各專業之間還容易產生疏漏和碰撞，而且工程設計的查漏補缺和圖紙的繪制修改等工作需要耗費大量時間。BIM技術能夠大幅度減少各專業設計過程的計算量，更符合如今的實際工作模式和工作效率。

（二）全球化發展帶來的挑戰

隨著經濟全球化的發展，建筑工程行業的全球化程度越來越高。目前，我國大型設計企業和復雜項目已經通過BIM技術的實際應用，既收獲了效益，又形成了新的生產力。

二、BIM技術應用于建筑結構教學的必要性

（一）市場及行業轉型的需要

BIM在建筑業領域展露其獨特的光芒，成為專業人士關注的焦點，正高速向前發展，推動著建筑業新的改革浪潮。在國家政策的支持下，BIM在國內建筑業發展得如火如荼，業主單位、設計單位、施工單位等建筑工程各參與方紛紛開始進行BIM技術的研究與試點應用。職業教育人才的培養需要傳授新知識、新流程、新技術，培養學生的職業能力，提升學生的職業素養。需求決定市場，高校相關領域人才培養方案需要根據社會經濟產業的發展趨勢進行動態調整。為了使學生能適應社會對BIM人才的需求，具備適應企業崗位技能要求的能力，建筑工程技術專業的應用型人才培養需要向“BIM+技能”的專業人才市場需求方向傾斜，以順應社會發展趨勢，提高專業畢業生的綜合素質，為社會輸送更多緊缺人才。

（二）課程定位的需要

建筑結構課程是建筑工程技術專業的核心專業基礎課程，集理論與實踐于一體，在建筑力學和工程制圖等課程的基礎上，分析結構構件受力性能和計算方法以及結構的構造要求，并通過平法識圖重點闡述鋼筋排布構造和鋼筋計算。通過該課程使學生掌握結構的設計方法和施工圖的繪制，為后續從事建筑結構設計、建筑工程施工管理和工程造價等工作打下堅實基礎。由此可見，建筑結構課程在完善學生知識結構體系、提高學生專業綜合素質、拓寬學生的眼界等方面發揮著舉足輕重的作用，更是學生未來從事專業領域的設計、施工和造價等各項工作的關鍵課程。

然而，據目前的調查統計，BIM技術在我國建筑結構教學的應用不是很普遍[2]。而這門核心課程直接對接職業崗位中的設計和施工崗位，學生掌握了BIM技術，可以很快適應崗位需求，提高建筑工程技術專業領域的BIM人才培養質量，為社會培養教育信息化背景下的高級應用型人才。因此，將BIM技術融入建筑結構教學中尤為重要。

（三）教學內容的需要

目前建筑結構教學內容中存在的主要問題有：（1）該課程的教材內容采用的是傳統的結構設計，抽象的計算模型不僅缺乏實際構件的對比，還與圖紙表達完全分離，構件信息與圖紙標注沒有關聯[3];（2）教材沒有將BIM技術融入其中，尤其涉及鋼筋的構造和計算，教學內容基于16G101-1混凝土結構施工圖平面整體表示方法，雖然有平面圖和剖面圖的展示，但是缺乏立體圖形的表達。

針對目前教材部分內容技術嚴重滯后，且對新知識、新技術更新不及時的現狀，教師如果一味地依賴現有教材內容，只注重理論知識教學而不重視學生實用技能的培養，只傳授陳舊知識而不能與時俱進傳授新技術、新熱點，會對學生的學習積極性產生消極影響，學生理論知識沒有掌握，實踐能力欠缺，達不到學習效果，最終能力達不到專業崗位的要求，不利于學生的職業發展和就業競爭力的提升。

（四）教學效果的需要

結合自身教學經驗和文獻調查，普遍存在學生在學習這門課程時主動性不高，效果不佳[2][4][5]的問題。其原因主要有以下幾點：（1）高職院校學生的力學知識比較薄弱，在推導能力、計算能力和邏輯思維能力等方面也存在不足，涉及力學分析和計算方法，理解有難度，繼而形成學習的畏難情緒;（2）建筑結構課程內容覆蓋面廣，構造要求多，學生在學習過程中，缺少感性認識，往往一知半解，自然也就形成了學生被動學習，學習效果不理想的現象。

（五）小結

上述內容從人才培養需求、課程定位、教學內容和教學效果四個方面進行分析，認為根據職業需求、學生實際情況并結合課程本身的特點，為學生尋找一條切實可行、快捷的學習和應用途徑，是建筑結構教學一個亟待解決的問題。

已有文獻的探討和研究表明[2][4][6]，將BIM技術應用到建筑結構課程教學過程中，不僅可以提高學生BIM的應用水平，實現BIM專業應用人才基本技能的培養，還可以通過建立三維模型幫助學生實現由二維抽象到三維具體空間結構模型的轉換，培養學生的學習興趣和創造性，引導學生綜合應用所學的各種專業知識，顯著提高教學效果。

三、BIM技術在建筑結構教學中的應用

（一）教材選用

本課程采用的教材是住房城鄉建設部土建類學科專業“十三五”規劃教材[7]，教學內容分為以下內容：建筑結構計算基本原則、混凝土基本構件、鋼筋混凝土梁板結構、多層及高層鋼筋混凝土房屋、鋼筋混凝土單層工業廠房、砌體結構、鋼結構和結構施工圖。

教材充分運用互聯網的優勢，采用3D模型、Flash動畫、三維動畫、AE視頻等多媒體資源，將書中的教學重點進行詳細解讀。并結合當下流行的二維碼技術，每個重要章節都配有二維碼，學生通過掃碼內頁章節獲得章節資源和動畫演示。同時結合教學課件PPT、習題庫、案例庫和貫穿整本教材的微課視頻等豐富的教學資源供學生自學與復習，提高學生的學習興趣，讓學生更有效率地學習。

（二）教學設計

課程目標是使學生具備建筑結構的基本概念和結構構造知識，能正確進行結構基本構件設計計算和結構施工圖識讀。

教學設計以2課時為一個完整教學過程制定教學內容，將知識解構重構后，分為課前自學、課中導學和課后拓學三部分。課前自學由學生通過網上教學平臺觀看視頻動畫自行完成;課中導學分為：引（引發思考或引入任務）—看（觀看實體教學模型和基于BIM技術的三維模型）—問（通過師生相互提問加深思考）—學（深入探究學過程）—做（通過實例進行施工圖繪制或鋼筋計算）—評（總結表現，使學生吸取經驗）;課后拓學采取多種方式進行：（1）組織學生進行實際項目參觀學習;（2）通過與企業合作，通過項目現場人員拍攝視頻進行網上云解答;（3）學生查閱相關規范和資料上傳到課程網站，通過拓展學習提升自學能力。

（三）實例介紹

以單元3“鋼筋混凝土梁板結構”中的第6部分內容“鋼筋混凝土樓梯”為例進行教學設計，介紹BIM技術在教學中的應用。

課前自學：通過教材網上視頻學習樓梯的分類，區分梁式樓梯和板式樓梯;在學校智慧教學平臺發布樓梯教學案例、平法圖集和相關規范，學生自主學習，完成課前測試。

課中導學：第一環節：引。通過展示實際項目的施工圖，提問學生對樓梯構成和樓梯鋼筋的認識，引發學生的疑問和思考;第二環節：通過觀看基于BIM技術的樓梯三維模型動畫，使學生了解樓梯構件的組成;第三環節：老師通過提問的方式使學生更有針對性地學習，如樓梯的力如何傳遞，層間平臺的力如何傳遞，學生可以通過三維模型的直觀展示掌握力的傳遞，以往抽象難懂的受力分析，理解起來較為容易;第四環節：通過展示基于BIM技術的11類板式樓梯的鋼筋三維構造模型，將隱藏在混凝土中的鋼筋顯露出來，學生可以直接觀察到鋼筋的分布、鋼筋在支座的錨固方式以及連接方式，并采用不同的顏色代表不同類型的鋼筋，學生能顯而易見地對鋼筋進行區分，區別以往平面教學的晦澀難懂，學生所學能及時有所反饋，自然而然也會有興趣。在此基礎上，結合16G101-2混凝土結構施工圖平面整體表示方法制圖規則和構造詳圖（現澆混凝土板式樓梯）中板式樓梯的鋼筋構造進行教學講解。如此一來，學生可以將平面圖形中的鋼筋表達方式與三維模型中的鋼筋進行一一對應，及時理解和掌握鋼筋的構造排布，通過這種對比學習，可以充分調動學生的積極性;第五環節：通過實際項目圖紙及BIM模型進行鋼筋的計算，并通過項目施工過程的動畫和資料進行點評修改。

課后拓學：通過參觀施工過程中的實際項目，直觀了解樓梯的構造和鋼筋的排布，并通過在課程微信公眾號上上傳照片和視頻，結合所學內容補充資料進行分組評比，增強了學生的自學能力，開拓了學生的思路，培養了學生的創造性思維，鍛煉了學生的專業拓展能力和職業所需的綜合能力，并且完成的資料也可以為后續的回顧學習提供參考。

四、結語

1.本文通過分析BIM技術在建筑工程領域的發展趨勢，分析我國政策在推進BIM技術在全國范圍各個領域的推廣及應用，表明BIM在新一代信息技術中的重要性。

2.通過闡述BIM技術在建筑結構設計中的優勢和全球化帶來的挑戰，提出BIM技術是設計院提高設計效率，增強核心競爭力的重要手段。

3.從行業轉型、課程定位、教學內容和教學效果四個方向進行分析，提出在課程中融入BIM技術，可以使學生掌握建筑行業的新技術，適應BIM設計和施工的崗位需求;可以化二維圖形為三維的立體結構和構件模型，增強學生的學習主動性，使學生更易于掌握知識和技能。

4.通過教材選用和教學設計，以“鋼筋混凝土樓梯”為例，介紹BIM技術在課程中的應用。教學效果表明：通過引入BIM技術進行課程設計，改變傳統的教學模式，學生學習興趣增加，主動性增強，并且讓學生切實感受到BIM技術的優勢，引發學生對BIM的興趣，為之后的職業發展奠定良好的基礎，從而提高建筑工程技術專業領域的BIM技術人才培養質量。

參考文獻：

[1]藍天宇.BIM技術在建筑工程結構設計階段的應用研究[D].南昌：華東交通大學，2019.

[2]徐萍.BIM技術在建筑結構教學中的應用研究[J].知識經濟，2020（12）：109-110.

[3]梅偉平.BIM在中小型設計企業建筑結構設計中的應用研究[D].北京：清華大學，2017.

[4]黎生南.淺析BIM技術在建筑結構教學中的應用[J].河南建材，2019（1）：1-2.

[5]崔保龍.高校建筑結構課程教學改革研究[J].陜西教育（高教），2020（7）：18-19.

[6]龐毅玲，廖定國.融合BIM技術的《建筑結構》課程的教學模式探索[J].大眾科技，2019，21（2）：99-100.

[7]胡興福.建筑結構（第四版）[M].北京：中國建筑工業出版社，2020.

編輯 馬燕萍