將BIM建模軟件引入土木工程制圖教學(xué)的初探

李牧

摘要：建筑信息模型（BIM）正在引發(fā)建筑行業(yè)一次史無前例的徹底變革，目前Autodesk Revit等主流BIM軟件已進(jìn)入國內(nèi)市場，BIM建模軟件的應(yīng)用和普及已是大勢所趨。而高校土木工程專業(yè)的制圖課程，仍以講授Auto CAD為主。BIM建模軟件可以代替Auto CAD加入制圖課程，并且起到更好的輔助教學(xué)作用。同時(shí)，學(xué)生在制圖課上掌握的建模技能，可與后續(xù)專業(yè)課程銜接，幫助他們順利了解和掌握行業(yè)內(nèi)最先進(jìn)的技術(shù)。

關(guān)鍵詞：土木工程制圖;建筑信息模型（BIM）;計(jì)算機(jī)輔助教學(xué);計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）22-0139-03

建筑業(yè)是一個(gè)歷史悠久的傳統(tǒng)行業(yè)，然而由于技術(shù)手段、生產(chǎn)模式和管理方式的落后，規(guī)模雖大但效益不高。BIM技術(shù)自2002年由Autodesk公司率先提出后，逐漸得到建筑行業(yè)的普遍認(rèn)可，徹底改造了傳統(tǒng)工作方式，在美國60%的建筑設(shè)計(jì)和施工企業(yè)應(yīng)用BIM。目前Autodesk Revit等主流BIM軟件已進(jìn)入國內(nèi)市場，隨著BIM技術(shù)的推廣以及BIM軟件與其他常用軟件的對接，國內(nèi)建筑行業(yè)也將出現(xiàn)嶄新的面貌。高校教育要與時(shí)俱進(jìn)，跟上行業(yè)發(fā)展的步伐，所以有必要嘗試將BIM軟件引入傳統(tǒng)課程當(dāng)中。

一、BIM在國內(nèi)應(yīng)用的現(xiàn)狀

建筑信息模型（Building Information Modeling，簡稱BIM）是數(shù)字技術(shù)在建筑業(yè)中的直接表達(dá)。簡單來說，BIM就是運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，把建筑物事先在電腦上模擬建一遍，提前把可能遇到的問題解決。平面圖紙中不易發(fā)現(xiàn)的碰撞等情況，在BIM立體模型中一目了然。傳統(tǒng)建筑行業(yè)中，設(shè)計(jì)、預(yù)算、采購、施工、銷售等環(huán)節(jié)需要每個(gè)部門依次流水線式工作。BIM顛覆了原有的工作流程，這些部門協(xié)同作業(yè)，所有人的工作都被記錄和共享，任何一個(gè)參數(shù)的變動都會帶來全局影響，運(yùn)用BIM可以大大減少“推倒重來”式的浪費(fèi)。對于一些大型場館和超高層建筑，由于建筑造型復(fù)雜、體量大、進(jìn)度緊、涉及工序多、精細(xì)化要求高等特點(diǎn)，使用BIM技術(shù)輔助設(shè)計(jì)、施工的成效顯著。如北京奧運(yùn)會水立方、上海迪斯尼樂園、廣州珠江城大廈等項(xiàng)目，都不同程度運(yùn)用了BIM，以達(dá)到縮短建設(shè)周期、節(jié)約建設(shè)成本、提高施工精度等目的。BIM軟件以Autodesk Revit和Graphisoft ArchiCAD為代表，下文將以Autodesk Revit為例，對BIM建模軟件引入土木工程制圖課程的可行性進(jìn)行探討。

二、專業(yè)繪圖軟件在土木工程制圖教學(xué)中的應(yīng)用

《畫法幾何與建筑制圖》是土木工程專業(yè)的必修基礎(chǔ)課，它主要包括畫法幾何和建筑制圖兩部分。畫法幾何的特點(diǎn)是系統(tǒng)性、理論性強(qiáng)，其主要任務(wù)是研究平面上表達(dá)空間形體的方法。建筑制圖則講授如何應(yīng)用畫法幾何理論來閱讀和繪制建筑形體。這門課的任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力，并讓學(xué)生熟練掌握國家制圖標(biāo)準(zhǔn)。目前，許多高校在講授《畫法幾何與建筑制圖》的過程中，還會插入Auto CAD的理論和實(shí)踐教學(xué)。在畫法幾何部分，Auto CAD二維環(huán)境下可講解投影理論習(xí)題，使用Auto CAD直線命令和捕捉功能繪制的圖形，比板書或PPT演示更加精確。對于基本形體、組合體的問題，可利用Auto CAD的三維建模功能，在繪圖界面中顯示四個(gè)視口，分別對應(yīng)H、W、V投影和軸測圖，借以迅速提高學(xué)生的空間想象能力，加深學(xué)生對投影理論的理解。然而在建筑制圖部分，Auto CAD的輔學(xué)作用并不明顯。由于建筑物構(gòu)造復(fù)雜且專業(yè)性強(qiáng)，使用Auto CAD建模耗時(shí)長，精度低，所以在這個(gè)階段主要使用Auto CAD繪制二維圖紙。但這與傳統(tǒng)尺規(guī)繪圖練習(xí)所能達(dá)到的學(xué)習(xí)效果差別不大，只是繪圖速度比尺規(guī)快一些

三、將BIM建模軟件引入土木工程制圖教學(xué)的探討

（一）臺大MOOC課程的示范

早在2007年，臺灣大學(xué)就與Autodesk簽訂了合作協(xié)議，重點(diǎn)研究BIM。2009年，臺大土木工程系成立了“工程信息仿真與管理研究中心”（Research Center for Building & Infrastructure Information Modeling and Management），促進(jìn)BIM相關(guān)技術(shù)與應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)交流、成果分享、人才培訓(xùn)與產(chǎn)官學(xué)研合作[9]。臺大所開設(shè)的MOOC課程，也涉及到BIM相關(guān)內(nèi)容。2014年9月，土木工程系康仕仲教授在Coursera平臺上的《工程圖學(xué)》課程中，將工程圖學(xué)2D、3D和BIM都納入教學(xué)計(jì)劃，康教授認(rèn)為，這些都是土木工程系學(xué)生必備的圖學(xué)知識?？到淌趯⒐こ處熜枰莆盏膱D學(xué)技能劃分為三個(gè)部分，其中第三部分又包含了2D CAD、3D CAD、BIM以及動畫影片等內(nèi)容。這給制圖課程的改革，提供了一個(gè)很好的方向。

（二）Revit教學(xué)實(shí)踐

由于Revit沒有真正出現(xiàn)在教學(xué)環(huán)節(jié)中，無法進(jìn)行問卷調(diào)查或以班級為單位的試驗(yàn)教學(xué)，但我校2014年學(xué)生研究計(jì)劃（SRP）“基于Revit軟件的建筑信息模型（BIM）構(gòu)建”能夠?yàn)镽evit教學(xué)提供可靠的資料。目前該項(xiàng)目已通過中期審查，并取得階段性成果，如圖2所示，“大柵欄·北京坊”工程的建筑、結(jié)構(gòu)模塊的模型已完成。

筆者對參與該項(xiàng)目的五名學(xué)生進(jìn)行訪談，了解Revit的學(xué)習(xí)和使用情況。訪談分為學(xué)習(xí)時(shí)間、操作難度和先修知識三部分。

1.基本掌握Revit操作流程所需的學(xué)習(xí)時(shí)間。五名學(xué)生采取自學(xué)和教師指導(dǎo)相結(jié)合的方式，進(jìn)行Revit軟件的學(xué)習(xí)，并得到了專業(yè)BIM團(tuán)隊(duì)工程師的幫助。平均每天耗時(shí)1～2個(gè)小時(shí)，經(jīng)過1周左右，能夠掌握操作流程，依照參考資料完成簡單建筑物的建模，25～30天后，可以獨(dú)立完成建模。學(xué)習(xí)過程中遇到的難點(diǎn)比學(xué)習(xí)Auto CAD要多，參考資料也十分有限。endprint

2.相較于Auto CAD，Revit的操作難度。五名同學(xué)普遍認(rèn)為，使用Revit建模比Auto CAD建模操作更方便，速度更快，像是在建真正的房子。發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤修改模型后，所有二維視圖上的相應(yīng)位置都能夠同步修改，這是使用Auto CAD逐個(gè)繪制二維圖紙時(shí)無法實(shí)現(xiàn)的，能夠大大減少改圖的工作量。

3.使用Revit建模，需要的先修知識。參與SRP項(xiàng)目的五名學(xué)生都是大四畢業(yè)班的學(xué)生，已經(jīng)完成了全部必修課的學(xué)習(xí)。他們認(rèn)為在《畫法幾何與建筑制圖》課程當(dāng)中學(xué)到的投影知識和國家制圖標(biāo)準(zhǔn)，對Revit建模的幫助最大，并可以考慮將Revit建模直接加入建筑制圖課堂。同時(shí)，如果講授Revit建模的教師對《房屋建筑學(xué)》和《土木工程施工》有一定程度的研究，將會達(dá)到更好的效果。

（三）BIM建模軟件引入土木工程制圖教學(xué)的可行性

將BIM建模軟件引入土木工程制圖教學(xué)中，既順應(yīng)了建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢，又能借助軟件本身的特性，達(dá)到良好的輔助教學(xué)作用。

1.BIM建模軟件比Auto CAD更容易操作，建模過程形象生動，使用其代替Auto CAD與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合，可起到更好的輔學(xué)效果。使用Auto CAD進(jìn)行建筑物的三維建模時(shí)，只能憑借單一視圖定位，并需要頻繁變換用戶坐標(biāo)系（UCS），操作過程復(fù)雜。而Revit可采用多視圖布置進(jìn)行建模（平、立、剖、三維），多重尺寸精確定位，從而生成準(zhǔn)確無誤的整體模型。而傳統(tǒng)建筑制圖教學(xué)中作為重點(diǎn)的Auto CAD二維圖紙繪制，與Revit建模相比，不夠形象生動，難于理解。Revit中軸線、標(biāo)高不再是單純的線條，而具有實(shí)際意義。梁、板、柱等構(gòu)件有各自的屬性，包含大量與工程實(shí)際相關(guān)的信息。如圖3所示，Revit在視圖切換過程中，能夠?qū)⒅雍蛪w的二維圖紙與形象的立體圖形對應(yīng)起來，原本沒有立體感的圖紙變得易于理解，從而達(dá)到輔學(xué)效果。

2.將BIM建模和后續(xù)課程相結(jié)合，使傳統(tǒng)制圖課成為專門為土木工程系定制的先修課程，教學(xué)更有針對性。BIM技術(shù)運(yùn)用于建筑行業(yè)成效顯著，值得大力推廣，土木工程專業(yè)課程必定會跟隨技術(shù)進(jìn)步而改革。BIM建?？梢宰鳛椤督ㄖY(jié)構(gòu)CAD》、《土木工程施工》、《建設(shè)工程造價(jià)管理》、《土木工程項(xiàng)目管理》等課程的先修知識，學(xué)生在制圖課中學(xué)習(xí)的建模知識，可與高年級BIM技術(shù)應(yīng)用課程銜接起來。學(xué)生分階段、有側(cè)重點(diǎn)地進(jìn)行學(xué)習(xí)，才能透徹了解和掌握行業(yè)內(nèi)最先進(jìn)的技術(shù)。例如開設(shè)于第6學(xué)期的《建設(shè)工程造價(jià)管理》課程，學(xué)生可將BIM模型直接導(dǎo)入廣聯(lián)達(dá)算量軟件，節(jié)省了教師講授廣聯(lián)達(dá)建模操作的時(shí)間，能夠?qū)⒂邢拚n時(shí)更多地分配給專業(yè)知識點(diǎn)的教學(xué)。而學(xué)生原本需花費(fèi)大量時(shí)間識圖并建模，效率低下，如果使用制圖課上預(yù)先建好的模型，將節(jié)省大量時(shí)間和精力，學(xué)習(xí)過程更加輕松且重點(diǎn)明確。同理，《土木工程施工》課程也可使用此模型，完成進(jìn)度計(jì)劃和施工方案部分的練習(xí)?！督ㄖY(jié)構(gòu)CAD》課程中可將BIM模型導(dǎo)入PKPM中計(jì)算分析，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)練習(xí)。從制圖課開始，模擬BIM協(xié)同作業(yè)過程，將土木工程相關(guān)專業(yè)課聯(lián)系起來。

（四）BIM建模軟件引入土木工程制圖教學(xué)的障礙

1.BIM建模軟件對硬件要求高，內(nèi)存8G起步，需要64位操作系統(tǒng)，而目前普通教學(xué)機(jī)房達(dá)不到這樣的要求。

2.對土木工程制圖教師的知識面和教學(xué)質(zhì)量的要求更高，教師需要在制圖教學(xué)中滲透BIM技術(shù)的相關(guān)知識，才能夠?qū)崿F(xiàn)與后續(xù)課程的對接。

四、結(jié)語

BIM是目前建筑行業(yè)最先進(jìn)的信息技術(shù)，對新型建筑工業(yè)化發(fā)展有明顯的推進(jìn)作用[14]，將其吸納到高校課程當(dāng)中有十分重要的意義。由于BIM應(yīng)用于建筑全生命周期[15]，所以這一技術(shù)應(yīng)滲透到土木工程各個(gè)專業(yè)課程中，才能體現(xiàn)BIM共享信息、協(xié)同工作的特點(diǎn)。而將BIM建模軟件引入土木工程制圖課程中，就是讓學(xué)生接觸新技術(shù)的第一步。同時(shí)，由于BIM建模軟件具有比Auto CAD更優(yōu)越的性能，能夠形象地表達(dá)建筑形體，正好可以作為制圖的輔助教學(xué)工具，讓枯燥的二維圖紙更容易理解。

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