基于BIM的土木工程專業(yè)制圖教學(xué)改革應(yīng)用與研究

鄧?yán)誓?/p>

摘要： BIM強(qiáng)大的可視化能力和信息集成能力，為土木工程專業(yè)制圖教學(xué)提供了新的研究手段和方向。在分析了現(xiàn)在土木工程專業(yè)制圖教學(xué)中存在的問題，提出了基于BIM的土木工程專業(yè)制圖從二維轉(zhuǎn)向三維的構(gòu)想，探討了基于BIM的土木工程專業(yè)制圖進(jìn)行教學(xué)改革的優(yōu)勢(shì)。文中闡述了基于BIM的土木工程設(shè)計(jì)建模、制圖出圖的優(yōu)越性，其過程相比傳統(tǒng)手工制圖及CAD制圖則變得更加形象和直觀。分析并指出基于BIM的土木工程專業(yè)制圖教學(xué)改革是可行的，故應(yīng)積極開展BIM類土木工程相關(guān)制圖課程。

Abstract： BIM's great information visualization and interaction capability， provides new research methods and direction for the civil engineering professional cartography teaching. After analyzing the existing problems in civil engineering graphics teaching， this paper puts forward the idea of BIM - based civil engineering drawing from 2D to 3D， and discusses the advantages of BIM - based civil engineering graphics teaching reform. This paper describes the superiority of civil engineering design modeling and drawing based on BIM， and its process is more visual and intuitive than the traditional manual drawing and CAD drawing. It is pointed out that it is feasible to reform the drawing teaching of civil engineering specialty based on BIM. Therefore， BIM civil engineering drawing course should be actively carried out.

關(guān)鍵詞： BIM；土木工程專業(yè)制圖；教學(xué)改革；CAD制圖

Key words： BIM；Civil engineering professional drawing；teaching reform；CAD drawing

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）04-0138-03

0 引言

長(zhǎng)期以來，土木工程專業(yè)制圖都是作為各廣大高等學(xué)校教學(xué)計(jì)劃中不可忽視的重要版塊，其開設(shè)的相關(guān)類課程一般有《畫法幾何與土木工程制圖》、《工程制圖與CAD》、《建筑制圖與AutoCAD》、《AutoCAD建筑制圖基礎(chǔ)教程》、《建筑制圖與識(shí)圖》等等，具體選擇哪類課本作為開設(shè)課程就因?qū)W校而異。此類工程制圖有一個(gè)共性，就是大多課程都是基于CAD制圖，CAD（Computer Aided Design）是美國(guó)麻省理工學(xué)院于二十世紀(jì)60年代首次提出的概念，目前主要是用在二維平面上進(jìn)行設(shè)計(jì)制圖與出圖，它的三維繪圖功能相對(duì)滯后太多，對(duì)表達(dá)模型的三維立體感，直觀性不夠，因此對(duì)于復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)與構(gòu)件，學(xué)生理解起來也會(huì)比較困難。同時(shí)CAD制圖還存在著一個(gè)很大的問題就是不能將三維形體與屬性信息很好的結(jié)合起來。在當(dāng)前教育行業(yè)這個(gè)大環(huán)境的引領(lǐng)下，傳統(tǒng)的本科教學(xué)培養(yǎng)模式顯然與當(dāng)今社會(huì)所需人才不相契合，高校是在為社會(huì)培養(yǎng)精英人才，而近年興起的BIM技術(shù)是一個(gè)非常值得推崇的技術(shù)手段，故應(yīng)當(dāng)被應(yīng)用于高校教育當(dāng)中，比如在土木工程專業(yè)制圖教學(xué)這方面。相反，若高等學(xué)校對(duì)學(xué)生制圖識(shí)圖能力的培養(yǎng)繼續(xù)采用這種單一的制圖教學(xué)模式，必將不滿足目前建筑設(shè)計(jì)行業(yè)對(duì)所需就業(yè)人才的需求。

1 土木工程專業(yè)制圖教學(xué)中存在的問題

建筑教育行業(yè)必須順應(yīng)時(shí)代發(fā)展，緊跟其腳步，與國(guó)際接軌，不能犯“閉關(guān)鎖國(guó)”“自給自足”的老錯(cuò)誤。長(zhǎng)期以來，我國(guó)土木工程專業(yè)制圖系列課程教學(xué)都是基于CAD二維平面上的設(shè)計(jì)制圖與出圖，對(duì)三維立體的空間感知認(rèn)識(shí)相對(duì)比較薄弱，這樣單一的教學(xué)方式存在著一些問題。

①課程教學(xué)都還局限于傳統(tǒng)的CAD二維制圖制圖，其三維制圖功能尚不完善，對(duì)于復(fù)雜的構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)，缺乏空間想象力的學(xué)生理解起來就會(huì)顯得特別困難。

②忽略了設(shè)計(jì)主線與工程主體，以狹義的教學(xué)理念為起點(diǎn)，就教學(xué)而教學(xué)，對(duì)設(shè)計(jì)制圖教學(xué)思維的提煉與實(shí)際工程項(xiàng)目的銜接還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，以及對(duì)設(shè)計(jì)規(guī)范、工程材料以及結(jié)構(gòu)細(xì)部構(gòu)造等了解的還不夠，有產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)制圖背景的師資較少。

③缺乏與建筑設(shè)計(jì)行業(yè)、企業(yè)單位或與社會(huì)的互動(dòng)，就不同學(xué)校而言，教師教學(xué)所具備的工程實(shí)踐能力差異較大，大多都是基于理論知識(shí)，造成與現(xiàn)有對(duì)應(yīng)行業(yè)脫節(jié)，對(duì)當(dāng)今社會(huì)建筑設(shè)計(jì)行業(yè)人才所要具備的技能要求不夠與時(shí)俱進(jìn)。

隨著國(guó)家對(duì)BIM技術(shù)在工程建設(shè)領(lǐng)域的大力扶持，相繼推出了一系列配套的使用標(biāo)準(zhǔn)及指導(dǎo)意見，引領(lǐng)著工程建設(shè)領(lǐng)域邁向更高層次發(fā)展。土建類專業(yè)就業(yè)形勢(shì)相對(duì)較好，隨著城鄉(xiāng)建設(shè)走向穩(wěn)定，行業(yè)對(duì)人才的需求量也趨于飽和，常規(guī)的技術(shù)人才相比以前優(yōu)勢(shì)就顯得薄弱。同時(shí)，BIM近年來在國(guó)內(nèi)大力推崇和發(fā)展，導(dǎo)致專業(yè)技術(shù)人才缺失，大部分公司又都急需BIM技術(shù)人才。若在高校教學(xué)中就開始培養(yǎng)學(xué)生對(duì)BIM的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生具備一定的BIM認(rèn)識(shí)以及初步的去掌握好BIM技能，這就能使得學(xué)生畢業(yè)后面對(duì)社會(huì)能具有一定的競(jìng)爭(zhēng)力和優(yōu)勢(shì)。

2 BIM發(fā)展理念

建筑信息模型（Building Information Modeling），簡(jiǎn)稱BIM，是菲利普·伯恩斯坦于2002年首次提出的，是對(duì)建筑設(shè)計(jì)的創(chuàng)新。它的建筑模型是是基于工程項(xiàng)目各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)建立的，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)構(gòu)件信息，打破了傳統(tǒng)二維圖紙不能形象直觀地展現(xiàn)出工程實(shí)體竣工后的一個(gè)三維整體面貌的局限性。它的目的是推行建設(shè)工程設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)施工和項(xiàng)目管理工作中的工程信息的模型化和數(shù)字化，避免工程項(xiàng)目信息流失，以及各方因交流過少或不到位而導(dǎo)致項(xiàng)目后期某方面沖突的問題，并且可為處于設(shè)計(jì)和施工中的建設(shè)項(xiàng)目，提供和建立起相互協(xié)調(diào)的、內(nèi)部一致的及可運(yùn)算的信息。它具有信息完備性、信息關(guān)聯(lián)性、信息一致性、可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性八大特點(diǎn)。BIM的卓越三維動(dòng)態(tài)顯示和信息交互能力，結(jié)合中國(guó)建筑業(yè)所面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，BIM在中國(guó)建筑業(yè)發(fā)展中是不可或缺的。

近年來，全國(guó)各地都出臺(tái)了一系列有關(guān)要求應(yīng)用BIM技術(shù)的政策，其中廣西壯族自治區(qū)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳于2016年1月12日發(fā)布了《關(guān)于印發(fā)廣西推進(jìn)建筑信息模型應(yīng)用的工作實(shí)施方案的通知》，其政策要點(diǎn)：①到2017年底，基本形成滿足BIM技術(shù)應(yīng)用的配套政策、地方標(biāo)準(zhǔn)和市場(chǎng)環(huán)境。②到2020年底，我區(qū)甲級(jí)勘察、設(shè)計(jì)單位以及特級(jí)、一級(jí)房屋建筑工程和市政工程施工企業(yè)普遍具備BIM技術(shù)應(yīng)用能力，以國(guó)有資金投資為主的大中型建筑、申報(bào)綠色建筑的公共建筑和綠色生態(tài)示范小區(qū)新立項(xiàng)項(xiàng)目勘察設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)中集成應(yīng)用BIM的項(xiàng)目比率達(dá)到90%。

3 基于BIM的土木工程專業(yè)制圖教學(xué)改革思路

市場(chǎng)需求促進(jìn)了人才需求，同時(shí)也促進(jìn)了教育培訓(xùn)需求，為了更加的去迎合市場(chǎng)需求，高校必須適時(shí)的去更新人才培養(yǎng)方案并制定新的教學(xué)方案。在原有土木工程專業(yè)CAD二維設(shè)計(jì)制圖與出圖的基礎(chǔ)上，注意土木工程制圖教學(xué)培養(yǎng)方案是否與現(xiàn)實(shí)建筑設(shè)計(jì)行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)相迎合，這樣才能使高校培養(yǎng)出來的人才更加符合建筑設(shè)計(jì)企業(yè)的需求。BIM的出現(xiàn)，解決了傳統(tǒng)二維圖紙并不能形象直觀地展現(xiàn)出工程實(shí)體竣工后建筑物的一個(gè)三維整體效果，重點(diǎn)是還能對(duì)模型信息起到集成的作用，同時(shí)也能達(dá)到平面出圖的效果，這為建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域帶來了新的變革。傳統(tǒng)的二維CAD、三維CAD都是建筑物的幾何表達(dá)方式，但是幾何表達(dá)并不是建筑物的全部。建筑物的幾何屬性加上非幾何屬性（材料信息、施工信息）統(tǒng)稱為建筑信息，組合成的模型稱為建筑信息模型（BIM）。所以三維CAD比二維CAD進(jìn)了一步，BIM又比三維CAD更進(jìn)了一大步。

在客觀認(rèn)識(shí)BIM技術(shù)的前提下，對(duì)現(xiàn)有的二維CAD教學(xué)應(yīng)該給予肯定和堅(jiān)持，同時(shí)也要不斷地向新興技術(shù)學(xué)習(xí)，將兩者相結(jié)合，做到“1+1>2”效益。教學(xué)團(tuán)隊(duì)抓住“互聯(lián)網(wǎng)+”機(jī)遇，把當(dāng)今建設(shè)領(lǐng)域中最炙手可熱的BIM（建筑信息模型，Building Information Modeling）技術(shù)作為土木工程專業(yè)制圖課程教學(xué)內(nèi)容，把BIM技術(shù)確定為設(shè)計(jì)制圖教學(xué)改革的突破口，實(shí)施以提高學(xué)生的綜合能力和素質(zhì)，在原有傳統(tǒng)CAD教學(xué)課程的基礎(chǔ)上增設(shè)BIM教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)制定新的教學(xué)改革方案。

①將CAD制圖與BIM技術(shù)相結(jié)合，開設(shè)更具發(fā)展理念的新課程，例如：《CAD與BIM建?；A(chǔ)》、《工程制圖與BIM建模實(shí)訓(xùn)》、《結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)BIM軟件應(yīng)用》、《工程管理BIM軟件應(yīng)用》、《工程造價(jià)BIM軟件應(yīng)用》等課程，在提升學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)的同時(shí)，服務(wù)建筑行業(yè)人才需求。

②打破常規(guī)，不能僅局限于課本理論知識(shí)，要做到學(xué)以致用，大力開展實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)，通過具體的工程案例去帶動(dòng)學(xué)生的積極性。

③加強(qiáng)“實(shí)訓(xùn)+就業(yè)”的校企合作實(shí)踐教學(xué)理念。在現(xiàn)有的條件和資源基礎(chǔ)下，充分利用好校內(nèi)實(shí)踐教學(xué)基地，積極開展好校際、校企之間的交流與合作，取其長(zhǎng)，去其短，建立更多的校外企業(yè)實(shí)踐教學(xué)基地，通過把校內(nèi)實(shí)習(xí)與校外實(shí)習(xí)相結(jié)合的方法，高質(zhì)量地完成好教學(xué)計(jì)劃中的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。

4 教學(xué)改革實(shí)踐效果

為了檢驗(yàn)教學(xué)效果，學(xué)校建設(shè)也是緊跟時(shí)代腳步，積極開展BIM技術(shù)領(lǐng)域的生產(chǎn)、教學(xué)、應(yīng)用等工作，在深化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革方面具有良好外部條件與領(lǐng)先技術(shù)基礎(chǔ)，在廣西高校中具備一定技術(shù)優(yōu)勢(shì)。積極開展BIM相關(guān)類課程，并于2013年還創(chuàng)建了“廣西科技大學(xué)BIM研究所”，是廣西區(qū)內(nèi)成立首個(gè)的高校BIM研究所。結(jié)合地方本科院校的實(shí)際，針對(duì)土建行業(yè)的特點(diǎn)，充分發(fā)掘教學(xué)團(tuán)隊(duì)在BIM技術(shù)應(yīng)用的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，與廣西建工集團(tuán)第五建筑工程有限責(zé)任公司、廣西建工集團(tuán)第三建筑工程有限責(zé)任公司等企業(yè)開展BIM技術(shù)工程應(yīng)用，實(shí)行校企合作，共建BIM實(shí)訓(xùn)基地，給本科生提供了一個(gè)有助于提升自我和增加就業(yè)的平臺(tái)，激勵(lì)大學(xué)生充分利用在校學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，夯實(shí)專業(yè)基礎(chǔ)，進(jìn)一步拓展大學(xué)生未來的就業(yè)能力。先后由學(xué)生完成的項(xiàng)目有廣西南寧金融廣場(chǎng)、南寧凱悅花園、柳州中醫(yī)院東院一期、百色干部學(xué)院6號(hào)樓等項(xiàng)目，榮獲的榮譽(yù)也是頗多。這里以全國(guó)獎(jiǎng)項(xiàng)為例，其中廣西南寧金融廣場(chǎng)榮獲“2015第四屆“龍圖杯”全國(guó)BIM大賽—三等獎(jiǎng)”；柳州中醫(yī)院和百色6號(hào)樓分別榮獲“高校組”和“施工組”的“2016第四屆“龍圖杯”全國(guó)BIM大賽—三等獎(jiǎng)”等。參賽的結(jié)果充分顯示了基于 BIM 平臺(tái)的土木工程專業(yè)制圖教學(xué)方法在全面提高教學(xué)質(zhì)量、提高設(shè)計(jì)效率等方面的所具備的一定優(yōu)勢(shì)，充分說明了本文提出的土木工程專業(yè)制圖教學(xué)改革的有效性，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。高校根據(jù)市場(chǎng)需求，制定新的教學(xué)方案，為企業(yè)打造所需人才，既滿足企業(yè)需求，又達(dá)到了教學(xué)的目的，這將是一個(gè)互利共贏的局面。圖1-圖3為部分獲獎(jiǎng)作品的BIM三維模型展示，BIM應(yīng)用點(diǎn)在此不作敘述。

5 結(jié)語

通過以上研究，將BIM應(yīng)用于土木工程專業(yè)制圖教學(xué)是可行的，實(shí)現(xiàn)了建筑CAD技術(shù)從基于點(diǎn)線面的二維表達(dá)向基于對(duì)象的三維形體與屬性信息表達(dá)的轉(zhuǎn)變。將CAD制圖與BIM相結(jié)合進(jìn)行教學(xué)這一理念，不僅為土木工程專業(yè)制圖教學(xué)提供了新的研究手段和方向，也為畢業(yè)生在工作崗位中運(yùn)用BIM技術(shù)打下來初步的基礎(chǔ)，滿足了社會(huì)對(duì)BIM技術(shù)性人才的需求。

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