鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中BIM技術(shù)的應(yīng)用

謝恩普 王志濱 鮑依蓓

（1湖州職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 浙江 湖州 313000；2福州大學(xué) 土木工程學(xué)院, 福建 福州 350108）

鋼結(jié)構(gòu)由于高強(qiáng)、輕質(zhì)、抗震性能好和施工方便等特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于大跨度、高層及超高層結(jié)構(gòu)、工業(yè)廠房和造型復(fù)雜的結(jié)構(gòu)中0。除自身特點(diǎn)外，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用還受經(jīng)濟(jì)發(fā)展及國家政策的影響。根據(jù)國務(wù)院關(guān)于城市建設(shè)的相關(guān)政策，10年內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)等裝配式建筑在新建建筑中的占比將達(dá)到30%，社會(huì)對于鋼結(jié)構(gòu)方面的人才需求將進(jìn)一步擴(kuò)大。

鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)作為建筑工程技術(shù)專業(yè)的核心課程，主要學(xué)習(xí)鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念、結(jié)構(gòu)施工圖的識(shí)讀、詳圖設(shè)計(jì)方法、鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)造及鋼結(jié)構(gòu)制作安裝等職業(yè)能力。掌握識(shí)讀施工圖的方法是對每個(gè)學(xué)生最基本的要求，也是他們今后工作必須具備的能力。

學(xué)生在實(shí)際生活中接觸到的鋼結(jié)構(gòu)相對較少，對于節(jié)點(diǎn)等復(fù)雜區(qū)域更是生疏，如何有效地提高學(xué)生對于鋼結(jié)構(gòu)知識(shí)的理解是專業(yè)課教師必須思考的問題。

1 B IM技術(shù)與教育應(yīng)用

建筑信息模型，簡稱為BIM（Building Information Modeling），它是信息模型在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用，BIM是通過創(chuàng)建包含數(shù)據(jù)信息和對象屬性的信息化模型對建筑工程項(xiàng)目從設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)營乃至后期維護(hù)全過程進(jìn)行管理和優(yōu)化的技術(shù)。由于其可視化、模擬性、關(guān)聯(lián)性、協(xié)調(diào)性和優(yōu)化性等特點(diǎn)，BIM技術(shù)在建筑工程領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

鑒于BIM技術(shù)的優(yōu)勢，我國政府對BIM進(jìn)行了大力的推廣，建筑工程領(lǐng)域應(yīng)用BIM的項(xiàng)目如雨后春筍般涌現(xiàn)，社會(huì)對于BIM技術(shù)人才有迫切需求。學(xué)生作為一個(gè)龐大的團(tuán)體，接受和掌握新技術(shù)的能力較強(qiáng)，并將成為建筑業(yè)的主力軍，是BIM技術(shù)在建筑工程領(lǐng)域推廣應(yīng)用的關(guān)鍵，美國作為相關(guān)技術(shù)領(lǐng)先的國家，BIM已被納入工程管理課程的核心部分0，且有70%的高校將BIM理論融入課程教學(xué)中0。

從建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢來看，高職院校土建類專業(yè)培養(yǎng)人才的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)是培養(yǎng)“技能型人才”，應(yīng)順應(yīng)時(shí)代的要求，盡快將培養(yǎng)具有信息化素養(yǎng)和技能的人才目標(biāo)落到實(shí)處，將BIM技術(shù)納入基礎(chǔ)課程的教學(xué)中去。

從高職學(xué)生特點(diǎn)以及鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)現(xiàn)狀來看，

以二維形式展現(xiàn)出的鋼結(jié)構(gòu)施

工圖比較復(fù)雜和抽象，對于高職類學(xué)生而言了解和掌握起來難度較大。BIM技術(shù)可將抽象的二維圖紙與形象的三維模型相結(jié)合，可以明顯降低學(xué)生對于鋼結(jié)構(gòu)施工圖理解的難度，同時(shí)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。將BIM技術(shù)應(yīng)用到鋼結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)迫在眉睫，教學(xué)改革要跟上BIM發(fā)展的步伐，設(shè)置BIM教學(xué)實(shí)踐項(xiàng)目具有重要的意義0。

2 BIM技術(shù)教學(xué)應(yīng)用典型案例

某小型廠房，建筑面積為 1190m2，建筑高度為 6.65m，結(jié)構(gòu)形式為門式剛架鋼結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)安全等級為二級，抗震等級四級，主剛架采用焊接H型鋼。為了降低學(xué)生的理解難度，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，鋼結(jié)構(gòu)課程可以從以下幾個(gè)方面采用BIM技術(shù)進(jìn)行輔助教學(xué)。

2.1 型鋼的認(rèn)知

建筑結(jié)構(gòu)鋼材通常包括鋼板、型鋼、鋼管和鋼絲四大類，其中，型鋼對于大多數(shù)學(xué)生而言比較陌生，作為鋼結(jié)構(gòu)建筑的重要組成部分，型鋼頻繁出現(xiàn)在鋼結(jié)構(gòu)施工圖中，了解型鋼各參數(shù)的具體含義是識(shí)讀鋼結(jié)構(gòu)施工圖的必要條件。為了加深學(xué)生對于型鋼的認(rèn)識(shí)，課堂教學(xué)過程中利用BIM技術(shù)讓學(xué)生建立各種型鋼的3D模型，引導(dǎo)學(xué)生自主探索，真正了解型鋼中各參數(shù)的具體含義。

鋼結(jié)構(gòu)施工圖中常見的型鋼有H型鋼和工字鋼，利用Tekla Structures軟件建立的H型鋼及工字鋼的模型，讓學(xué)生結(jié)合BIM模型找出兩者的差距，加深對型鋼的了解。該軟件中可以采用不同的顏色表示出H型鋼的翼緣和腹板，幫助學(xué)生了解熱軋H型鋼和焊接H型鋼的區(qū)別。由于截面設(shè)定靈活、采購方便和便于把控用鋼量等優(yōu)點(diǎn)，鋼結(jié)構(gòu)公司更傾向采用焊接H型鋼，焊接H型鋼通常由三塊鋼板拼接而成，在Tekla Structures軟件中學(xué)生可以形象地將各種截面尺寸的H型鋼拆分為滿足要求的翼緣板和腹板，操作簡單，練習(xí)BIM操作的過程中加深對于H型鋼各參數(shù)的理解，學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)也掌握了一項(xiàng)求職技能。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的認(rèn)知

對于高職院校鋼結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)而言，不需要講授大量的公式和深?yuàn)W的理論，重點(diǎn)在于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，首先要對鋼結(jié)構(gòu)有正確的認(rèn)知，了解鋼結(jié)構(gòu)建筑的基本組成和各自的作用。為了達(dá)到這一目的，可以安排學(xué)生到鋼結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)場進(jìn)行參觀，并邀請專業(yè)的人士進(jìn)行講解。但由于工地有安全隱患，且影響施工單位生產(chǎn)，現(xiàn)場的授課條件也較差，因此操作難度較大。

采用Tekla Structures軟件，可以很便捷地建立鋼結(jié)構(gòu)廠房、鋼框架和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)模型，建模過程中學(xué)生可以看到各構(gòu)件是如何按照圖紙建立起來的，清晰的看到各構(gòu)件如何相連，了解鋼結(jié)構(gòu)建筑中各構(gòu)件的名稱及各自發(fā)揮的作用0。利用BIM模型還可以進(jìn)行施工模擬，相當(dāng)于學(xué)生在課堂上就能達(dá)到去施工現(xiàn)場實(shí)踐的效果0。

學(xué)習(xí)過程中將傳統(tǒng)的二維圖紙與三維BIM模型進(jìn)行對比，BIM模型是對抽象專業(yè)知識(shí)的具體化，相比與二維圖紙更加直觀，便于學(xué)生理解，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.3 復(fù)雜節(jié)點(diǎn)區(qū)域的認(rèn)知

鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)區(qū)域構(gòu)造相對比較復(fù)雜，尤其涉及不同專業(yè)交叉的位置，如鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)連接處，需要注意的細(xì)節(jié)問題很多。對于高職學(xué)生而言，理解和掌握鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造知識(shí)是一大難題，為了鍛煉學(xué)生處理這類節(jié)點(diǎn)區(qū)域問題的能力，可利用三維模型輔助教學(xué)的方式進(jìn)行講解，讓學(xué)生掌握特殊區(qū)域處理的方式，了解復(fù)雜區(qū)域的構(gòu)造要點(diǎn)。

本文針對典型案例，利用Tekla Structures軟件建立該案例的三維BIM模型，針對特殊復(fù)雜的屋脊處節(jié)點(diǎn)區(qū)域的構(gòu)造做法，將傳統(tǒng)的二維圖紙與三維BIM模型進(jìn)行對比，主要有隅撐與鋼梁及檁條的連接節(jié)點(diǎn)、水平支撐與鋼梁連接節(jié)點(diǎn)、拉條與檁條連接節(jié)點(diǎn)和系桿與鋼梁連接節(jié)點(diǎn)。二維圖紙多且雜，讀懂該類節(jié)點(diǎn)圖有一定的難度；而通過三維BIM模型可直觀地看出復(fù)雜節(jié)點(diǎn)處各構(gòu)件的截面形狀，了解具體連接方法，比平面圖更易理解，有種身臨實(shí)際建筑內(nèi)部的感覺。

教學(xué)過程中引導(dǎo)學(xué)生邊識(shí)讀二維圖紙邊建立BIM模型，讀懂的圖紙立刻轉(zhuǎn)化為形象的3D模型，逐步將圖紙中的內(nèi)容轉(zhuǎn)化為自己的知識(shí)，同時(shí)對于理解有誤的知識(shí)點(diǎn)BIM模型還能及時(shí)更正，保證了學(xué)習(xí)的準(zhǔn)確性。教學(xué)實(shí)踐表明，采用該方法教學(xué)時(shí)學(xué)生更樂于參與進(jìn)來，較易讓學(xué)生獲得成就感，學(xué)生對學(xué)習(xí)的興趣比較濃厚，教學(xué)效果較好。

3 結(jié)語

將 BIM技術(shù)應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)的課程教學(xué)中，可以讓學(xué)生更好地識(shí)讀傳統(tǒng)的2D圖紙，結(jié)合3D模型可進(jìn)一步加深對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)意圖與構(gòu)造措施理解，同時(shí)提高學(xué)生對于鋼結(jié)構(gòu)課程的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)造性，達(dá)到良好的教學(xué)效果。

將BIM技術(shù)融入鋼結(jié)構(gòu)課程中，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)BIM技術(shù)的能力，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作和專業(yè)知識(shí)能力的全面發(fā)展，對改善學(xué)生就業(yè)狀況具有重要的意義。因此，將BIM技術(shù)應(yīng)用到鋼結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)過程中，對于提高教學(xué)效果和提升學(xué)生的綜合素質(zhì)起到了積極的作用。

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