BIM技術(shù)在《建筑構(gòu)造與識(shí)圖》課程教學(xué)中的應(yīng)用

高婷婷

（山東電子職業(yè)技術(shù)學(xué)院 智能制造工程系，山東 濟(jì)南 250200）

《建筑構(gòu)造與識(shí)圖》是工程造價(jià)專(zhuān)業(yè)大學(xué)一年級(jí)開(kāi)設(shè)的一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，它主要研究畫(huà)法幾何、建筑施工圖和民用建筑構(gòu)造，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的制圖思維和靈活多變的空間想象力，從而使學(xué)生獲得識(shí)讀建筑施工圖的技能，為后續(xù)工程造價(jià)專(zhuān)業(yè)課程學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。然而，傳統(tǒng)的《建筑構(gòu)造與識(shí)圖》教學(xué)是以二維平面圖形為基礎(chǔ)，老師借助構(gòu)造節(jié)點(diǎn)圖片展示、施工視頻觀看等手段來(lái)引導(dǎo)學(xué)生讀圖，但由于學(xué)生沒(méi)有工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，加上三維空間想象能力差，識(shí)圖過(guò)程比較困難，以至于在后續(xù)的專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)中，對(duì)正確計(jì)算工程量造成了很大的影響。為了提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生識(shí)圖能力，在《建筑構(gòu)造與識(shí)圖》課程教學(xué)中引入BIM技術(shù)，利用BIM模型三維可視化的特點(diǎn)，幫助學(xué)生在平面圖、立面圖、剖面圖的基礎(chǔ)上，順利識(shí)讀建筑構(gòu)造節(jié)點(diǎn)詳圖，實(shí)現(xiàn)二維平面圖紙到建筑三維模型的成功轉(zhuǎn)化，達(dá)到提高學(xué)生識(shí)讀建筑施工圖能力的目標(biāo)。

1 《建筑構(gòu)造與識(shí)圖》課程教學(xué)目前存在的問(wèn)題

工程造價(jià)專(zhuān)業(yè)《建筑構(gòu)造與識(shí)圖》課程通常安排在大學(xué)一年級(jí)上學(xué)期開(kāi)設(shè)，理論性與實(shí)踐性均比較強(qiáng)。進(jìn)入高職以前，學(xué)生對(duì)于建筑專(zhuān)業(yè)名詞接觸的相當(dāng)少，而且缺乏對(duì)建筑構(gòu)件的觀察和思考，所以不容易從平常生活中得到實(shí)際有效的體驗(yàn)。對(duì)構(gòu)造做法和施工工藝等專(zhuān)業(yè)知識(shí)的不了解已經(jīng)讓學(xué)生的興趣大打折扣，再加上教師教學(xué)方法的受限、教材的抽象、枯燥、無(wú)趣，難免會(huì)打消學(xué)生對(duì)該門(mén)課學(xué)習(xí)的積極性。山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院樊旭宏教師曾對(duì)高職院校土建類(lèi)3個(gè)年級(jí)642名學(xué)生做過(guò)調(diào)查，其中，感到《建筑構(gòu)造與識(shí)圖》課程無(wú)聊或厭惡的人數(shù)高達(dá)63.4%，感到有興趣的不足15.3%[1]。造成這種現(xiàn)象的原因，除了學(xué)生自身的問(wèn)題，還有以下兩個(gè)方面的問(wèn)題。

1.1 理論教學(xué)方面

在目前《建筑構(gòu)造與識(shí)圖》課程教學(xué)中，教師通常以多媒體為主粉筆板書(shū)為輔的方式進(jìn)行教學(xué)。多媒體課件在投影部分通過(guò)Flash動(dòng)畫(huà)能夠?qū)崿F(xiàn)三面投影圖和簡(jiǎn)單基本形體三維軸測(cè)圖之間的轉(zhuǎn)化，然而土建類(lèi)教師一般不具備Flash技能，通常教學(xué)中用到的動(dòng)畫(huà)都是相關(guān)院校在申請(qǐng)精品資源課程的過(guò)程中花錢(qián)雇傭?qū)I(yè)人士制作的。這種方式費(fèi)用高，而且所制作的動(dòng)畫(huà)不一定適合所在學(xué)校的教學(xué)。多媒體課件在建筑平面圖和結(jié)構(gòu)平面圖的識(shí)圖部分，能夠提供一些形象、直觀、生動(dòng)的圖片，但是不能幫助學(xué)生在腦海里建立三維的建筑模型，也不能呈現(xiàn)平面圖、立面圖、剖面圖的形成過(guò)程，更不能把外墻節(jié)點(diǎn)詳圖和樓梯詳圖的“三維實(shí)體模型”搬進(jìn)教室。此外，教材編寫(xiě)往往強(qiáng)化了投影部分截交線和相貫線這種理論難度大卻實(shí)用性不強(qiáng)的知識(shí)點(diǎn)[2]，教師教學(xué)經(jīng)常跟著教材走，弱化了形體剖切作圖部分的訓(xùn)練，不利于學(xué)生對(duì)建筑剖面圖、斷面圖的理解。

1.2 實(shí)訓(xùn)教學(xué)方面

《建筑構(gòu)造與識(shí)圖》是一門(mén)理論與實(shí)踐結(jié)合非常密切的課程，眾多高職院校都會(huì)在民用構(gòu)造和施工圖識(shí)圖理論結(jié)束之后安排一周的實(shí)訓(xùn)。但是多數(shù)學(xué)校為了省錢(qián)省力，已經(jīng)將實(shí)踐教學(xué)淪為了集中一周的理論教學(xué)課堂作業(yè)，有的學(xué)校根據(jù)圖紙準(zhǔn)備若干問(wèn)題讓學(xué)生識(shí)圖之后回答，有的學(xué)校干脆讓學(xué)生抄繪整套圖紙?；卮饘?duì)了問(wèn)題，機(jī)械性的抄繪了圖紙，但是學(xué)生對(duì)制圖標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和建筑構(gòu)造細(xì)節(jié)依然不清楚。就算某些高職院校有條件有資金安排學(xué)生去建筑工地進(jìn)行認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)，但是為了學(xué)生的安全以及不影響施工現(xiàn)場(chǎng)的進(jìn)度，往往走馬觀花草草結(jié)束，學(xué)生看到的都是施工的局部，沒(méi)有針對(duì)性；個(gè)別示范性院?；ㄙM(fèi)巨資在校內(nèi)建立工法樣板間，真實(shí)的將房屋建筑采用的各種材料、設(shè)備、工藝、工序展示出來(lái)，一定程度上有效提高了學(xué)生識(shí)圖的能力。然而，無(wú)論去工地參觀還是在校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地參觀，均不能將理論課程上的三維模型、剖切動(dòng)態(tài)過(guò)程以及豐富多樣的構(gòu)造節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的呈現(xiàn)出來(lái)，無(wú)法自由靈活的幫助學(xué)生在腦海里建立與實(shí)物相對(duì)應(yīng)的三維建筑模型。

高職學(xué)生不像本科學(xué)生，他們對(duì)理論知識(shí)本身就缺乏學(xué)習(xí)的興趣，喜歡形象、生動(dòng)、直白、易懂的事物，愛(ài)動(dòng)手操作，尤其是利用電腦操作。這就要求我們高職教師必須想辦法將《建筑構(gòu)造與識(shí)圖》課程與計(jì)算機(jī)軟件有效融合，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的結(jié)合。

2 BIM技術(shù)在《建筑構(gòu)造與識(shí)圖》課程教學(xué)中的可行性

BIM （Building Information Modeling）是在建筑工程領(lǐng)域應(yīng)用信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)、施工和管理過(guò)程仿真和模擬的一種信息化技術(shù)與管理方法[3]。BIM技術(shù)利用信息化技術(shù)進(jìn)行數(shù)字化表達(dá)，可以實(shí)現(xiàn)全人員、全過(guò)程、全方位的協(xié)同工作，具有協(xié)調(diào)性、模擬性、可視性、出圖形和優(yōu)化性五大特點(diǎn)，被認(rèn)為是建筑領(lǐng)域改革生產(chǎn)力的突破性技術(shù)。BIM技術(shù)在建筑領(lǐng)域得到廣泛推廣和應(yīng)用的同時(shí)，也給課程教學(xué)改革與創(chuàng)新提供了新思路新契機(jī)，許多學(xué)者將BIM技術(shù)引入到課程教學(xué)與科學(xué)研究中[3-6]。BIM技術(shù)具有三維實(shí)體建模功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑圖形放大、切割、旋轉(zhuǎn)等處理，給高職《建筑構(gòu)造與識(shí)圖》課程教學(xué)改革提供了新的方法和途徑。BIM技術(shù)可視化的性質(zhì)能夠讓學(xué)生清晰的看到建筑三維模型，所見(jiàn)即所得，直觀的掌握建筑實(shí)體的信息，增加了課堂的可感知性、可參與性、直觀性、趣味性，有利于學(xué)生更好的理解和掌握看圖的技巧和方法，方面快捷，不用去施工現(xiàn)場(chǎng)，教師就可以在課堂上帶著學(xué)生深入講解建筑模型。

BIM技術(shù)作為支撐建筑業(yè)生產(chǎn)力的革命性技術(shù)，它的快速發(fā)展是離不開(kāi)BIM相關(guān)軟件的支持。目前應(yīng)用于中國(guó)市場(chǎng)的BIM軟件數(shù)量較多，而Revit系列軟件在BIM技術(shù)中扮演著重要的角色。Revit軟件主要用來(lái)建模與制圖，Navisworks主要用來(lái)漫游、探索三維建筑模型內(nèi)部構(gòu)造。對(duì)于創(chuàng)建好的建筑模型，Revit能自動(dòng)生成平立剖圖紙，進(jìn)行建筑效果圖、建筑動(dòng)畫(huà)的顯示，還能進(jìn)行建筑構(gòu)件的統(tǒng)計(jì)。圖紙轉(zhuǎn)化之間保持著信息的相關(guān)性和一致性，門(mén)、窗、墻體、屋頂?shù)葮?gòu)件保持著智能型的關(guān)聯(lián)。不像造價(jià)管理軟件還需要花錢(qián)購(gòu)置加密鎖，Revit軟件只需電腦具備優(yōu)良的CPU、高配置的內(nèi)存和顯卡，就能在線下載安裝，隨時(shí)隨地使用。教師備課可以提前使用Revit軟件制作構(gòu)件模型，供學(xué)生在課堂上進(jìn)行二維圖形與三維立體之間的對(duì)照，學(xué)生也可以根據(jù)Navisworks軟件虛擬現(xiàn)實(shí)及漫游的功能，讓自己自由穿梭在建筑任意位置。這種寓教于樂(lè)、寓學(xué)于樂(lè)的新型教學(xué)方式很適合喜歡趣味性、操作性的高職學(xué)生，使基于BIM技術(shù)的《建筑構(gòu)造與識(shí)圖》課程教學(xué)改革成為可能。

3 BIM技術(shù)在《建筑構(gòu)造與識(shí)圖》課程教學(xué)中的應(yīng)用

本文主要選用Revit、Navisworks兩款軟件應(yīng)用到《建筑構(gòu)造與識(shí)圖》課程教學(xué)中，用來(lái)提高學(xué)生對(duì)建筑構(gòu)造和建筑施工圖識(shí)讀的能力。

3.1 課前準(zhǔn)備階段

課前備課階段，教師可以分別選擇幾套完整的來(lái)自于工程一線的建筑施工圖紙（磚混結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)）利用Revit建立三維模型以便學(xué)生掌握多種結(jié)構(gòu)類(lèi)型的建筑構(gòu)造。本文選擇某三層框架結(jié)構(gòu)的綜合辦公樓施工圖紙建立三維信息模型，授課過(guò)程中可以向?qū)W生多方位、全方面的展示三維模型，如圖1所示，使得學(xué)生對(duì)所識(shí)讀的施工圖紙有個(gè)整體的認(rèn)識(shí)和把握。

圖1 BIM 三維建筑模型和三視圖Figure 1 BIM 3D building model and three views

3.2 課上教學(xué)階段

3.2.1 建筑構(gòu)件的識(shí)讀

課堂授課過(guò)程中，利用BIM三維建筑信息模型給學(xué)生講解建筑的基本構(gòu)件，如基礎(chǔ)、墻和柱、樓層和地層、樓梯、屋頂、門(mén)窗以及變形縫等，利用Revit視圖中的選擇框命令從三維信息建筑模型中選擇一個(gè)構(gòu)件進(jìn)行三維展示、講解和識(shí)讀,學(xué)生可以利用觀察、測(cè)量、剖切等手段，認(rèn)識(shí)各類(lèi)建筑構(gòu)件；通過(guò)Navisworks虛擬漫游，教師可以帶著學(xué)生在綜合辦公大樓內(nèi)部自由穿梭，使學(xué)生對(duì)建筑構(gòu)造的理解更加深刻。如在樓梯學(xué)習(xí)的時(shí)候，如圖2所示，將樓梯從建筑模型中框選分離出來(lái)單獨(dú)觀察，利用Revit的ViewCube命令可以直觀的看出樓梯的三維及樓梯平、立、剖的表達(dá)方式。和二維圖紙上的樓梯平面圖和剖面圖進(jìn)行一一對(duì)比，就能清晰的理解樓梯的構(gòu)造和尺寸。比如，能夠看出樓梯間的開(kāi)間和進(jìn)深，能獲取梯井的位置和大小、踏步的數(shù)量和尺寸、休息平臺(tái)的寬度等信息。在將Revit軟件建立的三維信息模型導(dǎo)入到Navisworks軟件中進(jìn)行虛擬漫游，就可將學(xué)生帶到“樓梯現(xiàn)場(chǎng)”，防滑條、欄桿、欄板、扶手使用的材料、常規(guī)尺寸和做法以及與樓梯的連接關(guān)系等信息就可以生動(dòng)直觀的呈現(xiàn)出來(lái)。其它建筑構(gòu)件的識(shí)讀也可以采用這種方法來(lái)教學(xué)。BIM三維建筑模型“所見(jiàn)即所得”的直觀性和現(xiàn)場(chǎng)感，不僅提高了學(xué)生對(duì)建筑構(gòu)造原理和施工做法的認(rèn)識(shí)，還省去組織學(xué)生外出認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)的麻煩和風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 樓梯構(gòu)件BIM三維模型、二維表達(dá)及其漫游Figure 2 The BIM 3D model,two-dimensional expression and roaming of stair member

3.2.2 建筑施工圖識(shí)讀

幫助學(xué)生將二維平面的圖紙信息轉(zhuǎn)化為三維建筑信息模型是《建筑構(gòu)造與識(shí)圖》教學(xué)的主要任務(wù)。在以往的教學(xué)實(shí)踐中，教師通常帶著學(xué)生讀整套施工圖和構(gòu)造節(jié)點(diǎn)詳圖來(lái)幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)“施工語(yǔ)言”；由于學(xué)生空間想象力有限，很難將平、立、剖、詳圖等二維圖紙信息轉(zhuǎn)化為要施工建設(shè)的三維建筑模型。BIM解決了這一難題，實(shí)現(xiàn)了二維平面圖形與三維立體模型的互相轉(zhuǎn)化。教學(xué)過(guò)程中,可以拿著二維平面圖與三維立體模型（見(jiàn)圖1）對(duì)照講解與識(shí)讀,也可以通過(guò)虛擬漫游“邊走邊看邊講邊讀”進(jìn)行識(shí)圖，使看圖過(guò)程從枯燥的憑空想象變?yōu)橛腥さ捏w驗(yàn)，提升學(xué)生對(duì)構(gòu)造節(jié)點(diǎn)和建筑布局的整體把握能力。教師還可以利用BIM三維模型，借助軟件剖面框命令剖切查看建筑任意部分的構(gòu)造，從而讓學(xué)生理解“想象不到”的內(nèi)部構(gòu)造和構(gòu)造詳圖。比如通過(guò)水平剖切，能夠清楚的看到辦公樓的平面布局，出入口的類(lèi)型和位置、樓梯的類(lèi)型和位置、墻和柱子的位置、截面和材料、門(mén)窗的類(lèi)型和位置；通過(guò)側(cè)面剖切，能夠清楚的看到綜合辦公樓的內(nèi)部構(gòu)造、分層布局和構(gòu)件的連接方式、材料和高度，更能清楚的看到樓梯的梯段數(shù)、結(jié)構(gòu)形式，見(jiàn)圖3。學(xué)生哪里不明白，就剖切哪里?？梢?jiàn)，BIM技術(shù)使得《建筑構(gòu)造與識(shí)圖》教學(xué)變得輕松容易有針對(duì)性。

圖3 BIM三維剖切圖Figure 3 BIM 3D cutting diagram.

3.3 課下練習(xí)階段

在教學(xué)任務(wù)安排中，識(shí)圖基礎(chǔ)部分安排學(xué)生借助Revit軟件成熟配套的教學(xué)視頻自主學(xué)習(xí)建立軸網(wǎng)、標(biāo)高和基本形體，并對(duì)基本平面體進(jìn)行剖切，深刻的認(rèn)識(shí)剖面圖和斷面圖的形成原理。建筑構(gòu)造和識(shí)讀部分，選擇建筑規(guī)模適當(dāng)偏小、學(xué)生較為熟悉的校園宿舍樓作為建模作業(yè)，先繪制墻、門(mén)窗、樓板、屋頂、樓梯等基本構(gòu)件，然后像搭積木似的結(jié)合圖紙將建筑一層一層的建成BIM三維模型。模型從局部到整體都是三維可視的，所見(jiàn)及所得，有效提高學(xué)生對(duì)建筑構(gòu)造節(jié)點(diǎn)構(gòu)造原理的理解能力。教師需要將Revit配套視頻內(nèi)容進(jìn)行任務(wù)分解，堅(jiān)持“課下作業(yè)任務(wù)與課堂所學(xué)內(nèi)容一致、課下所學(xué)視頻內(nèi)容與課下作業(yè)任務(wù)一致”的原則，將學(xué)生每次課下學(xué)習(xí)和作業(yè)練習(xí)時(shí)間控制在60min內(nèi)，防止學(xué)生因任務(wù)多或者占用時(shí)間長(zhǎng)而喪失學(xué)習(xí)的熱情。課下練習(xí)建模培養(yǎng)學(xué)生逆向識(shí)圖的一種方法，學(xué)生參與到建筑工程案例中會(huì)積極探索問(wèn)題、主動(dòng)分析圖紙信息，借助BIM軟件能夠?qū)⒍S圖紙轉(zhuǎn)化為三維建筑模型，這種教學(xué)方法不僅能夠提高學(xué)生識(shí)圖、辨圖能力，而且也培養(yǎng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的成就感。BIM技術(shù)的出現(xiàn)，可以使得建筑識(shí)圖課下練習(xí)作業(yè)變得豐富有趣。

4 結(jié)論

對(duì)《建筑構(gòu)造與識(shí)圖》課程理論教學(xué)和實(shí)訓(xùn)教學(xué)中存在的問(wèn)題進(jìn)行了深入分析，論證了教學(xué)中引入BIM技術(shù)的可行性；利用Revit、Navisworks兩款軟件，以某綜合辦公樓為例，將BIM技術(shù)融入到《建筑構(gòu)造與識(shí)圖》課前、課上、課下的教學(xué)實(shí)施中，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性、創(chuàng)造性，培養(yǎng)學(xué)生的空間想象力，為提升工程造價(jià)教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生識(shí)圖能力提供了一條有效的解決路徑，也為后續(xù)工程量計(jì)算奠定良好的看圖基礎(chǔ)。

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