BIM在鐵道工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)中的作用

高 卿, 周 威

(河北軌道運(yùn)輸職業(yè)技術(shù)學(xué)院 管理工程系，河北 石家莊 050051)

1975年，美國佐治亞理工學(xué)院的Chunk Eastman教授提出了BIM(Building Information Modeling，譯為建筑信息模型)理念，認(rèn)為它是一個以計算機(jī)為基礎(chǔ)的描述平臺.通過該平臺，可方便實(shí)現(xiàn)各類工程的量化分析和可視化分析，提高工程的建設(shè)效率.隨著社會的發(fā)展，BIM技術(shù)推廣應(yīng)用的重要性日益凸顯.我國的《建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》就提到了要應(yīng)用和推廣BIM技術(shù)[1].

但在鐵道工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)中，應(yīng)用BIM技術(shù)尚處于起步階段.原因在于：一是鐵道工程與建筑工程有明顯差異，中國國家鐵路集團(tuán)有限公司關(guān)于BIM的應(yīng)用要求有待完善，應(yīng)用BIM的案例較少，BIM技術(shù)在鐵路工程的實(shí)際應(yīng)用中處于起步和探索階段；二是配套教材匱乏，由于BIM軟件種類較多，難度也不盡相同，導(dǎo)致教材編寫困難[2]，適合學(xué)生使用的教材較少；三是教師尚未完全掌握BIM技術(shù)，無法將BIM技術(shù)引入課堂教學(xué)中.

針對鐵道工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)的實(shí)際情況，筆者在教學(xué)中采用BIM技術(shù)的Autodesk Revit建模軟件，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，并對實(shí)際鐵路橋梁工程進(jìn)行建模，教學(xué)效果較好，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.

1 BIM建筑工程模型的創(chuàng)建

BIM技術(shù)起源于建筑行業(yè)，通過它可將工程模型的幾何屬性進(jìn)行數(shù)字化、可視化表達(dá)，能為項目的各種決策提供全生命周期的可靠服務(wù)[3].BIM可以將各類工程(建筑工程、鐵道工程、橋梁工程等)的數(shù)據(jù)信息作為建模的基礎(chǔ)，模擬各類工程.

BIM的建模軟件包括Autodesk Revit，Bentley Building等.我國在工程方面應(yīng)用較多、較為廣泛的是Autodesk Revit軟件.

教學(xué)過程中，在學(xué)習(xí)建立鐵路橋梁工程模型之前，先讓學(xué)生使用Autodesk Revit軟件學(xué)習(xí)創(chuàng)建相關(guān)建筑模型.所創(chuàng)建的模型要能模擬建筑工程的真實(shí)信息，如現(xiàn)澆混凝土梁、板、柱，可根據(jù)工程資料定義梁、板、柱的屬性.引導(dǎo)學(xué)生建立的建筑模型如圖1所示.

圖1 利用Autodesk Revit軟件建立的建筑模型

通過學(xué)習(xí)建立建筑模型，可使學(xué)生熟悉利用軟件建立模型的方法，了解建模過程的注意事項，為創(chuàng)建鐵路橋梁工程模型打下基礎(chǔ).

2 鐵路橋梁工程模型的建立

2.1 工程概況

某段鐵路橋梁，上部結(jié)構(gòu)為6 m×10 m鋼筋砼實(shí)心板橋，橋梁全長為65.04 m.上部結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆C35混凝土簡支實(shí)心板，板長9.96 m，板厚600 mm；下部結(jié)構(gòu)中，橋墩、臺為柱式，臺身接鉆孔灌注樁，蓋梁采用C30鋼筋混凝土，墩柱、樁基均采用C30混凝土現(xiàn)澆.橋梁只在橋臺處設(shè)80型伸縮縫，縫寬40 mm.橋墩、臺支座均采用圓板式橡膠支座，規(guī)格為GYZ200×42(CR).橋梁采用方鋼欄桿.根據(jù)以上工程數(shù)據(jù)，采用BIM的建模軟件中的Autodesk Revit軟件，建立了如圖2的鐵路橋梁平面圖.

圖2 模擬的鐵路橋梁平面圖

2.2 鐵路橋梁模型的建立

使用BIM技術(shù)中的Autodesk Revit軟件，模擬橋跨、橋墩、支座、橋臺、墩臺的形狀，根據(jù)實(shí)際鐵路橋梁工程資料定義各部分的截面屬性.

建立的鐵路橋梁工程模型如圖3所示.

圖3 模擬的鐵路橋梁模型

鐵路橋梁的建模步驟如下：

(1)創(chuàng)建橋梁模型的標(biāo)高和軸網(wǎng)

第一步，設(shè)置橋梁模型單位

在軟件中，選擇管理中的項目單位，打開對話框，將長度、面積、體積單位設(shè)置為如圖4所示.

設(shè)置好模型單位后，才能根據(jù)鐵路橋梁工程數(shù)據(jù)信息，繪制立面標(biāo)高和軸網(wǎng).

第二步，繪制標(biāo)高

在建模項目瀏覽器對話框中，選擇菜單“立面”(建筑立面)→“南立面”，創(chuàng)建各個標(biāo)高，修改高度和標(biāo)高名.創(chuàng)建、修改后的標(biāo)高如圖5所示.

圖4 模型項目單位設(shè)置截圖

圖5 模型標(biāo)高

第三步，繪制軸網(wǎng)

在建模項目瀏覽器中，選擇模型平面中F1平面，利用“建筑”→“軸網(wǎng)”繪制平面軸網(wǎng)，結(jié)果如圖6所示.

圖6 模型的平面軸網(wǎng)

(2)創(chuàng)建橋梁墩柱

根據(jù)鐵路橋梁工程圖紙中墩柱尺寸、材料、位置信息，創(chuàng)建并設(shè)置橋梁墩柱.在鐵路橋梁平面圖中，先選擇菜單“建筑”→“構(gòu)件”→“結(jié)構(gòu)柱”，再選擇菜單“混凝土”→“矩形”→“柱”.橋梁墩柱截面尺寸分別為1200 mm×1200 mm和1000 mm×1000 mm.材質(zhì)為混凝土，現(xiàn)場澆筑.創(chuàng)建的橋梁墩柱如圖7所示.

圖7 創(chuàng)建的橋梁墩柱模型

(3)創(chuàng)建橋梁蓋梁

橋梁蓋梁在墩柱上方.根據(jù)圖紙中蓋梁尺寸、材料、位置信息，利用軟件繪制蓋梁.

(4)創(chuàng)建圓板式橡膠支座

圓板式橡膠支座設(shè)置在蓋梁與板梁之間，由鋼板與多層橡膠片粘合制成.圓板式橡膠支座有較好的彈性和剪切變形能力.根據(jù)圖紙中圓板式橡膠支座的尺寸、材料、位置信息，利用軟件繪制圓板式橡膠支座.

(5)創(chuàng)建橋梁的梁板與橋面

在圓板式橡膠支座上方創(chuàng)建梁板與橋面.在平面圖中，選擇菜單“建筑”→“樓板”，繪制梁板與橋面.根據(jù)梁板、橋面的尺寸、材料、位置信息創(chuàng)建模型.所創(chuàng)建橋梁的梁板與橋面如圖8所示.

圖8 建立的橋梁梁板與橋面模型

(6)創(chuàng)建橋臺

橋臺設(shè)置在橋梁兩端.需要根據(jù)橋臺尺寸、材料、位置信息創(chuàng)建.

(7)創(chuàng)建場地

根據(jù)橋梁所處環(huán)境，進(jìn)行橋梁場地建模.在場地平面，利用軟件的菜單“建筑”→“參照平面”，繪制地形的參照平面.選擇菜單“體量和場地”→“場地建?！薄暗匦伪砻妗?，單擊放置點(diǎn)，輸入數(shù)據(jù)，在圖中各點(diǎn)設(shè)置相應(yīng)的高程.選擇菜單“屬性”→“材質(zhì)”，確定場地材質(zhì).場地平面圖如圖9所示.

圖9 場地平面圖

通過以上方法，學(xué)生可以學(xué)會使用軟件進(jìn)行鐵路橋梁模型創(chuàng)建的過程和方法.

3 BIM技術(shù)在教學(xué)中的作用

(1)提高教師BIM技術(shù)水平

由于BIM技術(shù)在鐵道工程領(lǐng)域應(yīng)用較少，許多教師并不十分了解，通過在課程中使用BIM技術(shù)，可提高鐵道工程技術(shù)專業(yè)教師的BIM技術(shù)水平，使其具備利用BIM技術(shù)建模和應(yīng)用的能力.

(2)提高教學(xué)效果

傳統(tǒng)講授鐵路橋梁結(jié)構(gòu)的方法是讓學(xué)生通過簡圖或?qū)嶋H拍攝的圖片來認(rèn)識鐵路橋梁的各個組成部分，這樣，學(xué)生看到的往往是鐵路橋梁的平面圖，需要依平面圖想象出立體圖，這對于空間想象力不足的學(xué)生有一定的困難，影響教學(xué)效果.

而在教學(xué)中利用BIM技術(shù)，可使工程模型具有逼真的外觀，將書面文字信息轉(zhuǎn)換為生動立體的可交互式的施工現(xiàn)場模擬場景[4].通過模擬，可以為學(xué)生展示鐵路橋梁的三維結(jié)構(gòu)，便于學(xué)生更直觀地了解橋梁的構(gòu)件及其參數(shù).

這就既解決了無法進(jìn)入鐵路橋梁工程現(xiàn)場進(jìn)行教學(xué)的問題，又增加了學(xué)生對鐵路工程的直觀認(rèn)識，也在一定程度上解決了學(xué)生在課堂上空間想象力不足的問題，從而提高了課程的教學(xué)效果.

(3)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

鐵道工程技術(shù)專業(yè)的專業(yè)課內(nèi)容比較復(fù)雜，一些知識比較抽象，采用傳統(tǒng)的授課方法講授，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性較差.而在教學(xué)中加入BIM技術(shù)，讓學(xué)生通過建立三維結(jié)構(gòu)模型，使得需要通過空間想象力才能呈現(xiàn)的平面圖變成可以3D旋轉(zhuǎn)的立體模型，使枯燥的知識變得簡單、有趣，在一定程度上可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.

(4)拓寬學(xué)生的視野

在鐵道工程教學(xué)中，使用BIM技術(shù)可以幫助學(xué)生拓寬視野，了解先進(jìn)的BIM基礎(chǔ)知識及相關(guān)技術(shù)，有目的地調(diào)整專業(yè)學(xué)習(xí)內(nèi)容，以適應(yīng)未來社會競爭的需要.

4 結(jié)論

(1)通過對鐵路橋梁進(jìn)行建模，學(xué)生能掌握建立鐵路橋梁模型的具體方法，了解建模注意事項.

(2)在教學(xué)方面，BIM技術(shù)的應(yīng)用有利于提高教師的BIM技術(shù)水平，提高教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.