BIM技術(shù)在建筑構(gòu)造課程教學(xué)中的應(yīng)用探析

摘 ?要：為提高課程內(nèi)容的直觀性，降低學(xué)生學(xué)習(xí)的門(mén)檻，改善學(xué)生建筑構(gòu)造課程的學(xué)習(xí)效果。本文以BIM技術(shù)典型軟件Revit為例，分析了其可視化、參數(shù)化驅(qū)動(dòng)、模擬性在建筑構(gòu)造課程教學(xué)中的應(yīng)用方法。分析表明：可視化特點(diǎn)使得Revit遠(yuǎn)比一般圖片、動(dòng)畫(huà)以及SketchUp類(lèi)三維繪圖軟件更適合課堂教學(xué)，Revit不僅提供各角度的接近真實(shí)的三維形狀，還包含了構(gòu)件的構(gòu)造組成信息;參數(shù)化驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)可以讓學(xué)生通過(guò)對(duì)比不同方案來(lái)加深對(duì)建筑構(gòu)造原理的理解;模擬性的特點(diǎn)可以讓學(xué)生從建筑實(shí)際施工建造過(guò)程來(lái)理解建筑物各部分之間的關(guān)系，構(gòu)件間連接方式。

關(guān)鍵詞：BIM;建筑構(gòu)造;課程;可視化;模擬性

作者簡(jiǎn)介：胡世翔，南京工程學(xué)院經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院管理工程系，研究方向?yàn)榻ㄖ畔⒒?。（江蘇 南京211167）

基金項(xiàng)目：本文系南京工程學(xué)院校級(jí)科研基金項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：YKJ201724）的研究成果。

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.4 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?文章編號(hào)：1671-0568（2019）15-0053-03

近年來(lái)，建筑信息模型BIM （ Building Information Modeling）技術(shù)在國(guó)內(nèi)得到迅速應(yīng)用。BIM對(duì)傳統(tǒng)建筑業(yè)具有變革性的影響，它不僅是簡(jiǎn)單的二維CAD繪圖向三維可視化的轉(zhuǎn)變，更是建筑業(yè)向信息化、數(shù)據(jù)化的轉(zhuǎn)變，是建筑業(yè)的未來(lái)趨勢(shì)。

BIM技術(shù)深刻地改變了建設(shè)、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)、造價(jià)等各建設(shè)工程的參與方，同時(shí)也對(duì)高等院校建筑技術(shù)類(lèi)課程教學(xué)產(chǎn)生了巨大影響。BIM 技術(shù)具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性等特點(diǎn)，其可視化的特性可以在課堂上以接近真實(shí)建筑的方式展示三維立體模型，可以大大提高教學(xué)時(shí)的直觀性并降低學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)的困難。更重要的是，其協(xié)調(diào)性、模擬性可以超越一般的圖片、動(dòng)畫(huà)展示效果，可以模擬工程實(shí)際建造過(guò)程，方便學(xué)生修改建造方案，在方案對(duì)比中加深理解。

目前已有較多的教師和學(xué)者開(kāi)展了有關(guān)BIM技術(shù)在土木工程，專(zhuān)業(yè)課教學(xué)中的應(yīng)用。鐘煒等[1]介紹了應(yīng)用 BIM 中可視化仿真技術(shù)對(duì)“工程項(xiàng)目管理”課程改革的影響，闡明了改革的目的和原則以及改革的形式。齊岳等[2]在總結(jié)目前房屋建筑學(xué)課程所面臨問(wèn)題的基礎(chǔ)上，分析了 BIM 技術(shù)在房屋建筑學(xué)課程中可以發(fā)揮的作用，提出了結(jié)合 BIM 技術(shù)的房屋建筑學(xué)課程新模式。楊勇等介紹了國(guó)外 BIM 發(fā)展應(yīng)用情況和中國(guó)建設(shè)行業(yè)信息化現(xiàn)狀及 BIM 技術(shù)的應(yīng)用，討論了BIM對(duì)中國(guó)高校土木工程專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)模式改革的啟示。白泉等[3]分析總結(jié)了沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)土木工程專(zhuān)業(yè) BIM 教學(xué)改革研究與實(shí)踐情況，著重介紹了基于 BIM 的課程體系設(shè)置和各項(xiàng)教改實(shí)踐舉措以及取得的改革成果。王建超等[4]介紹了沈陽(yáng)建筑大學(xué)土木工程學(xué)院BIM 技術(shù)在土木工程制圖、房屋建筑學(xué)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等課程教學(xué)中的應(yīng)用探索，分析了應(yīng)用過(guò)程中的困難、解決方法。

但目前具體深入討論BIM技術(shù)對(duì)建筑構(gòu)造課程教學(xué)改革的研究較少，本文在分析目前工程造價(jià)專(zhuān)業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)建筑構(gòu)造課程難點(diǎn)的基礎(chǔ)上，介紹了BIM技術(shù)典型軟件Revit在本課程教學(xué)的應(yīng)用方法和教學(xué)優(yōu)勢(shì)。

一、BIM技術(shù)及發(fā)展現(xiàn)狀

BIM以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了建筑工程項(xiàng)目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型，是對(duì)工程項(xiàng)目設(shè)施實(shí)體與功能特性的數(shù)字化表達(dá)。

BIM概念最早出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代，美國(guó)Chuck Eastman博士提出了建筑信息模型（Building Information Modeling）的概念雛形。此后，BIM在全球工程建設(shè)行業(yè)迅速發(fā)展[5]，在虛擬施工、項(xiàng)目管理及綠色建筑等領(lǐng)域得到了廣泛研究應(yīng)用。2002年，Autodesk公司正式提出了BIM概念，并將其應(yīng)用到Revit系列軟件中，目前己成為應(yīng)用最廣泛的軟件[6]。

2007年，NIBS（全美建筑科學(xué)院）推出了系統(tǒng)的BIM標(biāo)準(zhǔn)：全美BIM標(biāo)準(zhǔn)（NBIMS）。2007年，美國(guó)聯(lián)邦總務(wù)署要求所有GSA項(xiàng)目全面BIM化。2013年，全美建筑科學(xué)院NIBS發(fā)布BIM指南。

在我國(guó)2007年，建設(shè)部發(fā)布行業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)《建筑對(duì)象數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)》。2017年，國(guó)務(wù)院辦公廳發(fā)布《關(guān)于促進(jìn)建筑產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的意見(jiàn)》。其中指出加快BIM技術(shù)在規(guī)劃、勘察、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)維護(hù)全過(guò)程的集成應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)項(xiàng)目全生命周期數(shù)據(jù)共享和信息化管理，為項(xiàng)目方案優(yōu)化和科學(xué)決策提供依據(jù)。

二、建筑構(gòu)造教學(xué)難點(diǎn)分析

筆者認(rèn)為，“建筑構(gòu)造”這門(mén)課程的學(xué)習(xí)可以分為直觀印象和超越直觀印象兩個(gè)階段，并且這兩個(gè)階段不可分割。建筑構(gòu)造課程學(xué)習(xí)時(shí)，學(xué)生需要先對(duì)所講的內(nèi)容有直觀印象，然后再學(xué)習(xí)有關(guān)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。如果學(xué)生缺乏對(duì)研究對(duì)象的直觀印象，直接去記憶相應(yīng)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)將會(huì)非常困難。例如，散水是建筑中常見(jiàn)的一個(gè)構(gòu)件，其基本定義為：在房屋等建筑物外墻的墻腳周?chē)?，用磚石、混凝土鋪成的斜坡。它是為了保護(hù)墻基不受雨水侵蝕，常在外墻四周將地面做成向外傾斜的坡面，以便將屋面的雨水排至遠(yuǎn)處，這是防止因雨水滲入導(dǎo)致地基下沉的有效措施。如果學(xué)生對(duì)散水這個(gè)構(gòu)件沒(méi)有直觀印象，那么對(duì)這個(gè)概念的理解就會(huì)產(chǎn)生困難。如果學(xué)生看過(guò)散水的圖片（如圖1所示）或視頻，就會(huì)立刻在腦海中建立散水的直觀印象，有助于建筑構(gòu)造課程的教學(xué)。但是找到合適的教學(xué)圖片和視頻并不容易，尤其是很多建筑構(gòu)件，很難找到合適的拍攝角度，尤其是隱蔽構(gòu)建，需要合適的時(shí)機(jī)，才可以在現(xiàn)場(chǎng)拍攝到合適的照片。

教學(xué)中，三維動(dòng)畫(huà)視頻解決了合適拍照角度和拍照時(shí)機(jī)的問(wèn)題，但是一般這種動(dòng)畫(huà)的制作難度非常大，需要專(zhuān)業(yè)的人員和專(zhuān)業(yè)的軟件，教師一般只能搜集到一些已經(jīng)制作好的視頻，很難按照自己的需要和班級(jí)的具體情況去制作動(dòng)畫(huà)。另外，這些三維動(dòng)畫(huà)的精細(xì)程度有限，只能在外形上接近實(shí)際結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生大概了解建筑構(gòu)件的組成和形式，效果不好。

三、Revit在建筑構(gòu)造教學(xué)中的應(yīng)用

1.Revit可視化特點(diǎn)在教學(xué)中的應(yīng)用。建筑模型所能提供的三維效果超越了一般的圖片和視頻，也比SketchUp這種常用建筑專(zhuān)業(yè)方案設(shè)計(jì)軟件要更適合課堂教學(xué)。

如圖2所示，圖中兩個(gè)構(gòu)件SketchUp中的墻和樓板，在軟件中，他們都只是立方體，只不過(guò)形狀比例不同。而在Revit中，墻和樓板是完全不同類(lèi)型的構(gòu)件，他們有自己的構(gòu)造組成。

因此，Revit可視化的特點(diǎn)特別適合應(yīng)用于建筑構(gòu)造課程教學(xué)。學(xué)生不僅可以從不同的角度去觀察這個(gè)建筑，還可以另用隔離或者隱藏命令去觀察一些構(gòu)件之間的連接方式，看到每個(gè)構(gòu)件具體的構(gòu)造組成和所用材料。

2.Revit參數(shù)化、模擬性特點(diǎn)在教學(xué)中的應(yīng)用。Revit軟件除了具有可視化這一直觀的特點(diǎn)之外，還具有參數(shù)化驅(qū)動(dòng)、模擬性以及可出圖性的特點(diǎn)。

Revit參數(shù)化驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)，使學(xué)生可以方便地修改模型，對(duì)比不同的設(shè)計(jì)方案。教師可以利用它通過(guò)方案的對(duì)比來(lái)加深學(xué)生對(duì)建筑構(gòu)造原理的理解。模擬性是BIM非常重要的特點(diǎn)，不僅可以展示靜態(tài)的建筑，還可以模擬建筑及構(gòu)件的施工過(guò)程。模擬性的特點(diǎn)大大拓展了BIM技術(shù)在建筑構(gòu)造課程教學(xué)中的應(yīng)用，使Revit不止簡(jiǎn)單地用于三維展示。學(xué)生可以通過(guò)軟件的模擬過(guò)程，學(xué)習(xí)和掌握建筑物的主要組成部分，了解各組成部分之間的關(guān)系和主要構(gòu)件之間的連接方式。

BIM技術(shù)是建筑業(yè)向信息化、數(shù)據(jù)化的轉(zhuǎn)變，被譽(yù)為建筑業(yè)的未來(lái)，它也將對(duì)包括建筑構(gòu)造在內(nèi)的諸多土木建筑類(lèi)課程教學(xué)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

本文以BIM技術(shù)典型軟件Revit為例，分析其可視化、參數(shù)化驅(qū)動(dòng)、模擬性在建筑構(gòu)造課程教學(xué)中的應(yīng)用方法。從Revit可視化功能角度來(lái)看，Revit模型本身具有在課堂上展示建筑三維形狀的作用，而且Revit遠(yuǎn)比一般圖片、動(dòng)畫(huà)以及SketchUp類(lèi)三維軟件更適合課堂教學(xué)，因?yàn)镽evit不僅提供各角度的接近真實(shí)的三維形狀，還包含了構(gòu)件的構(gòu)造組成信息。

參考文獻(xiàn)：

[1] ?鐘煒， 張馨文， 姜騰騰. BIM仿真在工程項(xiàng)目管理課程教學(xué)改革中的應(yīng)用研究[J]. 土木建筑工程信息技術(shù)， 2013， （6）： 7–11.

[2] 齊岳， 張俊華， 趙文軍. 結(jié)合BIM技術(shù)的房屋建筑學(xué)課程改革探討[J]. 高等建筑教育， 2014，（6）： 147–149.

[3] 白泉， 邊晶梅， 于賀等. 土木工程專(zhuān)業(yè)BIM教學(xué)改革研究與實(shí)踐[J]. 土木建筑工程信息技術(shù)， 2017，（5）： 90–93.

[4] 王建超， 張丁元， 周靜海. BIM技術(shù)在建筑類(lèi)高校專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)中的應(yīng)用探索——以沈陽(yáng)建筑大學(xué)為例[J]. 高等建筑教育， 2017，（1）： 161–164.

[5] ?Cerovsek T . A review and outlook for a ‘Building Information Model （BIM）： A multi-standpoint framework for technological development[J]. Advanced Engineering Informatics， 2011， （2）：224-244.

[6] 何關(guān)培， 李剛. 那個(gè)叫BIM的東西究竟是什么[M]. 中國(guó)建筑工業(yè)出版社， 2011.

責(zé)任編輯 ?程 ?哲