BIM技術(shù)融入建筑力學(xué)教學(xué)的思考

朱瑩，郭玉華，李珺（江西應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院 江西 贛州 341000）

0 引言

BIM（Building Information Modeling）即建筑信息模型，是伴隨建筑行業(yè)發(fā)展而產(chǎn)生的信息化技術(shù)的新工具，其運(yùn)用已涉及建筑建設(shè)各領(lǐng)域，包括建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)電設(shè)計(jì)、園林場(chǎng)布等方面。深刻影響建筑著行業(yè)，算是建筑領(lǐng)域又一次大革新。

1 BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)方面的運(yùn)用

目前在建筑結(jié)構(gòu)方面的運(yùn)用任然有限。BIM技術(shù)在建筑領(lǐng)域的運(yùn)用目前大多停留在建筑翻模，即先按傳統(tǒng)的方法，用CAD把建筑圖紙?jiān)O(shè)計(jì)出來(lái)，然后用相關(guān)的BIM軟件將CAD的設(shè)計(jì)成果進(jìn)行建模。對(duì)于翻模來(lái)說(shuō)，建筑設(shè)計(jì)的核心任然在CAD圖紙上，而BIM模型只是附屬部分，BIM成了下游設(shè)計(jì)。也就是說(shuō)目前任然很難實(shí)現(xiàn)BIM的正向設(shè)計(jì)。所謂BIM的正向設(shè)計(jì)即是在BIM技術(shù)下直接建立三維模型，進(jìn)行方案優(yōu)化和設(shè)計(jì)深化，自動(dòng)出圖并形成信息模型的BIM上游設(shè)計(jì)過(guò)程。實(shí)現(xiàn)BIM的正向設(shè)計(jì)是BIM技術(shù)真正體現(xiàn)價(jià)值的前提。具體來(lái)說(shuō)，目前BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)方面的運(yùn)用主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面：

1.1 建立結(jié)構(gòu)模型

BIM技術(shù)用于深化設(shè)計(jì)，碰撞檢查是BIM技術(shù)運(yùn)用于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最為廣泛和成熟的部分。通過(guò)建立建筑模型及模型可視化的特點(diǎn)，查看建筑結(jié)構(gòu)的結(jié)合、交接部分是否存在設(shè)計(jì)缺陷，在結(jié)構(gòu)模型正確的基礎(chǔ)上確保結(jié)構(gòu)幾何位置的準(zhǔn)確與否，可達(dá)到節(jié)省施工過(guò)程中的時(shí)間和成本消耗的目的。

1.2 裝配式建筑中用于構(gòu)件預(yù)拼裝

與BIM技術(shù)相結(jié)合，建筑行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)是裝配式建筑。裝配式建筑現(xiàn)在沒(méi)有大規(guī)模使用主要原因在于其成本目前還是比較高。另外，裝配式建筑主要以預(yù)制構(gòu)建為主，是預(yù)制工廠里先把梁、板、住等構(gòu)件制作好后再運(yùn)往現(xiàn)場(chǎng)拼接。所以，要實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)的產(chǎn)業(yè)化，建筑構(gòu)件的模數(shù)則非常重要，否則無(wú)法實(shí)現(xiàn)建筑構(gòu)件的批量生產(chǎn)。而目前沒(méi)有一個(gè)官方的關(guān)于建筑構(gòu)件模數(shù)的確定方法，這也是制約裝配式建筑發(fā)展的原因。裝配式預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工需要精細(xì)化，運(yùn)用BIM技術(shù)對(duì)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行預(yù)拼接，查看構(gòu)件與構(gòu)件的連接是否能精確配對(duì)避免了生產(chǎn)出構(gòu)件后配對(duì)不上的成本和工期損失。

1.3 先行與施工

BIM技術(shù)能在三維模型下模擬建筑施工，在此基礎(chǔ)上融入“時(shí)間信息”能實(shí)現(xiàn)BIM的4D技術(shù)，在4D技術(shù)下融入“造價(jià)信息”能實(shí)現(xiàn)BIM的5D技術(shù)。因此運(yùn)用BIM技術(shù)能實(shí)現(xiàn)施工過(guò)程中時(shí)間、成本、質(zhì)量等核心的施工控制因素的模擬和優(yōu)化。裝配式建筑中用于構(gòu)件預(yù)拼裝將施工過(guò)程中可能遇到的問(wèn)題在BIM建模過(guò)程中進(jìn)行體現(xiàn)，以在施工前進(jìn)行解決，節(jié)省了施工過(guò)程的時(shí)間和成本。如土建和安裝配合施工過(guò)程中，土建先建設(shè)完畢而安裝設(shè)備又很龐大時(shí)可能存在安裝設(shè)備無(wú)法進(jìn)入建筑中進(jìn)行安裝的問(wèn)題，運(yùn)用BIM技術(shù)模擬建筑施工過(guò)程，能更快地發(fā)現(xiàn)兩個(gè)專業(yè)施工界面的控制時(shí)間和控制方法，避免了后期砸毀結(jié)構(gòu)重新安裝等問(wèn)題的出現(xiàn)。

2 BIM技術(shù)教學(xué)應(yīng)用的困難

BIM技術(shù)是建筑行業(yè)發(fā)展的方向，是建筑行業(yè)面臨的又一次大變革。將BIM技術(shù)與教學(xué)結(jié)合，讓學(xué)生盡早地與新技術(shù)接觸、了解新技術(shù)有利于建筑類學(xué)生在BIM技術(shù)這場(chǎng)變革中更早受益而不是被動(dòng)接受。BIM技術(shù)擁有三維可視化的優(yōu)勢(shì)，引入教學(xué)中能讓學(xué)生更形象直觀的理解和掌握所學(xué)知識(shí)使得教學(xué)過(guò)程更加形象生動(dòng)。但是，BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)教學(xué)應(yīng)用任然存在不少困難，表現(xiàn)為如下方面：

2.1 建筑結(jié)構(gòu)方面運(yùn)用不太成熟

目前，BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)的運(yùn)用不廣泛，大多停留在碰撞檢查等方面。因?yàn)锽IM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的運(yùn)用還有種種限制必然導(dǎo)致其在建筑結(jié)構(gòu)教學(xué)過(guò)程中的運(yùn)用受限。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件不統(tǒng)一

由于地域的影響，各國(guó)甚至我國(guó)各地對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)范都各有區(qū)別。結(jié)構(gòu)軟件要想更為廣泛地使用必須背負(fù)更多的規(guī)范數(shù)據(jù)庫(kù)。所以，BIM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的軟件現(xiàn)在并不是統(tǒng)一的。比如廣廈軟件在廣東地區(qū)運(yùn)用就不錯(cuò)但在北方等地區(qū)則使用不廣。結(jié)構(gòu)軟件自身運(yùn)用不廣是BIM技術(shù)很難運(yùn)用于教學(xué)的一個(gè)重要因素。

2.3 技術(shù)支持不足

BIM技術(shù)在目前的運(yùn)用不算成熟，從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的領(lǐng)域也不是運(yùn)用的特別廣泛。因而在教育教學(xué)領(lǐng)域這樣相對(duì)來(lái)說(shuō)更缺乏相關(guān)實(shí)踐操作的團(tuán)隊(duì)中，對(duì)BIM技術(shù)的掌握可以說(shuō)是更加有限。缺乏相關(guān)BIM技術(shù)人才，尤其是BIM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人才是BIM技術(shù)很難運(yùn)用到教學(xué)中的又一大因素。

3 BIM技術(shù)融入建筑力學(xué)教學(xué)的思考

將BIM技術(shù)融入建筑力學(xué)教學(xué)過(guò)程中可以從3方面入手，即課程學(xué)習(xí)、課程運(yùn)用和課程擴(kuò)展。具體的BIM技術(shù)融入建筑力學(xué)教學(xué)的教學(xué)體系實(shí)施方案如表1所示。

表1 BIM技術(shù)融入建筑力學(xué)教學(xué)的教學(xué)體系實(shí)施方案表

3.1 對(duì)建筑力學(xué)課程的學(xué)習(xí)

眾所周知，建筑力學(xué)課程學(xué)習(xí)主要分了3大部分知識(shí)：理論力學(xué)、材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)。在引入BIM技術(shù)學(xué)習(xí)建筑力學(xué)的過(guò)程中，應(yīng)注意案例教學(xué)的方式，不應(yīng)像傳統(tǒng)教學(xué)方式孤立地講解拉伸、壓縮、剪切、擠壓、扭轉(zhuǎn)、彎曲等力學(xué)知識(shí)點(diǎn)，而應(yīng)建立在建筑構(gòu)件的基礎(chǔ)上進(jìn)行，即結(jié)合基礎(chǔ)、柱、梁、墻、板等主要建筑構(gòu)件在建筑結(jié)構(gòu)體系中的具體受力形式，對(duì)建筑中基礎(chǔ)、柱、梁、墻、板等主要建筑構(gòu)件的力學(xué)狀態(tài)、變形等力學(xué)行為進(jìn)行分析和講解，然后再判斷建筑構(gòu)件的安全性和穩(wěn)定性。在此過(guò)程中建立BIM模型、形象生動(dòng)的融入BIM技術(shù)，對(duì)建筑構(gòu)件基礎(chǔ)、柱、梁、墻、板等的受力前后的力學(xué)狀態(tài)、變形等用BIM模型表現(xiàn)出來(lái)。

課程學(xué)習(xí)的過(guò)程可以分為2個(gè)階段：第一階段，即引入BIM技術(shù)教學(xué)時(shí)先讓學(xué)生對(duì)建筑構(gòu)件的BIM圖形進(jìn)行認(rèn)識(shí)；第二階段，運(yùn)用BIM技術(shù)建立BIM模型，讓學(xué)生對(duì)建筑構(gòu)件受力后的力學(xué)狀態(tài)、形變等進(jìn)行認(rèn)識(shí)。2個(gè)階段相結(jié)合，更能將建筑力學(xué)枯燥的知識(shí)點(diǎn)用BIM模型的形式形象直觀地展現(xiàn)出來(lái)。

3.2 課程運(yùn)用的學(xué)習(xí)

課程運(yùn)用是對(duì)課程學(xué)習(xí)階段的深化。在前一部分課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用建筑結(jié)構(gòu)案例，選取一個(gè)建筑構(gòu)件，采取學(xué)生分組討論方式，對(duì)建筑構(gòu)件力學(xué)狀態(tài)、變形等力學(xué)行為進(jìn)行討論和分析、判斷建筑構(gòu)件的安全性和穩(wěn)定性，并在此基礎(chǔ)上制作建筑構(gòu)件BIM模型體現(xiàn)構(gòu)件受力前后的力學(xué)狀態(tài)和變形等，最終匯總PPT演示文稿以小組的形式進(jìn)行展現(xiàn)和匯報(bào)。

3.3 課程擴(kuò)展

在建筑力學(xué)課程學(xué)習(xí)完成后可以組織進(jìn)行一些課程的擴(kuò)展學(xué)習(xí)。課程擴(kuò)展學(xué)習(xí)可分2個(gè)階段進(jìn)行，第一階段：組織建立BIM結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)，系統(tǒng)地進(jìn)行BIM結(jié)構(gòu)建模的學(xué)習(xí)。同時(shí)，可選拔協(xié)會(huì)中的優(yōu)秀學(xué)員參與BIM技術(shù)的相關(guān)比賽，達(dá)到以賽促學(xué)的目的；第二階段：采用校企合作的方式，組建BIM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作坊，與相關(guān)企業(yè)合作，參與實(shí)際工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程，在建立結(jié)構(gòu)模型的同時(shí)做到能運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行碰撞檢查、結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)甚至能做到結(jié)構(gòu)的正向設(shè)計(jì)。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)方面的運(yùn)用相對(duì)來(lái)說(shuō)還是比較有限，因此，將BIM技術(shù)引入建筑力學(xué)的教學(xué)的實(shí)例還是比較少。但將BIM技術(shù)融入教學(xué)的核心是案例教學(xué)，采用與教學(xué)相關(guān)的具體簡(jiǎn)單案例讓學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中能三維可視化地理解學(xué)習(xí)內(nèi)容，又能在學(xué)習(xí)過(guò)程中優(yōu)先植入BIM技術(shù)的相關(guān)理念和技術(shù)，進(jìn)而為BIM技術(shù)運(yùn)用打下基礎(chǔ)。通過(guò)課程擴(kuò)展等階段進(jìn)一步讓學(xué)生建立起獨(dú)立完成BIM技術(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的能力。