土建類專業(yè)虛擬仿真教學(xué)軟件應(yīng)用分析

李昱瑾，陳燕菲，趙 魁，龍慧慧，許朝柱

(貴州師范大學(xué) a.材料與建筑工程學(xué)院；b.創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)院，貴州 貴陽 550025)

1 土建類主流軟件種類概述

1.1 土建設(shè)計(jì)繪圖類主流軟件

1)AutoCAD軟件(AutodeskComputer Aided Design)。主要涉及到土木建筑、電子、機(jī)械設(shè)計(jì)等方面。CAD軟件功能豐富，在不同的行業(yè)領(lǐng)域中發(fā)揮著相應(yīng)的作用，比如在建筑領(lǐng)域中就為工程建筑設(shè)計(jì)提供了便捷的制圖方式以及數(shù)據(jù)管理功能；在教育領(lǐng)域中就為土木工程、工程管理等專業(yè)教學(xué)提供了支撐。

2)PKPM設(shè)計(jì)軟件(PKPMCAD)。PKPM面向建筑工程全生命周期，集建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、節(jié)能、概預(yù)算、施工技術(shù)、施工管理、企業(yè)信息化于一體的大型建筑工程軟件。

目前，國內(nèi)多高層結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件主要有：PKPM、TBSA、SAP2000、ETABS、MIDAS、TUS，在眾多的結(jié)構(gòu)軟件中，PKPM系列軟件是目前設(shè)計(jì)單位相當(dāng)普及的一種設(shè)計(jì)軟件，因此，該軟件也成為土建類專業(yè)集實(shí)踐性實(shí)用性為一體的一門專業(yè)課程，通過該課程的教學(xué)不僅要求學(xué)生掌握操作步驟，而且要培養(yǎng)學(xué)生對設(shè)計(jì)中各種復(fù)雜因素的綜合分析能力和解決工程實(shí)際問題的能力，使學(xué)生的實(shí)踐能力由基本操作技能向?qū)I(yè)技能技術(shù)應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力提高。

1.2 土建預(yù)算類主流軟件

1)廣聯(lián)達(dá)預(yù)算軟件(Grandsoft)。廣聯(lián)達(dá)系列軟件廣泛應(yīng)用于建筑、土建、給排水、采暖燃?xì)?、電氣、消防、裝飾裝修、地鐵、水工、公路等行業(yè)。其中應(yīng)用最廣泛的是廣聯(lián)達(dá)預(yù)算軟件，它包含圖形算量軟件、計(jì)價(jià)軟件、鋼筋抽樣軟件、安裝算量軟件四個(gè)模塊。它將手工思路內(nèi)置于軟件中，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行快速、完整的計(jì)算，將人從傳統(tǒng)的繁瑣計(jì)算過程中解脫出來。

2)斯維爾算量軟件(Thsware)。其中包括斯維爾三維算量軟件(THS-3DA2014)、斯維爾安裝算量軟件(THS-3DM2014)、清單計(jì)價(jià)軟件(THS-BQ2013)等模塊。在土木建筑中能夠結(jié)合土木建筑的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行3D虛擬現(xiàn)實(shí)、真實(shí)場景互動(dòng)，具有操作簡單、可進(jìn)行數(shù)據(jù)交換等特點(diǎn)。斯維爾算量軟件主要適用于發(fā)包方、承包方、咨詢方、監(jiān)理方等單位的建設(shè)工程造價(jià)管理，編制工程預(yù)算、決算，以及編制招標(biāo)、投標(biāo)文件，也可用于建筑行業(yè)中的土建、鋼筋、給排水、電氣、暖通等工程量和工程進(jìn)度管理領(lǐng)域。

1.3 土建建模類主流軟件

1)Revit軟件(Autodesk Revit)。Revit提供支持建筑設(shè)計(jì)、MEP工程設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)工程的工具，并具有互操性強(qiáng)、參數(shù)化構(gòu)建、工作共享、Vault集成等特色。在同一個(gè)模型中，它會(huì)記錄所有的圖紙、二維視角、三維視角以及明細(xì)表。Revit系列軟件是專為建筑信息模型(BIM)創(chuàng)建的，建筑設(shè)計(jì)師可以運(yùn)用軟件完成設(shè)計(jì)、建造等工作和維護(hù)質(zhì)量更好、能效更高的建筑。

2)草圖大師軟件(SketchUp)。它可以快速和方便地創(chuàng)建、觀察和修改三維創(chuàng)意，應(yīng)用在建筑、規(guī)劃、園林、景觀、室內(nèi)以及工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。SketchUp具有方便的推拉功能，設(shè)計(jì)師通過一個(gè)圖形就可以方便地生成3D幾何體，無需進(jìn)行復(fù)雜的三維建模，是三維建筑設(shè)計(jì)方案創(chuàng)作的優(yōu)秀工具。

1.4 土建類可視化主流軟件

1)Lumion建筑可視化軟件 (Lumion)。Lumion由Act-3D公司于2010年11月份發(fā)布，它是一個(gè)實(shí)時(shí)的3D可視化工具，涉及到的領(lǐng)域包括設(shè)計(jì)、規(guī)劃和建筑。在建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用，在sketchup中建立三維模型后導(dǎo)入Lumion中，完成AutoCAD圖形文件到Lumion模型數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。在成功導(dǎo)入模型后，根據(jù)Lumion自帶的強(qiáng)大的模型素材庫，能滿足各種渲染要求。在賦予材質(zhì)的同時(shí)，Lumion會(huì)實(shí)時(shí)顯示，這為工作者調(diào)整渲染效果提供了便利，縮短了工作時(shí)間。

2)3D Studio Max軟件(3D Max)。3D Max是基于PC系統(tǒng)的三維動(dòng)畫渲染和制作軟件。應(yīng)用于廣告、影視、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)、三維動(dòng)畫、多媒體制作、游戲以及工程可視化等領(lǐng)域。3D Max具有性價(jià)比高、便于交流、上手容易等優(yōu)勢。在國內(nèi)發(fā)展的相對比較成熟的建筑效果圖和建筑動(dòng)畫制作中，3D Max的使用率占據(jù)了絕對優(yōu)勢。

2 土建類主流軟件教學(xué)應(yīng)用

通過調(diào)研，筆者初步了解到6所省內(nèi)外高校土建類專業(yè)虛擬仿真軟件在教學(xué)中的應(yīng)用(見表1)。

2.1 985高校軟件教學(xué)應(yīng)用

1)A大學(xué)土建類軟件教學(xué)應(yīng)用。A大學(xué)將AutoCAD軟件作為土木類專業(yè)從識圖到繪圖的入門基礎(chǔ)，教師課堂教學(xué)主要以講授理論知識為主，同時(shí)在教師機(jī)上示范操作； 該校3D Max、Revit和Lumion軟件等主要應(yīng)用在建筑學(xué)專業(yè)中，廣聯(lián)達(dá)預(yù)算軟件、PKPM軟件、斯維爾軟件應(yīng)用在土木工程和工程管理專業(yè)的實(shí)操過程中。該課學(xué)院機(jī)房課外時(shí)間面向?qū)W生開放，鼓勵(lì)學(xué)生自主式、探究式進(jìn)行深入學(xué)習(xí)。

表1 6所高校軟件輔助教學(xué)情況

2)B大學(xué)土建類軟件教學(xué)應(yīng)用。B大學(xué)開設(shè)AutoCAD、Lumion、PKPM和CAD軟件課程培養(yǎng)學(xué)生利用軟件操作自主獨(dú)立地完成建筑設(shè)計(jì)，使其具有設(shè)計(jì)方案和施工圖繪制的初步能力。PKPM軟件重點(diǎn)掌握常用的四大任務(wù)，任務(wù)一是結(jié)構(gòu)平面計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(PMCAD)；任務(wù)二是框排架計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(PK);任務(wù)三是結(jié)構(gòu)空間有限元分析設(shè)計(jì)軟件(SAT-8);任務(wù)四是基礎(chǔ)工程計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(JCCAD)。教學(xué)時(shí)針對選定的工程項(xiàng)目從了解軟件的基本功能和主要技術(shù)條件入手，在學(xué)生熟悉各級菜單命令及其操作方法的基礎(chǔ)，循序漸進(jìn)地掌握PMCAD結(jié)構(gòu)建模的主要步驟、荷載的輸入、計(jì)算數(shù)據(jù)文件形成、結(jié)構(gòu)平面施工圖的繪制，PMCAD接力PK, PMCAD接力SAT-8進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算和配筋并繪制梁柱施工圖的方法、SAT-8接力JCCAD、地質(zhì)資料輸入、地基基礎(chǔ)計(jì)算、繪制基礎(chǔ)施工圖等操作。前一任務(wù)是后一任務(wù)的基礎(chǔ)。要求學(xué)生步步銜接，一步一驗(yàn)，最終完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)。

2.2 211高校軟件教學(xué)應(yīng)用

1)C大學(xué)土建類軟件教學(xué)應(yīng)用。C大學(xué)土木類專業(yè)軟件教學(xué)內(nèi)容由理論課程教學(xué)和實(shí)操教學(xué)這兩部分組成。軟件實(shí)操教學(xué)一般穿插在認(rèn)識實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)中。需要進(jìn)行實(shí)操的軟件教學(xué)課程有： AutoCAD、SketchUp、Lumion、Grandsoft和Thsware。通過系列軟件的輔助教學(xué)，構(gòu)建了“理論與工程應(yīng)用互相貫通”的教學(xué)模式。

2)D大學(xué)土建類軟件教學(xué)應(yīng)用。D大學(xué)在進(jìn)行土木類專業(yè)教學(xué)過程中，開設(shè)AutoCAD、Grandsoft、PKPM、SketchUP、和Lumion軟件，教學(xué)實(shí)施中將軟件教學(xué)與理論教學(xué)相結(jié)合，在給排水工程專業(yè)教學(xué)中，主要培養(yǎng)學(xué)生利用Lumion建筑可視化軟件對給排水設(shè)計(jì)方案的合理性進(jìn)行分析。在課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)中加以實(shí)施，使學(xué)生熟練掌握專業(yè)軟件的使用，通過課堂教學(xué)和課外大量時(shí)間實(shí)際操作訓(xùn)練，初步實(shí)現(xiàn)了工程軟件的應(yīng)用，最后通過畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，強(qiáng)化軟件的綜合運(yùn)用，培養(yǎng)學(xué)生能夠運(yùn)用工程軟件進(jìn)行復(fù)雜的實(shí)際工程的計(jì)算分析。

2.3 普通地方高校軟件教學(xué)應(yīng)用

1)E大學(xué)土建類軟件教學(xué)應(yīng)用。E大學(xué)在軟件教學(xué)中針對校企合作的真實(shí)項(xiàng)目，采用課堂理論講授，施工現(xiàn)場實(shí)景教學(xué)，通過軟件輔助真實(shí)項(xiàng)目教學(xué)，使學(xué)生們學(xué)習(xí)CAD高級應(yīng)用技術(shù)，學(xué)生在學(xué)會(huì)用軟件解決實(shí)際問題的同時(shí)，掌握土建圖學(xué)基礎(chǔ)方法與技能。學(xué)校專業(yè)課程設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)，用到的軟件有Grandsoft、SketchUp和Lumion。教學(xué)中正確處理工程理論教學(xué)與工程軟件應(yīng)用教學(xué)的關(guān)系，在土木工程、給排水工程、建筑學(xué)與城市規(guī)劃4個(gè)專業(yè)的課程設(shè)計(jì)中基本實(shí)現(xiàn)工程軟件的應(yīng)用。

2)F大學(xué)土建類軟件教學(xué)應(yīng)用。F大學(xué)開設(shè)土木工程、工程造價(jià)與工程管理專業(yè)，教學(xué)中采用AutoCAD、PKPM、Grandsoft與Revit軟件，教學(xué)改革中將工程實(shí)例項(xiàng)目引入相關(guān)課程教學(xué)通過軟件輔助教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生利用軟件解決工程實(shí)際問題的能力。該校人才培養(yǎng)方案設(shè)置AutoCAD課程同時(shí)還設(shè)置獨(dú)立1學(xué)分課程設(shè)計(jì)；該校與廣聯(lián)達(dá)公司及各施工單位、造價(jià)公司合作，將Grandsoft、Thsware和PKPM軟件等用于工程造價(jià)、工程管理、土木工程專業(yè)的實(shí)際操作，從而增強(qiáng)學(xué)生對實(shí)際工程領(lǐng)域中軟件運(yùn)用的認(rèn)識與實(shí)踐能力。PKPM 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件目前國內(nèi)兩種模式并存，大多數(shù)院校一般和鋼筋混凝土課程組合在一起講授，缺乏對PKPM結(jié)構(gòu)軟件對學(xué)生能力提高的認(rèn)識，針對上述情況，該校采用PKPM獨(dú)立教學(xué)，上課時(shí)，教師和學(xué)生人手一機(jī)。教師通過網(wǎng)絡(luò)教室教師機(jī)管理軟件控制全體學(xué)生的微機(jī)，將教師操作的屏幕界面在學(xué)生機(jī)上完全顯示出來 ，學(xué)生對操作方法的感受很真實(shí) ，教師在操作時(shí)的所有細(xì)微的過程和技巧，學(xué)生都能夠隨時(shí)掌握。

3 結(jié) 語

傳統(tǒng)土建類專業(yè)學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)是全部由學(xué)生手算并手工繪圖，教學(xué)中引入PKPM和Grandsoft等軟件輔助教學(xué)后，在學(xué)生做畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí) ，同時(shí)采用電算和手算。以土木工程專業(yè)為例，學(xué)生畢業(yè)入職后，大部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是借助PKPM等軟件來完成，因此，在做畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)，學(xué)生先手算完成結(jié)構(gòu)中有代表性的一榀框架，再用PKPM軟件對自己所設(shè)計(jì)的整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體計(jì)算。計(jì)算結(jié)束后，對手算和軟件計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比分析，并總結(jié)計(jì)算結(jié)果偏大偏小的原因。高校將傳統(tǒng)教學(xué)與軟件技能教學(xué)融合在一起,是順應(yīng)信息化時(shí)代發(fā)展的需求，軟件教學(xué)輔助傳統(tǒng)教學(xué)，是高校土建類教學(xué)改革的重要方向。

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