探討利用BIM 技術(shù)的建筑力學(xué)課程教學(xué)改革研究

魏 海

（湖州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 湖州 313000）

0 引言

BIM 的全拼是Building Information Modeling ，即建筑信息模型。BIM 是以數(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，BIM 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 技術(shù)的發(fā)展在我國(guó)已有多年，且BIM 技術(shù)的學(xué)習(xí)是系統(tǒng)的。要掌握BIM 技術(shù)的基礎(chǔ)建模的能力，需要專門開設(shè)課程，并且學(xué)習(xí)時(shí)間至少長(zhǎng)達(dá)一個(gè)學(xué)期?？墒呛芏辔恼掠嘘P(guān)建筑力學(xué)的課程改革都提出讓學(xué)生在建筑力學(xué)課程中學(xué)會(huì)BIM 技術(shù)并能建三維模型來提高學(xué)習(xí)積極性，加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，這些都是不切實(shí)際的。BIM 技術(shù)涉及的軟件眾多，任意一款軟件都需要很多課時(shí)去系統(tǒng)學(xué)習(xí)。相反很多講授建筑力學(xué)這門課程的教師，自己并不清楚BIM 技術(shù)是什么，更不懂BIM 技術(shù)所涉及軟件的具體操作。因此，本文在探討如何利用BIM 技術(shù)進(jìn)行建筑力學(xué)課程教學(xué)改革前，花了大量時(shí)間學(xué)習(xí)了很多BIM 技術(shù)的相關(guān)軟件，從而在BIM 技術(shù)中尋找出建筑力學(xué)課程中有用的元素。

1 傳統(tǒng)建筑力學(xué)課程存在的問題

1.1 教學(xué)知識(shí)

建筑力學(xué)的授課主要知識(shí)主要包括理論力學(xué)、材料力學(xué)和力學(xué)三方面，需要掌握外力、內(nèi)力、應(yīng)力及結(jié)構(gòu)體系組合分析等內(nèi)容。建筑力學(xué)知識(shí)為建筑結(jié)構(gòu)、土力學(xué)與地基基礎(chǔ)等建筑類課程提供理論基礎(chǔ)。學(xué)生畢業(yè)后在未來建造的工程項(xiàng)目都是需要較為扎實(shí)的建筑力學(xué)基礎(chǔ)的。但這些知識(shí)點(diǎn)很抽象，教學(xué)內(nèi)容枯燥，學(xué)生不知道如何在生活、工作中去應(yīng)用建筑力學(xué)知識(shí)，從而造成學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性很差。

1.2 教學(xué)安排

建筑力學(xué)課程開設(shè)在大學(xué)一年級(jí)的第一個(gè)學(xué)期，對(duì)于很多學(xué)生來說，是沒有機(jī)會(huì)和時(shí)間通過其他課程去學(xué)習(xí)BIM 技術(shù)的，所以很難讓學(xué)生在建筑力學(xué)課程里自己去動(dòng)手建模。但是大量教師去談?wù)摪袯IM 技術(shù)引入到建筑力學(xué)課程學(xué)習(xí)中，讓學(xué)生自己動(dòng)手建模，這是紙上談兵，不切實(shí)際的。

1.3 職業(yè)目標(biāo)

建筑力學(xué)課程針對(duì)大一新生，很多學(xué)生還沒有進(jìn)入建筑類專業(yè)的氛圍中。對(duì)身邊和網(wǎng)絡(luò)上的建筑工程事故漠不關(guān)心，對(duì)以后自身將從事的建筑行業(yè)沒有歸屬感。如果學(xué)生身上沒有一點(diǎn)對(duì)以后從事的職業(yè)的責(zé)任感，很難有較大的動(dòng)力去學(xué)習(xí)建筑力學(xué)這樣的專業(yè)基礎(chǔ)課。例如高職院校開設(shè)較晚的專業(yè)市政工程和建筑工程管理，一部分學(xué)生對(duì)這個(gè)專業(yè)的認(rèn)知還是很模糊的。甚至很多學(xué)生在高考時(shí)放棄物理，對(duì)建筑相關(guān)專業(yè)的學(xué)習(xí)也造成較大影響，也進(jìn)一步使學(xué)生較難融入建筑相關(guān)的專業(yè)的氛圍中。

1.4 考核方案

當(dāng)前建筑力學(xué)課程考核主要為平時(shí)成績(jī)與期末成績(jī)的結(jié)合。大部分學(xué)生的思維還是停留在高中階段，認(rèn)為期末考試卷面成績(jī)優(yōu)異，就代表這門課程學(xué)習(xí)優(yōu)異。同時(shí)很多任課教師對(duì)學(xué)生的平時(shí)成績(jī)打分，是參照學(xué)生的期末卷面成績(jī)給的，并沒有有效監(jiān)督學(xué)生平時(shí)的學(xué)習(xí)情況。更有甚者，部分教師利用平時(shí)成績(jī)來幫助學(xué)生去通過這門課的考核。很多高校的任課教師沒有很好地去利用平時(shí)成績(jī)的考核，讓學(xué)生深入理解建筑力學(xué)知識(shí)，而是一味將建筑力學(xué)知識(shí)停留在期末的卷面考試上。

2 B IM 技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

BIM 技術(shù)在中國(guó)的總體發(fā)展還不是很完善，很多行業(yè)里的人員才剛接觸BIM 技術(shù)。從技術(shù)層面來看，BIM 應(yīng)用技術(shù)本身還沒達(dá)到完全成熟，相應(yīng)的技術(shù)如BIM 后期的動(dòng)畫、虛擬現(xiàn)實(shí)等應(yīng)用于工地的技術(shù)還不是很成熟。從管理層面來看，我國(guó)的管理和發(fā)達(dá)國(guó)家的管理差距還是很大的，由于目前大部分較為成熟BIM 技術(shù)軟件都是美國(guó)主導(dǎo)的，他們的建筑業(yè)本身管理也比較精細(xì)，所以向BIM 邁進(jìn)比我國(guó)要簡(jiǎn)單得多。我國(guó)BIM 技術(shù)的人才隊(duì)伍建設(shè)還是有一定的難度，需要一定時(shí)間去積累。

BIM 基本理念，主要是用虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)來指導(dǎo)、控制現(xiàn)實(shí)施工過程。BIM 技術(shù)能能應(yīng)用到教學(xué)中，是因?yàn)槠淙S可視化。BIM 相關(guān)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)的制定，技術(shù)門檻較高，需要投入的人力、物力也比較大，不是中小型設(shè)計(jì)單位有能力做的事情，更不是一個(gè)高校教師能夠簡(jiǎn)單花少量精力去學(xué)習(xí)和掌握的。BIM 技術(shù)只是一個(gè)工具，真正實(shí)現(xiàn)BIM 的意義是一個(gè)全過程工程管理的模式，是以一種信息化的工作流程和模式來對(duì)建筑行業(yè)進(jìn)行信息化升級(jí)，提升建筑行業(yè)的工作效率，而不是單單的一個(gè)模型。

由于BIM 技術(shù)涉及的軟件眾多，沒有一個(gè)人可以完全掌握BIM 技術(shù)的所有軟件。因此，只能從中篩選合適的軟件去應(yīng)用到建筑力學(xué)課程中。BIM 技術(shù)中最基礎(chǔ)、 最核心的軟件可以建立三維可視化的模型，例如Revit 軟件。但是相當(dāng)一部分文章中提到利用BIM 技術(shù)軟件去做三維模型的受力和變形分析，是由于很多教師自身對(duì)BIM 技術(shù)不了解。能做受力和變形分析的軟件，例如SAP2000 軟件，是研究生階段學(xué)習(xí)研究用到的軟件。但是目前的BIM 技術(shù)概念已經(jīng)將凡是能三維建模的軟件都統(tǒng)統(tǒng)歸入BIM 概念中了。本文不去爭(zhēng)論這樣的概念是否正確，只去探討這些有限元分析軟件作為BIM 技術(shù)的一部分時(shí)，是否值得高職層次的學(xué)生去學(xué)習(xí)或者在課程中應(yīng)用。

3 B IM 技術(shù)在建筑力學(xué)課程教學(xué)中的應(yīng)用

3.1 教學(xué)知識(shí)改革應(yīng)用

建筑力學(xué)知識(shí)的授課應(yīng)該引入更多的工程案例，在工程事故案例的講解中要充分體現(xiàn)建筑力學(xué)知識(shí)的相關(guān)性。如何去體現(xiàn)建筑力學(xué)知識(shí)與工程事故案例的相關(guān)性，可以利用BIM 技術(shù)去建立三維模型去復(fù)原該工程。但是這個(gè)對(duì)建筑力學(xué)這門課的任課教師有較高的技術(shù)要求，同時(shí)也會(huì)增加任課備課過程中的建模時(shí)間。會(huì)BIM 技術(shù)后期制作軟件的教師可以制作簡(jiǎn)單的動(dòng)畫來還原工程事故。除此之外，對(duì)于建筑力學(xué)中設(shè)計(jì)的幾種支座形式，任課教師可以利用BIM 技術(shù)去制作其三維可視化模型，讓學(xué)生更容易理解。BIM 技術(shù)在建筑力學(xué)課程知識(shí)的改革應(yīng)用中，需要任課教師花較多的時(shí)間去學(xué)習(xí)BIM 技術(shù)和應(yīng)用BIM 技術(shù)去制作三維模型。相反，很多文章中錯(cuò)誤地理解成讓學(xué)生在建筑力學(xué)課程中建三維模型，這是切不可取的。同時(shí)，近幾年隨著利用BIM 技術(shù)所建的模型不斷增加，不斷應(yīng)用到建筑力學(xué)的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，通過對(duì)表1 匯總分析，學(xué)生期末的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的得分表現(xiàn)能在一定程度上反映出BIM 技術(shù)可以幫助學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行理解。

表1 應(yīng)用到BIM 技術(shù)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)分值變化

3.2 教學(xué)安排的應(yīng)用

BIM 技術(shù)的一些分析軟件，其實(shí)對(duì)大部分高職學(xué)生來說是不適合的。但是對(duì)于一些接受能力較強(qiáng)的學(xué)生和一些對(duì)建筑力學(xué)想進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)的學(xué)生來說，是值得去學(xué)習(xí)的。結(jié)合筆者指導(dǎo)本校三位同學(xué)參加2021 年全國(guó)大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽來看，三位同學(xué)在課余時(shí)間學(xué)習(xí)了BIM 技術(shù)的分析軟件，并在比賽中制作模型時(shí)很好地利用了BIM 技術(shù)及建筑力學(xué)知識(shí)，取得全國(guó)一等獎(jiǎng)的好成績(jī)。從比賽的結(jié)果和學(xué)生的反饋來看，BIM 技術(shù)的分析軟件也是指值學(xué)習(xí)的。從教學(xué)安排角度來講，應(yīng)該在建筑力學(xué)的第二課堂中開展教學(xué)，第二課課堂的形式可以是力學(xué)工作室也可以是校公選課。目前通過建筑力學(xué)第二課堂讓學(xué)生學(xué)習(xí)BIM技術(shù)相關(guān)軟件，并讓其應(yīng)用建筑力學(xué)知識(shí)制作手工模型。參考表2 可以看出，BIM 軟件建模得分越高的學(xué)生，相應(yīng)的手工制作模型質(zhì)量越好，模型承載力也越強(qiáng)，同時(shí)建筑力學(xué)知識(shí)問答情況也更好。BIM 技術(shù)較好地掌握可以讓學(xué)生對(duì)建筑力學(xué)知識(shí)有更深入的認(rèn)識(shí)，同時(shí)BIM 技術(shù)可以幫助學(xué)生更好地使用建筑力學(xué)知識(shí)制作和優(yōu)化結(jié)構(gòu)模型。

表2 建筑力學(xué)第二課堂BIM 技術(shù)應(yīng)用情況

3.3 考核方案的應(yīng)用

平時(shí)成績(jī)考核應(yīng)該加強(qiáng)體現(xiàn)建筑力學(xué)應(yīng)用的重要性，利用BIM 技術(shù)讓建筑力學(xué)的相關(guān)知識(shí)更加貼近實(shí)際工程，從而調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。例如任課教師通過BIM 技術(shù)的相關(guān)軟件運(yùn)行分析幾個(gè)實(shí)際工程的結(jié)構(gòu)模型后，讓學(xué)生分組去讀懂軟件分析出來的內(nèi)力圖和變形圖。讓學(xué)生們?nèi)シ治鼋Y(jié)構(gòu)模型中哪個(gè)桿件最危險(xiǎn)，哪個(gè)位置需要加大桿件尺寸和優(yōu)化桿件截面設(shè)計(jì)等。因?yàn)閷?shí)際工程結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，幾乎不太可能人為去計(jì)算得到其內(nèi)力圖，通過軟件得出分析結(jié)果后，適合所有學(xué)生去理解。因此，將BIM 技術(shù)用于考核學(xué)生平時(shí)對(duì)建筑力學(xué)知識(shí)的理解還是有很大幫助的，同時(shí)第二課堂可以作為建筑力學(xué)深入學(xué)習(xí)的有效形式。期末考試強(qiáng)調(diào)學(xué)生的力學(xué)計(jì)算能力和基礎(chǔ)知識(shí)的記憶，平時(shí)成績(jī)借助BIM 技術(shù)的相關(guān)軟件來考核學(xué)生對(duì)實(shí)際工程的受力分析的理解。

4 結(jié)語

隨著BIM 技術(shù)的不斷發(fā)展，讓大部分高校越來越重視其。同時(shí)建筑力學(xué)是一門理論性很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，直接影響學(xué)生后續(xù)專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)及工作中對(duì)所做工程的認(rèn)。將BIM 技術(shù)應(yīng)用于建筑力學(xué)課程教學(xué)是較為困難的，任課教師自己需要花費(fèi)很大精力去學(xué)習(xí)、掌握。引入BIM 技術(shù)來進(jìn)行輔助教學(xué)，能夠促進(jìn)學(xué)生對(duì)實(shí)際工程的理解。同時(shí)將第二課堂作為建筑力學(xué)課程的延伸，讓部分學(xué)生能夠更好地掌握建筑力學(xué)的相關(guān)知識(shí)。通過近幾年不斷將BIM 技術(shù)應(yīng)用到高職院校的建筑力學(xué)課堂，可以較為明顯地看到，BIM 技術(shù)可以幫助學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)知建筑力學(xué)的有關(guān)知識(shí)。