基于BIM 技術(shù)的《工程制圖》課程建設(shè)

張晶晶

齊齊哈爾工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161003

一、BIM 技術(shù)概述及特征

BIM（Building Information Modeling）技術(shù)是一種基于數(shù)字化模型的建筑信息集成和管理技術(shù)，能夠在建筑工程的全生命周期內(nèi)提供有效的協(xié)同、可視化、模擬、優(yōu)化和控制功能，從而提高工程質(zhì)量、效率和效益。BIM 技術(shù)不僅包含了描述建筑物構(gòu)件的幾何信息、專業(yè)屬性及狀態(tài)信息，還包含了非構(gòu)件對(duì)象（如空間、運(yùn)動(dòng)行為）的狀態(tài)信息［1］。借助這個(gè)包含建筑工程信息的三維模型，可以大大提高工程的信息集成化程度，從而為各方提供一個(gè)工程信息交換和共享的平臺(tái)。

BIM 技術(shù)具有五大特征：一是可視化，將建筑設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維的各個(gè)階段的信息，以三維模型的形式展現(xiàn)出來；二是模擬化，可以對(duì)建筑物的物理環(huán)境（如氣候、風(fēng)速、地表熱輻射、采光、通風(fēng)等）、出入口、人車流動(dòng)、結(jié)構(gòu)、節(jié)能排放等方面進(jìn)行模擬分析，選擇最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案；三是協(xié)同管理，各參建方在項(xiàng)目規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維全過程通過一個(gè)信息模型協(xié)同工作；四是成本控制，BIM 模型可精確提取工程量信息，從而實(shí)現(xiàn)成本控制［2］；五是進(jìn)度控制，BIM 施工模擬加入進(jìn)度計(jì)劃信息，實(shí)時(shí)模擬工程進(jìn)度。

建筑信息模型BIM 技術(shù)是建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和創(chuàng)新發(fā)展的重要?jiǎng)恿?，同時(shí)也對(duì)建筑教育提出了新的要求和契機(jī)。BIM 技術(shù)不僅可以提高建筑設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維的效率和質(zhì)量，還可以培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力、繪圖技能、工程認(rèn)知能力、協(xié)作能力和創(chuàng)新能力。因此，建筑專業(yè)的教學(xué)改革和課程建設(shè)應(yīng)該充分利用BIM 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，以適應(yīng)行業(yè)需求和教學(xué)目標(biāo)。

二、BIM 技術(shù)對(duì)《工程制圖》課程的影響和啟示

《工程制圖》是建筑專業(yè)的基礎(chǔ)課程，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力、繪圖技能和工程認(rèn)知能力具有重要作用。傳統(tǒng)的《工程制圖》課程主要以二維平面圖為主，通過手繪或CAD 軟件進(jìn)行繪制，重點(diǎn)在于教授學(xué)生基本的繪圖規(guī)范、方法和技巧。然而，隨著BIM 技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，二維平面圖已經(jīng)不能滿足建筑設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維的需求，需要通過三維模型來表達(dá)和管理建筑信息。因此，《工程制圖》課程也需要與時(shí)俱進(jìn)，引入BIM 技術(shù)，進(jìn)行改革和建設(shè)。

BIM 技術(shù)對(duì)《工程制圖》課程的影響和啟示主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

第一，課程內(nèi)容：《工程制圖》課程應(yīng)該在傳統(tǒng)的二維平面圖基礎(chǔ)上，增加三維建模的內(nèi)容，讓學(xué)生掌握使用BIM 軟件進(jìn)行三維建模和二維繪圖的方法和技巧。同時(shí)，應(yīng)該擴(kuò)展《工程制圖》課程的范圍，不僅涵蓋建筑專業(yè)，還包括結(jié)構(gòu)、機(jī)電等相關(guān)專業(yè)，讓學(xué)生了解各專業(yè)之間的關(guān)系和協(xié)調(diào)。此外，應(yīng)該增加BIM 技術(shù)在工程設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維等各階段的應(yīng)用案例，讓學(xué)生了解BIM 技術(shù)的實(shí)際價(jià)值和意義。

第二，教學(xué)方法：《工程制圖》課程應(yīng)該采用正向設(shè)計(jì)的思路，即先進(jìn)行三維建模，再生成二維圖紙。這樣可以讓學(xué)生從整體到局部，從立體到平面，從抽象到具體地理解建筑物的結(jié)構(gòu)、形態(tài)和功能［3］。同時(shí)，應(yīng)該利用BIM 軟件的可視化、模擬、優(yōu)化等功能，讓學(xué)生通過動(dòng)態(tài)交互、實(shí)時(shí)反饋、多角度觀察等方式進(jìn)行學(xué)習(xí)。此外，應(yīng)該結(jié)合實(shí)際工程案例進(jìn)行模擬分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，讓學(xué)生在實(shí)踐中鍛煉自己的創(chuàng)新能力和解決問題的能力。

第三，評(píng)價(jià)方式：《工程制圖》課程應(yīng)該采用多元化、過程化、開放性的評(píng)價(jià)方式，不僅考查學(xué)生的繪圖質(zhì)量和規(guī)范性，還考查學(xué)生的建筑認(rèn)知能力、協(xié)作能力和創(chuàng)新能力。可以采用BIM 軟件自帶的檢測(cè)和評(píng)價(jià)功能，對(duì)學(xué)生的三維模型進(jìn)行質(zhì)量、碰撞、能耗等方面的檢測(cè)和評(píng)價(jià)，給出客觀的反饋和建議。同時(shí)，可以采用項(xiàng)目式、團(tuán)隊(duì)式、競(jìng)賽式等方式，讓學(xué)生參與到具有實(shí)際意義的工程設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維等任務(wù)中，通過展示、交流、評(píng)審等方式，對(duì)學(xué)生的綜合能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。

三、基于BIM 技術(shù)的《工程制圖》課程建設(shè)的措施和建議

為了實(shí)現(xiàn)基于BIM 技術(shù)的《工程制圖》課程建設(shè)，本文提出以下幾點(diǎn)措施和建議：

（一）加強(qiáng)BIM 技術(shù)的教學(xué)培訓(xùn)，提高教師和學(xué)生的BIM 技術(shù)水平

高?？梢酝ㄟ^組織BIM 技術(shù)培訓(xùn)班、邀請(qǐng)BIM 技術(shù)專家舉辦講座、參加BIM 技術(shù)相關(guān)的會(huì)議和競(jìng)賽等方式，提高教師和學(xué)生的BIM 技術(shù)理論知識(shí)和實(shí)踐能力。同時(shí)，應(yīng)該加強(qiáng)BIM 軟件的教學(xué)資源建設(shè)，配備足夠的硬件設(shè)備和軟件平臺(tái)，為教學(xué)提供良好的條件。

例如邀請(qǐng)BIM 技術(shù)專家舉辦講座?？梢匝?qǐng)國內(nèi)外知名的BIM 技術(shù)專家、企業(yè)家、工程師等，來校進(jìn)行BIM 技術(shù)相關(guān)的專題講座或報(bào)告。通過這種方式，可以使教師和學(xué)生了解BIM 技術(shù)在不同領(lǐng)域和行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀、前沿趨勢(shì)、典型案例等，拓寬他們的視野和思路，激發(fā)他們的興趣和創(chuàng)造力。教師和學(xué)生還需積極參加BIM 技術(shù)相關(guān)的會(huì)議和競(jìng)賽。鼓勵(lì)教師和學(xué)生積極參加國內(nèi)外各類與BIM 技術(shù)相關(guān)的研討會(huì)、論壇、展覽等活動(dòng)，與其他參與者交流經(jīng)驗(yàn)、分享成果、建立合作等。同時(shí)，可以組織或參與各種與BIM 技術(shù)相關(guān)的競(jìng)賽、挑戰(zhàn)賽、創(chuàng)新大賽等活動(dòng)，以實(shí)際項(xiàng)目為載體，展示自己的BIM 技術(shù)水平和應(yīng)用能力。通過這種方式，可以使教師和學(xué)生增強(qiáng)自己的BIM 技術(shù)實(shí)踐能力和競(jìng)爭(zhēng)力，提升自己的專業(yè)水平和社會(huì)影響力［3］。

此外，學(xué)校應(yīng)該加強(qiáng)BIM 軟件的教學(xué)資源建設(shè)，配備足夠的硬件設(shè)備和軟件平臺(tái)，為教學(xué)提供良好的條件。目前市場(chǎng)上有多種不同類型和功能的BIM 軟件，如Revit、ArchiCAD、Tekla、Navisworks 等，它們各有優(yōu)劣，適用于不同階段和專業(yè)的工程項(xiàng)目。為了使教師和學(xué)生能夠熟練掌握并靈活運(yùn)用這些軟件，應(yīng)該根據(jù)《工程制圖》課程的內(nèi)容和目標(biāo)，選擇合適的軟件進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐。例如，Revit 和ArchiCAD 適合于建筑設(shè)計(jì)階段，可以快速生成三維模型和二維圖紙；Tekla 適合于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，可以進(jìn)行精細(xì)的構(gòu)件建模和施工圖制作；Navisworks 適合于施工管理階段，可以進(jìn)行模型集成和碰撞檢測(cè)。通過使用不同的BIM 軟件，教師可以展示工程項(xiàng)目的全過程和各個(gè)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生更好地理解和掌握工程制圖的基本原理和方法。

（二）更新《工程制圖》課程的教學(xué)大綱和教材，反映BIM 技術(shù)的最新發(fā)展和應(yīng)用

工程學(xué)院應(yīng)該根據(jù)BIM 技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，調(diào)整《工程制圖》課程的內(nèi)容、結(jié)構(gòu)和比重，增加三維建模、專業(yè)協(xié)調(diào)、工程應(yīng)用等方面的內(nèi)容，減少二維平面圖的內(nèi)容。同時(shí)，應(yīng)該選擇或編寫適合BIM 技術(shù)教學(xué)的教材，包含豐富的理論知識(shí)、實(shí)例分析和操作指南，為教學(xué)提供有效的支撐。

例如三維建模是BIM 技術(shù)的核心，也是《工程制圖》課程的重點(diǎn)。通過三維建模，可以快速、準(zhǔn)確地表達(dá)工程設(shè)計(jì)的意圖，提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。三維建模也可以方便地生成各種視圖和圖紙，滿足不同專業(yè)和階段的需求。因此，《工程制圖》課程應(yīng)該增加三維建模的教學(xué)時(shí)間和難度，讓學(xué)生掌握常用的三維建模軟件和方法，能夠創(chuàng)建和修改各類三維模型。

專業(yè)協(xié)調(diào)是BIM 技術(shù)的重要功能，也是《工程制圖》課程的難點(diǎn)。通過專業(yè)協(xié)調(diào)，可以檢測(cè)和解決各專業(yè)之間的沖突和不一致，保證工程設(shè)計(jì)的完整性和協(xié)調(diào)性。專業(yè)協(xié)調(diào)也可以促進(jìn)各專業(yè)之間的溝通和協(xié)作，提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。因此，《工程制圖》課程應(yīng)該增加專業(yè)協(xié)調(diào)的教學(xué)內(nèi)容和案例，讓學(xué)生了解專業(yè)協(xié)調(diào)的原理和流程，能夠使用專業(yè)協(xié)調(diào)軟件和方法，進(jìn)行有效的專業(yè)協(xié)調(diào)。

工程應(yīng)用是BIM 技術(shù)的廣泛領(lǐng)域，也是《工程制圖》課程的拓展點(diǎn)。通過工程應(yīng)用，可以將BIM 技術(shù)與各種工程相關(guān)的領(lǐng)域結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)多維、全生命周期、全要素的工程管理。工程應(yīng)用也可以展示BIM 技術(shù)在實(shí)際項(xiàng)目中的價(jià)值和效果，激發(fā)學(xué)生對(duì)BIM 技術(shù)的興趣和熱情［4］。因此，《工程制圖》課程應(yīng)該增加工程應(yīng)用的教學(xué)范圍和深度，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)BIM 技術(shù)在規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等方面的應(yīng)用場(chǎng)景和方法，能夠參與或開展相關(guān)的工程應(yīng)用項(xiàng)目。

二維平面圖是傳統(tǒng)的《工程制圖》課程的主要內(nèi)容，但在BIM 技術(shù)下已經(jīng)不再是必要或主要的表達(dá)方式。通過二維平面圖，可以簡單地描述工程設(shè)計(jì)的基本信息，但不能反映工程設(shè)計(jì)的全貌和細(xì)節(jié)。二維平面圖也不能滿足多專業(yè)協(xié)同、信息共享、變更追蹤等BIM 技術(shù)的特點(diǎn)和要求。因此，《工程制圖》課程應(yīng)該減少二維平面圖的教學(xué)比重和時(shí)間，轉(zhuǎn)而重點(diǎn)教授三維模型的創(chuàng)建、編輯、分析和展示。通過三維模型，可以更直觀、全面、準(zhǔn)確地表達(dá)工程設(shè)計(jì)的意圖和內(nèi)容，也可以更方便地進(jìn)行模型檢查、沖突檢測(cè)、量算統(tǒng)計(jì)等工作。三維模型還可以生成各種視圖和報(bào)告，以滿足不同用戶和目的的需要［5］。

（三）改革《工程制圖》課程的教學(xué)方法和評(píng)價(jià)方式，提高教學(xué)效果和質(zhì)量

課程改革應(yīng)該采用正向設(shè)計(jì)的思路，利用BIM 軟件進(jìn)行三維建模和二維繪圖，讓學(xué)生從整體到局部，從立體到平面，從抽象到具體地理解建筑物。同時(shí)，應(yīng)該利用BIM 軟件的可視化、模擬、優(yōu)化等功能，讓學(xué)生通過動(dòng)態(tài)交互、實(shí)時(shí)反饋、多角度觀察等方式進(jìn)行學(xué)習(xí)。此外，應(yīng)該結(jié)合實(shí)際工程案例進(jìn)行模擬分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，讓學(xué)生在實(shí)踐中鍛煉自己的創(chuàng)新能力和解決問題的能力。在評(píng)價(jià)方式上，應(yīng)該采用多元化、過程化、開放性的評(píng)價(jià)方式，不僅考查學(xué)生的繪圖質(zhì)量和規(guī)范性，還考查學(xué)生的建筑認(rèn)知能力、協(xié)作能力和創(chuàng)新能力。

例如在教學(xué)關(guān)于住宅建筑設(shè)計(jì)的內(nèi)容時(shí)，教師首先讓學(xué)生利用BIM 軟件進(jìn)行住宅建筑的三維建模，包括結(jié)構(gòu)、材料、設(shè)備等要素。其次，再引導(dǎo)學(xué)生利用BIM軟件進(jìn)行住宅建筑的二維繪圖，包括平面圖、立面圖、剖面圖等。通過這樣的方式，學(xué)生可以從不同的角度和層次來觀察和理解住宅建筑的形態(tài)、功能、結(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié)［6］。

根據(jù)公共建筑設(shè)計(jì)的課程內(nèi)容，教師同樣可以先讓學(xué)生利用BIM 軟件進(jìn)行公共建筑的三維建模，然后，教師可以利用BIM 軟件的可視化功能，展示公共建筑的外觀、內(nèi)部空間、光照效果等。通過這樣的方式，學(xué)生可以直觀地感受公共建筑的美感、氛圍和舒適度。

在教授工程分析與優(yōu)化的內(nèi)容時(shí)，教師可以利用BIM 軟件的模擬功能，對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)行各種分析，如結(jié)構(gòu)分析、能耗分析、碳排放分析等。通過這樣的方式，學(xué)生可以了解工程項(xiàng)目的性能、效率和環(huán)境影響。

在學(xué)生學(xué)習(xí)創(chuàng)新設(shè)計(jì)與實(shí)踐的課程時(shí)，教師首先讓學(xué)生學(xué)會(huì)在BIM 軟件上進(jìn)行某一工程項(xiàng)目的三維建模。其次，教師利用BIM 軟件的優(yōu)化功能，對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)行各種優(yōu)化，如結(jié)構(gòu)優(yōu)化、能耗優(yōu)化。通過這樣的方式，學(xué)生可以探索工程項(xiàng)目的改進(jìn)空間和潛力［7］。

在評(píng)價(jià)《工程制圖》課程時(shí)，教師可以采用多元化、過程化、開放式的評(píng)價(jià)方法，如自我評(píng)價(jià)、同伴評(píng)價(jià)、項(xiàng)目評(píng)價(jià)等。通過這樣的方式，教師可以全面地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和進(jìn)步情況，并給予及時(shí)的反饋和指導(dǎo)。

四、結(jié)束語

本文以《工程制圖》課程為研究對(duì)象，探討了基于BIM 技術(shù)的課程建設(shè)的理論和實(shí)踐，分析了BIM 技術(shù)在工程制圖教學(xué)中的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，提出了基于BIM 技術(shù)的《工程制圖》課程改革的內(nèi)容和對(duì)策，并結(jié)合實(shí)際案例展示了基于BIM 技術(shù)的《工程制圖》課程建設(shè)的效果和價(jià)值。《工程制圖》是建筑專業(yè)的基礎(chǔ)課程，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力、繪圖技能和工程認(rèn)知能力具有重要作用。本文旨在為建筑專業(yè)的教學(xué)改革和課程建設(shè)提供一些參考和借鑒，也希望能夠引起相關(guān)領(lǐng)域的關(guān)注和研究，促進(jìn)BIM 技術(shù)在建筑教育中的廣泛應(yīng)用和深入發(fā)展。