將BIM建模軟件引入土木工程制圖教學的初探

李牧

摘要：建筑信息模型（BIM）正在引發建筑行業一次史無前例的徹底變革，目前Autodesk Revit等主流BIM軟件已進入國內市場，BIM建模軟件的應用和普及已是大勢所趨。而高校土木工程專業的制圖課程，仍以講授Auto CAD為主。BIM建模軟件可以代替Auto CAD加入制圖課程，并且起到更好的輔助教學作用。同時，學生在制圖課上掌握的建模技能，可與后續專業課程銜接，幫助他們順利了解和掌握行業內最先進的技術。

關鍵詞：土木工程制圖;建筑信息模型（BIM）;計算機輔助教學;計算機輔助設計

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）22-0139-03

建筑業是一個歷史悠久的傳統行業，然而由于技術手段、生產模式和管理方式的落后，規模雖大但效益不高。BIM技術自2002年由Autodesk公司率先提出后，逐漸得到建筑行業的普遍認可，徹底改造了傳統工作方式，在美國60%的建筑設計和施工企業應用BIM。目前Autodesk Revit等主流BIM軟件已進入國內市場，隨著BIM技術的推廣以及BIM軟件與其他常用軟件的對接，國內建筑行業也將出現嶄新的面貌。高校教育要與時俱進，跟上行業發展的步伐，所以有必要嘗試將BIM軟件引入傳統課程當中。

一、BIM在國內應用的現狀

建筑信息模型（Building Information Modeling，簡稱BIM）是數字技術在建筑業中的直接表達。簡單來說，BIM就是運用計算機技術，把建筑物事先在電腦上模擬建一遍，提前把可能遇到的問題解決。平面圖紙中不易發現的碰撞等情況，在BIM立體模型中一目了然。傳統建筑行業中，設計、預算、采購、施工、銷售等環節需要每個部門依次流水線式工作。BIM顛覆了原有的工作流程，這些部門協同作業，所有人的工作都被記錄和共享，任何一個參數的變動都會帶來全局影響，運用BIM可以大大減少“推倒重來”式的浪費。對于一些大型場館和超高層建筑，由于建筑造型復雜、體量大、進度緊、涉及工序多、精細化要求高等特點，使用BIM技術輔助設計、施工的成效顯著。如北京奧運會水立方、上海迪斯尼樂園、廣州珠江城大廈等項目，都不同程度運用了BIM，以達到縮短建設周期、節約建設成本、提高施工精度等目的。BIM軟件以Autodesk Revit和Graphisoft ArchiCAD為代表，下文將以Autodesk Revit為例，對BIM建模軟件引入土木工程制圖課程的可行性進行探討。

二、專業繪圖軟件在土木工程制圖教學中的應用

《畫法幾何與建筑制圖》是土木工程專業的必修基礎課，它主要包括畫法幾何和建筑制圖兩部分。畫法幾何的特點是系統性、理論性強，其主要任務是研究平面上表達空間形體的方法。建筑制圖則講授如何應用畫法幾何理論來閱讀和繪制建筑形體。這門課的任務是培養學生的空間思維能力，并讓學生熟練掌握國家制圖標準。目前，許多高校在講授《畫法幾何與建筑制圖》的過程中，還會插入Auto CAD的理論和實踐教學。在畫法幾何部分，Auto CAD二維環境下可講解投影理論習題，使用Auto CAD直線命令和捕捉功能繪制的圖形，比板書或PPT演示更加精確。對于基本形體、組合體的問題，可利用Auto CAD的三維建模功能，在繪圖界面中顯示四個視口，分別對應H、W、V投影和軸測圖，借以迅速提高學生的空間想象能力，加深學生對投影理論的理解。然而在建筑制圖部分，Auto CAD的輔學作用并不明顯。由于建筑物構造復雜且專業性強，使用Auto CAD建模耗時長，精度低，所以在這個階段主要使用Auto CAD繪制二維圖紙。但這與傳統尺規繪圖練習所能達到的學習效果差別不大，只是繪圖速度比尺規快一些

三、將BIM建模軟件引入土木工程制圖教學的探討

（一）臺大MOOC課程的示范

早在2007年，臺灣大學就與Autodesk簽訂了合作協議，重點研究BIM。2009年，臺大土木工程系成立了“工程信息仿真與管理研究中心”（Research Center for Building & Infrastructure Information Modeling and Management），促進BIM相關技術與應用的經驗交流、成果分享、人才培訓與產官學研合作[9]。臺大所開設的MOOC課程，也涉及到BIM相關內容。2014年9月，土木工程系康仕仲教授在Coursera平臺上的《工程圖學》課程中，將工程圖學2D、3D和BIM都納入教學計劃，康教授認為，這些都是土木工程系學生必備的圖學知識。康教授將工程師需要掌握的圖學技能劃分為三個部分，其中第三部分又包含了2D CAD、3D CAD、BIM以及動畫影片等內容。這給制圖課程的改革，提供了一個很好的方向。

（二）Revit教學實踐

由于Revit沒有真正出現在教學環節中，無法進行問卷調查或以班級為單位的試驗教學，但我校2014年學生研究計劃（SRP）“基于Revit軟件的建筑信息模型（BIM）構建”能夠為Revit教學提供可靠的資料。目前該項目已通過中期審查，并取得階段性成果，如圖2所示，“大柵欄·北京坊”工程的建筑、結構模塊的模型已完成。

筆者對參與該項目的五名學生進行訪談，了解Revit的學習和使用情況。訪談分為學習時間、操作難度和先修知識三部分。

1.基本掌握Revit操作流程所需的學習時間。五名學生采取自學和教師指導相結合的方式，進行Revit軟件的學習，并得到了專業BIM團隊工程師的幫助。平均每天耗時1～2個小時，經過1周左右，能夠掌握操作流程，依照參考資料完成簡單建筑物的建模，25～30天后，可以獨立完成建模。學習過程中遇到的難點比學習Auto CAD要多，參考資料也十分有限。endprint

2.相較于Auto CAD，Revit的操作難度。五名同學普遍認為，使用Revit建模比Auto CAD建模操作更方便，速度更快，像是在建真正的房子。發現錯誤修改模型后，所有二維視圖上的相應位置都能夠同步修改，這是使用Auto CAD逐個繪制二維圖紙時無法實現的，能夠大大減少改圖的工作量。

3.使用Revit建模，需要的先修知識。參與SRP項目的五名學生都是大四畢業班的學生，已經完成了全部必修課的學習。他們認為在《畫法幾何與建筑制圖》課程當中學到的投影知識和國家制圖標準，對Revit建模的幫助最大，并可以考慮將Revit建模直接加入建筑制圖課堂。同時，如果講授Revit建模的教師對《房屋建筑學》和《土木工程施工》有一定程度的研究，將會達到更好的效果。

（三）BIM建模軟件引入土木工程制圖教學的可行性

將BIM建模軟件引入土木工程制圖教學中，既順應了建筑行業的發展趨勢，又能借助軟件本身的特性，達到良好的輔助教學作用。

1.BIM建模軟件比Auto CAD更容易操作，建模過程形象生動，使用其代替Auto CAD與傳統教學相結合，可起到更好的輔學效果。使用Auto CAD進行建筑物的三維建模時，只能憑借單一視圖定位，并需要頻繁變換用戶坐標系（UCS），操作過程復雜。而Revit可采用多視圖布置進行建模（平、立、剖、三維），多重尺寸精確定位，從而生成準確無誤的整體模型。而傳統建筑制圖教學中作為重點的Auto CAD二維圖紙繪制，與Revit建模相比，不夠形象生動，難于理解。Revit中軸線、標高不再是單純的線條，而具有實際意義。梁、板、柱等構件有各自的屬性，包含大量與工程實際相關的信息。如圖3所示，Revit在視圖切換過程中，能夠將柱子和墻體的二維圖紙與形象的立體圖形對應起來，原本沒有立體感的圖紙變得易于理解，從而達到輔學效果。

2.將BIM建模和后續課程相結合，使傳統制圖課成為專門為土木工程系定制的先修課程，教學更有針對性。BIM技術運用于建筑行業成效顯著，值得大力推廣，土木工程專業課程必定會跟隨技術進步而改革。BIM建模可以作為《建筑結構CAD》、《土木工程施工》、《建設工程造價管理》、《土木工程項目管理》等課程的先修知識，學生在制圖課中學習的建模知識，可與高年級BIM技術應用課程銜接起來。學生分階段、有側重點地進行學習，才能透徹了解和掌握行業內最先進的技術。例如開設于第6學期的《建設工程造價管理》課程，學生可將BIM模型直接導入廣聯達算量軟件，節省了教師講授廣聯達建模操作的時間，能夠將有限課時更多地分配給專業知識點的教學。而學生原本需花費大量時間識圖并建模，效率低下，如果使用制圖課上預先建好的模型，將節省大量時間和精力，學習過程更加輕松且重點明確。同理，《土木工程施工》課程也可使用此模型，完成進度計劃和施工方案部分的練習。《建筑結構CAD》課程中可將BIM模型導入PKPM中計算分析，進行結構設計練習。從制圖課開始，模擬BIM協同作業過程，將土木工程相關專業課聯系起來。

（四）BIM建模軟件引入土木工程制圖教學的障礙

1.BIM建模軟件對硬件要求高，內存8G起步，需要64位操作系統，而目前普通教學機房達不到這樣的要求。

2.對土木工程制圖教師的知識面和教學質量的要求更高，教師需要在制圖教學中滲透BIM技術的相關知識，才能夠實現與后續課程的對接。

四、結語

BIM是目前建筑行業最先進的信息技術，對新型建筑工業化發展有明顯的推進作用[14]，將其吸納到高校課程當中有十分重要的意義。由于BIM應用于建筑全生命周期[15]，所以這一技術應滲透到土木工程各個專業課程中，才能體現BIM共享信息、協同工作的特點。而將BIM建模軟件引入土木工程制圖課程中，就是讓學生接觸新技術的第一步。同時，由于BIM建模軟件具有比Auto CAD更優越的性能，能夠形象地表達建筑形體，正好可以作為制圖的輔助教學工具，讓枯燥的二維圖紙更容易理解。

參考文獻：

[1]趙雪鋒，李炎鋒，王慧琛.建筑工程專業BIM技術人才培養模式研究[J].中國電力教育，2014，（2）.

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[3]楊遠豐.BIM時代設計軟件與制圖標準的相互對接[J].建筑技藝，2013，（01）.

[4]李紅群.AUTO CAD與建筑制圖組合教學方法研究[J].中國科技信息，2005，（22）.

[5]賀靈童.BIM在全球的應用現狀[J].工程質量，2013，31（03）：12-19.

[6]陳宜.淺談BIM（REVIT）的軟硬件配置[J].建筑創作，2011，（12）：146-151.

[7]紀穎波，周曉茗，李曉桐.BIM技術在新型建筑工業化中的應用[J].建筑經濟，2013，（8）.endprint