基于BIM的土木工程專業制圖教學改革應用與研究

鄧朗妮

摘要： BIM強大的可視化能力和信息集成能力，為土木工程專業制圖教學提供了新的研究手段和方向。在分析了現在土木工程專業制圖教學中存在的問題，提出了基于BIM的土木工程專業制圖從二維轉向三維的構想，探討了基于BIM的土木工程專業制圖進行教學改革的優勢。文中闡述了基于BIM的土木工程設計建模、制圖出圖的優越性，其過程相比傳統手工制圖及CAD制圖則變得更加形象和直觀。分析并指出基于BIM的土木工程專業制圖教學改革是可行的，故應積極開展BIM類土木工程相關制圖課程。

Abstract： BIM's great information visualization and interaction capability， provides new research methods and direction for the civil engineering professional cartography teaching. After analyzing the existing problems in civil engineering graphics teaching， this paper puts forward the idea of BIM - based civil engineering drawing from 2D to 3D， and discusses the advantages of BIM - based civil engineering graphics teaching reform. This paper describes the superiority of civil engineering design modeling and drawing based on BIM， and its process is more visual and intuitive than the traditional manual drawing and CAD drawing. It is pointed out that it is feasible to reform the drawing teaching of civil engineering specialty based on BIM. Therefore， BIM civil engineering drawing course should be actively carried out.

關鍵詞： BIM；土木工程專業制圖；教學改革；CAD制圖

Key words： BIM；Civil engineering professional drawing；teaching reform；CAD drawing

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）04-0138-03

0 引言

長期以來，土木工程專業制圖都是作為各廣大高等學校教學計劃中不可忽視的重要版塊，其開設的相關類課程一般有《畫法幾何與土木工程制圖》、《工程制圖與CAD》、《建筑制圖與AutoCAD》、《AutoCAD建筑制圖基礎教程》、《建筑制圖與識圖》等等，具體選擇哪類課本作為開設課程就因學校而異。此類工程制圖有一個共性，就是大多課程都是基于CAD制圖，CAD（Computer Aided Design）是美國麻省理工學院于二十世紀60年代首次提出的概念，目前主要是用在二維平面上進行設計制圖與出圖，它的三維繪圖功能相對滯后太多，對表達模型的三維立體感，直觀性不夠，因此對于復雜的節點與構件，學生理解起來也會比較困難。同時CAD制圖還存在著一個很大的問題就是不能將三維形體與屬性信息很好的結合起來。在當前教育行業這個大環境的引領下，傳統的本科教學培養模式顯然與當今社會所需人才不相契合，高校是在為社會培養精英人才，而近年興起的BIM技術是一個非常值得推崇的技術手段，故應當被應用于高校教育當中，比如在土木工程專業制圖教學這方面。相反，若高等學校對學生制圖識圖能力的培養繼續采用這種單一的制圖教學模式，必將不滿足目前建筑設計行業對所需就業人才的需求。

1 土木工程專業制圖教學中存在的問題

建筑教育行業必須順應時代發展，緊跟其腳步，與國際接軌，不能犯“閉關鎖國”“自給自足”的老錯誤。長期以來，我國土木工程專業制圖系列課程教學都是基于CAD二維平面上的設計制圖與出圖，對三維立體的空間感知認識相對比較薄弱，這樣單一的教學方式存在著一些問題。

①課程教學都還局限于傳統的CAD二維制圖制圖，其三維制圖功能尚不完善，對于復雜的構件及節點，缺乏空間想象力的學生理解起來就會顯得特別困難。

②忽略了設計主線與工程主體，以狹義的教學理念為起點，就教學而教學，對設計制圖教學思維的提煉與實際工程項目的銜接還遠遠不夠，以及對設計規范、工程材料以及結構細部構造等了解的還不夠，有產業經驗和設計制圖背景的師資較少。

③缺乏與建筑設計行業、企業單位或與社會的互動，就不同學校而言，教師教學所具備的工程實踐能力差異較大，大多都是基于理論知識，造成與現有對應行業脫節，對當今社會建筑設計行業人才所要具備的技能要求不夠與時俱進。

隨著國家對BIM技術在工程建設領域的大力扶持，相繼推出了一系列配套的使用標準及指導意見，引領著工程建設領域邁向更高層次發展。土建類專業就業形勢相對較好，隨著城鄉建設走向穩定，行業對人才的需求量也趨于飽和，常規的技術人才相比以前優勢就顯得薄弱。同時，BIM近年來在國內大力推崇和發展，導致專業技術人才缺失，大部分公司又都急需BIM技術人才。若在高校教學中就開始培養學生對BIM的學習興趣，讓學生具備一定的BIM認識以及初步的去掌握好BIM技能，這就能使得學生畢業后面對社會能具有一定的競爭力和優勢。

2 BIM發展理念

建筑信息模型（Building Information Modeling），簡稱BIM，是菲利普·伯恩斯坦于2002年首次提出的，是對建筑設計的創新。它的建筑模型是是基于工程項目各項相關信息數據建立的，通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實構件信息，打破了傳統二維圖紙不能形象直觀地展現出工程實體竣工后的一個三維整體面貌的局限性。它的目的是推行建設工程設計、現場施工和項目管理工作中的工程信息的模型化和數字化，避免工程項目信息流失，以及各方因交流過少或不到位而導致項目后期某方面沖突的問題，并且可為處于設計和施工中的建設項目，提供和建立起相互協調的、內部一致的及可運算的信息。它具有信息完備性、信息關聯性、信息一致性、可視化、協調性、模擬性、優化性和可出圖性八大特點。BIM的卓越三維動態顯示和信息交互能力，結合中國建筑業所面臨的機遇和挑戰，BIM在中國建筑業發展中是不可或缺的。

近年來，全國各地都出臺了一系列有關要求應用BIM技術的政策，其中廣西壯族自治區住房和城鄉建設廳于2016年1月12日發布了《關于印發廣西推進建筑信息模型應用的工作實施方案的通知》，其政策要點：①到2017年底，基本形成滿足BIM技術應用的配套政策、地方標準和市場環境。②到2020年底，我區甲級勘察、設計單位以及特級、一級房屋建筑工程和市政工程施工企業普遍具備BIM技術應用能力，以國有資金投資為主的大中型建筑、申報綠色建筑的公共建筑和綠色生態示范小區新立項項目勘察設計、施工、運營維護中集成應用BIM的項目比率達到90%。

3 基于BIM的土木工程專業制圖教學改革思路

市場需求促進了人才需求，同時也促進了教育培訓需求，為了更加的去迎合市場需求，高校必須適時的去更新人才培養方案并制定新的教學方案。在原有土木工程專業CAD二維設計制圖與出圖的基礎上，注意土木工程制圖教學培養方案是否與現實建筑設計行業發展的趨勢相迎合，這樣才能使高校培養出來的人才更加符合建筑設計企業的需求。BIM的出現，解決了傳統二維圖紙并不能形象直觀地展現出工程實體竣工后建筑物的一個三維整體效果，重點是還能對模型信息起到集成的作用，同時也能達到平面出圖的效果，這為建筑設計領域帶來了新的變革。傳統的二維CAD、三維CAD都是建筑物的幾何表達方式，但是幾何表達并不是建筑物的全部。建筑物的幾何屬性加上非幾何屬性（材料信息、施工信息）統稱為建筑信息，組合成的模型稱為建筑信息模型（BIM）。所以三維CAD比二維CAD進了一步，BIM又比三維CAD更進了一大步。

在客觀認識BIM技術的前提下，對現有的二維CAD教學應該給予肯定和堅持，同時也要不斷地向新興技術學習，將兩者相結合，做到“1+1>2”效益。教學團隊抓住“互聯網+”機遇，把當今建設領域中最炙手可熱的BIM（建筑信息模型，Building Information Modeling）技術作為土木工程專業制圖課程教學內容，把BIM技術確定為設計制圖教學改革的突破口，實施以提高學生的綜合能力和素質，在原有傳統CAD教學課程的基礎上增設BIM教學內容，同時制定新的教學改革方案。

①將CAD制圖與BIM技術相結合，開設更具發展理念的新課程，例如：《CAD與BIM建模基礎》、《工程制圖與BIM建模實訓》、《結構設計BIM軟件應用》、《工程管理BIM軟件應用》、《工程造價BIM軟件應用》等課程，在提升學生專業素養的同時，服務建筑行業人才需求。

②打破常規，不能僅局限于課本理論知識，要做到學以致用，大力開展實習實訓，通過具體的工程案例去帶動學生的積極性。

③加強“實訓+就業”的校企合作實踐教學理念。在現有的條件和資源基礎下，充分利用好校內實踐教學基地，積極開展好校際、校企之間的交流與合作，取其長，去其短，建立更多的校外企業實踐教學基地，通過把校內實習與校外實習相結合的方法，高質量地完成好教學計劃中的實踐性教學環節。

4 教學改革實踐效果

為了檢驗教學效果，學校建設也是緊跟時代腳步，積極開展BIM技術領域的生產、教學、應用等工作，在深化創新創業教育改革方面具有良好外部條件與領先技術基礎，在廣西高校中具備一定技術優勢。積極開展BIM相關類課程，并于2013年還創建了“廣西科技大學BIM研究所”，是廣西區內成立首個的高校BIM研究所。結合地方本科院校的實際，針對土建行業的特點，充分發掘教學團隊在BIM技術應用的技術優勢，與廣西建工集團第五建筑工程有限責任公司、廣西建工集團第三建筑工程有限責任公司等企業開展BIM技術工程應用，實行校企合作，共建BIM實訓基地，給本科生提供了一個有助于提升自我和增加就業的平臺，激勵大學生充分利用在校學習機會，夯實專業基礎，進一步拓展大學生未來的就業能力。先后由學生完成的項目有廣西南寧金融廣場、南寧凱悅花園、柳州中醫院東院一期、百色干部學院6號樓等項目，榮獲的榮譽也是頗多。這里以全國獎項為例，其中廣西南寧金融廣場榮獲“2015第四屆“龍圖杯”全國BIM大賽—三等獎”；柳州中醫院和百色6號樓分別榮獲“高校組”和“施工組”的“2016第四屆“龍圖杯”全國BIM大賽—三等獎”等。參賽的結果充分顯示了基于 BIM 平臺的土木工程專業制圖教學方法在全面提高教學質量、提高設計效率等方面的所具備的一定優勢，充分說明了本文提出的土木工程專業制圖教學改革的有效性，具有一定的推廣應用價值。高校根據市場需求，制定新的教學方案，為企業打造所需人才，既滿足企業需求，又達到了教學的目的，這將是一個互利共贏的局面。圖1-圖3為部分獲獎作品的BIM三維模型展示，BIM應用點在此不作敘述。

5 結語

通過以上研究，將BIM應用于土木工程專業制圖教學是可行的，實現了建筑CAD技術從基于點線面的二維表達向基于對象的三維形體與屬性信息表達的轉變。將CAD制圖與BIM相結合進行教學這一理念，不僅為土木工程專業制圖教學提供了新的研究手段和方向，也為畢業生在工作崗位中運用BIM技術打下來初步的基礎，滿足了社會對BIM技術性人才的需求。

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