鋼結構課程教學中BIM技術的應用

謝恩普 王志濱 鮑依蓓

（1湖州職業技術學院, 浙江 湖州 313000；2福州大學 土木工程學院, 福建 福州 350108）

鋼結構由于高強、輕質、抗震性能好和施工方便等特點，已被廣泛應用于大跨度、高層及超高層結構、工業廠房和造型復雜的結構中0。除自身特點外，鋼結構的應用還受經濟發展及國家政策的影響。根據國務院關于城市建設的相關政策，10年內鋼結構等裝配式建筑在新建建筑中的占比將達到30%，社會對于鋼結構方面的人才需求將進一步擴大。

鋼結構技術作為建筑工程技術專業的核心課程，主要學習鋼結構的結構設計理念、結構施工圖的識讀、詳圖設計方法、鋼結構的構造及鋼結構制作安裝等職業能力。掌握識讀施工圖的方法是對每個學生最基本的要求，也是他們今后工作必須具備的能力。

學生在實際生活中接觸到的鋼結構相對較少，對于節點等復雜區域更是生疏，如何有效地提高學生對于鋼結構知識的理解是專業課教師必須思考的問題。

1 B IM技術與教育應用

建筑信息模型，簡稱為BIM（Building Information Modeling），它是信息模型在建筑領域的應用，BIM是通過創建包含數據信息和對象屬性的信息化模型對建筑工程項目從設計、建造和運營乃至后期維護全過程進行管理和優化的技術。由于其可視化、模擬性、關聯性、協調性和優化性等特點，BIM技術在建筑工程領域具有廣泛的應用前景。

鑒于BIM技術的優勢，我國政府對BIM進行了大力的推廣，建筑工程領域應用BIM的項目如雨后春筍般涌現，社會對于BIM技術人才有迫切需求。學生作為一個龐大的團體，接受和掌握新技術的能力較強，并將成為建筑業的主力軍，是BIM技術在建筑工程領域推廣應用的關鍵，美國作為相關技術領先的國家，BIM已被納入工程管理課程的核心部分0，且有70%的高校將BIM理論融入課程教學中0。

從建筑行業的發展趨勢來看，高職院校土建類專業培養人才的出發點和落腳點是培養“技能型人才”，應順應時代的要求，盡快將培養具有信息化素養和技能的人才目標落到實處，將BIM技術納入基礎課程的教學中去。

從高職學生特點以及鋼結構課程教學現狀來看，

以二維形式展現出的鋼結構施

工圖比較復雜和抽象，對于高職類學生而言了解和掌握起來難度較大。BIM技術可將抽象的二維圖紙與形象的三維模型相結合，可以明顯降低學生對于鋼結構施工圖理解的難度，同時提高學生的學習興趣。將BIM技術應用到鋼結構課程的教學迫在眉睫，教學改革要跟上BIM發展的步伐，設置BIM教學實踐項目具有重要的意義0。

2 BIM技術教學應用典型案例

某小型廠房，建筑面積為 1190m2，建筑高度為 6.65m，結構形式為門式剛架鋼結構，結構安全等級為二級，抗震等級四級，主剛架采用焊接H型鋼。為了降低學生的理解難度，提高學生學習的積極性，鋼結構課程可以從以下幾個方面采用BIM技術進行輔助教學。

2.1 型鋼的認知

建筑結構鋼材通常包括鋼板、型鋼、鋼管和鋼絲四大類，其中，型鋼對于大多數學生而言比較陌生，作為鋼結構建筑的重要組成部分，型鋼頻繁出現在鋼結構施工圖中，了解型鋼各參數的具體含義是識讀鋼結構施工圖的必要條件。為了加深學生對于型鋼的認識，課堂教學過程中利用BIM技術讓學生建立各種型鋼的3D模型，引導學生自主探索，真正了解型鋼中各參數的具體含義。

鋼結構施工圖中常見的型鋼有H型鋼和工字鋼，利用Tekla Structures軟件建立的H型鋼及工字鋼的模型，讓學生結合BIM模型找出兩者的差距，加深對型鋼的了解。該軟件中可以采用不同的顏色表示出H型鋼的翼緣和腹板，幫助學生了解熱軋H型鋼和焊接H型鋼的區別。由于截面設定靈活、采購方便和便于把控用鋼量等優點，鋼結構公司更傾向采用焊接H型鋼，焊接H型鋼通常由三塊鋼板拼接而成，在Tekla Structures軟件中學生可以形象地將各種截面尺寸的H型鋼拆分為滿足要求的翼緣板和腹板，操作簡單，練習BIM操作的過程中加深對于H型鋼各參數的理解，學習基礎知識的同時也掌握了一項求職技能。

2.2 鋼結構構件的認知

對于高職院校鋼結構課程的教學而言，不需要講授大量的公式和深奧的理論，重點在于培養學生的實踐能力，首先要對鋼結構有正確的認知，了解鋼結構建筑的基本組成和各自的作用。為了達到這一目的，可以安排學生到鋼結構施工現場進行參觀，并邀請專業的人士進行講解。但由于工地有安全隱患，且影響施工單位生產，現場的授課條件也較差，因此操作難度較大。

采用Tekla Structures軟件，可以很便捷地建立鋼結構廠房、鋼框架和網架結構模型，建模過程中學生可以看到各構件是如何按照圖紙建立起來的，清晰的看到各構件如何相連，了解鋼結構建筑中各構件的名稱及各自發揮的作用0。利用BIM模型還可以進行施工模擬，相當于學生在課堂上就能達到去施工現場實踐的效果0。

學習過程中將傳統的二維圖紙與三維BIM模型進行對比，BIM模型是對抽象專業知識的具體化，相比與二維圖紙更加直觀，便于學生理解，提高學生的學習興趣。

2.3 復雜節點區域的認知

鋼結構的節點區域構造相對比較復雜，尤其涉及不同專業交叉的位置，如鋼結構與混凝土結構連接處，需要注意的細節問題很多。對于高職學生而言，理解和掌握鋼結構節點的構造知識是一大難題，為了鍛煉學生處理這類節點區域問題的能力，可利用三維模型輔助教學的方式進行講解，讓學生掌握特殊區域處理的方式，了解復雜區域的構造要點。

本文針對典型案例，利用Tekla Structures軟件建立該案例的三維BIM模型，針對特殊復雜的屋脊處節點區域的構造做法，將傳統的二維圖紙與三維BIM模型進行對比，主要有隅撐與鋼梁及檁條的連接節點、水平支撐與鋼梁連接節點、拉條與檁條連接節點和系桿與鋼梁連接節點。二維圖紙多且雜，讀懂該類節點圖有一定的難度；而通過三維BIM模型可直觀地看出復雜節點處各構件的截面形狀，了解具體連接方法，比平面圖更易理解，有種身臨實際建筑內部的感覺。

教學過程中引導學生邊識讀二維圖紙邊建立BIM模型，讀懂的圖紙立刻轉化為形象的3D模型，逐步將圖紙中的內容轉化為自己的知識，同時對于理解有誤的知識點BIM模型還能及時更正，保證了學習的準確性。教學實踐表明，采用該方法教學時學生更樂于參與進來，較易讓學生獲得成就感，學生對學習的興趣比較濃厚，教學效果較好。

3 結語

將 BIM技術應用于鋼結構的課程教學中，可以讓學生更好地識讀傳統的2D圖紙，結合3D模型可進一步加深對鋼結構設計意圖與構造措施理解，同時提高學生對于鋼結構課程的學習興趣，培養學生的動手能力和創造性，達到良好的教學效果。

將BIM技術融入鋼結構課程中，提高學生自主學習BIM技術的能力，促進學生自主學習、團隊協作和專業知識能力的全面發展，對改善學生就業狀況具有重要的意義。因此，將BIM技術應用到鋼結構課程的教學過程中，對于提高教學效果和提升學生的綜合素質起到了積極的作用。

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