結合BIM技術的《建筑構造》課程改革探究

李國寧

(天津國土資源和房屋職業學院天津，天津 300270)

1 引言

建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)是近年來在建筑業出現的數字化建模新技術[1]。它立足于三維空間，以建筑構件為基本作圖單位，同時賦予建筑模型相應的設計信息，使設計者、施工方以及管理人員都可以通過對模型的觀察來獲取相關資料，大大提升了建筑的數字化、信息化程度，成為貫穿于建筑生命周期的技術保障。

在《建筑構造》課程中引入BIM技術，用三維圖形呈現門窗、墻、樓板等建筑構件，并通過指令找平層、結合層、防水層等構造，使學生直觀的掌握構件細部及節點構造，同時，將建筑信息化的概念深入課堂，提升學生職業素質。

2 BIM技術在建筑業的應用

2.1 建筑設計方面

BIM技術極大提升了建筑技術設計效率。它不止提供直觀可見的建筑模型，更能綜合建筑、結構、水、暖、電等各專業信息，使建筑協同化設計成為可能；模型自帶的數字化參數，提供了多專業的綜合信息，為建筑合理化設計提供條件；其導入分析軟件更具有綠色節能計算能力，符合我國現階段綠色建筑設計需要；同時，在設計方案的多輪修改過程中，BIM模型能夠自動變更數據，大大提高設計效率及準確率。

2.2 建筑施工方面

BIM技術對施工的管理源自對施工現場的模擬，即將人工、材料、機械等施工資源錄入軟件并制定不同施工方案，分析不同資源配置對工期的影響，力爭減少施工過程中重復、交叉帶來的成本浪費；施工過程中，還可以利用BIM技術協調現場資源以加快施工進程，并模擬現場施工進度，通過現場與計劃的比較找出最優施工方案。

2.3 建筑管理方面

BIM技術幫助建筑管理進入信息化。在日常運營中，管理方可以利用BIM模型快速獲取建筑信息，了解建筑運營狀況、分析建筑健康指標，保障建筑高效運行；在維修方面，維修工人通過將破損處與BIM模型對比找到維修的準確位置，節省人力物力；BIM技術還可模擬常見災難及救災現場，幫助提前制定救災預案。

2.4 歷史建筑保護方面

近年來，BIM技術越來越多的應用在歷史建筑保護領域。利用BIM技術，將歷史建筑的信息如：建造年代、使用材料、構造做法、曾經修繕經歷等逐一輸入，為歷史建筑保護工作提供實時信息，并可將整合后的信息提供給公眾，普及歷史建筑知識；更可將BIM技術與三維激光掃描技術相結合，對歷史建筑進行定時掃描、實時監控，并及時記錄掃描數據，為歷史建筑變形監控與修繕提供最新資料。

3 結合BIM技術的《建筑構造》課程改革

考慮到BIM技術在建筑業的立體化、全面化應用，不僅能夠提升學生對于建筑空間的認識，更加強了學生對建筑、結構、水、暖、電的整體把握，在頭腦中樹立建筑信息模型的概念。因此，在《建筑構造》課程中引入BIM技術，不僅利于學生將枯燥、復雜的構造知識形象化，更在日常BIM模型制作訓練中鞏固建筑信息模型知識。

3.1 課程改革目的

《建筑構造》課程與BIM技術的結合，不僅使學生在《建筑構造》課程中將軟件技術學以致用，更在BIM模型的制作過程中深層次了解建筑的構造組成。因此，希望課程達到以下目的。

(1)通過理論講解使學生明確房屋各部分構成、掌握建筑技術設計所必須的構造知識，為形成綜合職業素質打下良好的基礎。

(2)通過強化訓練使學生掌握BIM模型的繪制流程及一般技巧，了解Bentley Architecture、Echotect Analysis、Rhino等輔助設計軟件，初步達到出圖要求。

(3)在課程中引入新技術、新思路，使學生樹立緊跟時代、不斷進步的專業意識，適應建筑業的飛速發展。

3.2 課程整體設計

《建筑構造》課程開設于大學二年級上半學期，共72課時。經過《建筑初步》、《建筑設計基礎》等課程的講授，學生已經對建筑設計工作的內容及流程不再陌生，在此基礎上，《建筑構造》重點講解了建筑物構成、建筑物各組成部分組合原理和構造方法，是《公共建筑設計》、《BIM綜合實訓》等課程的基礎，起到承前啟后的作用。

與此同時，學生已經進行了Auto CAD及Autodesk Revit的基本學習，已經較為系統地掌握了計算機繪圖的基本概念和基本理論，能夠使用基本命令、基本方法，具有一定空間想象能力、抽象思維能力。詳見表1。

表1 《建筑構造》課程整體設計

3.3 課程內容設計

教學內容立足于傳統《建筑構造》課程安排，依據建筑部位的不同分為基礎、墻體、樓地板、屋面板、樓梯及門窗等6個單元，每一單元都由理論講授、BIM模型分析及BIM模型制作三部分構成：“理論講授”部分講解構造基礎知識，是開展課程的基礎；“BIM模型分析”部分通過對BIM模型的分析，讓學生直觀感受信息化模型構成及制作深度，是課程內容的拓展；“BIM模型制作”部分則需要依據教師提出的要求、結合BIM軟件技術獨立制作模型，是課程的升華。詳見表2。

3.4 重點單元設計

現以“樓梯”部分作為重點單元，講述具體實施方案，力圖通過課程改革達到以下知識目標與技能目標(表3)。

3.4.1 課程講授

該單元通過對樓梯、電梯、扶梯的構造做法、材料使用、計算要求及設計注意事項等內容的講授使學生掌握一般豎向交通的設計方法與原則，具體內容如下：① 樓梯的分類；② 樓梯的計算方法及設計要求； ③ 樓梯的節點構造；④ 電梯、扶梯概述； ⑤ 無障礙設計。

表2 《建筑構造》課程內容設計

3.4.2 觀摩BIM模型

通過對整體建筑BIM模型的介紹，明確豎向交通的種類、意義及設計原則，感受交通空間對于功能空間連接的作用，了解豎向交通對于火災逃生的重要意義，觀察樓梯參數對于模型的影響。

3.4.3 樓梯計算

題目：設有居民樓層高2.9 m，室內外高差0.45 m，樓梯間平面與剖面見圖1、圖2。底層設有住宅出入口，樓梯間四壁系承重結構并具有防火功能。試計算首層樓梯布置(樓板厚度為0.1 m)。

解答步驟：① 確定住宅建筑公共樓梯踏步取值；② 計算每層所需踏步數量，注意小數點進位；③ 依據“上下梯段等長”原則布置踏步；④ 檢驗樓梯踏步布置是否符合規范要求并調整踏步布置；⑤ 繪制樓梯大樣圖。

表3 重點單元目標設計

圖1樓梯平面

3.4.4 BIM模型制作

應用各種建筑構件工具，繪制樓梯、扶手、坡道及應用族構件，并對其進行各種編輯，達到以下要求：①掌握樓梯構件的系統樣式的設置和使用； ②掌握樓梯構件的繪制命令，包括設計欄和選項欄各圖標的用法； ③掌握樓梯構件的圖元屬性的修改； ④ 掌握通過鼠標控制編輯各種樓梯構件的方法； ⑤ 掌握應用移動、復制、旋轉、陣列、鏡像、對齊、拆分、修剪、偏移等命令對樓梯構件編輯的方法。

4 教學效果

通過設置BIM模型分析及BIM節點模型制作環節，將《建筑構造》的理論知識以三維形式展示，吸引了學生的注意力、提高了課堂效率，達到事半功倍的效果：在BIM模型分析過程中，學生通過對整體模型的觀察明確建筑的基本構成及各部分之間的區別與聯系，掌握各部分的技術設計要求，明確節點的重要性；在BIM節點模型制作環節，學生通過對例題的分析、結合理論知識，確定構造的細部構成及重要參數，鍛煉自身的技術設計能力，并在模型制作過程中熟悉了軟件的使用。

實踐表明，引入BIM技術的《建筑構造》課程對學生的理解能力、空間認知能力、技術設計能力等都有積極影響，幫助學生突破了二維空間的局限性；同時，極大地提高了學生學習的積極性，使枯燥的理論課程變得充滿活力。

5 總結

面對建筑行業業已來臨的數字化、信息化變革，作為高等職業院校專業教師，應當積極面對挑戰、主動調整課程設置、靈活協調校園資源，同時還要提醒學生清晰的認識到行業變化并緊跟時代步伐。

本文只就BIM技術與《建筑構造》課程的結合提供了淺顯的改革思路，如何將建筑信息化深入教學，還需從人才培養方案、課程設置以及眾多專業課程的教學過程中積極探索，讓信息化在建筑業發揮越來越大的作用。