BIM+VR 在《建筑制圖與識圖》課程中的應用研究

張 瑾

（天津城市建設管理職業技術學院， 天津 300314）

1 緒論

當前，我國面臨產業升級和經濟轉型的關鍵時期，需要大量高素質的技術技能型人才。因此，高職教育立足專業特點結合專業優勢，以市場需求為導向進行教育改革創新，勢在必行。以土木工程專業為例，《建筑制圖與識圖》課程是該專業一門十分重要的必修課，也是一門實踐性非常強的課程。眾所周知，建筑工程施工圖是指導施工、監理、經濟核算的重要依據，看懂圖紙是工程技術人員必備的技能。然而當前該課程教學中，學生空間想象力弱，二維圖紙識讀困難等現象突出。BIM+VR 技術的應用，使抽象的教學內容變得直觀，激發學生興趣和想象力，有效解決該問題。

2 《建筑制圖與識圖》課程教學現狀

無論建筑施工圖還是結構施工圖，均是基于正投影的原理繪制的。這種投影圖能夠反映建筑物的真實形狀和大小，度量性很好，但相較于透視圖和軸測圖，其直觀性和立體感差，不易看懂。學生在識讀的過程中，需要將二維的平面圖紙進行空間想象，結合平、立、剖，想象出相應的三維建筑物。但通過多年的教學實踐，發現對于大部分高職學生來說，由于受到空間想象能力和工程實踐經驗的限制，實現從二維圖紙到三維實體的轉變，非常困難。

為了提高學生的識圖能力，近年來，教師在教學過程中不斷改革，探索有效的教學方法[1]。借助多媒體課件、視頻、縮尺模型以及施工現場教學等多種教學手段相結合，在一定程度上提升了課程的有效性。但在實際操作過程中，也受到了各種限制，如縮尺模型成本高，現場教學存在安全隱患等等。學生識圖能力的培養仍然有很長的路要走。

3 BIM+VR 技術及優勢概述

近年來，BIM 技術在我國迅速發展，在建筑領域得到廣泛應用。一個完整的BIM 模型，不僅能夠展現建筑的三維幾何形狀，還包含了大量的信息數據，能夠實現從項目規劃到設計、施工、運維的全過程管理。其可視化的特性將二維的圖紙通過三維的形式展示出來，使學生快速了解項目的建筑功能、結構空間和設計意圖，而且，其任意的模型剖切和旋轉，直觀展示圖紙與三維構件的關系，將復雜節點的構造放大，幫助學生快速識圖。

VR 技術是隨著計算機技術的發展應運而生的。在醫療、游戲、軍事等多個領域均取得較大成就。VR 技術能夠有效加強BIM 三維模型的可視性和具象性，為學生提供沉浸式的教學體驗，加深對知識點的理解。

4 BIM+VR 在《建筑工程制圖與識圖》中的教學實踐

4.1 教學條件

4.1.1 構建教學實訓平臺

廣義的BIM 是對建筑生命周期內設計、施工和運維中的建筑信息建立數據庫的過程，強調的是利用三維模型中的信息實現信息共享并進行多方協同工作，其核心在共享和協同[2]。因此，需要構建專業的BIM 實訓平臺， 而非單一的BIM 建模軟件。如天津城市建設管理職業技術學院，2015 年與中國建研院合作創建的PKPM-BIM 高校實驗室，搭建了BIM 整體教學平臺。學生可以通過模擬項目的參建各方，加深對各科知識點的理解，強調多方協同理念，使學生深入了解建設項目全生命周期的建設及管理過程[3]。2017 年與杭州萬霆科技股份有限公司合作創建VR 云體驗中心，建立虛擬實訓場，模擬施工現場，內嵌互動及答題環節，使學生獲得沉浸式教學體驗。

4.1.2 培養優秀師資力量

BIM+VR 技術是建筑業發展最有前景的技術之一，高職院校培養與社會接軌的學生，除了配備現代化的教學硬件外，還需要優質的師資。教師需要具備扎實的專業知識和技能，同時對BIM+VR 有透徹的了解和掌握，具有豐富的應用經驗，才能將BIM 及VR 技術將課程相結合，培養學生專業基礎知識的同時增強學生的實踐能力。

4.2 教學內容

4.2.1 BIM 建模——從二維到三維

以Revit 軟件為例。教師通過BIM-Revit 建模軟件建立三維立體模型，利用Revit 軟件在二維圖紙與三維立體模型間實時切換、任意剖切、360°旋轉，實現平面圖紙與建筑模型的一一對應識讀。例如剖面圖的識讀，在傳統的教學過程中，教師通過黑板手繪或者PPT 圖片展示的方式向學生講解簡單案例，學生難以通過簡單的幾何形體推廣至復雜的建筑物。利用Revit 的剖面框，將三維建筑物沿指定位置剖切，并旋轉至正視位置，使學生迅速理解剖面圖的形成過程，并建立起平、立、剖面圖間的聯系。Revit 模型中，藍色高亮顯示的圖線對應CAD 圖紙中剖切處的斷面，缺省的圖線對應剖切面沒有剖切到但沿投射方向可以看見的部分的輪廓線，幫助學生理解剖切到和未剖到但投射方向可見的含義，簡單化解教學難點。

4.2.2 BIM 細化——從整體到局部

Revit 的一大特點在于模型的精細化，能夠清晰地用三維模型呈現建筑物的構造節點[4]。在學生了解了建筑平、立、剖面圖后，根據施工圖紙，識讀細部構造以及梁、板、柱等構件的鋼筋配置。例如梁構件的識讀，在三維模型中選中某根梁，剖切梁并與梁平法施工圖對照，觀察梁不同位置的配筋，從而理解梁平法的集中標注和原位標注等含義，正確識讀結構施工圖。其他細部構造，如勒腳、散水、屋面防水、門窗勾縫等，均可通過三維模型呈現在學生面前，降低學習的難度。

4.2.3 VR 體驗——從旁觀到沉浸

當學生識讀完圖紙，在大腦中初步構建出建筑的整體、細部形象后，教師帶領學生進入VR 實訓場。在VR 實訓場，學生以第一人稱的形式虛擬場景中漫游，可以清楚地看到建筑物的外部造型和內部空間，也可以通過互動，選擇查看構件的尺寸、型號、施工工藝等相關信息，甚至可以“拿”出重要構件如柱、梁中的鋼筋籠，觀察鋼筋的布置。

學生從二維圖紙識讀，到三維模型可視化，再到模型沉浸式體驗的由淺入深的過程，有效加深對知識點的理解，突出教學重點，化解教學難點。

5 結束語

建筑行業內由BIM 推動的工程教育改革勢在必行。基于BIM 可視化特點將傳統的《建筑工程制圖與識圖》課程中的二維視圖轉化為三維模型，通過旋轉、剖切全方位展示施工圖的知識點，便于學生理解圖紙，能夠有效激發學生學習的積極性和主動性。同時輔助以VR 技術，使學生由旁觀者變成參與者，以虛擬現實替代現實，有效降低實習成本和安全隱患，使施工圖的識讀過程由枯燥的想象變為了有趣的體驗，教學效果能夠得到顯著提升。真正實現培養技術技能型人才的目標。