BIM技術在《結構模型設計與制作》課程改革中的應用探索

梁偉英 黃皓 江懷雁

【摘 要】 建筑信息模型（BIM）技術不僅在實際建筑工程項目中有很高的應用價值，將其應用于教學改革中也日益成為熱點。本文以《結構模型設計與制作》課程為例，針對現有教學模式存在的學生在桿件制作時失誤較多、拼裝錯誤率高、模型制作耗費時間過長等問題，從教學模式、教學方法等方面探討了BIM技術的應用，以期提高學生的模型制作水平、學習興趣、專業知識的應用能力以及團隊協作能力。

【關鍵詞】 《結構模型設計與制作》;課程改革;BIM技術應用;項目化教學

一、BIM技術概述及應用

建筑信息模型（Building Information Modeling，簡稱BIM），是以建筑工程項目的各項相關信息數據為基礎，建立建筑模型，通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息。[1]BIM技術具有信息完備性、信息關聯性、信息一致性、 可視化、協調性、模擬性、優化性和可出圖性等特點。[2]BIM技術以建筑模型作為建筑信息的載體，被應用于從設計到竣工及運行維護整個項目壽命周期，項目各參與方從建筑模型中提取所需信息進行協同工作，能顯著提高建筑生產效益。[3]

BIM技術已被廣泛應用于工程項目當中。在美國，2012年工程建設行業采用BIM的比例高達71%;2009年11月，香港房屋署發布了BIM應用標準，并預計在2014-2015年BIM技術將覆蓋其所有項目;在中國大陸，“十一五”規劃已將BIM 作為國家科技支撐計劃重點項目，“十二五”規劃中BIM 進一步成為信息化的重點研究課題，多個重大城市陸續推出BIM 實施標準，政府和學界培養出了一大批BIM 專業人才。[4， 5]

BIM技術不僅在工程領域具有極強的應用價值，在高校人才培養上亦有廣泛的應用空間。[6]由于逼真的外觀和可視性，使得BIM技術具備天然的教學性，運用該技術的信息處理及動態仿真功能，可將書面文字信息轉換為生動立體的可交互式施工現場模擬場景，能夠部分解決建筑工程專業課程理論與實踐脫節、學生空間想象能力不足等問題。[7]BIM技術可以和攝像技術相結合，在模型中導入圖像信息，便可以實現3D施工模擬及合理安排施工進度[8]。國內很多高校已經開設了BIM軟件課程[9]，BIM技術也被用于《建筑工程識圖》、《工程造價》等課程的教學改革中。[10-12]

二、項目化教學

項目化教學是指將課程的教學內容和要求轉化為若干個有實用價值的工程項目，在特定的教學環境中，學生在教師的組織和引導下，圍繞完成該項目而開展的從理論到實踐的教學活動。[13]學生在項目的具體實施過程中，思路清晰，任務明確，一方面有利于培養專業知識與技能，另一方面有助于提高分析和解決問題、團隊協作等綜合能力。

三、BIM技術在《結構模型設計與制作》課程改革中的應用探索

在實際工程項目中，BIM技術可以應用于從設計到竣工及運行維護整個項目壽命周期。那么，該技術也可以融入到專業課程項目化教學過程中，從教學項目設計、教學組織、教材編寫等方面進行改革，對項目化教學各要素進行優化，對提高教學質量和教學水平有重要意義。

1、《結構模型設計與制作》課程項目化教學現狀

《結構模型設計與制作》課程是繼《建筑力學》、《計算機應用基礎》、《建筑材料》等多門基礎課程之后的一門實踐類課程，其任務是在規定的時間內完成一個承受豎向荷載的單跨簡支結構紙質模型的設計與制作，主要材料是白卡紙和白乳膠，用白卡紙卷成桿件，并借助白乳膠把桿件拼接成結構模型，力求模型輕質高強，同時具有創造性、貼近實際、結構合理、制作精巧等優點。該課程基于任務驅動法，采用項目化教學方式，把教學內容設計成一個具體的實訓項目，項目圍繞模型設計→初步嘗試模型制作→模型方案改進與優化→模型正式加載測試這條主線展開，依據主線可進一步劃分為若干實訓子任務，由指導老師引導學生按小組完成。[14]這是一門綜合性較強的課程，不僅考察學生對建筑工程專業知識和計算機軟件的應用能力，還考察學生的創新能力、動手能力和團結協作能力。

目前，在這樣的項目化教學模式下，學生較難在規定的時間內制作出精巧美觀、輕質高強的模型，原因有以下兩點：

（1）所用軟件表現力不足，桿件制作失誤較多。在模型設計階段，學生通過手繪或者結構力學求解器對模型進行設計及預覽，而各桿件的相關參數如長度、直徑、所卷紙張層數等均建立在EXCEL電子表格中，存在模型與關鍵參數分離的現象;另外，在結構力學求解器中，桿件拼接的地方僅用一個點或者空心圓表示，不能展現出結構節點的真實構造。因此，學生在下料的過程中常常出現桿件參數混用、預留長度估計不足等現象，進而導致模型拼裝誤差較大，使模型尺寸不符合要求甚至拼裝失敗，影響項目的實施進度。

（2）桿件拼裝順序不明確，拼裝錯誤率高，耗費時間過長。學生在卷好每根桿件并晾干使其達到一定強度之后再進行整個模型的拼裝工作。由于缺乏事前拼裝模擬，在拼裝的過程中經常出現拼裝順序錯誤的現象，只能返工，拼裝進度受到影響。另外，在返工的過程中不可避免會破壞部分桿件，被破壞的桿件只能重新制作，使得原來就有限的模型制作時間顯得更加短促。

由于模型制作耗費時間過多，沒有充足的時間讓膠水硬化，模型在正式加載時表現出承載力偏低的現象，最終就會導致部分學生在本門課程的總評成績不理想，沒能真正體現出學生對專業知識的綜合應用能力和動手能力，學生的學習自信心和學習興趣也受到嚴重打擊。

2、基于BIM技術對《結構模型設計與制作》課程現有教學模式進行優化

為解決現有教學模式下學生制作模型的過程中遇到的難題，現基于BIM技術對該課程的教學模式進行優化，解決了現有軟件展示不夠真實、模型與相關參數分離的問題，并且進行模型桿件搭接動態模擬，降低在實際操作中出錯的概率，在提高教學質量的同時，加強學生對BIM技術的應用能力，提高學生的學習興趣。

（1）準備階段。①教師：目前該課程的項目化教學模式已經成型，項目組成和任務細分已經明確[15]，主要面臨的問題是如何將BIM技術應用到項目實施的過程中，對教學設計進行優化，具體做法表1所示：

（2）實施階段。以學生為主體，教師按照準備階段所設計的教學內容，指導學生按小組完成項目各階段的任務。

（3）實訓質量評價。對學生的實訓質量評價分為過程評價和結果評價兩大部分，不僅要考察學生參與的積極性與努力程度、專業知識與技能、創新能力、動手能力及團隊協作能力等，還要考察BIM技術的應用能力，具體評價指標及權重如表2所示。實踐表明，這種評價方法是比較客觀、公正的，有助于調動學生的積極性和主動性。

四、結語

綜上所述，將BIM技術應用于《結構模型設計與制作》課程的項目化教學中，一方面，基于BIM技術，學生先借助Revit軟件進行模型設計及優化，充分利用Revit軟件所見即所得、模型及其參數相關聯的優點，既使得所設計的模型顯示更直觀、更真實，也方便學生查看每根桿件的相關信息以及進行模型的優化，然后借助Navisworks軟件進行模型拼接過程動態模擬，彌補了學生空間想象力和實踐能力不足的弱點，在桿件的制作及模型的拼裝過程中起到指導作用，減少失誤，提高模型設計與制作效率，學生的專業知識應用能力、計算機應用能力和團隊協作能力也得到了充分的鍛煉和提升。另一方面，將BIM技術應用于本課程中，是學生將BIM技術貫穿于構思、設計、施工全過程的一次真實體驗，提高了學生的學習興趣，使學生對BIM技術的掌握不僅停留在建模階段，而上升到了項目周期各階段的應用，對BIM相關理念的理解更上一層樓。

【參考文獻】

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[13] 徐鋒. 高職項目化教學模式要素研究 [J]. 職業教育研究， 2011（08）16-18.

[14][15] 江懷雁. 結構模型項目在高職《建筑力學》課改中的實踐模式探索[J]. 新西部， 2018（02）150-151.

【作者簡介】

梁偉英（1990—）女，廣西南寧人，畢業于廣西大學，工學碩士學位，教師，研究方向：高職力學教育、BIM技術教學及應用.