BIM技術融入建筑力學教學的思考

朱瑩，郭玉華，李珺（江西應用技術職業學院 江西 贛州 341000）

0 引言

BIM（Building Information Modeling）即建筑信息模型，是伴隨建筑行業發展而產生的信息化技術的新工具，其運用已涉及建筑建設各領域，包括建筑設計、結構設計、機電設計、園林場布等方面。深刻影響建筑著行業，算是建筑領域又一次大革新。

1 BIM技術在建筑結構方面的運用

目前在建筑結構方面的運用任然有限。BIM技術在建筑領域的運用目前大多停留在建筑翻模，即先按傳統的方法，用CAD把建筑圖紙設計出來，然后用相關的BIM軟件將CAD的設計成果進行建模。對于翻模來說，建筑設計的核心任然在CAD圖紙上，而BIM模型只是附屬部分，BIM成了下游設計。也就是說目前任然很難實現BIM的正向設計。所謂BIM的正向設計即是在BIM技術下直接建立三維模型，進行方案優化和設計深化，自動出圖并形成信息模型的BIM上游設計過程。實現BIM的正向設計是BIM技術真正體現價值的前提。具體來說，目前BIM技術在建筑結構方面的運用主要體現在以下3個方面：

1.1 建立結構模型

BIM技術用于深化設計，碰撞檢查是BIM技術運用于建筑結構設計中最為廣泛和成熟的部分。通過建立建筑模型及模型可視化的特點，查看建筑結構的結合、交接部分是否存在設計缺陷，在結構模型正確的基礎上確保結構幾何位置的準確與否，可達到節省施工過程中的時間和成本消耗的目的。

1.2 裝配式建筑中用于構件預拼裝

與BIM技術相結合，建筑行業發展的趨勢是裝配式建筑。裝配式建筑現在沒有大規模使用主要原因在于其成本目前還是比較高。另外，裝配式建筑主要以預制構建為主，是預制工廠里先把梁、板、住等構件制作好后再運往現場拼接。所以，要實現建筑業的產業化，建筑構件的模數則非常重要，否則無法實現建筑構件的批量生產。而目前沒有一個官方的關于建筑構件模數的確定方法，這也是制約裝配式建筑發展的原因。裝配式預制構件設計、生產、施工需要精細化，運用BIM技術對預制構件進行預拼接，查看構件與構件的連接是否能精確配對避免了生產出構件后配對不上的成本和工期損失。

1.3 先行與施工

BIM技術能在三維模型下模擬建筑施工，在此基礎上融入“時間信息”能實現BIM的4D技術，在4D技術下融入“造價信息”能實現BIM的5D技術。因此運用BIM技術能實現施工過程中時間、成本、質量等核心的施工控制因素的模擬和優化。裝配式建筑中用于構件預拼裝將施工過程中可能遇到的問題在BIM建模過程中進行體現，以在施工前進行解決，節省了施工過程的時間和成本。如土建和安裝配合施工過程中，土建先建設完畢而安裝設備又很龐大時可能存在安裝設備無法進入建筑中進行安裝的問題，運用BIM技術模擬建筑施工過程，能更快地發現兩個專業施工界面的控制時間和控制方法，避免了后期砸毀結構重新安裝等問題的出現。

2 BIM技術教學應用的困難

BIM技術是建筑行業發展的方向，是建筑行業面臨的又一次大變革。將BIM技術與教學結合，讓學生盡早地與新技術接觸、了解新技術有利于建筑類學生在BIM技術這場變革中更早受益而不是被動接受。BIM技術擁有三維可視化的優勢，引入教學中能讓學生更形象直觀的理解和掌握所學知識使得教學過程更加形象生動。但是，BIM技術在建筑結構教學應用任然存在不少困難，表現為如下方面：

2.1 建筑結構方面運用不太成熟

目前，BIM技術在建筑結構的運用不廣泛，大多停留在碰撞檢查等方面。因為BIM技術在建筑結構設計領域的運用還有種種限制必然導致其在建筑結構教學過程中的運用受限。

2.2 結構設計軟件不統一

由于地域的影響，各國甚至我國各地對建筑結構的規范都各有區別。結構軟件要想更為廣泛地使用必須背負更多的規范數據庫。所以，BIM結構設計領域的軟件現在并不是統一的。比如廣廈軟件在廣東地區運用就不錯但在北方等地區則使用不廣。結構軟件自身運用不廣是BIM技術很難運用于教學的一個重要因素。

2.3 技術支持不足

BIM技術在目前的運用不算成熟，從事建筑結構設計的領域也不是運用的特別廣泛。因而在教育教學領域這樣相對來說更缺乏相關實踐操作的團隊中，對BIM技術的掌握可以說是更加有限。缺乏相關BIM技術人才，尤其是BIM結構設計人才是BIM技術很難運用到教學中的又一大因素。

3 BIM技術融入建筑力學教學的思考

將BIM技術融入建筑力學教學過程中可以從3方面入手，即課程學習、課程運用和課程擴展。具體的BIM技術融入建筑力學教學的教學體系實施方案如表1所示。

表1 BIM技術融入建筑力學教學的教學體系實施方案表

3.1 對建筑力學課程的學習

眾所周知，建筑力學課程學習主要分了3大部分知識：理論力學、材料力學和結構力學。在引入BIM技術學習建筑力學的過程中，應注意案例教學的方式，不應像傳統教學方式孤立地講解拉伸、壓縮、剪切、擠壓、扭轉、彎曲等力學知識點，而應建立在建筑構件的基礎上進行，即結合基礎、柱、梁、墻、板等主要建筑構件在建筑結構體系中的具體受力形式，對建筑中基礎、柱、梁、墻、板等主要建筑構件的力學狀態、變形等力學行為進行分析和講解，然后再判斷建筑構件的安全性和穩定性。在此過程中建立BIM模型、形象生動的融入BIM技術，對建筑構件基礎、柱、梁、墻、板等的受力前后的力學狀態、變形等用BIM模型表現出來。

課程學習的過程可以分為2個階段：第一階段，即引入BIM技術教學時先讓學生對建筑構件的BIM圖形進行認識；第二階段，運用BIM技術建立BIM模型，讓學生對建筑構件受力后的力學狀態、形變等進行認識。2個階段相結合，更能將建筑力學枯燥的知識點用BIM模型的形式形象直觀地展現出來。

3.2 課程運用的學習

課程運用是對課程學習階段的深化。在前一部分課程學習的基礎上，運用建筑結構案例，選取一個建筑構件，采取學生分組討論方式，對建筑構件力學狀態、變形等力學行為進行討論和分析、判斷建筑構件的安全性和穩定性，并在此基礎上制作建筑構件BIM模型體現構件受力前后的力學狀態和變形等，最終匯總PPT演示文稿以小組的形式進行展現和匯報。

3.3 課程擴展

在建筑力學課程學習完成后可以組織進行一些課程的擴展學習。課程擴展學習可分2個階段進行，第一階段：組織建立BIM結構協會，系統地進行BIM結構建模的學習。同時，可選拔協會中的優秀學員參與BIM技術的相關比賽，達到以賽促學的目的；第二階段：采用校企合作的方式，組建BIM結構設計工作坊，與相關企業合作，參與實際工程的結構設計過程，在建立結構模型的同時做到能運用BIM技術進行碰撞檢查、結構深化設計甚至能做到結構的正向設計。

4 結語

目前，BIM技術在建筑結構方面的運用相對來說還是比較有限，因此，將BIM技術引入建筑力學的教學的實例還是比較少。但將BIM技術融入教學的核心是案例教學，采用與教學相關的具體簡單案例讓學生學習過程中能三維可視化地理解學習內容，又能在學習過程中優先植入BIM技術的相關理念和技術，進而為BIM技術運用打下基礎。通過課程擴展等階段進一步讓學生建立起獨立完成BIM技術結構設計的能力。