土建類專業虛擬仿真教學軟件應用分析

李昱瑾，陳燕菲，趙 魁，龍慧慧，許朝柱

(貴州師范大學 a.材料與建筑工程學院；b.創新創業學院，貴州 貴陽 550025)

1 土建類主流軟件種類概述

1.1 土建設計繪圖類主流軟件

1)AutoCAD軟件(AutodeskComputer Aided Design)。主要涉及到土木建筑、電子、機械設計等方面。CAD軟件功能豐富，在不同的行業領域中發揮著相應的作用，比如在建筑領域中就為工程建筑設計提供了便捷的制圖方式以及數據管理功能；在教育領域中就為土木工程、工程管理等專業教學提供了支撐。

2)PKPM設計軟件(PKPMCAD)。PKPM面向建筑工程全生命周期，集建筑、結構、設備、節能、概預算、施工技術、施工管理、企業信息化于一體的大型建筑工程軟件。

目前，國內多高層結構計算軟件主要有：PKPM、TBSA、SAP2000、ETABS、MIDAS、TUS，在眾多的結構軟件中，PKPM系列軟件是目前設計單位相當普及的一種設計軟件，因此，該軟件也成為土建類專業集實踐性實用性為一體的一門專業課程，通過該課程的教學不僅要求學生掌握操作步驟，而且要培養學生對設計中各種復雜因素的綜合分析能力和解決工程實際問題的能力，使學生的實踐能力由基本操作技能向專業技能技術應用能力和創新能力提高。

1.2 土建預算類主流軟件

1)廣聯達預算軟件(Grandsoft)。廣聯達系列軟件廣泛應用于建筑、土建、給排水、采暖燃氣、電氣、消防、裝飾裝修、地鐵、水工、公路等行業。其中應用最廣泛的是廣聯達預算軟件，它包含圖形算量軟件、計價軟件、鋼筋抽樣軟件、安裝算量軟件四個模塊。它將手工思路內置于軟件中，利用計算機進行快速、完整的計算，將人從傳統的繁瑣計算過程中解脫出來。

2)斯維爾算量軟件(Thsware)。其中包括斯維爾三維算量軟件(THS-3DA2014)、斯維爾安裝算量軟件(THS-3DM2014)、清單計價軟件(THS-BQ2013)等模塊。在土木建筑中能夠結合土木建筑的標準進行3D虛擬現實、真實場景互動，具有操作簡單、可進行數據交換等特點。斯維爾算量軟件主要適用于發包方、承包方、咨詢方、監理方等單位的建設工程造價管理，編制工程預算、決算，以及編制招標、投標文件，也可用于建筑行業中的土建、鋼筋、給排水、電氣、暖通等工程量和工程進度管理領域。

1.3 土建建模類主流軟件

1)Revit軟件(Autodesk Revit)。Revit提供支持建筑設計、MEP工程設計和結構工程的工具，并具有互操性強、參數化構建、工作共享、Vault集成等特色。在同一個模型中，它會記錄所有的圖紙、二維視角、三維視角以及明細表。Revit系列軟件是專為建筑信息模型(BIM)創建的，建筑設計師可以運用軟件完成設計、建造等工作和維護質量更好、能效更高的建筑。

2)草圖大師軟件(SketchUp)。它可以快速和方便地創建、觀察和修改三維創意，應用在建筑、規劃、園林、景觀、室內以及工業設計等領域。SketchUp具有方便的推拉功能，設計師通過一個圖形就可以方便地生成3D幾何體，無需進行復雜的三維建模，是三維建筑設計方案創作的優秀工具。

1.4 土建類可視化主流軟件

1)Lumion建筑可視化軟件 (Lumion)。Lumion由Act-3D公司于2010年11月份發布，它是一個實時的3D可視化工具，涉及到的領域包括設計、規劃和建筑。在建筑領域中的應用，在sketchup中建立三維模型后導入Lumion中，完成AutoCAD圖形文件到Lumion模型數據的轉換。在成功導入模型后，根據Lumion自帶的強大的模型素材庫，能滿足各種渲染要求。在賦予材質的同時，Lumion會實時顯示，這為工作者調整渲染效果提供了便利，縮短了工作時間。

2)3D Studio Max軟件(3D Max)。3D Max是基于PC系統的三維動畫渲染和制作軟件。應用于廣告、影視、工業設計、建筑設計、三維動畫、多媒體制作、游戲以及工程可視化等領域。3D Max具有性價比高、便于交流、上手容易等優勢。在國內發展的相對比較成熟的建筑效果圖和建筑動畫制作中，3D Max的使用率占據了絕對優勢。

2 土建類主流軟件教學應用

通過調研，筆者初步了解到6所省內外高校土建類專業虛擬仿真軟件在教學中的應用(見表1)。

2.1 985高校軟件教學應用

1)A大學土建類軟件教學應用。A大學將AutoCAD軟件作為土木類專業從識圖到繪圖的入門基礎，教師課堂教學主要以講授理論知識為主，同時在教師機上示范操作； 該校3D Max、Revit和Lumion軟件等主要應用在建筑學專業中，廣聯達預算軟件、PKPM軟件、斯維爾軟件應用在土木工程和工程管理專業的實操過程中。該課學院機房課外時間面向學生開放，鼓勵學生自主式、探究式進行深入學習。

表1 6所高校軟件輔助教學情況

2)B大學土建類軟件教學應用。B大學開設AutoCAD、Lumion、PKPM和CAD軟件課程培養學生利用軟件操作自主獨立地完成建筑設計，使其具有設計方案和施工圖繪制的初步能力。PKPM軟件重點掌握常用的四大任務，任務一是結構平面計算機輔助設計(PMCAD)；任務二是框排架計算機輔助設計(PK);任務三是結構空間有限元分析設計軟件(SAT-8);任務四是基礎工程計算機輔助設計(JCCAD)。教學時針對選定的工程項目從了解軟件的基本功能和主要技術條件入手，在學生熟悉各級菜單命令及其操作方法的基礎，循序漸進地掌握PMCAD結構建模的主要步驟、荷載的輸入、計算數據文件形成、結構平面施工圖的繪制，PMCAD接力PK, PMCAD接力SAT-8進行內力計算和配筋并繪制梁柱施工圖的方法、SAT-8接力JCCAD、地質資料輸入、地基基礎計算、繪制基礎施工圖等操作。前一任務是后一任務的基礎。要求學生步步銜接，一步一驗，最終完成結構設計任務。

2.2 211高校軟件教學應用

1)C大學土建類軟件教學應用。C大學土木類專業軟件教學內容由理論課程教學和實操教學這兩部分組成。軟件實操教學一般穿插在認識實習、課程設計、生產實習、畢業設計等環節中。需要進行實操的軟件教學課程有： AutoCAD、SketchUp、Lumion、Grandsoft和Thsware。通過系列軟件的輔助教學，構建了“理論與工程應用互相貫通”的教學模式。

2)D大學土建類軟件教學應用。D大學在進行土木類專業教學過程中，開設AutoCAD、Grandsoft、PKPM、SketchUP、和Lumion軟件，教學實施中將軟件教學與理論教學相結合，在給排水工程專業教學中，主要培養學生利用Lumion建筑可視化軟件對給排水設計方案的合理性進行分析。在課程設計和畢業設計中加以實施，使學生熟練掌握專業軟件的使用，通過課堂教學和課外大量時間實際操作訓練，初步實現了工程軟件的應用，最后通過畢業設計環節，強化軟件的綜合運用，培養學生能夠運用工程軟件進行復雜的實際工程的計算分析。

2.3 普通地方高校軟件教學應用

1)E大學土建類軟件教學應用。E大學在軟件教學中針對校企合作的真實項目，采用課堂理論講授，施工現場實景教學，通過軟件輔助真實項目教學，使學生們學習CAD高級應用技術，學生在學會用軟件解決實際問題的同時，掌握土建圖學基礎方法與技能。學校專業課程設計實踐環節，用到的軟件有Grandsoft、SketchUp和Lumion。教學中正確處理工程理論教學與工程軟件應用教學的關系，在土木工程、給排水工程、建筑學與城市規劃4個專業的課程設計中基本實現工程軟件的應用。

2)F大學土建類軟件教學應用。F大學開設土木工程、工程造價與工程管理專業，教學中采用AutoCAD、PKPM、Grandsoft與Revit軟件，教學改革中將工程實例項目引入相關課程教學通過軟件輔助教學，培養學生利用軟件解決工程實際問題的能力。該校人才培養方案設置AutoCAD課程同時還設置獨立1學分課程設計；該校與廣聯達公司及各施工單位、造價公司合作，將Grandsoft、Thsware和PKPM軟件等用于工程造價、工程管理、土木工程專業的實際操作，從而增強學生對實際工程領域中軟件運用的認識與實踐能力。PKPM 結構設計軟件目前國內兩種模式并存，大多數院校一般和鋼筋混凝土課程組合在一起講授，缺乏對PKPM結構軟件對學生能力提高的認識，針對上述情況，該校采用PKPM獨立教學，上課時，教師和學生人手一機。教師通過網絡教室教師機管理軟件控制全體學生的微機，將教師操作的屏幕界面在學生機上完全顯示出來 ，學生對操作方法的感受很真實 ，教師在操作時的所有細微的過程和技巧，學生都能夠隨時掌握。

3 結 語

傳統土建類專業學生的畢業設計是全部由學生手算并手工繪圖，教學中引入PKPM和Grandsoft等軟件輔助教學后，在學生做畢業設計時 ，同時采用電算和手算。以土木工程專業為例，學生畢業入職后，大部分結構設計是借助PKPM等軟件來完成，因此，在做畢業設計時，學生先手算完成結構中有代表性的一榀框架，再用PKPM軟件對自己所設計的整個建筑結構進行整體計算。計算結束后，對手算和軟件計算結果進行對比分析，并總結計算結果偏大偏小的原因。高校將傳統教學與軟件技能教學融合在一起,是順應信息化時代發展的需求，軟件教學輔助傳統教學，是高校土建類教學改革的重要方向。

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