BIM技術(shù)在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程中的應(yīng)用

肖金梅 張 波 何汝基

(廣東工業(yè)大學(xué)華立學(xué)院，廣東 廣州 511325)

0 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，近年來(lái)，BIM技術(shù)在國(guó)內(nèi)不斷被推廣、應(yīng)用，在建筑行業(yè)發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。為了順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，為社會(huì)提供更多符合市場(chǎng)需求的人才，將BIM技術(shù)引入到土木工程專業(yè)課程教學(xué)改革勢(shì)在必行。

1 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程特點(diǎn)及教學(xué)中存在的問題

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是土木工程專業(yè)同學(xué)的一門主干專業(yè)課，課程內(nèi)容主要包括混凝土梁板結(jié)構(gòu)、單層廠房結(jié)構(gòu)、混凝土框架結(jié)構(gòu)等[1]。課程具有以下特點(diǎn)：1)綜合性強(qiáng)：課程包含的內(nèi)容多，涉及的相關(guān)科目多，如：混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)、土木工程材料、荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等，要求學(xué)生有扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)。2)實(shí)踐性強(qiáng)：課程包含的公式，符號(hào)，構(gòu)造多，而這些大多來(lái)源于工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)，使得缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生難以理解掌握。3)內(nèi)容抽象，在設(shè)計(jì)時(shí)需要將設(shè)計(jì)方案轉(zhuǎn)化成力學(xué)模型。

根據(jù)在校的教學(xué)過程，發(fā)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)這門課程在教學(xué)過程中存在以下一些問題：我們學(xué)校混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)這門課程課時(shí)是24學(xué)時(shí)，學(xué)時(shí)少內(nèi)容多，為了完成教學(xué)大綱，教學(xué)進(jìn)度的安排，很多難點(diǎn)不容易講透。學(xué)校上課多結(jié)合多媒體，課件包含一些結(jié)構(gòu)圖片、圖紙，但二維圖片比較難體現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)，特別是空間想象能力不太好的同學(xué)，加深了學(xué)習(xí)的難度。學(xué)校上課主要以教師理論灌輸為主，缺乏互動(dòng)，缺乏相應(yīng)的實(shí)踐，加上教材內(nèi)容陳舊，往往造成學(xué)生畢業(yè)很難運(yùn)用到實(shí)際工程，也會(huì)造成學(xué)生喪失學(xué)習(xí)的樂趣。

2 BIM軟件的特點(diǎn)

建筑信息模型(Building Information Modeling以下簡(jiǎn)稱BIM)是被AUTODESK首次提出的，其核心思想是強(qiáng)調(diào)多個(gè)軟件的協(xié)作，從二維到三維甚至是到n維，從獨(dú)立到相互協(xié)作[2]。近年來(lái)，BIM技術(shù)在國(guó)內(nèi)迅速發(fā)展，不僅改變了工程各參與方：設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)等，也對(duì)高校建筑人才培養(yǎng)產(chǎn)生了巨大的影響，包括高校開設(shè)BIM技術(shù)相關(guān)課程，BIM技術(shù)考級(jí)，建筑技術(shù)相關(guān)的課程融入BIM技術(shù)等。BIM技術(shù)具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性等特點(diǎn)，其可視化的特性可以在課堂上以接近真實(shí)建筑的方式展示三維立體模型[3]。通過三維立體模型可以更加直觀的表現(xiàn)出結(jié)構(gòu)中各構(gòu)件的相互關(guān)系，降低學(xué)習(xí)難度，增加學(xué)生的參與感，有助于提升學(xué)習(xí)興趣。

3 BIM在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程中的應(yīng)用

3.1 課堂融入教學(xué)軟件

本文以混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程的第一章梁板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為例，梁板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)這章主要內(nèi)容包括：現(xiàn)澆單向板梁板結(jié)構(gòu)、現(xiàn)澆雙向板梁板結(jié)構(gòu)、整體式樓梯和懸臂梁板結(jié)構(gòu)等。現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包含結(jié)構(gòu)布置及構(gòu)件選型、荷載計(jì)算及計(jì)算簡(jiǎn)圖、內(nèi)力計(jì)算及施工圖。雖然梁板結(jié)構(gòu)對(duì)于我們來(lái)說(shuō)并不陌生，生活中隨處可見。但在以往的教學(xué)中發(fā)現(xiàn)當(dāng)現(xiàn)澆單向板梁板結(jié)構(gòu)理論知識(shí)都講完后，部分學(xué)生也是不能獨(dú)立完成現(xiàn)澆單向板梁板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的。究其原因，是由于學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)缺乏直觀的認(rèn)識(shí)，理論學(xué)習(xí)太過表面，沒有掌握梁板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的精髓。

將BIM融入課程教學(xué)，將二維的圖形轉(zhuǎn)成三維模型，如圖1現(xiàn)澆肋梁樓蓋，充分利用軟件的旋轉(zhuǎn)、放大、剖切等功能，讓學(xué)生更加直觀的認(rèn)識(shí)梁板結(jié)構(gòu)。對(duì)于已經(jīng)建好的模型也可以設(shè)計(jì)漫游，讓學(xué)生身臨其境的認(rèn)識(shí)梁板結(jié)構(gòu)。通過三維模型，除了讓學(xué)生認(rèn)識(shí)現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)由板、次梁、主梁組成，更重要的是讓學(xué)生掌握各構(gòu)件之間的連接，從而理解板、次梁、主梁計(jì)算簡(jiǎn)圖及荷載計(jì)算。如圖2列舉了板在設(shè)計(jì)時(shí)的計(jì)算簡(jiǎn)圖。

在現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，梁板配筋也是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。如圖3梁的局部配筋圖，圖4板的局部配筋圖。圖中包含按內(nèi)力計(jì)算配置的受力筋和按構(gòu)造要求配置的構(gòu)造筋。以板構(gòu)件為例，通過建立BIM模型的配筋圖，可以動(dòng)態(tài)展示板的板內(nèi)受力筋、板內(nèi)分布筋、墻邊構(gòu)造筋、梁支座負(fù)筋等，通過BIM模型的配筋圖可以讓學(xué)生更加直觀的認(rèn)識(shí)整個(gè)板結(jié)構(gòu)的配筋，更好的理解構(gòu)造鋼筋的布置，更好的聯(lián)系到實(shí)際工程。另外通過內(nèi)力計(jì)算配筋也是比較繁重的工作，要參考較多的規(guī)范，計(jì)算后還需要驗(yàn)算。很多同學(xué)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)都是硬套教材內(nèi)容配筋，往往出現(xiàn)一些漏洞。利用BIM軟件與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的對(duì)接，如：PKPM、廣廈、盈建科等，既可以快速配筋，也可以檢查配筋。

3.2 課后學(xué)生自主貫通

隨著BIM技術(shù)的快速發(fā)展，以及市場(chǎng)對(duì)BIM人才的需求，我們學(xué)校也開設(shè)了BIM課程，每年組織學(xué)生考BIM等級(jí)證書，參加BIM相關(guān)比賽。所以學(xué)生對(duì)BIM軟件的運(yùn)用有一定的基礎(chǔ)，基于這個(gè)基礎(chǔ)，如何將軟件課和專業(yè)課程更好的融合是我們努力的方向。由于混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課時(shí)比較少，主要依賴教師課上的講解，學(xué)生比較難以理解透徹，所以要充分利用學(xué)生的課后時(shí)間。教師通過課堂理論知識(shí)的講解，布置和課程相關(guān)的BIM建模任務(wù)，讓學(xué)生將課本二維的圖像還原成三維圖形。通過建模過程，讓學(xué)生更加直觀的認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)的各部分組成，認(rèn)識(shí)各主要構(gòu)件相互的連接方式，荷載的傳遞路徑。通過軟件的實(shí)操，既能夠提升BIM技術(shù)的運(yùn)用，又可以更好的掌握專業(yè)知識(shí)，從而提高學(xué)生的綜合能力。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，BIM技術(shù)在土木工程行業(yè)應(yīng)用的越來(lái)越廣泛，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程作為土木工程專業(yè)重要的主干課程之一，其教學(xué)改革也應(yīng)跟上時(shí)代潮流，高校將BIM技術(shù)引入到混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程將是教學(xué)改革發(fā)展的趨勢(shì)。