BIM技術在鋼結構課程設計中的應用★

余潔歆 謝本飛 朱藝婷

(1.福建江夏學院，福建 福州 350108； 2.福州桂武置業有限公司，福建 福州 350108)

0 引言

鋼結構有著強度高、抗震性能好、工業化程度高等優勢，隨著國家政策的導向，如住建部2019重點工作中提到：“要大力發展鋼結構等裝配式建筑”。鋼結構市場對專業人員的需求量日益增大，要求也隨之提高。傳統的鋼結構課程體系偏理論，缺乏實踐性和信息化融合，難以對接建筑業轉變的發展趨勢。為緊跟行業發展步伐，通過利用BIM技術，解決傳統教學的弊端，促進鋼結構課程設計教學改革，提高教學質量，培養具有信息化素養的“應用型人才”，滿足企業對技術人才的迫切需求。

1 研究背景

1.1 BIM技術發展

BIM是建筑信息模型系統的縮寫，指在建設工程及設施全生命期內，對其物理和功能特性進行數字化表達，為工程項目的各種決策提供可靠的信息支持、共享。各參建方，如設計、施工、運營、管理均可在模型中修改和提取信息，達到協調工作的效果。

美國喬治亞理工的Chuck Eastman教授于1975年最早提出的BIM理念，隨后逐漸被各個國家發展完善并被建筑行業廣泛應用[1]。雖然BIM技術發展時間不長，但已經相對成熟，并且逐漸滲透到教育等領域[2]，希望能利用此技術進行教學改革，提高教學質量。

1.2 鋼結構課程設計存在的問題

1)鋼結構課程設計要求較高，其建筑形式多變，所涉及知識內容多，難度大。學生在完成鋼結構課程設計過程中存在理論知識學習不扎實、設計原理掌握不全面等問題，從而導致課程實踐效果不佳。

2)傳統鋼結構課程設計成果多以計算書和施工圖紙展示，二維圖紙無法直觀體現其結構構造，導致設計過程中缺乏對結構細節的完整把握。

3)鋼結構計算部分，大多數學生根據教材例題逐步求解，計算內容僅為常規構件的強度、剛度和穩定驗算，對局部細節或異型構件設計未考慮。

2 BIM技術在鋼結構課程設計中的應用

2.1 BIM技術在鋼結構課程設計中應用的優勢

1)可視化。

集建筑信息為一體的三維數字模型，使得項目設計、建造、運營等全過程均能可視化展現。鋼結構設計教學過程通過可視化的模型，消除空間想象的限制，提供更直觀、生動的教學過程。例如在進行鋼結構節點連接設計時(見圖1)，復雜的連接形式加大了設計的難度。若采用三維的實體模型，通過對模型節點細節處的放大、旋轉，可以360°無死角地觀察其連接形式及傳力途徑，進一步使學生明確計算原理和方法。

2)協調性、優化性。

學生在完成BIM模型后，可以通過各專業的碰撞檢查找到項目的“不兼容”現象[3]，如管道與結構沖突，預留的洞口尺寸錯誤，以此為依據進行協調、方案優化，確保項目實施的可行性。任一構件單元都是數據的集合且保持全局共享，解決了設計修改過程中信息不一致問題。如對模型中一構件進行參數修改、信息添加或刪除等操作，與之關聯的所有信息也會保持動態更新，避免遺漏。

3)模擬性。

在BIM三維模型下可以進行能效、緊急疏散、日照、熱能傳導等的模擬，若在此基礎上增加時間軸，還能進行4D進度控制的模擬，再添加成本后形成5D造價控制上的模擬。

4)可出圖性。

通過碰撞檢查及設計修改后的BIM模型，可以直接導出建筑施工圖紙和計算書。解決原課程設計中學生繪制的圖紙和計算書內容不對應的問題。通過BIM三維模型和二維圖紙的對比及修改，幫助學生更好的理解施工圖紙所表述的內容，提高學生識圖和制圖能力。

2.2 基于BIM技術的鋼結構課程設計改革實施

2.2.1改革實施目標

應用BIM技術到鋼結構課程設計中，增加課程設計的趣味性和實踐性，提高學生的工程實踐能力。學生通過模型分析輔助結構設計計算部分，可以更直觀學習和觀察構件截面和節點連接設計，增加設計過程中的感性認知，有效提升課程設計效果，基于設計項目重新串聯鋼結構理論知識點。通過完成課程設計，使學生熟練掌握BIM軟件信息操作應用的能力，提高崗位核心競爭力，為社會培養建筑工業化實用技術人才。

2.2.2改革實施重點

1)為提高學生主觀能動性，培養獨立思考及解決問題的能力，要求學生以小組為單位，共同查閱資料、鋼結構設計規范，鞏固理論知識。

2)采取真實工程為載體，以項目為導向，重新構建鋼結構課程設計實施過程。虛實結合工作環境，設置鋼結構教學實訓改革總體方案，實現人才培養與行業需求的無縫對接。

3)探索信息化技術與教學相結合，使實訓實操教學可依托仿真度好、信息化程度高、交互性強、易操作的BIM技術平臺，解決傳統課程設計的各項弊端。

4)培養學生主動自查、校對和分析工程問題的意識，按要求先完成手算設計部分的內容，再進一步建立BIM模型。在建模過程中發現前期計算出現的錯誤和不合理的地方加以改進，加深對設計要點的理解。

5)通過小組討論、方案協調及成果匯報，培養學生的團隊精神。分級設計鋼結構課程設計各環節內容，并在每個階段對小組項目成果進行評價和打分，動態把握學生學習情況，實時根據學生情況，不斷優化和調整課程設計改革內容。

2.2.3改革具體方法

基于BIM技術，將鋼結構課程設計環節組織模式分為三級，一級項目：組建BIM小組；二級項目：結構計算、Revit建模及圖紙繪制；三級項目：項目設計成果展示及匯報；具體各級項目指標分解內容如表1所示。

表1 鋼結構課程設計進度安排

3 結語

運用BIM技術輔助鋼結構課程設計，提高課程設計實踐效果，具體體現如下：1)通過小組討論，調動了學生學習的積極性和主動性。利用BIM模型，增加了學習的趣味性。2)學生根據初步方案構建BIM模型，串聯理論知識，通過分析、對比手算結果和模型計算結果，自行校核、優化方案。3)通過學習Revit軟件，使學生具備信息化技術運用能力，對接建筑工業化市場需求。