探討利用BIM 技術的建筑力學課程教學改革研究

魏 海

（湖州職業技術學院，浙江 湖州 313000）

0 引言

BIM 的全拼是Building Information Modeling ，即建筑信息模型。BIM 是以數字技術為基礎，集成了建筑工程項目各種相關信息的工程數據模型，BIM 是對工程項目設施實體與功能特性的數字化表達。BIM 技術的發展在我國已有多年，且BIM 技術的學習是系統的。要掌握BIM 技術的基礎建模的能力，需要專門開設課程，并且學習時間至少長達一個學期?？墒呛芏辔恼掠嘘P建筑力學的課程改革都提出讓學生在建筑力學課程中學會BIM 技術并能建三維模型來提高學習積極性，加深對知識點的理解，這些都是不切實際的。BIM 技術涉及的軟件眾多，任意一款軟件都需要很多課時去系統學習。相反很多講授建筑力學這門課程的教師，自己并不清楚BIM 技術是什么，更不懂BIM 技術所涉及軟件的具體操作。因此，本文在探討如何利用BIM 技術進行建筑力學課程教學改革前，花了大量時間學習了很多BIM 技術的相關軟件，從而在BIM 技術中尋找出建筑力學課程中有用的元素。

1 傳統建筑力學課程存在的問題

1.1 教學知識

建筑力學的授課主要知識主要包括理論力學、材料力學和力學三方面，需要掌握外力、內力、應力及結構體系組合分析等內容。建筑力學知識為建筑結構、土力學與地基基礎等建筑類課程提供理論基礎。學生畢業后在未來建造的工程項目都是需要較為扎實的建筑力學基礎的。但這些知識點很抽象，教學內容枯燥，學生不知道如何在生活、工作中去應用建筑力學知識，從而造成學習的主觀能動性很差。

1.2 教學安排

建筑力學課程開設在大學一年級的第一個學期，對于很多學生來說，是沒有機會和時間通過其他課程去學習BIM 技術的，所以很難讓學生在建筑力學課程里自己去動手建模。但是大量教師去談論把BIM 技術引入到建筑力學課程學習中，讓學生自己動手建模，這是紙上談兵，不切實際的。

1.3 職業目標

建筑力學課程針對大一新生，很多學生還沒有進入建筑類專業的氛圍中。對身邊和網絡上的建筑工程事故漠不關心，對以后自身將從事的建筑行業沒有歸屬感。如果學生身上沒有一點對以后從事的職業的責任感，很難有較大的動力去學習建筑力學這樣的專業基礎課。例如高職院校開設較晚的專業市政工程和建筑工程管理，一部分學生對這個專業的認知還是很模糊的。甚至很多學生在高考時放棄物理，對建筑相關專業的學習也造成較大影響，也進一步使學生較難融入建筑相關的專業的氛圍中。

1.4 考核方案

當前建筑力學課程考核主要為平時成績與期末成績的結合。大部分學生的思維還是停留在高中階段，認為期末考試卷面成績優異，就代表這門課程學習優異。同時很多任課教師對學生的平時成績打分，是參照學生的期末卷面成績給的，并沒有有效監督學生平時的學習情況。更有甚者，部分教師利用平時成績來幫助學生去通過這門課的考核。很多高校的任課教師沒有很好地去利用平時成績的考核，讓學生深入理解建筑力學知識，而是一味將建筑力學知識停留在期末的卷面考試上。

2 B IM 技術的發展現狀

BIM 技術在中國的總體發展還不是很完善，很多行業里的人員才剛接觸BIM 技術。從技術層面來看，BIM 應用技術本身還沒達到完全成熟，相應的技術如BIM 后期的動畫、虛擬現實等應用于工地的技術還不是很成熟。從管理層面來看，我國的管理和發達國家的管理差距還是很大的，由于目前大部分較為成熟BIM 技術軟件都是美國主導的，他們的建筑業本身管理也比較精細，所以向BIM 邁進比我國要簡單得多。我國BIM 技術的人才隊伍建設還是有一定的難度，需要一定時間去積累。

BIM 基本理念，主要是用虛擬設計技術來指導、控制現實施工過程。BIM 技術能能應用到教學中，是因為其三維可視化。BIM 相關規范與標準的制定，技術門檻較高，需要投入的人力、物力也比較大，不是中小型設計單位有能力做的事情，更不是一個高校教師能夠簡單花少量精力去學習和掌握的。BIM 技術只是一個工具，真正實現BIM 的意義是一個全過程工程管理的模式，是以一種信息化的工作流程和模式來對建筑行業進行信息化升級，提升建筑行業的工作效率，而不是單單的一個模型。

由于BIM 技術涉及的軟件眾多，沒有一個人可以完全掌握BIM 技術的所有軟件。因此，只能從中篩選合適的軟件去應用到建筑力學課程中。BIM 技術中最基礎、 最核心的軟件可以建立三維可視化的模型，例如Revit 軟件。但是相當一部分文章中提到利用BIM 技術軟件去做三維模型的受力和變形分析，是由于很多教師自身對BIM 技術不了解。能做受力和變形分析的軟件，例如SAP2000 軟件，是研究生階段學習研究用到的軟件。但是目前的BIM 技術概念已經將凡是能三維建模的軟件都統統歸入BIM 概念中了。本文不去爭論這樣的概念是否正確，只去探討這些有限元分析軟件作為BIM 技術的一部分時，是否值得高職層次的學生去學習或者在課程中應用。

3 B IM 技術在建筑力學課程教學中的應用

3.1 教學知識改革應用

建筑力學知識的授課應該引入更多的工程案例，在工程事故案例的講解中要充分體現建筑力學知識的相關性。如何去體現建筑力學知識與工程事故案例的相關性，可以利用BIM 技術去建立三維模型去復原該工程。但是這個對建筑力學這門課的任課教師有較高的技術要求，同時也會增加任課備課過程中的建模時間。會BIM 技術后期制作軟件的教師可以制作簡單的動畫來還原工程事故。除此之外，對于建筑力學中設計的幾種支座形式，任課教師可以利用BIM 技術去制作其三維可視化模型，讓學生更容易理解。BIM 技術在建筑力學課程知識的改革應用中，需要任課教師花較多的時間去學習BIM 技術和應用BIM 技術去制作三維模型。相反，很多文章中錯誤地理解成讓學生在建筑力學課程中建三維模型，這是切不可取的。同時，近幾年隨著利用BIM 技術所建的模型不斷增加，不斷應用到建筑力學的相關知識點，通過對表1 匯總分析，學生期末的相關知識點的得分表現能在一定程度上反映出BIM 技術可以幫助學生對相關知識點進行理解。

表1 應用到BIM 技術相關知識點分值變化

3.2 教學安排的應用

BIM 技術的一些分析軟件，其實對大部分高職學生來說是不適合的。但是對于一些接受能力較強的學生和一些對建筑力學想進一步深入學習的學生來說，是值得去學習的。結合筆者指導本校三位同學參加2021 年全國大學生結構設計競賽來看，三位同學在課余時間學習了BIM 技術的分析軟件，并在比賽中制作模型時很好地利用了BIM 技術及建筑力學知識，取得全國一等獎的好成績。從比賽的結果和學生的反饋來看，BIM 技術的分析軟件也是指值學習的。從教學安排角度來講，應該在建筑力學的第二課堂中開展教學，第二課課堂的形式可以是力學工作室也可以是校公選課。目前通過建筑力學第二課堂讓學生學習BIM技術相關軟件，并讓其應用建筑力學知識制作手工模型。參考表2 可以看出，BIM 軟件建模得分越高的學生，相應的手工制作模型質量越好，模型承載力也越強，同時建筑力學知識問答情況也更好。BIM 技術較好地掌握可以讓學生對建筑力學知識有更深入的認識，同時BIM 技術可以幫助學生更好地使用建筑力學知識制作和優化結構模型。

表2 建筑力學第二課堂BIM 技術應用情況

3.3 考核方案的應用

平時成績考核應該加強體現建筑力學應用的重要性，利用BIM 技術讓建筑力學的相關知識更加貼近實際工程，從而調動學生的學習積極性和主動性。例如任課教師通過BIM 技術的相關軟件運行分析幾個實際工程的結構模型后，讓學生分組去讀懂軟件分析出來的內力圖和變形圖。讓學生們去分析結構模型中哪個桿件最危險，哪個位置需要加大桿件尺寸和優化桿件截面設計等。因為實際工程結構比較復雜，幾乎不太可能人為去計算得到其內力圖，通過軟件得出分析結果后，適合所有學生去理解。因此，將BIM 技術用于考核學生平時對建筑力學知識的理解還是有很大幫助的，同時第二課堂可以作為建筑力學深入學習的有效形式。期末考試強調學生的力學計算能力和基礎知識的記憶，平時成績借助BIM 技術的相關軟件來考核學生對實際工程的受力分析的理解。

4 結語

隨著BIM 技術的不斷發展，讓大部分高校越來越重視其。同時建筑力學是一門理論性很強的專業基礎課程，直接影響學生后續專業知識的學習及工作中對所做工程的認。將BIM 技術應用于建筑力學課程教學是較為困難的，任課教師自己需要花費很大精力去學習、掌握。引入BIM 技術來進行輔助教學，能夠促進學生對實際工程的理解。同時將第二課堂作為建筑力學課程的延伸，讓部分學生能夠更好地掌握建筑力學的相關知識。通過近幾年不斷將BIM 技術應用到高職院校的建筑力學課堂，可以較為明顯地看到，BIM 技術可以幫助學生進一步認知建筑力學的有關知識。