BIM技術在土木工程制圖課程中的應用

李佳雨，劉榴燕

(貴州師范大學 材料與建筑工程學院，貴州 貴陽 550025)

0 前 言

BIM(Building Information Modeling)技術在建筑行業內得到了越來越廣泛的應用，是信息化時代的產物，代表了先進的生產力。土木工程專業課程有很多都與BIM有著聯系，如建筑構造與識圖課程、房屋建筑學課程、土木工程制圖等課程。而土木工程制圖課程是土木工程專業中一門重要的基礎課程，主要目標是培養學生用二維平面視圖想象三維空間型體的能力。土木工程制圖課程一般是紙制圖或者CAD圖呈現給學生，而學生需要在腦中想像一個三維圖形，才能掌握本節課的知識，對于空間想象力較差的學生而言，很難掌握知識的應用。BIM技術的可視化等特點，不僅可以提高教師的教學質量，學生也會很快地掌握本節課的重點知識，有效地完成教學目標。本文給出BIM技術Revit軟件的介紹，通過某例子來說明BIM技術在教學中的使用，深入思考BIM技術在土木工程制圖課程中的應用帶來的影響。

1 工程制圖的變革

1982年之前，土木工程制圖的繪圖工具主要是三角板、T尺進行手繪，消耗了大量的人力、物力，制圖時間漫長、精確度和效率低，圖紙不易保存。以二維平面圖圖紙作為支撐進行建造，在工程制圖上存在較大的提升空間。

1982年到現在，隨著計算機技術的快速發展，信息化時代的到來，CAD的出現給建筑行業帶來了福音，利用計算機數位化的方式進行繪制圖紙，改善了以往手工圖紙繪圖效率低、不易保存等缺陷。而且生產力提高了，減少了大量的人力，節約了大量的時間。但CAD制圖軟件仍然以點、線、面的幾何性質進行繪制圖紙，雖然CAD軟件中存在3D技術，但不能賦予專業意義，沒有建筑物特性。如發現建筑圖紙有一處錯誤，更改圖元，需要重新繪制圖紙。CAD繪圖各個建筑元素不能相互聯系，沒有相關性，如有一處修改，其他方面必須進行修改，否則會出現圖紙不一致的現象。建筑行業中有許多專業領域之間進行交流，主要是以二維圖紙的方式進行傳達，時常發現沖突等現象。

2000年左右，隨著時代的需求，順應時代的發展，需求是創新的條件和前提，為解決CAD軟件所存在的缺陷，BIM技術的出現解決了這些問題。BIM技術參數化設計，解決了可以不用離散修改圖紙的局限性，并附有建筑屬性。BIM技術的組成元素是墻、梁、柱、板等改變了以往點、線、面的方式繪圖。不僅具有協同化性，使各行業之間可以進行協同溝通交流，而且還具有可視化性、一體化性、參數化性、協調性等特點，為各個行業提供便利，進而提高工作效率。同時，BIM技術也可以對建筑進行真實可靠的耗能分析并進行實時監控，為“綠色建筑”的發展提供支持。響應習近平總書記所倡導的綠色發展理念，BIM技術為綠色建筑發揮了巨大的作用，綠色建筑即節能、節水、節地、節材。學校也可以利用BIM技術的特性進行教學。為教師和學生提供雙向的便利條件。圖1為BIM技術成熟過程等級。

圖1 BIM成熟過程等級

2 BIM技術Revit軟件的介紹及操作步驟

2.1 Revit軟件介紹

Revit軟件是Autodesk公司研發的一個建模軟件，目前Revit軟件包括三個專業模塊，Revit建筑模塊(Architecture)、Revit結構模塊(Revit Structure)和Revit機電模塊(Revit MEP)，為各專業領域提供了便利。項目、圖元、族等概念是Revit軟件所特有的概念。了解這些概念對Revit的認識非常重要。

1)項目。項目是單個設計信息數據庫，是建筑信息模型。所有的設計信息都保存在“項目”中。可以對設計圖進行修改，修改后的設計可以反映關聯到平面視圖、側立面圖和剖面圖等信息中。跟蹤一個項目便可以掌握所有有關設計信息和數據。

2)標高。標高是一個水平面，在建筑設計圖中的重要信息。樓層高度、墻的高度、屋頂高度等都是建筑模型的依據。在Revit軟件中，在設置、繪制圖形的高度時，必須在立面圖或者剖面圖中進行繪制，一般在南北立面圖中。

3)圖元。在Revit軟件中模型圖元(墻、梁、樓板等)，基準圖元(軸網、標高等)和視圖專有圖元(尺寸標注、文字標注、二維詳圖構建等)三部分組成，Revit軟件對圖元按類別等進行分類，有利于繪圖方便尋找。

4)類別。類別是一組集成族的圖元。例如模型圖元類別包括墻和梁。

5)族。族是組成某一類別的圖元中的類。如，圓柱、矩形柱等。

6)類型。每個組有多個類型，如，圓柱450 mm、圓柱600 mm、矩形柱600 mm×750 mm等。圖2為圖元的層級分類。

圖2 圖元的層級分類(單位：mm)

Revit軟件在建筑行業，施工單位，結構設計，工程造價，電氣等方面節約大量的時間，提高工作效率。Revit的工作界面是由應用程序菜單、快捷訪問工具欄、信息中心等12個功能區所組成。此軟件操作簡便，易于上手，即可以供教師在課堂上進行演示操作，又方便學生更加直接地觀看并進行思考。實現二維平面視圖與三維空間模型的相互結合，達到事半功倍的教學效果。

2.2 Revit軟件在建模時最基本的操作步驟

1)繪制標高的簡要步驟：在“項目瀏覽器”中點擊“立面”→南或北→調整標高2輸入標高→把標高1、標高2雙擊更改為F1、F2→點擊“標高”命令，選擇類型上下標高進行繪制→輸入標高值。繪制標高可以直接繪制，復制繪制，也可以陣列繪制等。

2)繪制軸網的簡要步驟：在平面視圖F1層繪制點擊“軸網”，選擇類型→在繪圖區繪制第一條軸網，軸號為1→把光標指向第一條軸線，向右拖動鼠標，對齊軸線繪制第二條軸網→光標與軸線之間有臨時尺寸可以標注軸線之間的尺寸，也可以在繪制完之后修改尺寸，軸網繪制完成(繪制軸網可以直接繪制，復制繪制，也可以陣列繪制等)。

3)繪制基本墻體的簡要步驟：在樓層平面視圖中點擊“建筑”選項卡→“構建”面板→“墻”命令，在“屬性”面板“類型選擇器”中選擇墻的類型(下拉建筑墻或者結構墻)→點擊屬性中選擇一種基本墻的類型→在選項欄中選擇“高度”或者“深度”→頂部約束，選擇高度→設置定位線→點擊“屬性”中的“編輯類型”可對墻材料、厚度等進行設置→繪制面墻。

4)繪制門、窗的簡要步驟：在樓層平面視圖中點擊“建筑”選項卡→“構建”面板→“門”或者“窗”命令，在“屬性”面板“類型選擇器”中選擇門或者窗的類型→在墻上繪制門即可，“空格鍵”可以控制門的左右方向。

5)繪制樓板的簡要步驟：在樓層平面視圖中點擊“建筑”選項卡→“構建”面板→“樓板”命令下拉列表(建筑樓板，結構樓板，面樓板)選擇建筑樓板→在“屬性”面板“類型選擇器中選擇樓板類型→點擊“屬性”中的“編輯類型”可對樓板材質等進行繪制→通過“邊界線”形式繪制樓板即可。

3 BIM技術在土木工程制圖課程中的應用舉例

土木工程制圖課程專業性強，知識點多，難度大，課時少，主要包括投影制圖、建筑施工圖、結構施工圖等內容。這門課的主要任務是培養學生正確識圖的能力，繪制二維平面圖的能力、空間想象能力以及使用軟件繪圖的能力。對于剛入大學的學生而言，內容復雜無趣，學生不容易理解，空間想象能力差的學生跟不上等現象，BIM技術引入課堂之中，BIM技術可視化等特點不僅解決了課程概念難理解，識圖難等問題，而且引起了學生的好奇心和求知欲，潛移默化地使學生對 Revit軟件建模技術產生興趣。利用BIM技術輔助教學，將二維視圖建構成可視化的三維模型，加強了學生對圖紙的理解，提高學生對土木工程制圖學習的效率。

本文以土木工程制圖課程“建筑施工圖”這一章節的平面圖、立面圖、剖面圖應用BIM技術教育教學。學生只看到平面圖紙時，很難對建筑整體有一個清楚的認知。但在課堂上教師利用BIM技術把圖紙改成立體圖，使用二維平面視圖與三維空間模型的相互切換，不僅引起了學生的好奇心和求知欲，教師也可以簡便有效地教授內容，提高效率。教師首先把圖紙畫到CAD中，如圖3所示為某平面簡圖(尺寸已省略)。

圖3 平面圖

然后打開Revit軟件，點擊“項目”中的“建筑樣板”選項，進入界面后，點擊“插入”選項卡中的“導入CAD”選擇文件打開，拖動到合適的位置，以導入的圖作為底圖，以拾取線的方式點擊軸網，進行繪圖。也可以不用畫CAD圖直接在Revit軟件中繪圖，繪制標高、軸網和繪制墻體等。

最后得出如圖4的立體圖型，可以借助鍵盤上的“Shift”鍵和鼠標滾輪，進行旋轉，可以看到各方位的立體視圖。

圖4 立體圖

進入一層平面圖中在“視圖”選項卡中點擊“剖面”繪制的命令，繪制剖切線，點擊剖切位置的起點終點，右鍵轉到視圖，得出如圖5所示的剖面圖；也可以點擊“項目瀏覽器”中的立面進行選擇，如果如圖6所示。

圖5 剖面圖

圖6 立面圖

4 BIM技術在土木工程課程教學的應用與思考

4.1 應 用

1)推進BIM技術基礎知識的學習。在土木工程課程理論教學中加強BIM技術的結合。在當前土木工程制圖課程、房屋建筑學課程等理論教學中，引入BIM技術進行輔助教學，讓學生在掌握理論知識的同時對BIM技術產生影響，引起學生學習興趣，在學習枯燥乏味的理論知識的同時對BIM技術的可視化等特點產生樂趣。既可以減少教師教授抽象化知識的教學壓力，又可以減輕學生的對立體化的想象，識圖的困難壓力，達到雙向“減壓”的過程，克服了在教學中引入BIM技術的困難。

2)布置有關BIM的課程作業。在土木工程制圖課程、房屋建筑學課程等中加強引入BIM技術，并在有關的課題中布置作業，學生的動手操作比直觀化的感性認知更容易引起興趣，得到滿足感。學生的動手操作，不僅可以更加深刻地理解結構布置、節點詳圖等理論知識，而且可以熟悉BIM技術軟件的基礎操作應用，對BIM技術的學習做到充分的鋪墊，為今后的畢業設計，參加比賽做準備。

3)鼓勵學生積極參加BIM大賽。BIM設計大賽除了在學校舉辦的，學校之外每年都會有各種大賽，如全國BIM畢業設計大賽、“龍圖杯”BIM大賽都可以鼓勵學生積極參加。學生借助課上所學的專業知識在實踐中得到應用，做到理論與實踐有效結合的目的。利用知識解決實際問題，與社會接觸，打開學生的視野，為以后參加工作做準備。

4)BIM技術在畢業設計中應用。BIM技術快速發展進入學校，許多高校的畢業設計都引入BIM的應用。BIM的建模、算量等技術幫助學生快速地理解畢業設計中的疑難問題。畢業設計的內容與社會接觸，與時俱進，學生提前了解工作中可能出現的問題，為今后快速地進入工作奠定基礎。

4.2 思 考

1)提高教師BIM技術的操作能力。教師是學生學習科學知識的來源，隨著信息技術的發展，一些老教師或者不熟悉繪圖軟件的教師在應用BIM技術進行教學時存在巨大的障礙。所以，加強教師的應用技能迫在眉睫。教師隊伍建設，提高教師能力，學校校長具有至關重要的作用，校長應鼓勵教師學習BIM技術，組織教師多參加技術培訓，帶領教師去高校進行交流學習，聘請BIM技術專業人員給教師上課等，以增強教師利用BIM技術引用到自己所教的學科中，提高學生的學習效率。

2)加強校企合作。“紙上談來終覺淺，絕知此事要躬行”，加強校企合作，學生間接接觸社會中的實際問題，學生可以利用BIM技術的仿真虛擬工作環境，可以觀看企業中整個工程項目過程。學生也可以在參觀了解企業中工程項目后自己動手操作繪制模型，可以使學生更加了解工程的構造。加強校企合作，不僅解決了學校教學內容的滯后性、理論與實踐相脫離的局限性，而且可以使學生提前接觸社會中真正的問題。企業中的技術人員到校為學生授課，做到“雙師”教學，為今后的工作提供一個更好的平臺。實時了解社會真正的需要，培養社會主義高效發展的建設者和接班人。學校與社會相互聯系，使學校培養出的人才直接在社會上使用，起到了無縫銜接的最優效果。

5 結束語

本文介紹了工程制圖的變革，BIM技術Revit軟件的應用界面的功能介紹和部分操作步驟，隨后詳盡地給出了在土木工程制圖課程課堂上如何利用BIM技術進行教學的過程及BIM技術的應用與思考。BIM技術引入土木工程專業課堂，使二維平面視圖轉化為三維空間模型，達到畫龍點睛的作用。此技術可以調動學生學習的積極性和主動性，使課堂淺顯易懂、輕松愉悅，正是國家大力推廣的技術，同時也是“綠色建筑”發展的重要手段。

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