BIM在土木工程制图课程中的应用

张 龙 李十泉

(南京理工大学泰州科技学院土木工程学院，江苏泰州 225300)

BIM在土木工程制图课程中的应用

张 龙 李十泉

(南京理工大学泰州科技学院土木工程学院，江苏泰州 225300)

基于国外高校对于BIM教学改革的成果经验，对土木工程制图课程目前的现状进行了分析，提出了土木工程制图的课程新理念，并对课程的教学体系和教学内容进行深化改革，为土木工程专业BIM专业技术人才培养做好铺垫。

土木工程，BIM，制图课程，教学改革

0 引言

2011年5月，住建部发布《2011～2015建筑业信息化发展纲要》，从而拉开了建筑信息模型技术(Building Information Modeling，简称BIM)在土木工程行业应用的序幕。历经4年的准备工作，各地政府纷纷出台了一系列政策鼓励、推动和深化BIM在工程建设(Architecture Engineering Construction，简称AEC)行业中的应用［1，2］。政府的导向性表明，BIM的应用即将迎来井喷式发展。而这一趋势必将带动市场对BIM人才的需求，建筑行业将面临BIM人才短缺的考验。

2014年年初，国务院出台关于引导一批普通本科院校向应用技术型高校转型的政策［3］。在国家推行应用技术型大学的背景下，将BIM纳入土木工程专业课程体系，在学生所需掌握的核心知识中增加BIM环节，对于建筑行业的发展是非常重要的。许多大型建筑企业已将BIM技术应用于大型项目［4］，取得了良好的综合效益。可以说，AEC产业已跨入BIM时代，有必要探索如何将BIM融入土木工程制图课程中。

1 土木工程制图课程的现状

目前，国内高校的土木工程制图课程形式主要是通过二维投影图来表达三维立体，以培养学生的空间思维能力。此类传统的制图课程存在诸多不足，主要面临以下问题:

1)教学内容问题。

制图教学中教了一些无用的知识，这是很多教师的共识。如画法几何中的换面法，旋转法在土木工程专业领域基本用不到，部分课程知识点(如截交线、相贯线等)过于抽象，学生很难想象一个几何形体经过截交或相贯后的投影图形，学习的过程比较枯燥，该部分知识在后续的课程及工作中较少涉及。

2)学生反映。

在近年来所做的抽样调查中，发现大部分学生对于平面图的识读能力有限，更无法能够将平面图与建筑实体完全对应，而思考的过程则需要花费大量的时间，学生们更希望所看到的图纸是直观的，形象的，而传统的二维图纸反映的建筑信息有限，也很抽象，在学习的过程中学生往往不容易掌握图纸所表达的内容。

3)学时问题。

目前土木工程制图课程学时压缩过甚，很大程度上制约了课堂教学效果的提高。土木工程制图从原来的120学时逐渐变为100学时、80学时、70学时……制图课程在很多老师眼中已由重要的专业基础课变成无足轻重课程。土木工程制图课程改革的趋势揭示了理论课时减少与应用能力要求不断提高的矛盾的事实，给教学带来了极大的挑战［6］。

2 现状的思考

长期的理论教学研究也让笔者不禁思考几个问题:

1)以平面图形表达建筑实体是否能满足未来行业发展对效率的要求。

2)是否还是停留在通过传统的点、线、面的几何空间学习。

3)是否还是让学生用二维平面图表达三维的思维，施工时再用二维的识读到三维实体的建立。

作为与土木类高校专业基础课程的工程制图，是与BIM技术紧密相关的课程，这种低效率、大费周折的传统表达方式将不再满足未来建筑新技术的发展，课程改革势在必行。

3 国外高校BIM课程模式

由于BIM技术具有很大的优势，美国很早就在AEC行业中应用BIM技术，国外的高校也很早就开设了关于BIM的相关课程，其中70%的学校已将BIM贯穿到对应课程中进行教授，而没有设置BIM课程的学校中，88%表示计划增加BIM课时［7］。

为了适应建筑行业对BIM技术人才的需求，美国很多高校的土木工程专业对相关课程进行了改革。美国高校土木工程专业BIM课程典型设置见表1。

表1 国外高校土木类BIM课程设置模式

由于各个学校特点不一样，每个学校都会选择最适合自己的方式进行教学。从课程设置模式来看，俄怀明大学的独立课程模式是最容易开设的，不需要考虑和他人的协同工作，可以独立在课程中融入BIM相关的知识。但这种模式涉及到BIM的内容是片面的，不能与其他课程形成紧密的联系，很片面的把BIM作为一个提高绘图效率的工具教授给学生。

从奥本大学总结的经验来看，将BIM贯穿到整个系列课程中更为重要，如果仅仅是在一门课程中应用BIM，作用就没有那么明显，不能得到有效的发挥。课程群和毕业设计两种模式，可以建立系统的BIM体系，加强对技术和过程的理解。

4 课程改革方案

长久以来，土木工程制图都是以培养学生的空间思维能力为主，用二维线条式投影来表达三维形体，这种传统的培养模式往往忽视了培养对象，对于刚步入大学的大一新生来说，他们是没有专业基础的，对于建筑的组成是不清晰的，而利用二维图纸教学，学生很难通过对二维的识读来确定三维实体。

具体如何改，改什么，哪些知识需要纳入课程体系中都是需要仔细思考的。通过对目前土木工程制图课程分析，设定合理的教学体系和教学内容。

1)教学体系的改革。传统的教学体系是以“几何图形理论教学为主，计算机绘图为辅”，将空间问题简化成平面上的点、线、面问题来解决。基于BIM技术三维图形软件的出现，要改变传统的CAD思路，需要从建筑的全生命周期看待工程的项目运作。目前，国内对于BIM的教学改革成果还很少，很有必要借鉴国外高校的BIM教学改革成果。

在初期，可以先借鉴怀俄明大学的独立课程模式，在制图课程中融合与课程相关的BIM知识，主要是以Revit软件进行真实模拟操作，直接虚拟显示讲解。从奥本大学的经验来看，将BIM纳入课程群中更为重要，仅仅通过土木工程制图课程涉及BIM，而不能将BIM与其他相关的课程紧密联系起来，其作用是得不到充分发挥的。

在后期，待课程改革成熟后，仍需采用课程群的模式，在多门课程中穿插，将BIM在不同课程中的应用连贯起来。就像土木工程制图与房屋建筑学是前后密切相关的课程，在制图课程中，可以通过Revit软件学习如何建模，在后续的房屋建筑学的课程设计中，就可以利用Revit软件进行房屋的建模，生成对应的平面图。在后续的施工课程中，同样可以利用Revit软件得到的模型结合Navisworks软件，进行建筑构件的4D模拟，生成施工动画，加深学生对施工流程和施工工艺的了解。

掌握主要的三维设计软件，培养应用型人才将是未来人才培养的重点。创建“以三维建模为重点，计算机三维绘图为主线，图学思维为核心”的教学体系，以适应未来建筑行业的发展［8］。

2)教学内容的改革。目前土木工程制图课程主要由画法几何，专业制图和计算机辅助制图三部分组成。在现有的教学内容上加入BIM技术的学习，课时明显不够，需要对现有教学内容进行压缩。

画法几何主要讲的是投影理论，解决点、线、面的投影问题，与实际工程图形联系不大，只要掌握基本的投影关系即可解决常规问题，可将难度较大的相贯线、截交线这部分内容降低考核要求，压缩部分课时用来介绍BIM。利用BIM软件的三维建模可以帮助学生快速建立起空间关系，快速得到复杂形体的相贯线和截交线。

在专业制图教学部分，传统的课堂教学主要是通过板书结合PPT模式教学，简单的文字和图片很难让学生获得感性的认识。通过Revit软件的Architecture，Structure，MEP三个模块，对整个建筑进行虚拟建模，全方位的展示了一个真实的建筑设计方案、结构设计方案和设备设计方案，使学生有身临其境的感觉，提高课堂教学的吸引力，加深对建筑整体的认知。通过图1所示三维视图与图2所示平面视图一一对应［9］，使学生明白图纸上的符号具体指的是什么，不同的图例分别代表着什么。

在讲解建筑的立面和剖面时(见图3，图4)，当学生通过观察立面图、剖面图不清楚建筑外观和内部情况的时候，可以通过对三维视图进行动态观察，从全方位的角度来观察整个建筑的情况，这样平面、立面、剖面之间的关系就能一一对应。

目前的计算机辅助课程是关于AUTOCAD的软件培训，CAD三维表达能力有限，主要还是以绘制二维平面为主，随着BIM逐渐普及，考虑到未来行业的发展趋势，应适当增加BIM设计软件的学习，在土木工程制图理论课时结束后，安排一周的软件实训，主要通过Revit软件建模。

图1 三维视图

图2 底层平面图

图3 东立面图

5 结语

在未来几年内，BIM应用将呈爆发性的增长，逐渐取代CAD成为下一代主流软件体系，就如同20世纪80年代开始使用CAD代替手工绘图一样不可逆转。由于BIM在工程中的应用发展迅速，在土木工程制图课程中融入BIM，使学生了解BIM理论、掌握技术已迫在眉睫。以CAD为基础的技术转换到BIM，是AEC行业的一次技术革命，也为土木工程制图改革提供了契机。

［1］ 上海市城乡建设和管理委员会.关于在本市推进建筑信息模型技术应用的指导意见［Z］.2014.

［2］ 广东省住房和城乡建设厅.关于开展建筑信息模型BIM技术推广应用工作的通知［Z］.2014.

［3］ 国务院.国务院关于加快发展现代职业教育的决定［Z］. 2014.

［4］ 何清华，钱丽丽，段运峰，等.BIM在国内外应用的现状及障碍研究［J］.工程管理学报，2012(2):12-16.

［5］ 赵雪锋，李炎锋，王慧琛.建筑工程专业BIM技术人才培养模式研究［J］.中国电力教育，2014(2):53-54.

［6］ 曾建仙，赵东香.应用型本科土木工程CAD教学改革与实践［J］.图学学报，2014(1):151-154.

［7］ Christopher Pavelko，Allan·D·Chasey.当今大学本科课程中的BIM课程［J］.建筑创作，2012(10):20-29.

［8］ 赵 鸣，吕 梅，李苏红.基于BIM的建筑工程图学课程改革与探索［J］.吉林建筑工程学院学报，2014(4):81-83.

［9］ 柏慕进业.Autodesk Revit Architecture 2014［M］.北京:电子工业出版社，2014.

Application of BIM in civil engineering cartography curriculum

Zhang Long Li Shiquan

(College of Civil Engineering，Taizhou University of Science＆Technology，Nanjing University of Technology，Taizhou 225300，China)

Based on BIM teaching reform experience in domestic and foreign universities，the article analyzes civil engineering cartography curriculum status，puts forward new civil engineering cartography curriculum concept，and reforms teaching system and teaching contents，which has laid a foundation for cultivating BIM talents of civil engineeringmajor.

civil engineering，BIM，cartography curriculum，teaching reform

G642.0

A

1009-6825(2015)29-0254-03

2015-08-06

张 龙(1988-)，男，助教; 李十泉(1985-)，男，讲师