BIM技术在《建筑构造与识图》课程教学中的应用

高婷婷

（山东电子职业技术学院 智能制造工程系，山东 济南 250200）

《建筑构造与识图》是工程造价专业大学一年级开设的一门重要的专业基础课程，它主要研究画法几何、建筑施工图和民用建筑构造，培养学生严谨认真的制图思维和灵活多变的空间想象力，从而使学生获得识读建筑施工图的技能，为后续工程造价专业课程学习奠定基础。然而，传统的《建筑构造与识图》教学是以二维平面图形为基础，老师借助构造节点图片展示、施工视频观看等手段来引导学生读图，但由于学生没有工程实践经验，加上三维空间想象能力差，识图过程比较困难，以至于在后续的专业学习中，对正确计算工程量造成了很大的影响。为了提高教学质量和学生识图能力，在《建筑构造与识图》课程教学中引入BIM技术，利用BIM模型三维可视化的特点，帮助学生在平面图、立面图、剖面图的基础上，顺利识读建筑构造节点详图，实现二维平面图纸到建筑三维模型的成功转化，达到提高学生识读建筑施工图能力的目标。

1 《建筑构造与识图》课程教学目前存在的问题

工程造价专业《建筑构造与识图》课程通常安排在大学一年级上学期开设，理论性与实践性均比较强。进入高职以前，学生对于建筑专业名词接触的相当少，而且缺乏对建筑构件的观察和思考，所以不容易从平常生活中得到实际有效的体验。对构造做法和施工工艺等专业知识的不了解已经让学生的兴趣大打折扣，再加上教师教学方法的受限、教材的抽象、枯燥、无趣，难免会打消学生对该门课学习的积极性。山西职业技术学院樊旭宏教师曾对高职院校土建类3个年级642名学生做过调查，其中，感到《建筑构造与识图》课程无聊或厌恶的人数高达63.4%，感到有兴趣的不足15.3%[1]。造成这种现象的原因，除了学生自身的问题，还有以下两个方面的问题。

1.1 理论教学方面

在目前《建筑构造与识图》课程教学中，教师通常以多媒体为主粉笔板书为辅的方式进行教学。多媒体课件在投影部分通过Flash动画能够实现三面投影图和简单基本形体三维轴测图之间的转化，然而土建类教师一般不具备Flash技能，通常教学中用到的动画都是相关院校在申请精品资源课程的过程中花钱雇佣专业人士制作的。这种方式费用高，而且所制作的动画不一定适合所在学校的教学。多媒体课件在建筑平面图和结构平面图的识图部分，能够提供一些形象、直观、生动的图片，但是不能帮助学生在脑海里建立三维的建筑模型，也不能呈现平面图、立面图、剖面图的形成过程，更不能把外墙节点详图和楼梯详图的“三维实体模型”搬进教室。此外，教材编写往往强化了投影部分截交线和相贯线这种理论难度大却实用性不强的知识点[2]，教师教学经常跟着教材走，弱化了形体剖切作图部分的训练，不利于学生对建筑剖面图、断面图的理解。

1.2 实训教学方面

《建筑构造与识图》是一门理论与实践结合非常密切的课程，众多高职院校都会在民用构造和施工图识图理论结束之后安排一周的实训。但是多数学校为了省钱省力，已经将实践教学沦为了集中一周的理论教学课堂作业，有的学校根据图纸准备若干问题让学生识图之后回答，有的学校干脆让学生抄绘整套图纸。回答对了问题，机械性的抄绘了图纸，但是学生对制图标准、规范和建筑构造细节依然不清楚。就算某些高职院校有条件有资金安排学生去建筑工地进行认识实习，但是为了学生的安全以及不影响施工现场的进度，往往走马观花草草结束，学生看到的都是施工的局部，没有针对性；个别示范性院校花费巨资在校内建立工法样板间，真实的将房屋建筑采用的各种材料、设备、工艺、工序展示出来，一定程度上有效提高了学生识图的能力。然而，无论去工地参观还是在校内实训基地参观，均不能将理论课程上的三维模型、剖切动态过程以及丰富多样的构造节点系统的呈现出来，无法自由灵活的帮助学生在脑海里建立与实物相对应的三维建筑模型。

高职学生不像本科学生，他们对理论知识本身就缺乏学习的兴趣，喜欢形象、生动、直白、易懂的事物，爱动手操作，尤其是利用电脑操作。这就要求我们高职教师必须想办法将《建筑构造与识图》课程与计算机软件有效融合，实现理论与实践的结合。

2 BIM技术在《建筑构造与识图》课程教学中的可行性

BIM （Building Information Modeling）是在建筑工程领域应用信息技术，实现对设计、施工和管理过程仿真和模拟的一种信息化技术与管理方法[3]。BIM技术利用信息化技术进行数字化表达，可以实现全人员、全过程、全方位的协同工作，具有协调性、模拟性、可视性、出图形和优化性五大特点，被认为是建筑领域改革生产力的突破性技术。BIM技术在建筑领域得到广泛推广和应用的同时，也给课程教学改革与创新提供了新思路新契机，许多学者将BIM技术引入到课程教学与科学研究中[3-6]。BIM技术具有三维实体建模功能，可以实现对建筑图形放大、切割、旋转等处理，给高职《建筑构造与识图》课程教学改革提供了新的方法和途径。BIM技术可视化的性质能够让学生清晰的看到建筑三维模型，所见即所得，直观的掌握建筑实体的信息，增加了课堂的可感知性、可参与性、直观性、趣味性，有利于学生更好的理解和掌握看图的技巧和方法，方面快捷，不用去施工现场，教师就可以在课堂上带着学生深入讲解建筑模型。

BIM技术作为支撑建筑业生产力的革命性技术，它的快速发展是离不开BIM相关软件的支持。目前应用于中国市场的BIM软件数量较多，而Revit系列软件在BIM技术中扮演着重要的角色。Revit软件主要用来建模与制图，Navisworks主要用来漫游、探索三维建筑模型内部构造。对于创建好的建筑模型，Revit能自动生成平立剖图纸，进行建筑效果图、建筑动画的显示，还能进行建筑构件的统计。图纸转化之间保持着信息的相关性和一致性，门、窗、墙体、屋顶等构件保持着智能型的关联。不像造价管理软件还需要花钱购置加密锁，Revit软件只需电脑具备优良的CPU、高配置的内存和显卡，就能在线下载安装，随时随地使用。教师备课可以提前使用Revit软件制作构件模型，供学生在课堂上进行二维图形与三维立体之间的对照，学生也可以根据Navisworks软件虚拟现实及漫游的功能，让自己自由穿梭在建筑任意位置。这种寓教于乐、寓学于乐的新型教学方式很适合喜欢趣味性、操作性的高职学生，使基于BIM技术的《建筑构造与识图》课程教学改革成为可能。

3 BIM技术在《建筑构造与识图》课程教学中的应用

本文主要选用Revit、Navisworks两款软件应用到《建筑构造与识图》课程教学中，用来提高学生对建筑构造和建筑施工图识读的能力。

3.1 课前准备阶段

课前备课阶段，教师可以分别选择几套完整的来自于工程一线的建筑施工图纸（砖混结构、框架结构、框架剪力墙结构）利用Revit建立三维模型以便学生掌握多种结构类型的建筑构造。本文选择某三层框架结构的综合办公楼施工图纸建立三维信息模型，授课过程中可以向学生多方位、全方面的展示三维模型，如图1所示，使得学生对所识读的施工图纸有个整体的认识和把握。

图1 BIM 三维建筑模型和三视图Figure 1 BIM 3D building model and three views

3.2 课上教学阶段

3.2.1 建筑构件的识读

课堂授课过程中，利用BIM三维建筑信息模型给学生讲解建筑的基本构件，如基础、墙和柱、楼层和地层、楼梯、屋顶、门窗以及变形缝等，利用Revit视图中的选择框命令从三维信息建筑模型中选择一个构件进行三维展示、讲解和识读,学生可以利用观察、测量、剖切等手段，认识各类建筑构件；通过Navisworks虚拟漫游，教师可以带着学生在综合办公大楼内部自由穿梭，使学生对建筑构造的理解更加深刻。如在楼梯学习的时候，如图2所示，将楼梯从建筑模型中框选分离出来单独观察，利用Revit的ViewCube命令可以直观的看出楼梯的三维及楼梯平、立、剖的表达方式。和二维图纸上的楼梯平面图和剖面图进行一一对比，就能清晰的理解楼梯的构造和尺寸。比如，能够看出楼梯间的开间和进深，能获取梯井的位置和大小、踏步的数量和尺寸、休息平台的宽度等信息。在将Revit软件建立的三维信息模型导入到Navisworks软件中进行虚拟漫游，就可将学生带到“楼梯现场”，防滑条、栏杆、栏板、扶手使用的材料、常规尺寸和做法以及与楼梯的连接关系等信息就可以生动直观的呈现出来。其它建筑构件的识读也可以采用这种方法来教学。BIM三维建筑模型“所见即所得”的直观性和现场感，不仅提高了学生对建筑构造原理和施工做法的认识，还省去组织学生外出认识实习的麻烦和风险。

图2 楼梯构件BIM三维模型、二维表达及其漫游Figure 2 The BIM 3D model,two-dimensional expression and roaming of stair member

3.2.2 建筑施工图识读

帮助学生将二维平面的图纸信息转化为三维建筑信息模型是《建筑构造与识图》教学的主要任务。在以往的教学实践中，教师通常带着学生读整套施工图和构造节点详图来帮助学生认识“施工语言”；由于学生空间想象力有限，很难将平、立、剖、详图等二维图纸信息转化为要施工建设的三维建筑模型。BIM解决了这一难题，实现了二维平面图形与三维立体模型的互相转化。教学过程中,可以拿着二维平面图与三维立体模型（见图1）对照讲解与识读,也可以通过虚拟漫游“边走边看边讲边读”进行识图，使看图过程从枯燥的凭空想象变为有趣的体验，提升学生对构造节点和建筑布局的整体把握能力。教师还可以利用BIM三维模型，借助软件剖面框命令剖切查看建筑任意部分的构造，从而让学生理解“想象不到”的内部构造和构造详图。比如通过水平剖切，能够清楚的看到办公楼的平面布局，出入口的类型和位置、楼梯的类型和位置、墙和柱子的位置、截面和材料、门窗的类型和位置；通过侧面剖切，能够清楚的看到综合办公楼的内部构造、分层布局和构件的连接方式、材料和高度，更能清楚的看到楼梯的梯段数、结构形式，见图3。学生哪里不明白，就剖切哪里。可见，BIM技术使得《建筑构造与识图》教学变得轻松容易有针对性。

图3 BIM三维剖切图Figure 3 BIM 3D cutting diagram.

3.3 课下练习阶段

在教学任务安排中，识图基础部分安排学生借助Revit软件成熟配套的教学视频自主学习建立轴网、标高和基本形体，并对基本平面体进行剖切，深刻的认识剖面图和断面图的形成原理。建筑构造和识读部分，选择建筑规模适当偏小、学生较为熟悉的校园宿舍楼作为建模作业，先绘制墙、门窗、楼板、屋顶、楼梯等基本构件，然后像搭积木似的结合图纸将建筑一层一层的建成BIM三维模型。模型从局部到整体都是三维可视的，所见及所得，有效提高学生对建筑构造节点构造原理的理解能力。教师需要将Revit配套视频内容进行任务分解，坚持“课下作业任务与课堂所学内容一致、课下所学视频内容与课下作业任务一致”的原则，将学生每次课下学习和作业练习时间控制在60min内，防止学生因任务多或者占用时间长而丧失学习的热情。课下练习建模培养学生逆向识图的一种方法，学生参与到建筑工程案例中会积极探索问题、主动分析图纸信息，借助BIM软件能够将二维图纸转化为三维建筑模型，这种教学方法不仅能够提高学生识图、辨图能力，而且也培养了学生学习的成就感。BIM技术的出现，可以使得建筑识图课下练习作业变得丰富有趣。

4 结论

对《建筑构造与识图》课程理论教学和实训教学中存在的问题进行了深入分析，论证了教学中引入BIM技术的可行性；利用Revit、Navisworks两款软件，以某综合办公楼为例，将BIM技术融入到《建筑构造与识图》课前、课上、课下的教学实施中，调动学生的积极性、创造性，培养学生的空间想象力，为提升工程造价教学质量和学生识图能力提供了一条有效的解决路径，也为后续工程量计算奠定良好的看图基础。

[1]樊旭宏,甄博.理实一体课程改革在《建筑构造与识图》教学中的实践与探讨[J].太原城市职业技术学院学报,2014(11)：10-12.

[2]张艳芳.基于能力培养的专业基础课教学实践与研究：以建筑工程类专业《建筑构造与识图》课程为例[J].山西煤炭管理干部学院学报,2011,24(4)：173-175.

[3]张尚,任宏.BIM的工程管理教学改革问题研究（一）：基于美国高校的BIM教育分析[J].建筑经济,2015,36(1)：113.

[4]朱少君.将BIM技术应用于建筑专业识图教学的思考[J].泰州职业技术学院学报,2016,16(6)：19-21.

[5]张鹤.基于BIM的建筑课程信息化教学设计[J].沙洲职业工学院学报,2014(2)：37-40.

[6]李牧.将BIM建模软件引入土木工程制图教学的初探[J].教育教学论坛,2015(22)：139-141.