结合BIM技术的《建筑构造》课程改革探究

李国宁

(天津国土资源和房屋职业学院天津，天津 300270)

1 引言

建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)是近年来在建筑业出现的数字化建模新技术[1]。它立足于三维空间，以建筑构件为基本作图单位，同时赋予建筑模型相应的设计信息，使设计者、施工方以及管理人员都可以通过对模型的观察来获取相关资料，大大提升了建筑的数字化、信息化程度，成为贯穿于建筑生命周期的技术保障。

在《建筑构造》课程中引入BIM技术，用三维图形呈现门窗、墙、楼板等建筑构件，并通过指令找平层、结合层、防水层等构造，使学生直观的掌握构件细部及节点构造，同时，将建筑信息化的概念深入课堂，提升学生职业素质。

2 BIM技术在建筑业的应用

2.1 建筑设计方面

BIM技术极大提升了建筑技术设计效率。它不止提供直观可见的建筑模型，更能综合建筑、结构、水、暖、电等各专业信息，使建筑协同化设计成为可能；模型自带的数字化参数，提供了多专业的综合信息，为建筑合理化设计提供条件；其导入分析软件更具有绿色节能计算能力，符合我国现阶段绿色建筑设计需要；同时，在设计方案的多轮修改过程中，BIM模型能够自动变更数据，大大提高设计效率及准确率。

2.2 建筑施工方面

BIM技术对施工的管理源自对施工现场的模拟，即将人工、材料、机械等施工资源录入软件并制定不同施工方案，分析不同资源配置对工期的影响，力争减少施工过程中重复、交叉带来的成本浪费；施工过程中，还可以利用BIM技术协调现场资源以加快施工进程，并模拟现场施工进度，通过现场与计划的比较找出最优施工方案。

2.3 建筑管理方面

BIM技术帮助建筑管理进入信息化。在日常运营中，管理方可以利用BIM模型快速获取建筑信息，了解建筑运营状况、分析建筑健康指标，保障建筑高效运行；在维修方面，维修工人通过将破损处与BIM模型对比找到维修的准确位置，节省人力物力；BIM技术还可模拟常见灾难及救灾现场，帮助提前制定救灾预案。

2.4 历史建筑保护方面

近年来，BIM技术越来越多的应用在历史建筑保护领域。利用BIM技术，将历史建筑的信息如：建造年代、使用材料、构造做法、曾经修缮经历等逐一输入，为历史建筑保护工作提供实时信息，并可将整合后的信息提供给公众，普及历史建筑知识；更可将BIM技术与三维激光扫描技术相结合，对历史建筑进行定时扫描、实时监控，并及时记录扫描数据，为历史建筑变形监控与修缮提供最新资料。

3 结合BIM技术的《建筑构造》课程改革

考虑到BIM技术在建筑业的立体化、全面化应用，不仅能够提升学生对于建筑空间的认识，更加强了学生对建筑、结构、水、暖、电的整体把握，在头脑中树立建筑信息模型的概念。因此，在《建筑构造》课程中引入BIM技术，不仅利于学生将枯燥、复杂的构造知识形象化，更在日常BIM模型制作训练中巩固建筑信息模型知识。

3.1 课程改革目的

《建筑构造》课程与BIM技术的结合，不仅使学生在《建筑构造》课程中将软件技术学以致用，更在BIM模型的制作过程中深层次了解建筑的构造组成。因此，希望课程达到以下目的。

(1)通过理论讲解使学生明确房屋各部分构成、掌握建筑技术设计所必须的构造知识，为形成综合职业素质打下良好的基础。

(2)通过强化训练使学生掌握BIM模型的绘制流程及一般技巧，了解Bentley Architecture、Echotect Analysis、Rhino等辅助设计软件，初步达到出图要求。

(3)在课程中引入新技术、新思路，使学生树立紧跟时代、不断进步的专业意识，适应建筑业的飞速发展。

3.2 课程整体设计

《建筑构造》课程开设于大学二年级上半学期，共72课时。经过《建筑初步》、《建筑设计基础》等课程的讲授，学生已经对建筑设计工作的内容及流程不再陌生，在此基础上，《建筑构造》重点讲解了建筑物构成、建筑物各组成部分组合原理和构造方法，是《公共建筑设计》、《BIM综合实训》等课程的基础，起到承前启后的作用。

与此同时，学生已经进行了Auto CAD及Autodesk Revit的基本学习，已经较为系统地掌握了计算机绘图的基本概念和基本理论，能够使用基本命令、基本方法，具有一定空间想象能力、抽象思维能力。详见表1。

表1 《建筑构造》课程整体设计

3.3 课程内容设计

教学内容立足于传统《建筑构造》课程安排，依据建筑部位的不同分为基础、墙体、楼地板、屋面板、楼梯及门窗等6个单元，每一单元都由理论讲授、BIM模型分析及BIM模型制作三部分构成：“理论讲授”部分讲解构造基础知识，是开展课程的基础；“BIM模型分析”部分通过对BIM模型的分析，让学生直观感受信息化模型构成及制作深度，是课程内容的拓展；“BIM模型制作”部分则需要依据教师提出的要求、结合BIM软件技术独立制作模型，是课程的升华。详见表2。

3.4 重点单元设计

现以“楼梯”部分作为重点单元，讲述具体实施方案，力图通过课程改革达到以下知识目标与技能目标(表3)。

3.4.1 课程讲授

该单元通过对楼梯、电梯、扶梯的构造做法、材料使用、计算要求及设计注意事项等内容的讲授使学生掌握一般竖向交通的设计方法与原则，具体内容如下：① 楼梯的分类；② 楼梯的计算方法及设计要求； ③ 楼梯的节点构造；④ 电梯、扶梯概述； ⑤ 无障碍设计。

表2 《建筑构造》课程内容设计

3.4.2 观摩BIM模型

通过对整体建筑BIM模型的介绍，明确竖向交通的种类、意义及设计原则，感受交通空间对于功能空间连接的作用，了解竖向交通对于火灾逃生的重要意义，观察楼梯参数对于模型的影响。

3.4.3 楼梯计算

题目：设有居民楼层高2.9 m，室内外高差0.45 m，楼梯间平面与剖面见图1、图2。底层设有住宅出入口，楼梯间四壁系承重结构并具有防火功能。试计算首层楼梯布置(楼板厚度为0.1 m)。

解答步骤：① 确定住宅建筑公共楼梯踏步取值；② 计算每层所需踏步数量，注意小数点进位；③ 依据“上下梯段等长”原则布置踏步；④ 检验楼梯踏步布置是否符合规范要求并调整踏步布置；⑤ 绘制楼梯大样图。

表3 重点单元目标设计

图1楼梯平面

3.4.4 BIM模型制作

应用各种建筑构件工具，绘制楼梯、扶手、坡道及应用族构件，并对其进行各种编辑，达到以下要求：①掌握楼梯构件的系统样式的设置和使用； ②掌握楼梯构件的绘制命令，包括设计栏和选项栏各图标的用法； ③掌握楼梯构件的图元属性的修改； ④ 掌握通过鼠标控制编辑各种楼梯构件的方法； ⑤ 掌握应用移动、复制、旋转、阵列、镜像、对齐、拆分、修剪、偏移等命令对楼梯构件编辑的方法。

4 教学效果

通过设置BIM模型分析及BIM节点模型制作环节，将《建筑构造》的理论知识以三维形式展示，吸引了学生的注意力、提高了课堂效率，达到事半功倍的效果：在BIM模型分析过程中，学生通过对整体模型的观察明确建筑的基本构成及各部分之间的区别与联系，掌握各部分的技术设计要求，明确节点的重要性；在BIM节点模型制作环节，学生通过对例题的分析、结合理论知识，确定构造的细部构成及重要参数，锻炼自身的技术设计能力，并在模型制作过程中熟悉了软件的使用。

实践表明，引入BIM技术的《建筑构造》课程对学生的理解能力、空间认知能力、技术设计能力等都有积极影响，帮助学生突破了二维空间的局限性；同时，极大地提高了学生学习的积极性，使枯燥的理论课程变得充满活力。

5 总结

面对建筑行业业已来临的数字化、信息化变革，作为高等职业院校专业教师，应当积极面对挑战、主动调整课程设置、灵活协调校园资源，同时还要提醒学生清晰的认识到行业变化并紧跟时代步伐。

本文只就BIM技术与《建筑构造》课程的结合提供了浅显的改革思路，如何将建筑信息化深入教学，还需从人才培养方案、课程设置以及众多专业课程的教学过程中积极探索，让信息化在建筑业发挥越来越大的作用。