BIM+VR 在《建筑制图与识图》课程中的应用研究

张 瑾

（天津城市建设管理职业技术学院， 天津 300314）

1 绪论

当前，我国面临产业升级和经济转型的关键时期，需要大量高素质的技术技能型人才。因此，高职教育立足专业特点结合专业优势，以市场需求为导向进行教育改革创新，势在必行。以土木工程专业为例，《建筑制图与识图》课程是该专业一门十分重要的必修课，也是一门实践性非常强的课程。众所周知，建筑工程施工图是指导施工、监理、经济核算的重要依据，看懂图纸是工程技术人员必备的技能。然而当前该课程教学中，学生空间想象力弱，二维图纸识读困难等现象突出。BIM+VR 技术的应用，使抽象的教学内容变得直观，激发学生兴趣和想象力，有效解决该问题。

2 《建筑制图与识图》课程教学现状

无论建筑施工图还是结构施工图，均是基于正投影的原理绘制的。这种投影图能够反映建筑物的真实形状和大小，度量性很好，但相较于透视图和轴测图，其直观性和立体感差，不易看懂。学生在识读的过程中，需要将二维的平面图纸进行空间想象，结合平、立、剖，想象出相应的三维建筑物。但通过多年的教学实践，发现对于大部分高职学生来说，由于受到空间想象能力和工程实践经验的限制，实现从二维图纸到三维实体的转变，非常困难。

为了提高学生的识图能力，近年来，教师在教学过程中不断改革，探索有效的教学方法[1]。借助多媒体课件、视频、缩尺模型以及施工现场教学等多种教学手段相结合，在一定程度上提升了课程的有效性。但在实际操作过程中，也受到了各种限制，如缩尺模型成本高，现场教学存在安全隐患等等。学生识图能力的培养仍然有很长的路要走。

3 BIM+VR 技术及优势概述

近年来，BIM 技术在我国迅速发展，在建筑领域得到广泛应用。一个完整的BIM 模型，不仅能够展现建筑的三维几何形状，还包含了大量的信息数据，能够实现从项目规划到设计、施工、运维的全过程管理。其可视化的特性将二维的图纸通过三维的形式展示出来，使学生快速了解项目的建筑功能、结构空间和设计意图，而且，其任意的模型剖切和旋转，直观展示图纸与三维构件的关系，将复杂节点的构造放大，帮助学生快速识图。

VR 技术是随着计算机技术的发展应运而生的。在医疗、游戏、军事等多个领域均取得较大成就。VR 技术能够有效加强BIM 三维模型的可视性和具象性，为学生提供沉浸式的教学体验，加深对知识点的理解。

4 BIM+VR 在《建筑工程制图与识图》中的教学实践

4.1 教学条件

4.1.1 构建教学实训平台

广义的BIM 是对建筑生命周期内设计、施工和运维中的建筑信息建立数据库的过程，强调的是利用三维模型中的信息实现信息共享并进行多方协同工作，其核心在共享和协同[2]。因此，需要构建专业的BIM 实训平台， 而非单一的BIM 建模软件。如天津城市建设管理职业技术学院，2015 年与中国建研院合作创建的PKPM-BIM 高校实验室，搭建了BIM 整体教学平台。学生可以通过模拟项目的参建各方，加深对各科知识点的理解，强调多方协同理念，使学生深入了解建设项目全生命周期的建设及管理过程[3]。2017 年与杭州万霆科技股份有限公司合作创建VR 云体验中心，建立虚拟实训场，模拟施工现场，内嵌互动及答题环节，使学生获得沉浸式教学体验。

4.1.2 培养优秀师资力量

BIM+VR 技术是建筑业发展最有前景的技术之一，高职院校培养与社会接轨的学生，除了配备现代化的教学硬件外，还需要优质的师资。教师需要具备扎实的专业知识和技能，同时对BIM+VR 有透彻的了解和掌握，具有丰富的应用经验，才能将BIM 及VR 技术将课程相结合，培养学生专业基础知识的同时增强学生的实践能力。

4.2 教学内容

4.2.1 BIM 建模——从二维到三维

以Revit 软件为例。教师通过BIM-Revit 建模软件建立三维立体模型，利用Revit 软件在二维图纸与三维立体模型间实时切换、任意剖切、360°旋转，实现平面图纸与建筑模型的一一对应识读。例如剖面图的识读，在传统的教学过程中，教师通过黑板手绘或者PPT 图片展示的方式向学生讲解简单案例，学生难以通过简单的几何形体推广至复杂的建筑物。利用Revit 的剖面框，将三维建筑物沿指定位置剖切，并旋转至正视位置，使学生迅速理解剖面图的形成过程，并建立起平、立、剖面图间的联系。Revit 模型中，蓝色高亮显示的图线对应CAD 图纸中剖切处的断面，缺省的图线对应剖切面没有剖切到但沿投射方向可以看见的部分的轮廓线，帮助学生理解剖切到和未剖到但投射方向可见的含义，简单化解教学难点。

4.2.2 BIM 细化——从整体到局部

Revit 的一大特点在于模型的精细化，能够清晰地用三维模型呈现建筑物的构造节点[4]。在学生了解了建筑平、立、剖面图后，根据施工图纸，识读细部构造以及梁、板、柱等构件的钢筋配置。例如梁构件的识读，在三维模型中选中某根梁，剖切梁并与梁平法施工图对照，观察梁不同位置的配筋，从而理解梁平法的集中标注和原位标注等含义，正确识读结构施工图。其他细部构造，如勒脚、散水、屋面防水、门窗勾缝等，均可通过三维模型呈现在学生面前，降低学习的难度。

4.2.3 VR 体验——从旁观到沉浸

当学生识读完图纸，在大脑中初步构建出建筑的整体、细部形象后，教师带领学生进入VR 实训场。在VR 实训场，学生以第一人称的形式虚拟场景中漫游，可以清楚地看到建筑物的外部造型和内部空间，也可以通过互动，选择查看构件的尺寸、型号、施工工艺等相关信息，甚至可以“拿”出重要构件如柱、梁中的钢筋笼，观察钢筋的布置。

学生从二维图纸识读，到三维模型可视化，再到模型沉浸式体验的由浅入深的过程，有效加深对知识点的理解，突出教学重点，化解教学难点。

5 结束语

建筑行业内由BIM 推动的工程教育改革势在必行。基于BIM 可视化特点将传统的《建筑工程制图与识图》课程中的二维视图转化为三维模型，通过旋转、剖切全方位展示施工图的知识点，便于学生理解图纸，能够有效激发学生学习的积极性和主动性。同时辅助以VR 技术，使学生由旁观者变成参与者，以虚拟现实替代现实，有效降低实习成本和安全隐患，使施工图的识读过程由枯燥的想象变为了有趣的体验，教学效果能够得到显著提升。真正实现培养技术技能型人才的目标。