土建类专业虚拟仿真教学软件应用分析

李昱瑾，陈燕菲，赵 魁，龙慧慧，许朝柱

(贵州师范大学 a.材料与建筑工程学院；b.创新创业学院，贵州 贵阳 550025)

1 土建类主流软件种类概述

1.1 土建设计绘图类主流软件

1)AutoCAD软件(AutodeskComputer Aided Design)。主要涉及到土木建筑、电子、机械设计等方面。CAD软件功能丰富，在不同的行业领域中发挥着相应的作用，比如在建筑领域中就为工程建筑设计提供了便捷的制图方式以及数据管理功能；在教育领域中就为土木工程、工程管理等专业教学提供了支撑。

2)PKPM设计软件(PKPMCAD)。PKPM面向建筑工程全生命周期，集建筑、结构、设备、节能、概预算、施工技术、施工管理、企业信息化于一体的大型建筑工程软件。

目前，国内多高层结构计算软件主要有：PKPM、TBSA、SAP2000、ETABS、MIDAS、TUS，在众多的结构软件中，PKPM系列软件是目前设计单位相当普及的一种设计软件，因此，该软件也成为土建类专业集实践性实用性为一体的一门专业课程，通过该课程的教学不仅要求学生掌握操作步骤，而且要培养学生对设计中各种复杂因素的综合分析能力和解决工程实际问题的能力，使学生的实践能力由基本操作技能向专业技能技术应用能力和创新能力提高。

1.2 土建预算类主流软件

1)广联达预算软件(Grandsoft)。广联达系列软件广泛应用于建筑、土建、给排水、采暖燃气、电气、消防、装饰装修、地铁、水工、公路等行业。其中应用最广泛的是广联达预算软件，它包含图形算量软件、计价软件、钢筋抽样软件、安装算量软件四个模块。它将手工思路内置于软件中，利用计算机进行快速、完整的计算，将人从传统的繁琐计算过程中解脱出来。

2)斯维尔算量软件(Thsware)。其中包括斯维尔三维算量软件(THS-3DA2014)、斯维尔安装算量软件(THS-3DM2014)、清单计价软件(THS-BQ2013)等模块。在土木建筑中能够结合土木建筑的标准进行3D虚拟现实、真实场景互动，具有操作简单、可进行数据交换等特点。斯维尔算量软件主要适用于发包方、承包方、咨询方、监理方等单位的建设工程造价管理，编制工程预算、决算，以及编制招标、投标文件，也可用于建筑行业中的土建、钢筋、给排水、电气、暖通等工程量和工程进度管理领域。

1.3 土建建模类主流软件

1)Revit软件(Autodesk Revit)。Revit提供支持建筑设计、MEP工程设计和结构工程的工具，并具有互操性强、参数化构建、工作共享、Vault集成等特色。在同一个模型中，它会记录所有的图纸、二维视角、三维视角以及明细表。Revit系列软件是专为建筑信息模型(BIM)创建的，建筑设计师可以运用软件完成设计、建造等工作和维护质量更好、能效更高的建筑。

2)草图大师软件(SketchUp)。它可以快速和方便地创建、观察和修改三维创意，应用在建筑、规划、园林、景观、室内以及工业设计等领域。SketchUp具有方便的推拉功能，设计师通过一个图形就可以方便地生成3D几何体，无需进行复杂的三维建模，是三维建筑设计方案创作的优秀工具。

1.4 土建类可视化主流软件

1)Lumion建筑可视化软件 (Lumion)。Lumion由Act-3D公司于2010年11月份发布，它是一个实时的3D可视化工具，涉及到的领域包括设计、规划和建筑。在建筑领域中的应用，在sketchup中建立三维模型后导入Lumion中，完成AutoCAD图形文件到Lumion模型数据的转换。在成功导入模型后，根据Lumion自带的强大的模型素材库，能满足各种渲染要求。在赋予材质的同时，Lumion会实时显示，这为工作者调整渲染效果提供了便利，缩短了工作时间。

2)3D Studio Max软件(3D Max)。3D Max是基于PC系统的三维动画渲染和制作软件。应用于广告、影视、工业设计、建筑设计、三维动画、多媒体制作、游戏以及工程可视化等领域。3D Max具有性价比高、便于交流、上手容易等优势。在国内发展的相对比较成熟的建筑效果图和建筑动画制作中，3D Max的使用率占据了绝对优势。

2 土建类主流软件教学应用

通过调研，笔者初步了解到6所省内外高校土建类专业虚拟仿真软件在教学中的应用(见表1)。

2.1 985高校软件教学应用

1)A大学土建类软件教学应用。A大学将AutoCAD软件作为土木类专业从识图到绘图的入门基础，教师课堂教学主要以讲授理论知识为主，同时在教师机上示范操作； 该校3D Max、Revit和Lumion软件等主要应用在建筑学专业中，广联达预算软件、PKPM软件、斯维尔软件应用在土木工程和工程管理专业的实操过程中。该课学院机房课外时间面向学生开放，鼓励学生自主式、探究式进行深入学习。

表1 6所高校软件辅助教学情况

2)B大学土建类软件教学应用。B大学开设AutoCAD、Lumion、PKPM和CAD软件课程培养学生利用软件操作自主独立地完成建筑设计，使其具有设计方案和施工图绘制的初步能力。PKPM软件重点掌握常用的四大任务，任务一是结构平面计算机辅助设计(PMCAD)；任务二是框排架计算机辅助设计(PK);任务三是结构空间有限元分析设计软件(SAT-8);任务四是基础工程计算机辅助设计(JCCAD)。教学时针对选定的工程项目从了解软件的基本功能和主要技术条件入手，在学生熟悉各级菜单命令及其操作方法的基础，循序渐进地掌握PMCAD结构建模的主要步骤、荷载的输入、计算数据文件形成、结构平面施工图的绘制，PMCAD接力PK, PMCAD接力SAT-8进行内力计算和配筋并绘制梁柱施工图的方法、SAT-8接力JCCAD、地质资料输入、地基基础计算、绘制基础施工图等操作。前一任务是后一任务的基础。要求学生步步衔接，一步一验，最终完成结构设计任务。

2.2 211高校软件教学应用

1)C大学土建类软件教学应用。C大学土木类专业软件教学内容由理论课程教学和实操教学这两部分组成。软件实操教学一般穿插在认识实习、课程设计、生产实习、毕业设计等环节中。需要进行实操的软件教学课程有： AutoCAD、SketchUp、Lumion、Grandsoft和Thsware。通过系列软件的辅助教学，构建了“理论与工程应用互相贯通”的教学模式。

2)D大学土建类软件教学应用。D大学在进行土木类专业教学过程中，开设AutoCAD、Grandsoft、PKPM、SketchUP、和Lumion软件，教学实施中将软件教学与理论教学相结合，在给排水工程专业教学中，主要培养学生利用Lumion建筑可视化软件对给排水设计方案的合理性进行分析。在课程设计和毕业设计中加以实施，使学生熟练掌握专业软件的使用，通过课堂教学和课外大量时间实际操作训练，初步实现了工程软件的应用，最后通过毕业设计环节，强化软件的综合运用，培养学生能够运用工程软件进行复杂的实际工程的计算分析。

2.3 普通地方高校软件教学应用

1)E大学土建类软件教学应用。E大学在软件教学中针对校企合作的真实项目，采用课堂理论讲授，施工现场实景教学，通过软件辅助真实项目教学，使学生们学习CAD高级应用技术，学生在学会用软件解决实际问题的同时，掌握土建图学基础方法与技能。学校专业课程设计实践环节，用到的软件有Grandsoft、SketchUp和Lumion。教学中正确处理工程理论教学与工程软件应用教学的关系，在土木工程、给排水工程、建筑学与城市规划4个专业的课程设计中基本实现工程软件的应用。

2)F大学土建类软件教学应用。F大学开设土木工程、工程造价与工程管理专业，教学中采用AutoCAD、PKPM、Grandsoft与Revit软件，教学改革中将工程实例项目引入相关课程教学通过软件辅助教学，培养学生利用软件解决工程实际问题的能力。该校人才培养方案设置AutoCAD课程同时还设置独立1学分课程设计；该校与广联达公司及各施工单位、造价公司合作，将Grandsoft、Thsware和PKPM软件等用于工程造价、工程管理、土木工程专业的实际操作，从而增强学生对实际工程领域中软件运用的认识与实践能力。PKPM 结构设计软件目前国内两种模式并存，大多数院校一般和钢筋混凝土课程组合在一起讲授，缺乏对PKPM结构软件对学生能力提高的认识，针对上述情况，该校采用PKPM独立教学，上课时，教师和学生人手一机。教师通过网络教室教师机管理软件控制全体学生的微机，将教师操作的屏幕界面在学生机上完全显示出来 ，学生对操作方法的感受很真实 ，教师在操作时的所有细微的过程和技巧，学生都能够随时掌握。

3 结 语

传统土建类专业学生的毕业设计是全部由学生手算并手工绘图，教学中引入PKPM和Grandsoft等软件辅助教学后，在学生做毕业设计时 ，同时采用电算和手算。以土木工程专业为例，学生毕业入职后，大部分结构设计是借助PKPM等软件来完成，因此，在做毕业设计时，学生先手算完成结构中有代表性的一榀框架，再用PKPM软件对自己所设计的整个建筑结构进行整体计算。计算结束后，对手算和软件计算结果进行对比分析，并总结计算结果偏大偏小的原因。高校将传统教学与软件技能教学融合在一起,是顺应信息化时代发展的需求，软件教学辅助传统教学，是高校土建类教学改革的重要方向。

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