甘榮飛 黃坤 金烏吉斯古楞 祝藝丹 曹文龍

(吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院，長春 130114)

BIM技術(shù)在建筑制圖類課程中的應(yīng)用研究

甘榮飛 黃坤 金烏吉斯古楞 祝藝丹 曹文龍

(吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院，長春 130114)

建筑制圖類課程的授課對象是大學(xué)一年的新生，他們對建筑結(jié)構(gòu)不了解，傳統(tǒng)的教學(xué)手段培養(yǎng)學(xué)生的是二維和三維之間轉(zhuǎn)換的空間思維能力，但不適應(yīng)現(xiàn)代建筑業(yè)的發(fā)展要求。BIM技術(shù)不僅具有很高的可視化性質(zhì)，還具有很強(qiáng)信息傳遞功能。將BIM應(yīng)用到建筑制圖類課程實(shí)踐中，建立完善的建筑信息模型，根據(jù)專業(yè)需求通過三維的平移、旋轉(zhuǎn)和縮放以及漫游等功能以不同的視點(diǎn)切換查看建筑的模型，增強(qiáng)學(xué)生的空間思維能力和培養(yǎng)學(xué)生對建筑結(jié)構(gòu)的感性認(rèn)識(shí)。通過學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐建立建筑模型，培養(yǎng)學(xué)生對建筑結(jié)構(gòu)的理解。參加BIM類競賽促進(jìn)教學(xué)改革，推動(dòng)建筑業(yè)教學(xué)事業(yè)的發(fā)展，培養(yǎng)建筑信息時(shí)代的人才。同時(shí)為我校轉(zhuǎn)為應(yīng)用技術(shù)型高校提供理論實(shí)踐基礎(chǔ)。

BIM技術(shù)； 建筑制圖； 教學(xué)

【DOI】 10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.05.20

1 引言

根據(jù)百度大數(shù)據(jù)可知， 2008年BIM技術(shù)是在中國的萌芽時(shí)期，在2011年BIM 技術(shù)就引起中國的相關(guān)行業(yè)人士的廣泛的關(guān)注， 2016年6月，“BIM”關(guān)鍵詞在百度上的搜索6到相關(guān)結(jié)果約33 900 000個(gè)[1]。BIM技術(shù)廣泛應(yīng)用于全國各大城市，在BIM的萌芽時(shí)期，BIM的優(yōu)點(diǎn)就在于可視化性質(zhì)，該性質(zhì)使建筑模型更加立體化和視覺化，得到了廣大業(yè)主的親來。同時(shí)BIM的真正意義是給項(xiàng)目工程的各個(gè)參與方帶來了利益。BIM 技術(shù)在管線綜合碰撞分析、施工進(jìn)度模擬、工程材料統(tǒng)計(jì)和工程概算、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)分析等方面有突出的優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)在為實(shí)現(xiàn)智能化城市，BIM技術(shù)結(jié)合點(diǎn)云技術(shù)實(shí)現(xiàn)了工程逆向建模，以及結(jié)合3D打印機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)，使BIM技術(shù)更加多元的完善化。吉林省作為城市地下綜合管廊建設(shè)試點(diǎn)地區(qū)，今年將采用BIM技術(shù)擬新建地下管廊160km[2]，而且施工中除了使用了BIM技術(shù)外，還有無人機(jī)、三維激光掃描儀等先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，提高規(guī)劃設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)性、降低人力物力成本。BIM技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)時(shí)代的進(jìn)步，同時(shí)也促進(jìn)教育教學(xué)的改革。目前在各大院校本科專業(yè)設(shè)置BIM專業(yè)課程的基本微乎其微，主要是集中在畢業(yè)設(shè)計(jì)采用BIM技術(shù)，劉紅勇等[2]根據(jù)土木類專業(yè)的教學(xué)方案和人才培養(yǎng)方案論證BIM課程在高校開設(shè)的可行性。甘榮飛等[4]提出了BIM技術(shù)在高校具體實(shí)施的模式。但國外早已經(jīng)將BIM技術(shù)引入教學(xué)之中，具有豐富的教學(xué)改革經(jīng)驗(yàn)和詳細(xì)的BIM技術(shù)教學(xué)內(nèi)容，課堂組織形式等都值得我們借鑒。Forest P等[5]將BIM技術(shù)應(yīng)用在工程管理課堂上教學(xué)，根據(jù)學(xué)生四年學(xué)習(xí)成績對比證實(shí)了BIM提高了知識(shí)水平，通過斯坦福大學(xué)和溫特大學(xué)課程的對比也證實(shí)了BIM技術(shù)可以提高教學(xué)水平，這個(gè)寶貴的經(jīng)驗(yàn)都值得我們借鑒。

BIM技術(shù)[6]的可視化程度高的特點(diǎn)是BIM在中國穩(wěn)固的根基，BIM技術(shù)傳達(dá)建筑信息能力的特點(diǎn)使BIM在中國將會(huì)穩(wěn)定快速的發(fā)展。將BIM技術(shù)這些特點(diǎn)應(yīng)用在建筑制圖類課程中，得到了不同凡響效果，不僅改善陳舊的教學(xué)方式，也活躍了課堂氣氛，而且提高了教學(xué)效果，同時(shí)也為教育部提出將中國的部分高校轉(zhuǎn)型為應(yīng)用技術(shù)型大學(xué)提供實(shí)踐組織形式。

2 建筑制圖類課程教學(xué)實(shí)踐

2.1 建筑制圖類課程簡介

針對土木類院校，建筑制圖類課程是工科大學(xué)生一年級必不可少的一門基礎(chǔ)課。建筑制圖類課程主要包括了畫法幾何與工程制圖、建筑識(shí)圖以及建筑識(shí)圖與構(gòu)造等基礎(chǔ)課程。這些課程對于大學(xué)一年級學(xué)生來說從未接觸過，基本為零基礎(chǔ)，不像高等數(shù)學(xué)和大學(xué)物理等課程，在高中已經(jīng)接觸過了，有一定的認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)。按照板書配合PPT模式的授課方式講解該課程，學(xué)生學(xué)起來比較吃力，很難讓學(xué)生扎實(shí)地掌握理論基礎(chǔ)為今后的專業(yè)課程學(xué)習(xí)做好鋪墊。

其次，建筑制圖類課程的繪圖方式主要采用的仍然是手工繪圖和計(jì)算機(jī)Auto CAD的兩種方式。繪圖由手工到AutoCAD 是第一次建筑業(yè)的變革，這次變革很大程度上提升了繪圖的速度。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”和大數(shù)據(jù)的到來和應(yīng)用，建筑信息化是當(dāng)代建筑業(yè)的發(fā)展目標(biāo)，BIM技術(shù)的出現(xiàn)便是第二建筑業(yè)的變革，這個(gè)變革主要是建筑模型信息化，實(shí)現(xiàn)建筑模型信息的傳遞，促進(jìn)建筑業(yè)的發(fā)展。

我校將轉(zhuǎn)型為應(yīng)用技術(shù)型高校，其主要目的是培養(yǎng)應(yīng)用技術(shù)型人才，即在講授理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，還要培養(yǎng)學(xué)生掌握該專業(yè)的動(dòng)手能力與技術(shù)，該技術(shù)應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn)，讓學(xué)生走出校門就可以參與到實(shí)際的工作中去。在大學(xué)一年級引入BIM技術(shù)，利用BIM技術(shù)的可視化進(jìn)行授課不僅符合建筑業(yè)發(fā)展要求，也促進(jìn)了應(yīng)用技術(shù)型高校的發(fā)展。

2.2 引入BIM技術(shù)的創(chuàng)新教學(xué)方式

建筑制圖類課程主要是讓學(xué)生熟悉建筑物組成和其作用以及看得懂建筑施工圖、結(jié)構(gòu)施工圖以及設(shè)備施工圖等。傳統(tǒng)的教學(xué)方式采用的是二維形式，要靠學(xué)生自己空間思維能力構(gòu)想建筑物的三維結(jié)構(gòu)模型，其效率低，效果差，導(dǎo)致學(xué)生厭學(xué)的狀態(tài)。從學(xué)生角度出發(fā)，學(xué)生除了對建筑物外在看得見的裝飾裝修的構(gòu)件所有了解外，對墻內(nèi)管道，梁柱內(nèi)部鋼筋、過梁以及地下基礎(chǔ)等其他的預(yù)埋構(gòu)件就了解的很少。

針對上述問題，將BIM技術(shù)引入教學(xué)中，進(jìn)行堂課教學(xué)、現(xiàn)場實(shí)踐和虛擬實(shí)踐三結(jié)合的方式進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)，共設(shè)置56學(xué)時(shí)進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)，其中包括12學(xué)時(shí)的實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)。

BIM技術(shù)可視化特點(diǎn)具有很好的視覺效果，很好地培養(yǎng)了學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，容易引起學(xué)生的好學(xué)心理。同時(shí)BIM集成了大量的建筑工程信息，很容易理解建筑的構(gòu)造形式。同時(shí)也結(jié)合BIM理念與教學(xué)內(nèi)容的特殊性進(jìn)行一些實(shí)踐課程，實(shí)踐課程與理論課程相輔相成，共同提升教學(xué)效果。在實(shí)踐課程中引入SU或Revit等BIM相關(guān)軟件，摒棄了傳統(tǒng)的教學(xué)方式，直接讓學(xué)生接受三維的建筑模型，這樣就會(huì)減少了二維到三維轉(zhuǎn)換過程中信息量的丟失。同時(shí)組織學(xué)生親自動(dòng)手建立建筑的三維信息模型，增強(qiáng)學(xué)生對建筑認(rèn)識(shí)和了解。

圖1 傳統(tǒng)教學(xué)模式和基于BIM的教學(xué)模式

3 三維構(gòu)件的虛擬演示和實(shí)踐

大學(xué)一年的學(xué)生沒有施工現(xiàn)場的親身體會(huì)，所以對于建筑制圖類課程涉及到的建筑構(gòu)件很難有感性的理解和認(rèn)識(shí)。借助于BIM三維信息模型在課堂進(jìn)行演示以及VR技術(shù)，讓學(xué)生有身臨其境的體會(huì)，看到建筑物的外在和埋設(shè)的構(gòu)件，讓學(xué)生對建筑構(gòu)件的記憶更加深刻，為后續(xù)課程的研究和學(xué)習(xí)做好基礎(chǔ)。

圖2 演示模型的分類

圖3 演示的建筑模型

圖4 演示的建筑模型

圖5 綜合管線模型演示

圖6 演示結(jié)構(gòu)模型

4 實(shí)踐效果

4.1 教學(xué)效果

將BIM技術(shù)引入到教學(xué)中，根據(jù)建筑類制圖課程的特點(diǎn)，讓學(xué)生在不同視角下感知建筑的組成，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。通過對同一個(gè)專業(yè)的橫向和縱向成績對比分析，讓學(xué)生首先對建筑有感性認(rèn)識(shí)能夠提高教學(xué)效果。通過對比得到學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣更加濃厚，及格率都得到了相應(yīng)的提高。

選擇四個(gè)班，每班40人，即二個(gè)班接受該課題教育，二個(gè)班接受傳統(tǒng)教育。本學(xué)期共做十次隨堂作業(yè)，。接受課題的學(xué)生在十次作業(yè)中： 5次及格率在80%以上， 5次在70%以上。未接受課題的學(xué)生十次作業(yè)中： 1次及格率在80%以上， 4次70%以上， 5次60%以上?？芍邮苷n題的學(xué)生隨堂作業(yè)及格人數(shù)一直多于未接受課題的學(xué)生，表明接受課題的學(xué)生課堂教學(xué)有效率高于未接受課題的學(xué)生。同時(shí)針對這些學(xué)生進(jìn)行期末成績分析，接受課題的學(xué)生在60分以上的人數(shù)占總?cè)藬?shù)的55%多，其中90分以上為9%。

圖7 未接受BIM技術(shù)的學(xué)生成績分析

圖8 接受BIM技術(shù)的學(xué)生成績分析

4.2 競賽效果

在土木系4個(gè)新生班中進(jìn)行了“全國大學(xué)生先進(jìn)制圖技術(shù)與技能比賽”選拔考試。大賽組委會(huì)傳達(dá)比賽意見時(shí)強(qiáng)調(diào)2016年“全國大學(xué)生先進(jìn)制圖技術(shù)與技能比賽”將會(huì)增加開放賽，主要方向?yàn)榭疾閷W(xué)生對專業(yè)課程的理解、應(yīng)用以及利用BIM軟件繪制專業(yè)圖形的能力。在選拔競賽中接受該課題學(xué)生的通過率仍然高于未接受該課題的學(xué)生，并且工程設(shè)計(jì)能力與軟件操作能力均高于未接受該課題的學(xué)生。組織學(xué)生參加“高教杯”全國大學(xué)生先進(jìn)成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽或工程BIM應(yīng)用大賽等與BIM相關(guān)的競賽項(xiàng)目，檢驗(yàn)學(xué)生的BIM相關(guān)軟件使用情況和動(dòng)手能力。參加“高教杯”全國大學(xué)生先進(jìn)成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽獲獎(jiǎng)率為98%。

圖9 學(xué)生參加競賽獲獎(jiǎng)情況

5 結(jié)論

本文將BIM技術(shù)引入到建筑類制圖課程中，是

教學(xué)中的一種新的嘗試，摒棄了三維到二維再到三維的傳統(tǒng)教學(xué)方法，直接由三維到三維，該方式不僅減少了建筑信息量的丟失，也使學(xué)生更加直觀地了解建筑的結(jié)構(gòu)形體。也是適應(yīng)建筑信息化時(shí)代發(fā)展趨勢，同時(shí)也為建筑業(yè)培養(yǎng)了新型人才，為我校轉(zhuǎn)型提供了符合應(yīng)用型人才培養(yǎng)的教學(xué)方式。

[1]來源： 百度次數(shù).https：//www.baidu.com/s?wd=BIM.

[2]來源：http：//www.cnbim.com/2016/0503/4168.html.

[3]劉紅勇， 何維濤，黃秋爽.普通高等院校BIM實(shí)踐教學(xué)路徑探索[J].土木建筑工程信息技術(shù)， 2013, 5(5): 98-101.

[4]甘榮飛， 曹文龍，孫靖立.BIM在建筑類本科院校的實(shí)踐探索[J].土木建筑工程信息技術(shù)， 2014, 6(3): 100-102.

[5]Forest Peterson，Timo Hartmann，Renate Fruchter et al.Teachingconstrution project management with BIM support：Experience and lessons learned[J].Automation in Construction， 2011， 20： 115-125.

[6]李建成， 王廣斌.BIM應(yīng)用·導(dǎo)論[M].同濟(jì)大學(xué)出版社， 2015,3(1).

Application of BIM Technology in the Course of Civil Engineering Drawing

Gan Rongfei， Huang Kun， Jin Wujisiguleng， Zhu Yidan， Cao Wenlong

(TheCityCollegeofJIlinJIANZHUUniversity，Changchun130114，China)

The object of Construction Drawing course is the freshman in the teaching process，who don’t understand the construction.The traditional teaching methods can’t not only cultivate students with sufficient spatial ability，but also adapt to the modern construction industry.BIM technology not only has a very high visual quality，but alsohas a strong information transfer function.The application of BIM is used to the practice of civil engineering drawing for building perfect information model.According to the professional requirements，through the three-dimensional translation，rotation，zoom，roaming and other functions，viewingdifferent viewpoint of the building is by switching models of buildingsto enhance the ability of space imagination of students and cultivate students’ perceptual knowledge of the building structure.Students understand components of buildings by building a building model on themselves.The development of teaching reform and construction are promoted by participating in BIM contests in information age.At the same time，it provides practical basis for our colleges becoming applied technical college.

BIM Technology； Civil Engineering Drawing； Teaching

吉林省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃課題(編號：GH150721)

甘榮飛(1987-)，男，碩士，工程師。主要從事工程力學(xué)、BIM在教學(xué)中的應(yīng)用及工程圖學(xué)。

TU17

A

1674-7461(2016)05-0103-04