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BIM對(duì)土木工程制圖課程的應(yīng)用
工程制圖圖是一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)學(xué)科，以畫(huà)法幾何的投影理論為基礎(chǔ)。下面是小編分享的BIM對(duì)土木工程制圖課程的應(yīng)用，歡迎大家閱讀！
1土木工程制圖課程的現(xiàn)狀
目前，國(guó)內(nèi)高校的土木工程制圖課程形式主要是通過(guò)二維投影圖來(lái)表達(dá)三維立體，以培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力。此類(lèi)傳統(tǒng)的制圖課程存在諸多不足，主要面臨以下問(wèn)題:1)教學(xué)內(nèi)容問(wèn)題。制圖教學(xué)中教了一些無(wú)用的知識(shí)，這是很多教師的共識(shí)。如畫(huà)法幾何中的換面法，旋轉(zhuǎn)法在土木工程專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域基本用不到，部分課程知識(shí)點(diǎn)(如截交線(xiàn)、相貫線(xiàn)等)過(guò)于抽象，學(xué)生很難想象一個(gè)幾何形體經(jīng)過(guò)截交或相貫后的投影圖形，學(xué)習(xí)的過(guò)程比較枯燥，該部分知識(shí)在后續(xù)的課程及工作中較少涉及。2)學(xué)生反映。在近年來(lái)所做的抽樣調(diào)查中，發(fā)現(xiàn)大部分學(xué)生對(duì)于平面圖的識(shí)讀能力有限，更無(wú)法能夠?qū)⑵矫鎴D與建筑實(shí)體完全對(duì)應(yīng)，而思考的過(guò)程則需要花費(fèi)大量的時(shí)間，學(xué)生們更希望所看到的圖紙是直觀(guān)的，形象的，而傳統(tǒng)的二維圖紙反映的建筑信息有限，也很抽象，在學(xué)習(xí)的過(guò)程中學(xué)生往往不容易掌握?qǐng)D紙所表達(dá)的內(nèi)容。3)學(xué)時(shí)問(wèn)題。目前土木工程制圖課程學(xué)時(shí)壓縮過(guò)甚，很大程度上制約了課堂教學(xué)效果的提高。土木工程制圖從原來(lái)的120學(xué)時(shí)逐漸變?yōu)?00學(xué)時(shí)、80學(xué)時(shí)、70學(xué)時(shí)……制圖課程在很多老師眼中已由重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課變成無(wú)足輕重課程。土木工程制圖課程改革的趨勢(shì)揭示了理論課時(shí)減少與應(yīng)用能力要求不斷提高的矛盾的事實(shí)，給教學(xué)帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)［6］。
2現(xiàn)狀的思考
長(zhǎng)期的理論教學(xué)研究也讓筆者不禁思考幾個(gè)問(wèn)題:1)以平面圖形表達(dá)建筑實(shí)體是否能滿(mǎn)足未來(lái)行業(yè)發(fā)展對(duì)效率的要求。2)是否還是停留在通過(guò)傳統(tǒng)的點(diǎn)、線(xiàn)、面的幾何空間學(xué)習(xí)。3)是否還是讓學(xué)生用二維平面圖表達(dá)三維的思維，施工時(shí)再用二維的識(shí)讀到三維實(shí)體的建立。作為與土木類(lèi)高校專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程的工程制圖，是與BIM技術(shù)緊密相關(guān)的課程，這種低效率、大費(fèi)周折的傳統(tǒng)表達(dá)方式將不再滿(mǎn)足未來(lái)建筑新技術(shù)的發(fā)展，課程改革勢(shì)在必行。
3國(guó)外高校BIM課程模式
由于BIM技術(shù)具有很大的優(yōu)勢(shì)，美國(guó)很早就在A(yíng)EC行業(yè)中應(yīng)用BIM技術(shù)，國(guó)外的高校也很早就開(kāi)設(shè)了關(guān)于BIM的相關(guān)課程，其中70%的學(xué)校已將BIM貫穿到對(duì)應(yīng)課程中進(jìn)行教授，而沒(méi)有設(shè)置BIM課程的學(xué)校中，88%表示計(jì)劃增加BIM課時(shí)［7］。為了適應(yīng)建筑行業(yè)對(duì)BIM技術(shù)人才的需求，美國(guó)很多高校的土木工程專(zhuān)業(yè)對(duì)相關(guān)課程進(jìn)行了改革。美國(guó)高校土木工程專(zhuān)業(yè)BIM課程典型設(shè)置見(jiàn)表1。由于各個(gè)學(xué)校特點(diǎn)不一樣，每個(gè)學(xué)校都會(huì)選擇最適合自己的方式進(jìn)行教學(xué)。從課程設(shè)置模式來(lái)看，俄懷明大學(xué)的獨(dú)立課程模式是最容易開(kāi)設(shè)的，不需要考慮和他人的協(xié)同工作，可以獨(dú)立在課程中融入BIM相關(guān)的知識(shí)。但這種模式涉及到BIM的內(nèi)容是片面的，不能與其他課程形成緊密的聯(lián)系，很片面的把BIM作為一個(gè)提高繪圖效率的工具教授給學(xué)生。從奧本大學(xué)總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，將BIM貫穿到整個(gè)系列課程中更為重要，如果僅僅是在一門(mén)課程中應(yīng)用BIM，作用就沒(méi)有那么明顯，不能得到有效的發(fā)揮。課程群和畢業(yè)設(shè)計(jì)兩種模式，可以建立系統(tǒng)的BIM體系，加強(qiáng)對(duì)技術(shù)和過(guò)程的理解。
4課程改革方案
長(zhǎng)久以來(lái)，土木工程制圖都是以培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力為主，用二維線(xiàn)條式投影來(lái)表達(dá)三維形體，這種傳統(tǒng)的培養(yǎng)模式往往忽視了培養(yǎng)對(duì)象，對(duì)于剛步入大學(xué)的大一新生來(lái)說(shuō)，他們是沒(méi)有專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)的，對(duì)于建筑的組成是不清晰的，而利用二維圖紙教學(xué)，學(xué)生很難通過(guò)對(duì)二維的識(shí)讀來(lái)確定三維實(shí)體。具體如何改，改什么，哪些知識(shí)需要納入課程體系中都是需要仔細(xì)思考的。通過(guò)對(duì)目前土木工程制圖課程分析，設(shè)定合理的教學(xué)體系和教學(xué)內(nèi)容。1)教學(xué)體系的改革。傳統(tǒng)的教學(xué)體系是以“幾何圖形理論教學(xué)為主，計(jì)算機(jī)繪圖為輔”，將空間問(wèn)題簡(jiǎn)化成平面上的點(diǎn)、線(xiàn)、面問(wèn)題來(lái)解決。基于BIM技術(shù)三維圖形軟件的出現(xiàn)，要改變傳統(tǒng)的CAD思路，需要從建筑的全生命周期看待工程的項(xiàng)目運(yùn)作。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于BIM的教學(xué)改革成果還很少，很有必要借鑒國(guó)外高校的BIM教學(xué)改革成果。在初期，可以先借鑒懷俄明大學(xué)的獨(dú)立課程模式，在制圖課程中融合與課程相關(guān)的BIM知識(shí)，主要是以Ｒevit軟件進(jìn)行真實(shí)模擬操作，直接虛擬顯示講解。從奧本大學(xué)的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，將BIM納入課程群中更為重要，僅僅通過(guò)土木工程制圖課程涉及BIM，而不能將BIM與其他相關(guān)的課程緊密聯(lián)系起來(lái)，其作用是得不到充分發(fā)揮的。在后期，待課程改革成熟后，仍需采用課程群的模式，在多門(mén)課程中穿插，將BIM在不同課程中的應(yīng)用連貫起來(lái)。就像土木工程制圖與房屋建筑學(xué)是前后密切相關(guān)的課程，在制圖課程中，可以通過(guò)Ｒevit軟件學(xué)習(xí)如何建模，在后續(xù)的房屋建筑學(xué)的課程設(shè)計(jì)中，就可以利用Ｒevit軟件進(jìn)行房屋的建模，生成對(duì)應(yīng)的平面圖。在后續(xù)的施工課程中，同樣可以利用Ｒevit軟件得到的模型結(jié)合Navisworks軟件，進(jìn)行建筑構(gòu)件的4D模擬，生成施工動(dòng)畫(huà)，加深學(xué)生對(duì)施工流程和施工工藝的了解。掌握主要的三維設(shè)計(jì)軟件，培養(yǎng)應(yīng)用型人才將是未來(lái)人才培養(yǎng)的重點(diǎn)。創(chuàng)建“以三維建模為重點(diǎn)，計(jì)算機(jī)三維繪圖為主線(xiàn)，圖學(xué)思維為核心”的教學(xué)體系，以適應(yīng)未來(lái)建筑行業(yè)的發(fā)展。2)教學(xué)內(nèi)容的改革。目前土木工程制圖課程主要由畫(huà)法幾何，專(zhuān)業(yè)制圖和計(jì)算機(jī)輔助制圖三部分組成。在現(xiàn)有的教學(xué)內(nèi)容上加入BIM技術(shù)的學(xué)習(xí)，課時(shí)明顯不夠，需要對(duì)現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行壓縮。畫(huà)法幾何主要講的是投影理論，解決點(diǎn)、線(xiàn)、面的投影問(wèn)題，與實(shí)際工程圖形聯(lián)系不大，只要掌握基本的投影關(guān)系即可解決常規(guī)問(wèn)題，可將難度較大的相貫線(xiàn)、截交線(xiàn)這部分內(nèi)容降低考核要求，壓縮部分課時(shí)用來(lái)介紹BIM。利用BIM軟件的三維建模可以幫助學(xué)生快速建立起空間關(guān)系，快速得到復(fù)雜形體的相貫線(xiàn)和截交線(xiàn)。在專(zhuān)業(yè)制圖教學(xué)部分，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)主要是通過(guò)板書(shū)結(jié)合PPT模式教學(xué)，簡(jiǎn)單的文字和圖片很難讓學(xué)生獲得感性的認(rèn)識(shí)。通過(guò)Ｒevit軟件的Architecture，Structure，MEP三個(gè)模塊，對(duì)整個(gè)建筑進(jìn)行虛擬建模，全方位的展示了一個(gè)真實(shí)的建筑設(shè)計(jì)方案、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案和設(shè)備設(shè)計(jì)方案，使學(xué)生有身臨其境的感覺(jué)，提高課堂教學(xué)的吸引力，加深對(duì)建筑整體的認(rèn)知。通過(guò)圖1所示三維視圖所示平面視圖一一對(duì)應(yīng)，使學(xué)生明白圖紙上的符號(hào)具體指的是什么，不同的圖例分別代表著什么。在講解建筑的立面和剖面時(shí)，當(dāng)學(xué)生通過(guò)觀(guān)察立面圖、剖面圖不清楚建筑外觀(guān)和內(nèi)部情況的時(shí)候，可以通過(guò)對(duì)三維視圖進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀(guān)察，從全方位的角度來(lái)觀(guān)察整個(gè)建筑的情況，這樣平面、立面、剖面之間的關(guān)系就能一一對(duì)應(yīng)。目前的計(jì)算機(jī)輔助課程是關(guān)于A(yíng)UTOCAD的軟件培訓(xùn)，CAD三維表達(dá)能力有限，主要還是以繪制二維平面為主，隨著B(niǎo)IM逐漸普及，考慮到未來(lái)行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，應(yīng)適當(dāng)增加BIM設(shè)計(jì)軟件的學(xué)習(xí)，在土木工程制圖理論課時(shí)結(jié)束后，安排一周的軟件實(shí)訓(xùn)，主要通過(guò)Ｒevit軟件建模。
5結(jié)語(yǔ)
在未來(lái)幾年內(nèi)，BIM應(yīng)用將呈爆發(fā)性的增長(zhǎng)，逐漸取代CAD成為下一代主流軟件體系，就如同20世紀(jì)80年代開(kāi)始使用CAD代替手工繪圖一樣不可逆轉(zhuǎn)。由于BIM在工程中的應(yīng)用發(fā)展迅速，在土木工程制圖課程中融入BIM，使學(xué)生了解BIM理論、掌握技術(shù)已迫在眉睫。以CAD為基礎(chǔ)的技術(shù)轉(zhuǎn)換到BIM，是AEC行業(yè)的一次技術(shù)革命，也為土木工程制圖改革提供了契機(jī)。
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