基于BIM技术的CAD课程教学改革

许莉　张挺　郑德炯

摘  要：近几年来，工程建设领域的多数世界级龙头企业都已经抛弃早期的CAD制图技术，几乎所有项目都采用了BIM。其他公司也开始从CAD转向BIM。但是在高校土木工程专业的课程中对于建筑信息模型软件的讲解依然是传统的AutoCAD软件为主，为适应时代发展趋势，我们必须将BIM建模软件引入到土木工程制图教学中去。文章通过分析BIM与传统CAD技术之间的关系，并结合目前CAD课程教学中存在的实际问题，基于建筑行业对BIM技术人才的需求，提出了CAD课程教学改革建议。

关键词：土木工程专业;BIM技术;CAD;教学改革

中图分类号：G642         文献标志码：A         文章编号：2096-000X（2020）02-0132-03

Abstract： In recent years， most of the world's leading enterprises in the field of engineering construction have abandoned the early CAD drawing technology and adopted BIM in almost all projects. Other companies are switching from CAD to BIM. However， in the course of civil engineering in colleges and universities， the explanation of architectural information modeling software is still dominated by the traditional AutoCAD software. In order to adapt to the development trend of the times， we must introduce BIM modeling software into the teaching of civil engineering drawing. On the basis of analysis of the relationship between traditional CAD and BIM technology， combined with the practical problems currently existing in the course of teaching CAD， and based on the demand for BIM technical talents in the construction industry， this paper puts forward suggestions for CAD course teaching reform.

Keywords： civil engineering; BIM technology; CAD; the teaching reform

引言

CAD制圖课程是土木工程专业学生实现理论与实践结合的重要课程。多年来，建筑师一直依靠CAD软件将头脑中的建筑设计理念表达在图纸中。CAD相比于手工绘图更加方便快捷，整洁统一，能够大量缩短工程设计周期，在工程设计中承载着不可替代的作用。目前全国乃至全世界高校的建筑类专业，均将这门课程列为必修课。

基于CAD在目前的教学和应用情况的分析表明，大部分高校对于CAD软件的课程教授仅仅限于低层次的辅助绘图层面，其很难直观的表现模型的三维立体感，对于复杂的节点与构件仅采用平面图绘制的话，会在一定程度上增加学生的理解难度，同时它也不能将三维形体与属性信息良好的结合起来。显然如果继续采用传统的教学模式进行人才的培养很难满足当今社会的需求[1]。“建筑信息模型（BIM）”等设计理念在信息时代的推动下对建筑行业的科技进步与转型升级将产生不可估量的影响。

目前，BIM 技术已经在众多相关领域得以推广和应用，而高校在这方面的教育和投入则显得不温不火，更缺乏能够充分反映BIM理念的成熟教材[2]。在工程实践和理论教学方面存在着巨大的差距和教育的脱轨，迫使计算机辅助设计教学在土木工程专业本科培训必须快速实现新的转变。这种转变需要逐步从传统的CAD教学转入基于BIM技术理论的融入式教学。

由于BIM设计理念的出现和不断提高的人才专业化市场需求，CAD课程教学问题愈发突出，本文从BIM和CAD的关系出发，分析了CAD课程教学现阶段面临的形势，在如何培养适应行业需求的建筑工程的人才上，提出一些教学改革建议。

一、BIM与CAD的关系

人们普遍认为CAD技术是建筑设计领域的第一次革命，现如今BIM技术则被公认为是该领域的第二次革命。借助CAD技术，设计师们颠覆了传统的设计方式，由最初的“纸绘图板”方式转化成基于计算机技术的数字二维平面设计方式。BIM技术在CAD技术的基础上进一步提升，把二维平面设计方式转化为三维空间立体设计方式，突显了模型绘制效果，更直观地反映实物情况，并且在诸多领域如软件研发、项目施工、项目安排、项目运营维护等均有巨大的潜力[3]。相对于CAD技术而言，BIM的优势是显而易见的，那么它们是否是即将取代的关系？其实两者的关系不是替代的关系，或者两者之间至少存在一个长期的共存缓冲期。主要原因有下列几点：

（1）硬件原因：Auto-CAD软件使用者绘制的建筑图主要由点、线组成，数据量相对较小。相比之下，BIM软件内部的族组件可以添加各种信息，同时其绘制出的模型是三维图，同样的项目文件容量可以达到几百兆字节。所以数据量比二维CAD大很多。再加上软件自带的原因，对计算机的硬件要求较高。以Revit软件为例，一般4g内存，CPU需要达到i5计算机方可顺利运行Revit[4]，急于取代大量的电脑是不现实的。

（2）软件原因：CAD软件易于操作，初学者可快速掌

握。Revit的软件插件较多，在绘图界面有很多选项，绘图操作比CAD复杂，这给初学者的学习带来了不小的阻碍。更重要的是学生在绘制CAD时，对建筑物的整体格局有了初步印象，根据视图投影方法将立体图通过平面投影的方式绘制在二维平面图中，并通过正面图、侧面图、剖面等方式展现出来。在整个投影和绘图过程更有助于学生手脑并用的协调性。可以看出，虽然CAD绘图是抽象的，但它实际上是帮助学生建立三维感知的辅助手段。

（3）习惯性原因：由于设计部门的工作人员已非常熟练地使用CAD工具软件，而Revit作为一种新软件学习需要一定时间和精力，因此设计人员更偏向于使用旧软件。由此可以看出，BIM软件在短时间内无法完全取代CAD。就现阶段而言，两者应该属于并存、相互配合的关系。从高校的角度来看，CAD课程已经相对成熟，而BIM软件正处于起步阶段，我们应该结合CAD和BIM两种软件的特点，并利用自身在教学资源上的优势，合理安排学习CAD课程。例如，CAD对于学生而言，其入手快，使用方便，但绘出的模型只能呈现出其自身固定的数据信息，BIM软件具有三维可视化功能，可加速学生对三维空间概念的理解，因此将CAD作为学生学习软件的“跳板”，能更好的促使学生了解从CAD二维到BIM三维绘图的具体过程。合理利用好CAD和BIM之间的关系，有助于推动CAD课程的改革。

二、建筑CAD课程面临的形势和问题

计算机技术的飞速发展，使得计算机辅助建筑设计的设想成为可能。三维建筑信息模型的诞生对二维平面建筑CAD课程教学产生了一定冲击。目前建筑CAD设计绘制课程有如下几点弊端：

（一）教学模式单一

信息时代下的学生拥有较高的计算机应用软件自主学习能力。许多学生在低年级时就已经自学了CAD等软件。大部分学生虽然会使用CAD软件，但是仅停留在绘制简易的二维图形水平上，软件熟练度和绘图质量也无法满足单位需求;为完成繁多的教学任务，教师在授课过程中多采用多媒体教学，导致学生在CAD课程学习中积极性不高;理论学习與上机实践无法有效结合;重难点知识无法得到切实的操作体验，容易遗忘。继续使用以前的教学模式，很容易产生一些负面影响，学生对软件的熟悉程度参差不齐也增大了教学难度。

（二）教学内容没有与时俱进

目前，CAD课程教学过程中最大的矛盾是BIM等计算机辅助新技术的发展和教学内容存在脱轨。CAD课程的教学内容主要围绕AutoCAD软件。通常没有设置三维绘图和建模的章节，并且绘图基本上是以平面制图的形式进行。其主要原因是大多数土木工程本科毕业生主要进入施工单位，而施工岗位对此类技能的需求较少，教学内容较少考虑到除了学习一般知识外，学生在校期间还应该了解熟悉未来将会强制推广的BIM技术。BIM概念的逐步普及，教学内容也应适应新技术的快速发展，CAD教学改革刻不容缓。

（三）课时分配不均衡

由于高校教学资源不足，多数高校选择两阶段授课方式开展CAD建筑课程：理论讲解与上机实践。由于CAD教学的前期理论知识较多，但高校无法安排更多的教学课时，导致理论知识点的讲解无法全面展开，只能点到即止。而在上机实践中，教师对理论知识的重复讲解再次削减了学生上机操作时长，导致上机实践课时紧张从而无法达到预期的教学效果。

BIM技术对于提升国家建筑类有关行业的发展，起着至关重要的作用。它不但是建筑设计领域的二次革命，对于整个建筑类行业来说，也是一次重大变革。虽然目前土木类专业学生毕业后，就业情况较为乐观，但是随着城市化建设的完善，行业人才的需求量也将到达一定的上限，同时暴露了传统技术人员发展上的劣势[1]。国家与有关政府机构也逐渐意识到模型化和信息化的有关建设，对推动建筑行业发展具有相当大的积极作用。随着我国BIM技术的有关标准与规范的完善，我国BIM技术将会走向飞跃、高效、高质量的研发道路。若高校在课程学习上注重BIM技术的培训，让学生对BIM技能有一定的了解和初步掌握，这无疑会增加学生在毕业后的竞争力和优势。

三、《建筑CAD》课程教学改革的解决方案

传统CAD软件作为辅助制图的工具，在与用户图文信息交互上多采用简单的二维方式，只能传递建筑的基本几何信息，而日常生活中的事物多以三维的形式呈现。近年来，建筑的结构形式和空间关系越来越复杂，导致CAD的二维呈现方式与现实建筑物存在较大偏差，建筑和结构细节构造在传统CAD软件上很难得到呈现。此外，建筑工程相关信息（如材料的强度、密度、力学性能、造价等），依靠二维图纸或普通的三维模型无法实现全面表达。但是BIM技术可以实现建筑工程整个生命周期的完备存储，因此，无论是建筑设计、结构设计、施工管理等方面均可以通过BIM实现信息采集和读取。为了更好迎合建筑设计发展趋势，高校必须及时更新人才培养计划，把BIM技术作为CAD教学改革的突破口，在原有的传统CAD课程教学的基础上，新增BIM教学相关的内容，并制定新的教学改革方案。

（一）调整教学内容适应新技术的需要

为了在有限的教学时间内完成教学任务，需要对二维CAD教学内容进行压缩。其教学内容可分为三个部分：绘图、编辑和三维绘图。这些内容的授课时间可以压缩在10个课时，可以让学生了解平、立和剖面图纸绘制以及三维图形基本概念。教师可以根据实际教学的章节，对一些CAD基础命令进行简单讲解，并课后让学生到图书馆或者是网上查找资料扩展相关知识以培养学生的学习积极性。另外新增一部分BIM技术为代表的建筑辅助设计软件的教学内容，约12学时的课程即可完成。BIM课程结构分为理论教学和案例教学，既有理论基础也有实践练习。理论部分重点讲述多维数据信息模型、协同工作技术、数据信息集成技术和可视化技术等;实践操作则针对BIM不同阶段所运用的设计软件以及BIM工程案例进行系统讲解，辅以BIM讲座，以达到预期的教学效果[2]。

（二）传统教学与新形式的交流

将现有教学模式与其他流行形式相结合，能有效解决建筑CAD教学课时少但内容多的难题。（1）教师可以把课堂中的知识录制成教学视频或者整理成文档，以便学生在课堂以外的时间进行复习。（2）教学的某些环节可以通过远程资源在线完成，包括答疑，安排作业和批改作业。（3）在有限的时间内涵盖较多的学习内容，需要制定合适的教学内容和教学方法，培养学生的学习兴趣和学习热情，有效的完成教学任务。

（三）促进项目驱动的综合实践

在实际项目演练中锻炼学生的BIM设计使用能力。在日常教学时，不仅能给学生们布置课后理论与实践作业，巩固学生们的基础知识，还能从毕业设计、竞赛、科研项目等方向出发，为学生们量身定做一些实际课题，让学生们将课堂基础理论操作知识与实际项目相结合，锻炼学生们综合设计使用能力、独立分析和解决问题能力，提高学生们项目的系统化理解与标准化操作，以便学生进入职场后快速胜任BIM设计师的岗位要求。图1、图2分别为福州大学大学生毕业设计制作的厦门湖里中学BIM模型和“桥梁图文”大赛制作的钢箱梁悬索桥BIM模型。

四、结束语

BIM开始并正在改变着建筑领域活动的表达方式、作用方式和建筑方式[6]。BIM技术是未来建筑行业发展的必然趨势，人才培养是促进BIM技术进步的关键因素，因此，培养具备优秀BIM设计和模型应用能力的专业型人才是当务之急。高等院校作为建筑业源源不断输送人才的基地，要紧随时代发展的趋势，促进建筑CAD课程教学的改革，才能跟上发展的步伐。

参考文献：

[1]邓朗妮，黄晓霞，廖羚.基于BIM的土木工程专业制图教学改革应用与研究[J].价值工程，2017，36（04）：138-140.

[2]许莉，张挺.BIM技术在土木工程专业中课程架构的研究[J].高教学刊，2019（05）：89-91.

[3]陈昕元.基于BIM技术的大型公共建筑机电设计与优化研究[D].西安建筑科技大学，2016.

[4]陈柯达.从CAD到BIM——建筑工程计算机应用类课程的改革思考[J].科教导刊（中旬刊），2014（12）：68-69.

[5]王景阳.《建筑CAD》课程教学改革探讨[J].实验科学与技术，2007（02）：91-94.

[6]查克·伊斯曼，保罗·泰肖尔兹.BIM手册原著第2版[M].北京：中国建筑工业出版社，2016.