BIM技术在混凝土结构设计课程中的应用

肖金梅 张 波 何汝基

(广东工业大学华立学院，广东 广州 511325)

0 引言

随着社会的发展，近年来，BIM技术在国内不断被推广、应用，在建筑行业发挥着越来越重要的作用。为了顺应时代的发展，为社会提供更多符合市场需求的人才，将BIM技术引入到土木工程专业课程教学改革势在必行。

1 混凝土结构设计课程特点及教学中存在的问题

混凝土结构设计是土木工程专业同学的一门主干专业课，课程内容主要包括混凝土梁板结构、单层厂房结构、混凝土框架结构等[1]。课程具有以下特点：1)综合性强：课程包含的内容多，涉及的相关科目多，如：混凝土结构设计原理、结构力学、材料力学、土木工程材料、荷载与结构设计等，要求学生有扎实的专业基础。2)实践性强：课程包含的公式，符号，构造多，而这些大多来源于工程实践经验和实验，使得缺乏实践经验的学生难以理解掌握。3)内容抽象，在设计时需要将设计方案转化成力学模型。

根据在校的教学过程，发现混凝土结构设计这门课程在教学过程中存在以下一些问题：我们学校混凝土结构设计这门课程课时是24学时，学时少内容多，为了完成教学大纲，教学进度的安排，很多难点不容易讲透。学校上课多结合多媒体，课件包含一些结构图片、图纸，但二维图片比较难体现三维结构，特别是空间想象能力不太好的同学，加深了学习的难度。学校上课主要以教师理论灌输为主，缺乏互动，缺乏相应的实践，加上教材内容陈旧，往往造成学生毕业很难运用到实际工程，也会造成学生丧失学习的乐趣。

2 BIM软件的特点

建筑信息模型(Building Information Modeling以下简称BIM)是被AUTODESK首次提出的，其核心思想是强调多个软件的协作，从二维到三维甚至是到n维，从独立到相互协作[2]。近年来，BIM技术在国内迅速发展，不仅改变了工程各参与方：设计、施工、运营、维护等，也对高校建筑人才培养产生了巨大的影响，包括高校开设BIM技术相关课程，BIM技术考级，建筑技术相关的课程融入BIM技术等。BIM技术具有可视化、协调性、模拟性、优化性、可出图性等特点，其可视化的特性可以在课堂上以接近真实建筑的方式展示三维立体模型[3]。通过三维立体模型可以更加直观的表现出结构中各构件的相互关系，降低学习难度，增加学生的参与感，有助于提升学习兴趣。

3 BIM在混凝土结构设计课程中的应用

3.1 课堂融入教学软件

本文以混凝土结构设计课程的第一章梁板结构设计为例，梁板结构设计这章主要内容包括：现浇单向板梁板结构、现浇双向板梁板结构、整体式楼梯和悬臂梁板结构等。现浇梁板结构设计包含结构布置及构件选型、荷载计算及计算简图、内力计算及施工图。虽然梁板结构对于我们来说并不陌生，生活中随处可见。但在以往的教学中发现当现浇单向板梁板结构理论知识都讲完后，部分学生也是不能独立完成现浇单向板梁板结构设计的。究其原因，是由于学生对结构缺乏直观的认识，理论学习太过表面，没有掌握梁板结构设计的精髓。

将BIM融入课程教学，将二维的图形转成三维模型，如图1现浇肋梁楼盖，充分利用软件的旋转、放大、剖切等功能，让学生更加直观的认识梁板结构。对于已经建好的模型也可以设计漫游，让学生身临其境的认识梁板结构。通过三维模型，除了让学生认识现浇梁板结构由板、次梁、主梁组成，更重要的是让学生掌握各构件之间的连接，从而理解板、次梁、主梁计算简图及荷载计算。如图2列举了板在设计时的计算简图。

在现浇梁板结构设计中，梁板配筋也是学生学习的难点。如图3梁的局部配筋图，图4板的局部配筋图。图中包含按内力计算配置的受力筋和按构造要求配置的构造筋。以板构件为例，通过建立BIM模型的配筋图，可以动态展示板的板内受力筋、板内分布筋、墙边构造筋、梁支座负筋等，通过BIM模型的配筋图可以让学生更加直观的认识整个板结构的配筋，更好的理解构造钢筋的布置，更好的联系到实际工程。另外通过内力计算配筋也是比较繁重的工作，要参考较多的规范，计算后还需要验算。很多同学在结构设计时都是硬套教材内容配筋，往往出现一些漏洞。利用BIM软件与结构设计软件的对接，如：PKPM、广厦、盈建科等，既可以快速配筋，也可以检查配筋。

3.2 课后学生自主贯通

随着BIM技术的快速发展，以及市场对BIM人才的需求，我们学校也开设了BIM课程，每年组织学生考BIM等级证书，参加BIM相关比赛。所以学生对BIM软件的运用有一定的基础，基于这个基础，如何将软件课和专业课程更好的融合是我们努力的方向。由于混凝土结构设计课时比较少，主要依赖教师课上的讲解，学生比较难以理解透彻，所以要充分利用学生的课后时间。教师通过课堂理论知识的讲解，布置和课程相关的BIM建模任务，让学生将课本二维的图像还原成三维图形。通过建模过程，让学生更加直观的认识结构的各部分组成，认识各主要构件相互的连接方式，荷载的传递路径。通过软件的实操，既能够提升BIM技术的运用，又可以更好的掌握专业知识，从而提高学生的综合能力。

4 结语

随着互联网的快速发展，BIM技术在土木工程行业应用的越来越广泛，混凝土结构设计课程作为土木工程专业重要的主干课程之一，其教学改革也应跟上时代潮流，高校将BIM技术引入到混凝土结构设计课程将是教学改革发展的趋势。