BIM技术在钢结构课程设计中的应用★

余洁歆 谢本飞 朱艺婷

(1.福建江夏学院，福建 福州 350108； 2.福州桂武置业有限公司，福建 福州 350108)

0 引言

钢结构有着强度高、抗震性能好、工业化程度高等优势，随着国家政策的导向，如住建部2019重点工作中提到：“要大力发展钢结构等装配式建筑”。钢结构市场对专业人员的需求量日益增大，要求也随之提高。传统的钢结构课程体系偏理论，缺乏实践性和信息化融合，难以对接建筑业转变的发展趋势。为紧跟行业发展步伐，通过利用BIM技术，解决传统教学的弊端，促进钢结构课程设计教学改革，提高教学质量，培养具有信息化素养的“应用型人才”，满足企业对技术人才的迫切需求。

1 研究背景

1.1 BIM技术发展

BIM是建筑信息模型系统的缩写，指在建设工程及设施全生命期内，对其物理和功能特性进行数字化表达，为工程项目的各种决策提供可靠的信息支持、共享。各参建方，如设计、施工、运营、管理均可在模型中修改和提取信息，达到协调工作的效果。

美国乔治亚理工的Chuck Eastman教授于1975年最早提出的BIM理念，随后逐渐被各个国家发展完善并被建筑行业广泛应用[1]。虽然BIM技术发展时间不长，但已经相对成熟，并且逐渐渗透到教育等领域[2]，希望能利用此技术进行教学改革，提高教学质量。

1.2 钢结构课程设计存在的问题

1)钢结构课程设计要求较高，其建筑形式多变，所涉及知识内容多，难度大。学生在完成钢结构课程设计过程中存在理论知识学习不扎实、设计原理掌握不全面等问题，从而导致课程实践效果不佳。

2)传统钢结构课程设计成果多以计算书和施工图纸展示，二维图纸无法直观体现其结构构造，导致设计过程中缺乏对结构细节的完整把握。

3)钢结构计算部分，大多数学生根据教材例题逐步求解，计算内容仅为常规构件的强度、刚度和稳定验算，对局部细节或异型构件设计未考虑。

2 BIM技术在钢结构课程设计中的应用

2.1 BIM技术在钢结构课程设计中应用的优势

1)可视化。

集建筑信息为一体的三维数字模型，使得项目设计、建造、运营等全过程均能可视化展现。钢结构设计教学过程通过可视化的模型，消除空间想象的限制，提供更直观、生动的教学过程。例如在进行钢结构节点连接设计时(见图1)，复杂的连接形式加大了设计的难度。若采用三维的实体模型，通过对模型节点细节处的放大、旋转，可以360°无死角地观察其连接形式及传力途径，进一步使学生明确计算原理和方法。

2)协调性、优化性。

学生在完成BIM模型后，可以通过各专业的碰撞检查找到项目的“不兼容”现象[3]，如管道与结构冲突，预留的洞口尺寸错误，以此为依据进行协调、方案优化，确保项目实施的可行性。任一构件单元都是数据的集合且保持全局共享，解决了设计修改过程中信息不一致问题。如对模型中一构件进行参数修改、信息添加或删除等操作，与之关联的所有信息也会保持动态更新，避免遗漏。

3)模拟性。

在BIM三维模型下可以进行能效、紧急疏散、日照、热能传导等的模拟，若在此基础上增加时间轴，还能进行4D进度控制的模拟，再添加成本后形成5D造价控制上的模拟。

4)可出图性。

通过碰撞检查及设计修改后的BIM模型，可以直接导出建筑施工图纸和计算书。解决原课程设计中学生绘制的图纸和计算书内容不对应的问题。通过BIM三维模型和二维图纸的对比及修改，帮助学生更好的理解施工图纸所表述的内容，提高学生识图和制图能力。

2.2 基于BIM技术的钢结构课程设计改革实施

2.2.1改革实施目标

应用BIM技术到钢结构课程设计中，增加课程设计的趣味性和实践性，提高学生的工程实践能力。学生通过模型分析辅助结构设计计算部分，可以更直观学习和观察构件截面和节点连接设计，增加设计过程中的感性认知，有效提升课程设计效果，基于设计项目重新串联钢结构理论知识点。通过完成课程设计，使学生熟练掌握BIM软件信息操作应用的能力，提高岗位核心竞争力，为社会培养建筑工业化实用技术人才。

2.2.2改革实施重点

1)为提高学生主观能动性，培养独立思考及解决问题的能力，要求学生以小组为单位，共同查阅资料、钢结构设计规范，巩固理论知识。

2)采取真实工程为载体，以项目为导向，重新构建钢结构课程设计实施过程。虚实结合工作环境，设置钢结构教学实训改革总体方案，实现人才培养与行业需求的无缝对接。

3)探索信息化技术与教学相结合，使实训实操教学可依托仿真度好、信息化程度高、交互性强、易操作的BIM技术平台，解决传统课程设计的各项弊端。

4)培养学生主动自查、校对和分析工程问题的意识，按要求先完成手算设计部分的内容，再进一步建立BIM模型。在建模过程中发现前期计算出现的错误和不合理的地方加以改进，加深对设计要点的理解。

5)通过小组讨论、方案协调及成果汇报，培养学生的团队精神。分级设计钢结构课程设计各环节内容，并在每个阶段对小组项目成果进行评价和打分，动态把握学生学习情况，实时根据学生情况，不断优化和调整课程设计改革内容。

2.2.3改革具体方法

基于BIM技术，将钢结构课程设计环节组织模式分为三级，一级项目：组建BIM小组；二级项目：结构计算、Revit建模及图纸绘制；三级项目：项目设计成果展示及汇报；具体各级项目指标分解内容如表1所示。

表1 钢结构课程设计进度安排

3 结语

运用BIM技术辅助钢结构课程设计，提高课程设计实践效果，具体体现如下：1)通过小组讨论，调动了学生学习的积极性和主动性。利用BIM模型，增加了学习的趣味性。2)学生根据初步方案构建BIM模型，串联理论知识，通过分析、对比手算结果和模型计算结果，自行校核、优化方案。3)通过学习Revit软件，使学生具备信息化技术运用能力，对接建筑工业化市场需求。