BIM技术在建筑结构课程中的应用

晏小欢

[摘           要]  通过分析BIM技术在建筑工程领域的发展趋势，阐述BIM技术在建筑结构设计中的应用前景，并以职业院校建筑工程技术专业的核心课程建筑结构为例，从行业转型、课程定位、教学内容和教学效果四个方向进行分析，研究BIM技术应用于建筑结构教学的必要性。最后，通过教材选用和教学设计，以“钢筋混凝土楼梯”为例，介绍BIM技术在建筑结构课程中的应用。

[关    键   词]  BIM;建筑結构;教学研究;三维模型

[中图分类号]  G712                        [文献标志码]  A                       [文章编号]  2096-0603（2021）14-0159-03

目前在美国、英国、挪威、芬兰、澳大利亚、韩国、新加坡等国家，BIM技术已经在建筑设计、施工和项目建成后的维护管理等方面得到广泛的运用，也成为国外大型设计和施工单位承接项目的必备能力[1]。BIM技术于2004年首次在我国建筑行业中引入，2010年前后，BIM技术在中国得到快速发展。近10年来，住建部及各地方政府颁布了若干针对BIM技术的激励政策及措施，大力推进BIM技术在全国范围各个领域的推广及应用。2020年7月3日由住房和城乡建设部等十三部门联合印发的《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》的七项重点任务中，有三项提到了BIM、互联网、大数据等新一代信息技术与建筑工业化技术的协同发展。而新一代信息技术中，“BIM”排在首位，足以表明其重要性。

一、BIM在建筑结构设计中的应用

（一）BIM在设计中的优势

在建筑工程中BIM技术的推广和应用，关键在于设计环节，因为设计阶段是建筑工程项目真正的创造阶段。设计企业可以说是最早应用BIM技术的一方，也是最早对BIM寄于厚望且投入最多的一方。目前，我国建筑工程的设计阶段各专业之间的信息基于施工图纸进行沟通，最终交付的设计成果是审图合格的施工图纸。图纸交付后，后续的工程施工和工程造价也是基于施工图纸和平法图集。基于传统施工图的工程设计方式不但信息共享性差，各专业之间还容易产生疏漏和碰撞，而且工程设计的查漏补缺和图纸的绘制修改等工作需要耗费大量时间。BIM技术能够大幅度减少各专业设计过程的计算量，更符合如今的实际工作模式和工作效率。

（二）全球化发展带来的挑战

随着经济全球化的发展，建筑工程行业的全球化程度越来越高。目前，我国大型设计企业和复杂项目已经通过BIM技术的实际应用，既收获了效益，又形成了新的生产力。

二、BIM技术应用于建筑结构教学的必要性

（一）市场及行业转型的需要

BIM在建筑业领域展露其独特的光芒，成为专业人士关注的焦点，正高速向前发展，推动着建筑业新的改革浪潮。在国家政策的支持下，BIM在国内建筑业发展得如火如荼，业主单位、设计单位、施工单位等建筑工程各参与方纷纷开始进行BIM技术的研究与试点应用。职业教育人才的培养需要传授新知识、新流程、新技术，培养学生的职业能力，提升学生的职业素养。需求决定市场，高校相关领域人才培养方案需要根据社会经济产业的发展趋势进行动态调整。为了使学生能适应社会对BIM人才的需求，具备适应企业岗位技能要求的能力，建筑工程技术专业的应用型人才培养需要向“BIM+技能”的专业人才市场需求方向倾斜，以顺应社会发展趋势，提高专业毕业生的综合素质，为社会输送更多紧缺人才。

（二）课程定位的需要

建筑结构课程是建筑工程技术专业的核心专业基础课程，集理论与实践于一体，在建筑力学和工程制图等课程的基础上，分析结构构件受力性能和计算方法以及结构的构造要求，并通过平法识图重点阐述钢筋排布构造和钢筋计算。通过该课程使学生掌握结构的设计方法和施工图的绘制，为后续从事建筑结构设计、建筑工程施工管理和工程造价等工作打下坚实基础。由此可见，建筑结构课程在完善学生知识结构体系、提高学生专业综合素质、拓宽学生的眼界等方面发挥着举足轻重的作用，更是学生未来从事专业领域的设计、施工和造价等各项工作的关键课程。

然而，据目前的调查统计，BIM技术在我国建筑结构教学的应用不是很普遍[2]。而这门核心课程直接对接职业岗位中的设计和施工岗位，学生掌握了BIM技术，可以很快适应岗位需求，提高建筑工程技术专业领域的BIM人才培养质量，为社会培养教育信息化背景下的高级应用型人才。因此，将BIM技术融入建筑结构教学中尤为重要。

（三）教学内容的需要

目前建筑结构教学内容中存在的主要问题有：（1）该课程的教材内容采用的是传统的结构设计，抽象的计算模型不仅缺乏实际构件的对比，还与图纸表达完全分离，构件信息与图纸标注没有关联[3];（2）教材没有将BIM技术融入其中，尤其涉及钢筋的构造和计算，教学内容基于16G101-1混凝土结构施工图平面整体表示方法，虽然有平面图和剖面图的展示，但是缺乏立体图形的表达。

针对目前教材部分内容技术严重滞后，且对新知识、新技术更新不及时的现状，教师如果一味地依赖现有教材内容，只注重理论知识教学而不重视学生实用技能的培养，只传授陈旧知识而不能与时俱进传授新技术、新热点，会对学生的学习积极性产生消极影响，学生理论知识没有掌握，实践能力欠缺，达不到学习效果，最终能力达不到专业岗位的要求，不利于学生的职业发展和就业竞争力的提升。

（四）教学效果的需要

结合自身教学经验和文献调查，普遍存在学生在学习这门课程时主动性不高，效果不佳[2][4][5]的问题。其原因主要有以下几点：（1）高职院校学生的力学知识比较薄弱，在推导能力、计算能力和逻辑思维能力等方面也存在不足，涉及力学分析和计算方法，理解有难度，继而形成学习的畏难情绪;（2）建筑结构课程内容覆盖面广，构造要求多，学生在学习过程中，缺少感性认识，往往一知半解，自然也就形成了学生被动学习，学习效果不理想的现象。

（五）小结

上述内容从人才培养需求、课程定位、教学内容和教学效果四个方面进行分析，认为根据职业需求、学生实际情况并结合课程本身的特点，为学生寻找一条切实可行、快捷的学习和应用途径，是建筑结构教学一个亟待解决的问题。

已有文献的探讨和研究表明[2][4][6]，将BIM技术应用到建筑结构课程教学过程中，不仅可以提高学生BIM的应用水平，实现BIM专业应用人才基本技能的培养，还可以通过建立三维模型帮助学生实现由二维抽象到三维具体空间结构模型的转换，培养学生的学习兴趣和创造性，引导学生综合应用所学的各种专业知识，显著提高教学效果。

三、BIM技术在建筑结构教学中的应用

（一）教材选用

本课程采用的教材是住房城乡建设部土建类学科专业“十三五”规划教材[7]，教学内容分为以下内容：建筑结构计算基本原则、混凝土基本构件、钢筋混凝土梁板结构、多层及高层钢筋混凝土房屋、钢筋混凝土单层工业厂房、砌体结构、钢结构和结构施工图。

教材充分运用互联网的优势，采用3D模型、Flash动画、三维动画、AE视频等多媒体资源，将书中的教学重点进行详细解读。并结合当下流行的二维码技术，每个重要章节都配有二维码，学生通过扫码内页章节获得章节资源和动画演示。同时结合教学课件PPT、习题库、案例库和贯穿整本教材的微课视频等丰富的教学资源供学生自学与复习，提高学生的学习兴趣，让学生更有效率地学习。

（二）教学设计

課程目标是使学生具备建筑结构的基本概念和结构构造知识，能正确进行结构基本构件设计计算和结构施工图识读。

教学设计以2课时为一个完整教学过程制定教学内容，将知识解构重构后，分为课前自学、课中导学和课后拓学三部分。课前自学由学生通过网上教学平台观看视频动画自行完成;课中导学分为：引（引发思考或引入任务）—看（观看实体教学模型和基于BIM技术的三维模型）—问（通过师生相互提问加深思考）—学（深入探究学过程）—做（通过实例进行施工图绘制或钢筋计算）—评（总结表现，使学生吸取经验）;课后拓学采取多种方式进行：（1）组织学生进行实际项目参观学习;（2）通过与企业合作，通过项目现场人员拍摄视频进行网上云解答;（3）学生查阅相关规范和资料上传到课程网站，通过拓展学习提升自学能力。

（三）实例介绍

以单元3“钢筋混凝土梁板结构”中的第6部分内容“钢筋混凝土楼梯”为例进行教学设计，介绍BIM技术在教学中的应用。

课前自学：通过教材网上视频学习楼梯的分类，区分梁式楼梯和板式楼梯;在学校智慧教学平台发布楼梯教学案例、平法图集和相关规范，学生自主学习，完成课前测试。

课中导学：第一环节：引。通过展示实际项目的施工图，提问学生对楼梯构成和楼梯钢筋的认识，引发学生的疑问和思考;第二环节：通过观看基于BIM技术的楼梯三维模型动画，使学生了解楼梯构件的组成;第三环节：老师通过提问的方式使学生更有针对性地学习，如楼梯的力如何传递，层间平台的力如何传递，学生可以通过三维模型的直观展示掌握力的传递，以往抽象难懂的受力分析，理解起来较为容易;第四环节：通过展示基于BIM技术的11类板式楼梯的钢筋三维构造模型，将隐藏在混凝土中的钢筋显露出来，学生可以直接观察到钢筋的分布、钢筋在支座的锚固方式以及连接方式，并采用不同的颜色代表不同类型的钢筋，学生能显而易见地对钢筋进行区分，区别以往平面教学的晦涩难懂，学生所学能及时有所反馈，自然而然也会有兴趣。在此基础上，结合16G101-2混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图（现浇混凝土板式楼梯）中板式楼梯的钢筋构造进行教学讲解。如此一来，学生可以将平面图形中的钢筋表达方式与三维模型中的钢筋进行一一对应，及时理解和掌握钢筋的构造排布，通过这种对比学习，可以充分调动学生的积极性;第五环节：通过实际项目图纸及BIM模型进行钢筋的计算，并通过项目施工过程的动画和资料进行点评修改。

课后拓学：通过参观施工过程中的实际项目，直观了解楼梯的构造和钢筋的排布，并通过在课程微信公众号上上传照片和视频，结合所学内容补充资料进行分组评比，增强了学生的自学能力，开拓了学生的思路，培养了学生的创造性思维，锻炼了学生的专业拓展能力和职业所需的综合能力，并且完成的资料也可以为后续的回顾学习提供参考。

四、结语

1.本文通过分析BIM技术在建筑工程领域的发展趋势，分析我国政策在推进BIM技术在全国范围各个领域的推广及应用，表明BIM在新一代信息技术中的重要性。

2.通过阐述BIM技术在建筑结构设计中的优势和全球化带来的挑战，提出BIM技术是设计院提高设计效率，增强核心竞争力的重要手段。

3.从行业转型、课程定位、教学内容和教学效果四个方向进行分析，提出在课程中融入BIM技术，可以使学生掌握建筑行业的新技术，适应BIM设计和施工的岗位需求;可以化二维图形为三维的立体结构和构件模型，增强学生的学习主动性，使学生更易于掌握知识和技能。

4.通过教材选用和教学设计，以“钢筋混凝土楼梯”为例，介绍BIM技术在课程中的应用。教学效果表明：通过引入BIM技术进行课程设计，改变传统的教学模式，学生学习兴趣增加，主动性增强，并且让学生切实感受到BIM技术的优势，引发学生对BIM的兴趣，为之后的职业发展奠定良好的基础，从而提高建筑工程技术专业领域的BIM技术人才培养质量。

参考文献：

[1]蓝天宇.BIM技术在建筑工程结构设计阶段的应用研究[D].南昌：华东交通大学，2019.

[2]徐萍.BIM技术在建筑结构教学中的应用研究[J].知识经济，2020（12）：109-110.

[3]梅伟平.BIM在中小型设计企业建筑结构设计中的应用研究[D].北京：清华大学，2017.

[4]黎生南.浅析BIM技术在建筑结构教学中的应用[J].河南建材，2019（1）：1-2.

[5]崔保龙.高校建筑结构课程教学改革研究[J].陕西教育（高教），2020（7）：18-19.

[6]庞毅玲，廖定国.融合BIM技术的《建筑结构》课程的教学模式探索[J].大众科技，2019，21（2）：99-100.

[7]胡兴福.建筑结构（第四版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2020.

编辑 马燕萍