探讨利用BIM 技术的建筑力学课程教学改革研究

魏 海

（湖州职业技术学院，浙江 湖州 313000）

0 引言

BIM 的全拼是Building Information Modeling ，即建筑信息模型。BIM 是以数字技术为基础，集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型，BIM 是对工程项目设施实体与功能特性的数字化表达。BIM 技术的发展在我国已有多年，且BIM 技术的学习是系统的。要掌握BIM 技术的基础建模的能力，需要专门开设课程，并且学习时间至少长达一个学期。可是很多文章有关建筑力学的课程改革都提出让学生在建筑力学课程中学会BIM 技术并能建三维模型来提高学习积极性，加深对知识点的理解，这些都是不切实际的。BIM 技术涉及的软件众多，任意一款软件都需要很多课时去系统学习。相反很多讲授建筑力学这门课程的教师，自己并不清楚BIM 技术是什么，更不懂BIM 技术所涉及软件的具体操作。因此，本文在探讨如何利用BIM 技术进行建筑力学课程教学改革前，花了大量时间学习了很多BIM 技术的相关软件，从而在BIM 技术中寻找出建筑力学课程中有用的元素。

1 传统建筑力学课程存在的问题

1.1 教学知识

建筑力学的授课主要知识主要包括理论力学、材料力学和力学三方面，需要掌握外力、内力、应力及结构体系组合分析等内容。建筑力学知识为建筑结构、土力学与地基基础等建筑类课程提供理论基础。学生毕业后在未来建造的工程项目都是需要较为扎实的建筑力学基础的。但这些知识点很抽象，教学内容枯燥，学生不知道如何在生活、工作中去应用建筑力学知识，从而造成学习的主观能动性很差。

1.2 教学安排

建筑力学课程开设在大学一年级的第一个学期，对于很多学生来说，是没有机会和时间通过其他课程去学习BIM 技术的，所以很难让学生在建筑力学课程里自己去动手建模。但是大量教师去谈论把BIM 技术引入到建筑力学课程学习中，让学生自己动手建模，这是纸上谈兵，不切实际的。

1.3 职业目标

建筑力学课程针对大一新生，很多学生还没有进入建筑类专业的氛围中。对身边和网络上的建筑工程事故漠不关心，对以后自身将从事的建筑行业没有归属感。如果学生身上没有一点对以后从事的职业的责任感，很难有较大的动力去学习建筑力学这样的专业基础课。例如高职院校开设较晚的专业市政工程和建筑工程管理，一部分学生对这个专业的认知还是很模糊的。甚至很多学生在高考时放弃物理，对建筑相关专业的学习也造成较大影响，也进一步使学生较难融入建筑相关的专业的氛围中。

1.4 考核方案

当前建筑力学课程考核主要为平时成绩与期末成绩的结合。大部分学生的思维还是停留在高中阶段，认为期末考试卷面成绩优异，就代表这门课程学习优异。同时很多任课教师对学生的平时成绩打分，是参照学生的期末卷面成绩给的，并没有有效监督学生平时的学习情况。更有甚者，部分教师利用平时成绩来帮助学生去通过这门课的考核。很多高校的任课教师没有很好地去利用平时成绩的考核，让学生深入理解建筑力学知识，而是一味将建筑力学知识停留在期末的卷面考试上。

2 B IM 技术的发展现状

BIM 技术在中国的总体发展还不是很完善，很多行业里的人员才刚接触BIM 技术。从技术层面来看，BIM 应用技术本身还没达到完全成熟，相应的技术如BIM 后期的动画、虚拟现实等应用于工地的技术还不是很成熟。从管理层面来看，我国的管理和发达国家的管理差距还是很大的，由于目前大部分较为成熟BIM 技术软件都是美国主导的，他们的建筑业本身管理也比较精细，所以向BIM 迈进比我国要简单得多。我国BIM 技术的人才队伍建设还是有一定的难度，需要一定时间去积累。

BIM 基本理念，主要是用虚拟设计技术来指导、控制现实施工过程。BIM 技术能能应用到教学中，是因为其三维可视化。BIM 相关规范与标准的制定，技术门槛较高，需要投入的人力、物力也比较大，不是中小型设计单位有能力做的事情，更不是一个高校教师能够简单花少量精力去学习和掌握的。BIM 技术只是一个工具，真正实现BIM 的意义是一个全过程工程管理的模式，是以一种信息化的工作流程和模式来对建筑行业进行信息化升级，提升建筑行业的工作效率，而不是单单的一个模型。

由于BIM 技术涉及的软件众多，没有一个人可以完全掌握BIM 技术的所有软件。因此，只能从中筛选合适的软件去应用到建筑力学课程中。BIM 技术中最基础、 最核心的软件可以建立三维可视化的模型，例如Revit 软件。但是相当一部分文章中提到利用BIM 技术软件去做三维模型的受力和变形分析，是由于很多教师自身对BIM 技术不了解。能做受力和变形分析的软件，例如SAP2000 软件，是研究生阶段学习研究用到的软件。但是目前的BIM 技术概念已经将凡是能三维建模的软件都统统归入BIM 概念中了。本文不去争论这样的概念是否正确，只去探讨这些有限元分析软件作为BIM 技术的一部分时，是否值得高职层次的学生去学习或者在课程中应用。

3 B IM 技术在建筑力学课程教学中的应用

3.1 教学知识改革应用

建筑力学知识的授课应该引入更多的工程案例，在工程事故案例的讲解中要充分体现建筑力学知识的相关性。如何去体现建筑力学知识与工程事故案例的相关性，可以利用BIM 技术去建立三维模型去复原该工程。但是这个对建筑力学这门课的任课教师有较高的技术要求，同时也会增加任课备课过程中的建模时间。会BIM 技术后期制作软件的教师可以制作简单的动画来还原工程事故。除此之外，对于建筑力学中设计的几种支座形式，任课教师可以利用BIM 技术去制作其三维可视化模型，让学生更容易理解。BIM 技术在建筑力学课程知识的改革应用中，需要任课教师花较多的时间去学习BIM 技术和应用BIM 技术去制作三维模型。相反，很多文章中错误地理解成让学生在建筑力学课程中建三维模型，这是切不可取的。同时，近几年随着利用BIM 技术所建的模型不断增加，不断应用到建筑力学的相关知识点，通过对表1 汇总分析，学生期末的相关知识点的得分表现能在一定程度上反映出BIM 技术可以帮助学生对相关知识点进行理解。

表1 应用到BIM 技术相关知识点分值变化

3.2 教学安排的应用

BIM 技术的一些分析软件，其实对大部分高职学生来说是不适合的。但是对于一些接受能力较强的学生和一些对建筑力学想进一步深入学习的学生来说，是值得去学习的。结合笔者指导本校三位同学参加2021 年全国大学生结构设计竞赛来看，三位同学在课余时间学习了BIM 技术的分析软件，并在比赛中制作模型时很好地利用了BIM 技术及建筑力学知识，取得全国一等奖的好成绩。从比赛的结果和学生的反馈来看，BIM 技术的分析软件也是指值学习的。从教学安排角度来讲，应该在建筑力学的第二课堂中开展教学，第二课课堂的形式可以是力学工作室也可以是校公选课。目前通过建筑力学第二课堂让学生学习BIM技术相关软件，并让其应用建筑力学知识制作手工模型。参考表2 可以看出，BIM 软件建模得分越高的学生，相应的手工制作模型质量越好，模型承载力也越强，同时建筑力学知识问答情况也更好。BIM 技术较好地掌握可以让学生对建筑力学知识有更深入的认识，同时BIM 技术可以帮助学生更好地使用建筑力学知识制作和优化结构模型。

表2 建筑力学第二课堂BIM 技术应用情况

3.3 考核方案的应用

平时成绩考核应该加强体现建筑力学应用的重要性，利用BIM 技术让建筑力学的相关知识更加贴近实际工程，从而调动学生的学习积极性和主动性。例如任课教师通过BIM 技术的相关软件运行分析几个实际工程的结构模型后，让学生分组去读懂软件分析出来的内力图和变形图。让学生们去分析结构模型中哪个杆件最危险，哪个位置需要加大杆件尺寸和优化杆件截面设计等。因为实际工程结构比较复杂，几乎不太可能人为去计算得到其内力图，通过软件得出分析结果后，适合所有学生去理解。因此，将BIM 技术用于考核学生平时对建筑力学知识的理解还是有很大帮助的，同时第二课堂可以作为建筑力学深入学习的有效形式。期末考试强调学生的力学计算能力和基础知识的记忆，平时成绩借助BIM 技术的相关软件来考核学生对实际工程的受力分析的理解。

4 结语

随着BIM 技术的不断发展，让大部分高校越来越重视其。同时建筑力学是一门理论性很强的专业基础课程，直接影响学生后续专业知识的学习及工作中对所做工程的认。将BIM 技术应用于建筑力学课程教学是较为困难的，任课教师自己需要花费很大精力去学习、掌握。引入BIM 技术来进行辅助教学，能够促进学生对实际工程的理解。同时将第二课堂作为建筑力学课程的延伸，让部分学生能够更好地掌握建筑力学的相关知识。通过近几年不断将BIM 技术应用到高职院校的建筑力学课堂，可以较为明显地看到，BIM 技术可以帮助学生进一步认知建筑力学的有关知识。