BIM虛擬施工技術在土木工程施工技術課程中的應用
來源:用戶上傳
作者:張雪穎
摘 要：土木工程施工技術是一門綜合性、實踐性強的課程，教學中涉及一些難以表述的施工工藝以及較多不常見的建筑空間，由于條件限制，學生不可能隨時到施工現場學習，因此需要適當的教學演示工具。作為國家重點推行的新技術BIM即能滿足這種需求。結合土木工程施工課程特點，把BIM技術應用到課程教學中，可有效地對該課程進行教學改革，從而使學生有更好的學習效果。
關鍵詞：通土木工程施工 虛擬施工 教學改革
中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2019）07（b）-0216-02
Abstract： Civil Engineering Construction Technology is a comprehensive and practical course.The content of the course involves some construction techniques which are difficult to express and a lot of uncommon building spaces.Due to the limitation of conditions， students cannot go to the construction site to study at any time， so appropriate teaching demonstration tools are needed.As a new technology， BIM， which is the focus of our country， can meet this demand.Combining with the characteristics of civil engineering construction course， the application of BIM technology in the course teaching can effectively carry out the teaching reform of the course， so that students can have better learning effect.
Key Words： Civil Engineering Construction Technology;Virtual construction;Reform in Education
土木工程施工課程由兩部分組成：施工技術和施工組織。該課程是土木工程專業學生的主干課程，它是研究房屋建造過程中所涉及的各主要工種工程的施工工藝、施工順序和施工方法的學科，實踐性、綜合性較強。課程要求在教學過程中針對現場需要以及學生實踐知識的欠缺進行調整，使得學生能夠順利進行生產實習和畢業設計并且在就業后能將所學知識應用于工程實際，盡快適應工作環境。本文針對該門課程的特點以及目前教學過程中存在的問題，結合筆者多年的教學經歷，提出有效的改革方案，提高課程的教學效果，增強學生的學習興趣，滿足行業的需要。
1 課程教學中存在的問題
土木工程施工技術的課程目標是使學生掌握建筑工程施工主要分項工程的方法和原理，幫助學生建立對工程施工的全局觀念，解決較復雜的工程技術問題，了解國內現行施工規范的要求，達到為生產一線提供高技能專業人才的目的。從事本課程教學十多年的任課教師，作者認為該課程存在以下問題。
1.1 教材內容滯后
土木工程業近年來發展迅速，新技術、新材料、新工藝、新設備不斷涌現，計算機技術、網絡技術、移動互聯網得到廣泛應用，而教材內容無法及時更新，對新科技新技術的覆蓋程度比較小。另一方面教材的內容更新滯后于規范和規程的補充與修改。
1.2 教學課時較短
經調查，設置土木工程專業的高等院校多數將土木工程施工技術課程設置在第六學期，40-50課時，我院安排48課時。該課程涵蓋范圍較廣，包括土方、基礎、砌體、鋼筋混凝土、預應力混凝土、結構安裝、防水以及裝飾裝修等工種工程。面對沒有專業基礎的學生，在48學時內只能勉強講完大綱規定內容，不能擴展，不能深入。學生雖然基本能通過考試，但缺乏對該門課程的深入理解，影響畢業設計工作的開展。
1.3 教學手段缺乏創新
本門課程采用多媒體結合板書的教學模式，課堂采用PPT授課，充分利用圖片、施工現場操作視頻以及Flash動畫，幫助學生理解教學內容。但整個授課過程中，學生缺乏必要的動手操作過程，對于有些實踐性較強的教學環節，學生不動手操作，老師無法講解透徹，學生只能一知半解。
1.4 實踐教學環節的質量難以保證
本課程的實踐環節包含為期一周的課程設計和四周的生產實習。課程設計的內容包括識圖、典型構件的鋼筋下料以及梁板、柱（剪力墻）以及樓梯的模板設計。學生在先修課程中幾乎沒接觸過施工圖，識圖能力差，因此5天的時間僅僅能夠在老師的指導下勉強地完成設計內容，不能對整個工程有全面深刻地理解。生產實習環節，學生人數多，難以保證實習場地。我院絕大部分學生自己聯系實習項目。學生實習場地過于分散，實習經費有限，指導老師無法逐一到現場指導。而實習單位考慮到安全問題，不情愿接受實習生，即使接受也盡量讓學生遠離施工現場，多數學生沒能深入一線，只是了解一下工程概況，在辦公室看看圖交差。另一方面，工程施工周期長，而學生實習期短，學生無法接觸一個項目從開工到完工的整個過程[1]。 1.5 教師缺乏施工現場經驗
目前高校教師基本需要博士畢業，招收施工方向博士的高等院校較少，很多青年教師由結構轉施工，基本上他們是直接從學生到教師的直接轉化，缺乏施工現場工作的實踐經驗[2]。
2 BIM技術的引進
2.1 建筑信息化模型BIM
BIM的英文全稱為 Building Information Modeling是一個完備的信息模型，能夠將工程項目在全生命周期中各個不同階段的工程信息、過程和資源集成在一個模型中，方便被工程各參與方使用。它能夠以三維模型所形成的數據庫為核心，在計算機中模擬建立一座虛擬建筑。
2.2 BIM技術對土木工程施工課程的幫助
普通的多媒體教學只能幫助學生理解，實際操作才會使學生理解深刻，并牢牢記住。由于教學條件限制，大多學校滿足不了到施工現場邊操作邊教學的要求。把BIM技術引入施工課程教學，采用案例教學法，可實現施工可視化仿真教學，使學生直觀感受現場施工的氛圍[3]。
2.2.1 提高學生識圖能力
首先BIM可以幫助學生解決識圖問題。通過課程設計可以看出學生識圖能力差，他們無法通過圖紙想象出立體實物。而BIM提供了一種視覺理念，可以將線條式構件形成三維立體實物圖形展示在學生前;盡管在建筑業現在也有設計渲染，但是這種效果圖只包含構件的大小、位置和顏色，除此以外沒有其他信息，并且不同構件之間缺少互動性和反饋性。而BIM中的可視化是一種能夠同構件之間形成互動性和反饋性的可視化。這就相當于學生可以根據圖紙將構件在一個實體建筑中一一比對，提高識圖能力[4]。
2.2.2 幫助學生深入了解施工工藝
BIM還可以幫助學生深入了解施工工藝。首先，構件模型，然后對完成的模型進行動畫編輯以形成動態視頻，最后將原始文件以施工邏輯串聯成完整的視頻。通過視頻展示預先演示施工現場的現有條件、施工順序、復雜工藝以及重點難點解決方案。根據施工工藝，將模型導入到動畫制作軟件，進行動作制作并導出視頻。將導出原始視頻以及項目相關資料進行細化工作，除了調整順序，還應增加特效，讓整個影片表達更加充分。另外加上配樂及配音，解說整個工藝流程。BIM還有強大的模擬性，施工階段可以進行4D模擬（三維模型加項目的發展時間），也就是根據施工的組織設計模擬實際施工[5]。學生就像到現場實際參與了工程施工一樣，解決了無法把課程搬到施工現場的難題。
3 存在問題
3.1 設備投入大
目前大多學校在教室配備了多媒體。但是BIM對電腦硬件要求較高，目前的設備很難滿足要求。另外功能完備的正版BIM相關軟件都是要收費的，且價格不菲。
3.2 制定新的課程體系及標準
把BIM融入課堂，需要制定與之相適應的新的課程標準，構建新的知識體系，這方面還需要不斷探究。
3.3 對任課教師要求高
把BIM引進課堂要求任課教師能熟練操作BIM相關軟件。BIM是近幾年發展起來的新技術，掌握這門技術的教師并不多，年輕教師可以經過培訓達到要求，而對于年紀較大的老師是個不小的挑戰。
4 結語
土木工程施工技術教學中引入BIM，可以充分利用BIM的現場模擬能力，使得課堂變得靈活、富有趣味，既提高了學生的學習興趣，也為教師與學生交流溝通提供了良好的條件，還能幫助學生完善知識體系。因此，要努力克服BIM教學改革道路上的種種難題，幫助學生實現理論知識向操作技能轉化，為社會培養所需人才。
參考文獻
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[2] 韓俊強.基于新工科人才培養的土木工程施工課程教學改革[J].高等教育，2019（2）：168-169.
[3] 石曉娟，王邵臻，李金云.以設計競賽為載體 推動基于BIM的土木工程專業課程改革—以土木工程施工課程為例[J].教育教學論壇，2018，6（26）：89-90.
[4] 肖慕欽.建筑施工技術教學中BIM技術的有效運用分析[J].裝備技術，2018（1）：113.
[5] BIM后期大神為你解讀“BIM施工工藝模擬”BIM大課堂https：//baijiahao.baidu.com/s？id=1606380858834585603&wfr=spider&for=pc.
[6] 趙鑫，李萬渠，向曉華.BIM技術在土建類專業教學中的探索與應用[J].教育教學論壇，2017，5（21）：173-175.
[7] 杜聰.BIM技術在高校土建類專業教學中的應用[J].教育現代化，2018（2）：145-146.
[8] 李一凡，段緒勝，李昀騰，等.1BIM技術融入土木工程專業的教學方式研究[J].教育現代化，2018，31（12）：24-16.
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