侯學良 鄧忠清

[摘 要] 工程結(jié)構(gòu)是工程管理專業(yè)一門非常重要的課程，但其知識體系的復雜性、抽象性和實踐性給教學帶來了一定難度。為了解決這一難題，在教學中引入了Revit軟件，借此軟件可以實現(xiàn)對建筑結(jié)構(gòu)整體或單體構(gòu)件的外觀形態(tài)與內(nèi)部結(jié)構(gòu)及鋼筋布置進行系統(tǒng)展示，對真實結(jié)構(gòu)進行仿真模擬。應用結(jié)果證明，該工具不僅有助于工程結(jié)構(gòu)課程教學水平的提高，而且可以使學生在準確掌握工程結(jié)構(gòu)專業(yè)知識的同時，激發(fā)學生對專業(yè)課程的學習興趣。

[關(guān)鍵詞] Revit軟件；工程結(jié)構(gòu)；課程教學；仿真模擬

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2019. 01. 090

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2019）01- 0211- 03

0 引 言

工程結(jié)構(gòu)是工程管理專業(yè)基礎(chǔ)必修課程之一。然而由于該課程的知識體系的復雜性、抽象性和實踐性，使得傳統(tǒng)的授課方式——黑板板書和口頭講解已經(jīng)不能讓學生將相關(guān)知識掌握透徹。因此，如何有效解決工程結(jié)構(gòu)課程教學的這一問題，已成為工程結(jié)構(gòu)課程教學中的一個重要問題。

1 工程結(jié)構(gòu)課程的教學現(xiàn)狀

工程結(jié)構(gòu)是一門理論與實踐結(jié)合的專業(yè)課程，也是一門集材料、設(shè)備、工藝、方法和管理為一體的綜合性應用技術(shù)。該課程應用范圍較廣，基礎(chǔ)性較強，是工程管理專業(yè)十分重要的課程之一，也為本專業(yè)其他課程的學習奠定了重要的基礎(chǔ)。

但與工程管理專業(yè)的其他課程相比，該課程具有較強的專業(yè)知識綜合性和復雜性，知識體系具有顯著的系統(tǒng)性和抽象性。特別是對于一些砌體結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的構(gòu)造設(shè)計，這些需要靠實際工程經(jīng)驗積累的，就需要學生具有一定的工程實踐經(jīng)驗與體會，因此，這就給學生在工程結(jié)構(gòu)課程中的學習帶來了一定的難度。

但更主要的是，在實際教學中，老師的授課方式多采用PPT幻燈片放映加上黑板板書和口頭講解，而對于實際工程中的一些結(jié)構(gòu)形式，大多數(shù)老師會選擇在PPT中加入相應的圖片、視頻或者使用CAD軟件幫助學生理解學習。然而圖片、視頻和CAD繪制的圖形更多的是二維展示，而在對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力整體狀況、結(jié)構(gòu)體系、不同結(jié)構(gòu)類型的劃分等等三維狀態(tài)做解釋的時候，由于學生接收能力的參差不齊，學生在腦海中無法呈現(xiàn)一個立體畫面并有效理解工程結(jié)構(gòu)的內(nèi)外形式和受力狀態(tài)。而受力從微觀角度來看又是一個漸變的過程，學生在腦海中無法呈現(xiàn)一個立體畫面的情況下更沒辦法去想象一個動態(tài)的三維模型。同時，由于學校開設(shè)的實驗課程太少，學生在現(xiàn)場實習的機會少，時間過短且沒有針對性[1]，這就給學生了解和掌握這么專業(yè)課程帶來更大的困難。因此，如何有效解決這一問題成為工程結(jié)構(gòu)課程教學中的重點和難點問題。

2 Revit軟件的特點

Revit是Autodesk公司開發(fā)的一套軟件，支持提供建筑設(shè)計、MEP工程設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計的工具。Revit Structure是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計重點模塊，為結(jié)構(gòu)工程師和建筑設(shè)計師提供了一項重要制圖工具，可以更加精確地設(shè)計和建造高效的建筑結(jié)構(gòu)[2]。

在實際應用中，Revit Architecture可實現(xiàn)的功能主要分為以下幾類：建筑構(gòu)件設(shè)計，主要包括墻體、門窗、樓板、屋頂、樓梯、柱子、梁等各種建筑構(gòu)件的設(shè)計。視圖處理，主要包括平面、立面、剖面、三維、詳圖、明細表的創(chuàng)建與處理以及布圖打印等。建筑表現(xiàn)，主要包括日光研究、渲染和漫游等。高級應用，包括體量、組、族、局部設(shè)計方案、工程階段、大型項目協(xié)同設(shè)計等[3]。

特別是在工程結(jié)構(gòu)的展示方面，Revit的渲染功能可以讓模擬出的結(jié)構(gòu)更加真實，漫游功能可以通過視頻的方式展示出結(jié)構(gòu)，各種視圖也替代了CAD的功能。Revit軟件仿真模擬的對象大到整個建筑結(jié)構(gòu)，小到梁板柱等構(gòu)件的鋼筋布置，最終呈現(xiàn)出來的畫面清晰明了，這給工程結(jié)構(gòu)的教學帶來了極大的推進。

3 Revit輔助工程結(jié)構(gòu)教學的過程

Revit輔助工程結(jié)構(gòu)教學主要體現(xiàn)在對整體結(jié)構(gòu)和細部結(jié)構(gòu)的展示。

3.1 Revit對整體結(jié)構(gòu)的展示

目前工程結(jié)構(gòu)課程的教學內(nèi)容一般都繼承材料力學“拉、壓、彎、剪、扭”系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)力學中桿件體系分析系統(tǒng)，其好處是能將混凝土、砌體、鋼結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)件（梁、柱、板、墻等）與學過的內(nèi)容聯(lián)系起來，形成更高級的信息網(wǎng)絡。但在學生不了解結(jié)構(gòu)整體布局的情況下講授上述內(nèi)容尤為抽象，而且將實體結(jié)構(gòu)抽象為特定條件下的力學模型會受結(jié)構(gòu)受力特征、荷載傳遞特性制約。學生學習后對基本構(gòu)件的截面計算比較熟悉，而對結(jié)構(gòu)豐富的內(nèi)涵以及它們和建筑的聯(lián)系卻了解不夠[4]，而Revit軟件利用其3D技術(shù)能很快地解決了此問題。

Revit軟件的architecture部分功能可以幫助進行自由形狀建模，很快地創(chuàng)建出三維模型（如圖1所示），并能展示出相應的平面圖、剖面圖。對于整個結(jié)構(gòu)，在軟件中能夠從外部把握整體的結(jié)構(gòu)布局，從內(nèi)部清晰地觀察到內(nèi)在構(gòu)件組成。同時Revit功能中還可以真實還原出不同的建筑材料，仿真模擬出現(xiàn)實生活中各種結(jié)構(gòu)——磚混結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)和木結(jié)構(gòu)的樣式。在教學中，向?qū)W生展示整體結(jié)構(gòu)，讓學生能夠有個大致把握。學生進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，對構(gòu)件進行正確設(shè)計的前提就是明確整個結(jié)構(gòu)體系的傳力路徑，而對整體結(jié)構(gòu)有一個清晰的外觀把握對進行傳力路徑的正確分析是必不可少的。這對課程的教學有了很大的促進。同時Revit可以幫助學生在學習中擁有一個從宏觀到微觀的觀察視角，更有助于后面對細部結(jié)構(gòu)的解剖分析。

3.2 Revit對細部結(jié)構(gòu)的展示

工程結(jié)構(gòu)很重要的兩個部分——砌體結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)都會涉及鋼筋的配置。對于單個構(gòu)件，根據(jù)鋼筋的強度要求和構(gòu)造要求能很快地設(shè)計出鋼筋的數(shù)量、大小和放置方式，但就整個工程來說，復雜的鋼筋遍布整個建筑物，如果只是靠手工計算和繪制，其準確率是很難保證的。

同時，在授課過程中如果只是靠平面板書，老師想要繪制出立體、準確的鋼筋也十分耗費時間，而且對于這樣的板書同學們可能還是無法快速地想象出鋼筋實際布置的方式。

在Revit軟件中，對構(gòu)件有方位定位的功能，可以從多個角度進行觀察，加上制作動畫的功能，可以在教學過程中很好地將構(gòu)件展示出來，而且線框、著色、真實等多種視覺樣式在很大程度上還原了鋼筋布置的真實場景。此外，Revit還能通過明細表表達柱配筋，通過注釋族表達梁配筋，通過詳圖大樣族表達樓板配筋，通過共享參數(shù)和注釋族實現(xiàn)墻柱梁板截面的參數(shù)化表達，利用Revit的這些參數(shù)化功能，先準確定位再放置鋼筋，使鋼筋的狀態(tài)能夠清晰呈現(xiàn)（如圖2所示）并且避免出現(xiàn)沖突，減少繪圖量、對圖量及圖紙錯漏[5]，還可以在課堂上對鋼筋的參數(shù)進行編輯和實時的修改，能夠有效提高修改的簡單性[6]，大大減少了失誤率。Revit對細部構(gòu)件的展示對教學的改進起到了進一步的推動作用。

4 Revit的實際應用效果

結(jié)合工程管理專業(yè)教學實例，對應用Revit軟件前后對比分析，發(fā)現(xiàn)Revit對課程教學的推動作用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

4.1 激發(fā)學生對專業(yè)課程的學習興趣

在此軟件應用前，老師直接對相關(guān)復雜的知識進行講解，使得學生沒法輕松理解，就容易產(chǎn)生疲憊感而厭倦學習；在引入Revit軟件后，老師可以向?qū)W生展示三維動態(tài)模型，加上動畫漫游效果，還可對參數(shù)化的繪制實時修改，學生有了身臨其境的感覺，又可參與師生互動，這讓學生有了更濃厚的學習興趣。

4.2 使學生能夠準確掌握工程結(jié)構(gòu)專業(yè)知識

當學生對專業(yè)課程有了學習興趣后，主動的學習會讓學習的效果成倍增加?？茖W的嚴謹性要求學生掌握知識的準確度很高，Revit的引入有助于學生從三維圖中快速分析出結(jié)構(gòu)的傳力途徑和鋼筋的布置方式、構(gòu)造要求，從各種視圖、方位圖中有效了解施工細節(jié)，從明細表中準確讀取材料數(shù)量[7]、結(jié)構(gòu)性質(zhì)等參數(shù)。

4.3 有助于工程結(jié)構(gòu)課程教學水平的提高

先前傳統(tǒng)的教學方式導致部分學生沒有學習興趣，而在引入Revit輔助教學后，連續(xù)三年的評教綜合評價結(jié)果證明，工程結(jié)構(gòu)課程設(shè)計的優(yōu)秀率都在90%以上，其中2015年為95.2%，2016年為94.2%，2017年為95%。由此可見，Revit讓工程結(jié)構(gòu)課程教學水平有了大幅度的提高，提高了學生的學習動力的同時減輕了老師的教學壓力，真正實現(xiàn)了教與學的和諧發(fā)展[8]。

5 結(jié) 語

BIM技術(shù)在工程實踐中得到了越來越廣泛的應用，而Revit軟件作為BIM技術(shù)很重要的組成部分，不僅僅是有助于工程結(jié)構(gòu)課程的教學，甚至對于整個工程專業(yè)的力學相關(guān)的專業(yè)課程都有很大的幫助。將Revit軟件應用到工程結(jié)構(gòu)課程教學中，極大地促進了教學，但同時也檢驗了軟件本身，為Revit軟件進一步的改善提升性能提供了方向。

主要參考文獻

[1]王長青，劉佳.基于工程結(jié)構(gòu)課程探析工程管理專業(yè)教學改革[J].南陽師范學院學報，2015，14（9）：71-73.

[2]張維錦，龍偉，龔鵬程.基于Revit柱結(jié)構(gòu)模型設(shè)計研究[J].華東交通大學學報，2017，34（5）：7-11.

[3]上官志鋒.用Revit實現(xiàn)建筑信息模型的研究[J].科技前沿，2009，（24）：20-21.

[4]蔣德穩(wěn).工程結(jié)構(gòu)課程教學改革與實踐[J]. 淮海工學院學報，2013，11（7）：84-87.

[5]陳劍佳，焦柯，楊遠豐.基于Revit建筑結(jié)構(gòu)施工圖表達的實用方法[J].土建工程信息技術(shù)，2015，7（5）：28-34.

[6]南愛強，王鋒憲. BIM技術(shù)Autodesk Revit軟件在橋梁外形、配筋以及橋位3D建模中的應用[J].開發(fā)應用，2018，34（4）：67-69.

[7]Jin-Lee Kim. Use of BIM for Effective Visualization Teaching Approach in Construction Education[J]. Journal of Professional Issues in Engineering Education & Practice，2012，138（3）：214-223.

[8]侯學良，楊思佳. BIM技術(shù)在工程結(jié)構(gòu)課程教學中的應用[J]. 高等建筑教育，2017，26（6）：129-132.