安棟 白玉星 許海亮 王獻云

摘 ? 要：智能建造專業(yè)受到國家的高度重視，將引領土木建筑業(yè)的發(fā)展方向。對高等院校而言，智能建造專業(yè)不僅對學生學習提出了新的要求，對就業(yè)方向也提供了新的思路，同時對高校的相關課程體系也有更深入的變革。文章以“土建制圖”課程體系為例，闡述了智能建造專業(yè)給目前課程體系帶來的挑戰(zhàn)，結合BIM技術的發(fā)展現(xiàn)狀以及智能建造的專業(yè)要求，探索了智能建造新專業(yè)中“土建制圖”課程的新變化，為新專業(yè)和土木工程專業(yè)的課程建設提供建議。

關鍵詞：智能建造;建筑信息模型;“土建制圖”;課程體系

1 ? ?智能建造專業(yè)建設現(xiàn)狀

智能建造專業(yè)是以土木工程專業(yè)為基礎，面向國家戰(zhàn)略需求和建筑業(yè)的升級轉型，融合機械設計制造及其自動化、電子信息及其自動化、工程管理等專業(yè)發(fā)展而成新工科專業(yè)[1]。智能建造涵蓋整個建筑的生命周期（構件制作、結構設計、現(xiàn)場施工和管理維護等），包含多個體系（建筑體系、結構體系、施工體系、裝備體系和運維體系等），其中涉及裝配式建筑的構件制作是智能建造的基礎，涉及建筑信息模型（Building Information Model，BIM）技術的全過程電腦輔助設計（Computer-Aided Design，CAD）是智能建造的保障、涉及交互感知的施工模擬與方案是智能建造的模式[2]。研究和發(fā)展智能建造技術受國家高度重視，引領建筑業(yè)的發(fā)展方向。同濟大學于2018年首次開設智能建造專業(yè)[3]。根據《教育部關于公布2018年度普通高等學校本科專業(yè)備案和審批結果的通知》，北方工業(yè)大學已于2019年秋季學期完成招生。

BIM是土木工程相關專業(yè)的新工具[4]，是以三維建模為主、土木建筑相關的CAD。BIM可以幫助實現(xiàn)建筑信息的集成，從建筑的設計、施工、運行直至建筑全壽命周期的終結，各種信息始終整合于一個三維模型信息數(shù)據庫中，各方人員可基于BIM協(xié)同工作，由Autodesk于2002年提出。國外大學率先將其引入到土木專業(yè)教學中[5]，以Revit等軟件學習為基礎開展教學，國內高校也開始了探索結合過程。北方工業(yè)大學土木工程學院土木工程專業(yè)畢業(yè)設計和CAD教學中已經引入了BIM技術，包括三維建模、結構設計優(yōu)化、施工深化和算量等。

智能建造新專業(yè)背景下，勢必要對現(xiàn)有課程體系進行修訂和優(yōu)化，而BIM技術是新工科中的新工具，其基礎的三維建模技術理應加入到專業(yè)課程中?！巴两ㄖ茍D”課程作為土建類專業(yè)學生在大學一年級必修的專業(yè)基礎課，教學內容包含畫法幾何、土建制圖、制圖標準及計算機繪圖，有理論、有實踐，是一門知識量大而廣的課程，該課程學習的效果直接影響學生后續(xù)專業(yè)課的學習和畢業(yè)設計的開展，如何讓學生在規(guī)定學時內學好這門課程已成為教學改革的重中之重。

2 ? ?智能建造專業(yè)介紹

北方工業(yè)大學作為已經完成招生的高等院校，在智能建造專業(yè)建設方面走在了前列。新專業(yè)的培養(yǎng)目標是：適應國家建設需要，使學生具有較好的數(shù)學和力學基礎，熟練掌握土木工程專業(yè)的基本知識，精通工程結構智能建造的基本原理和施工技術，能夠應用計算機語言和機械控制原理，完成現(xiàn)代土木工程的智能設計、智能生產、智能施工和全過程運行維護管理。在課程設置上，包括：數(shù)學類、力學類、結構設計類、計算機語言類、大數(shù)據、物聯(lián)網和人工智能類等課程，通過虛擬仿真實驗室和企業(yè)共建實踐基地，引導學生依托真實工程項目開展專業(yè)學習和專業(yè)實習，參與專業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，最終達到促進就業(yè)的目的。專業(yè)課程主要由專業(yè)基礎課、專業(yè)必修課和模塊選修課組成，其中主干專業(yè)基礎課包括“Python程序設計”“三大力學”“機械控制”“BIM技術基礎”“智能測繪”等;主要專業(yè)必修課包括“BIM工程應用”“混凝土結構設計原理”“裝配式結構設計與智能化設計”“人工智能與建造機器人”等;模塊選修由建筑工程和綠色建筑、城市地下空間和工程管理等組成。

3 ? ?“土建制圖”課程現(xiàn)狀

智能建造專業(yè)以土木工程專業(yè)為基礎，“土建制圖”課程體系沿用土建類專業(yè)工程制圖，包括“畫法幾何與土建制圖”“土木工程CAD”兩門重要課程。按照目前的教學計劃，“畫法幾何與土建制圖”為48學時必修課，“土木工程CAD”為32學時選修課和1周CAD實習，其中畫法幾何是數(shù)學中幾何的一個分支，為繪制和閱讀工程圖樣以及圖解三維空間幾何問題提供理論基礎[6]。畫法幾何中所培養(yǎng)的空間想象能力為后續(xù)建筑物平立剖圖的繪制提供了科學依據?！巴两ㄖ茍D”課程主要包括建筑識圖、繪圖標準等內容，“土木工程CAD”主要包含房屋建筑施工圖和房屋結構施工圖的繪制實現(xiàn)、制圖基本知識和AutoCAD計算機繪圖[7]?！巴两ㄖ茍D”總體學時偏少，課程內容主要是知識傳授，學生主要是被動聽課，實踐繪圖時間得不到保證。土建制圖主要為模仿繪制教材和習題集上的圖樣，多為平面，而且是紙質樣板，缺少對房屋結構空間認知程度的訓練。學生到計算機繪圖階段，對建筑制圖統(tǒng)一標準只有知識上的認識，不能有效地與圖形繪制結合，繪制的平面圖常缺少必要的箭頭、文字、剖切符號等;立面圖缺少標高等;剖面圖不知哪些構件是剖到的，哪些是看到的;甚至于定位軸線的繪制都不規(guī)范，隨意性較大。還有一個重要問題是學生空間思維能力弱，只能對現(xiàn)有的建筑施工圖和結構施工圖進行模仿繪制，俗稱“描圖”，對整個房屋的內部空間結構和外部空間構件沒有整體的把握，無法形成創(chuàng)新實踐能力。最后，學生的集體合作能力差，各畫各的，只能模仿完成，不能合作完成，大型建筑物的圖紙有很多，分類明確，但分組繪制時交流不暢，缺乏團隊協(xié)作意識。

4 ? ?改革思路

結合專業(yè)發(fā)展規(guī)劃，提出BIM技術與智能建造、土木工程專業(yè)的制圖課程相結合的教學目標和教學內容。整合“土建制圖”課程體系，建立包括“畫法幾何”“土建制圖”“制圖標準”“土木工程CAD”“三維建?！薄癇IM技術基礎”等內容的課程群，根據不同培養(yǎng)階段的課程特點及學生能力設置上述課程群。根據教育部教學指導委員會和工程認證的指標要求，按照智能建造新專業(yè)的教學目標，依托現(xiàn)有“畫法幾何與土建制圖”“土木工程CAD”等課程的教學力量，對原有“土建制圖”課程體系進行分解重構，建立層次分明、循序漸進、重點突出的“土建制圖”課程群，為新工科、新專業(yè)、新技術形勢下的專業(yè)建設提供參考。

“土建制圖”課程體系的構建，包括“畫法幾何”“土建制圖”“制圖標準”“土木工程CAD”“三維建?！薄癇IM技術基礎”等內容。按照每部分內容的學時內容要求，構建適合學生發(fā)展、滿足教學目標、達到培養(yǎng)要求的課程群?，F(xiàn)有課程包括“畫法幾何和土建制圖”“土木工程CAD”“土木工程CAD實習”等。按照現(xiàn)有教學內容，整合科學理論、徒手繪圖、平面繪圖、三維建模等內容，結合各門課程部分，將平面圖形實體化、二維繪圖三維化。將Revit等BIM建模類軟件引入“土建制圖”和“土木工程CAD”等智能建造和土木工程的專業(yè)基礎課程中。

5 ? ?教學措施

智能建造新專業(yè)給高等院校的學生提出了新的要求，計算機的普及和BIM技術的進步為專業(yè)的發(fā)展提供了必要的幫助。將“土建制圖”課程與BIM技術結合起來，利用BIM技術的可視化、三維化、信息化等優(yōu)勢，提高學生對“土建制圖”課程的學習實踐應用能力。軟件方面，傳統(tǒng)的“畫法幾何學”聽課容易、習題難做[8]，學生對直線、平面等元素認識有限。使用Sketchup軟件建立模型，可以有效地幫助學生形成三維概念。建筑構件的平立剖不容易理解，采用Revit族創(chuàng)建，進行一系列構件的生成，包括門、窗、樓板、樓梯等三維構件，在計算機上進行剖切操作，直觀地讓學生看到構件的平面、立面和剖面?！巴两ㄖ茍D”課程中結合制圖標準，采用AutoCAD軟件進行符合標準的參數(shù)設置，包括軸線、線型、尺寸標注等，結合軟件出圖等幫助學生將枯燥的知識轉化為實際應用，最終呈現(xiàn)出符合標準的圖紙?！癇IM技術基礎”將會是智能建造專業(yè)的必修課，“畫法幾何學”是“土建制圖”的理論基礎，“土建制圖”及“制圖標準”是“土建制圖”的核心，而“BIM技術基礎”是“土建制圖”的最終落腳點。Revit軟件的使用為“BIM技術基礎”提供了重要幫助，該軟件以對應于建筑構件的繪圖命令將建筑物的各個部分按照一定的次序繪制完成，雖然要求學生有一定的房屋建筑學知識，但更重要的是，在建筑物的相應視圖上，以平面的形式繪制三維建筑，對學生掌握房屋建筑的基本構造以及完成教學目標有著極大的幫助。

6 ? ?結語

智能建造專業(yè)受到國家的高度重視，將會引領土木建筑業(yè)的發(fā)展方向。基于BIM技術的“土建制圖”課程作為智能建造專業(yè)的重要課程，對高等院校而言，其課程體系建設是一個重要而長遠的任務，如何構建一個適合學生學習的課程體系對專業(yè)的發(fā)展非常重要。本文從軟件方面出發(fā)，探索了智能建造新專業(yè)中BIM技術在“土建制圖”課程的應用，為新專業(yè)和土木工程專業(yè)的課程建設提供建議。

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Abstract：Intelligent construction specialty is highly valued by the state and will lead the development direction of civil construction industry. As far as colleges and universities are concerned， intelligent construction major not only puts forward new requirements for students learning， but also provides new ideas for the direction of employment， and at the same time， there are more in-depth changes in the relevant curriculum system of colleges and universities. Taking the course system of “Civil Engineering Drawing” as an example， this paper expounds the challenges brought by intelligent construction specialty to the current curriculum system， combined with the development status of BIM technology and the professional requirements of intelligent construction， probes into the new changes of “Civil Engineering Drawing” course in the new specialty of intelligent construction， and provides construction for the curriculum construction of new major and civil engineering specialty.

Key words：intelligent construction; building information model; “Civil Engineering Drawing”; curriculum system