肖金梅 張 波 何汝基

(廣東工業(yè)大學(xué)華立學(xué)院，廣東 廣州 511325)

0 引言

隨著社會的發(fā)展，近年來，BIM技術(shù)在國內(nèi)不斷被推廣、應(yīng)用，在建筑行業(yè)發(fā)揮著越來越重要的作用。為了順應(yīng)時代的發(fā)展，為社會提供更多符合市場需求的人才，將BIM技術(shù)引入到土木工程專業(yè)課程教學(xué)改革勢在必行。

1 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計課程特點及教學(xué)中存在的問題

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計是土木工程專業(yè)同學(xué)的一門主干專業(yè)課，課程內(nèi)容主要包括混凝土梁板結(jié)構(gòu)、單層廠房結(jié)構(gòu)、混凝土框架結(jié)構(gòu)等[1]。課程具有以下特點：1)綜合性強：課程包含的內(nèi)容多，涉及的相關(guān)科目多，如：混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理、結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)、土木工程材料、荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計等，要求學(xué)生有扎實的專業(yè)基礎(chǔ)。2)實踐性強：課程包含的公式，符號，構(gòu)造多，而這些大多來源于工程實踐經(jīng)驗和實驗，使得缺乏實踐經(jīng)驗的學(xué)生難以理解掌握。3)內(nèi)容抽象，在設(shè)計時需要將設(shè)計方案轉(zhuǎn)化成力學(xué)模型。

根據(jù)在校的教學(xué)過程，發(fā)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計這門課程在教學(xué)過程中存在以下一些問題：我們學(xué)?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計這門課程課時是24學(xué)時，學(xué)時少內(nèi)容多，為了完成教學(xué)大綱，教學(xué)進度的安排，很多難點不容易講透。學(xué)校上課多結(jié)合多媒體，課件包含一些結(jié)構(gòu)圖片、圖紙，但二維圖片比較難體現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)，特別是空間想象能力不太好的同學(xué)，加深了學(xué)習(xí)的難度。學(xué)校上課主要以教師理論灌輸為主，缺乏互動，缺乏相應(yīng)的實踐，加上教材內(nèi)容陳舊，往往造成學(xué)生畢業(yè)很難運用到實際工程，也會造成學(xué)生喪失學(xué)習(xí)的樂趣。

2 BIM軟件的特點

建筑信息模型(Building Information Modeling以下簡稱BIM)是被AUTODESK首次提出的，其核心思想是強調(diào)多個軟件的協(xié)作，從二維到三維甚至是到n維，從獨立到相互協(xié)作[2]。近年來，BIM技術(shù)在國內(nèi)迅速發(fā)展，不僅改變了工程各參與方：設(shè)計、施工、運營、維護等，也對高校建筑人才培養(yǎng)產(chǎn)生了巨大的影響，包括高校開設(shè)BIM技術(shù)相關(guān)課程，BIM技術(shù)考級，建筑技術(shù)相關(guān)的課程融入BIM技術(shù)等。BIM技術(shù)具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性等特點，其可視化的特性可以在課堂上以接近真實建筑的方式展示三維立體模型[3]。通過三維立體模型可以更加直觀的表現(xiàn)出結(jié)構(gòu)中各構(gòu)件的相互關(guān)系，降低學(xué)習(xí)難度，增加學(xué)生的參與感，有助于提升學(xué)習(xí)興趣。

3 BIM在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計課程中的應(yīng)用

3.1 課堂融入教學(xué)軟件

本文以混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計課程的第一章梁板結(jié)構(gòu)設(shè)計為例，梁板結(jié)構(gòu)設(shè)計這章主要內(nèi)容包括：現(xiàn)澆單向板梁板結(jié)構(gòu)、現(xiàn)澆雙向板梁板結(jié)構(gòu)、整體式樓梯和懸臂梁板結(jié)構(gòu)等。現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)設(shè)計包含結(jié)構(gòu)布置及構(gòu)件選型、荷載計算及計算簡圖、內(nèi)力計算及施工圖。雖然梁板結(jié)構(gòu)對于我們來說并不陌生，生活中隨處可見。但在以往的教學(xué)中發(fā)現(xiàn)當(dāng)現(xiàn)澆單向板梁板結(jié)構(gòu)理論知識都講完后，部分學(xué)生也是不能獨立完成現(xiàn)澆單向板梁板結(jié)構(gòu)設(shè)計的。究其原因，是由于學(xué)生對結(jié)構(gòu)缺乏直觀的認識，理論學(xué)習(xí)太過表面，沒有掌握梁板結(jié)構(gòu)設(shè)計的精髓。

將BIM融入課程教學(xué)，將二維的圖形轉(zhuǎn)成三維模型，如圖1現(xiàn)澆肋梁樓蓋，充分利用軟件的旋轉(zhuǎn)、放大、剖切等功能，讓學(xué)生更加直觀的認識梁板結(jié)構(gòu)。對于已經(jīng)建好的模型也可以設(shè)計漫游，讓學(xué)生身臨其境的認識梁板結(jié)構(gòu)。通過三維模型，除了讓學(xué)生認識現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)由板、次梁、主梁組成，更重要的是讓學(xué)生掌握各構(gòu)件之間的連接，從而理解板、次梁、主梁計算簡圖及荷載計算。如圖2列舉了板在設(shè)計時的計算簡圖。

在現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)設(shè)計中，梁板配筋也是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點。如圖3梁的局部配筋圖，圖4板的局部配筋圖。圖中包含按內(nèi)力計算配置的受力筋和按構(gòu)造要求配置的構(gòu)造筋。以板構(gòu)件為例，通過建立BIM模型的配筋圖，可以動態(tài)展示板的板內(nèi)受力筋、板內(nèi)分布筋、墻邊構(gòu)造筋、梁支座負筋等，通過BIM模型的配筋圖可以讓學(xué)生更加直觀的認識整個板結(jié)構(gòu)的配筋，更好的理解構(gòu)造鋼筋的布置，更好的聯(lián)系到實際工程。另外通過內(nèi)力計算配筋也是比較繁重的工作，要參考較多的規(guī)范，計算后還需要驗算。很多同學(xué)在結(jié)構(gòu)設(shè)計時都是硬套教材內(nèi)容配筋，往往出現(xiàn)一些漏洞。利用BIM軟件與結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件的對接，如：PKPM、廣廈、盈建科等，既可以快速配筋，也可以檢查配筋。

3.2 課后學(xué)生自主貫通

隨著BIM技術(shù)的快速發(fā)展，以及市場對BIM人才的需求，我們學(xué)校也開設(shè)了BIM課程，每年組織學(xué)生考BIM等級證書，參加BIM相關(guān)比賽。所以學(xué)生對BIM軟件的運用有一定的基礎(chǔ)，基于這個基礎(chǔ)，如何將軟件課和專業(yè)課程更好的融合是我們努力的方向。由于混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計課時比較少，主要依賴教師課上的講解，學(xué)生比較難以理解透徹，所以要充分利用學(xué)生的課后時間。教師通過課堂理論知識的講解，布置和課程相關(guān)的BIM建模任務(wù)，讓學(xué)生將課本二維的圖像還原成三維圖形。通過建模過程，讓學(xué)生更加直觀的認識結(jié)構(gòu)的各部分組成，認識各主要構(gòu)件相互的連接方式，荷載的傳遞路徑。通過軟件的實操，既能夠提升BIM技術(shù)的運用，又可以更好的掌握專業(yè)知識，從而提高學(xué)生的綜合能力。

4 結(jié)語

隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，BIM技術(shù)在土木工程行業(yè)應(yīng)用的越來越廣泛，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計課程作為土木工程專業(yè)重要的主干課程之一，其教學(xué)改革也應(yīng)跟上時代潮流，高校將BIM技術(shù)引入到混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計課程將是教學(xué)改革發(fā)展的趨勢。