摘" 要" 鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計可以培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計、計算與繪圖的實踐能力。目前鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計中存在學(xué)時不足、傳統(tǒng)教學(xué)方法無法清晰表示結(jié)構(gòu)和節(jié)點構(gòu)造等問題。通過混合式教學(xué)、利用BIM技術(shù)出圖、多環(huán)節(jié)考核等手段進(jìn)行改革對比，實踐表明：將BIM技術(shù)融入鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計中，學(xué)生對于鋼屋架的節(jié)點板構(gòu)造理解更清晰，軟件建模出圖能力有很大提高，可以進(jìn)一步提高鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞" 鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計；BIM技術(shù)；混合式教學(xué)

中圖分類號：G642.0" " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）10-0023-03

1" 鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計的目標(biāo)

鋼結(jié)構(gòu)由于高強、輕質(zhì)、抗震性能好、工業(yè)化程度高等特點，已被各種結(jié)構(gòu)類型廣泛使用[1]。隨著“一帶一路”的建設(shè)、雄安新區(qū)的崛起、京津冀一體化的進(jìn)程加快、裝配式建筑的推廣，鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用型人才的需求也在不斷增加。土木工程專業(yè)評估（認(rèn)證）標(biāo)準(zhǔn)由全國工程教育專業(yè)認(rèn)證七個通用標(biāo)準(zhǔn)和本專業(yè)補充的課程體系及師資隊伍兩個標(biāo)準(zhǔn)組成。其中，課程體系明確指出專業(yè)主干課程應(yīng)設(shè)置課程設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生對知識和技能的綜合運用能力、設(shè)計能力和解決工程問題的能力[2]。

鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計是鋼結(jié)構(gòu)課程的后續(xù)實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是對學(xué)生所學(xué)鋼結(jié)構(gòu)基本原理知識的總結(jié)和綜合運用，通過項目設(shè)計環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生具備鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本技能，以及利用相關(guān)設(shè)計資料進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計、計算與繪圖的實踐能力。

2" 鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計改革的必要性

BIM技術(shù)是利用信息化模型從設(shè)計、建造和運營維護(hù)全生命周期段對工程進(jìn)行管理和優(yōu)化，由于其可視化、模擬性、協(xié)調(diào)性好等特點[3]，使得工程領(lǐng)域?qū)τ贐IM人才的需求也日益增長。美國作為相關(guān)技術(shù)領(lǐng)先的國家，已將BIM納入工程管理課程的核心部分，且有70%的高校將BIM理論融入課程教學(xué)中[4]。GB 50017—2017《新版鋼規(guī)》已經(jīng)于2018年7月1日起正式實施，一些條文規(guī)定發(fā)生變化，鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計教學(xué)大綱和方式有必要根據(jù)專業(yè)認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行教學(xué)改革。鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計教學(xué)中存在下面一些問題。

1）現(xiàn)有教材和教案多采用二維圖形來描述鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)造，細(xì)節(jié)表達(dá)不清晰。鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計特別強調(diào)節(jié)點板的設(shè)計，涉及焊縫和螺栓的軸心線定位、各種構(gòu)造尺寸等，傳統(tǒng)的教學(xué)方式效率低，學(xué)習(xí)效果不好，很多學(xué)生的識圖繪圖能力掌握得并不好[5]。

2）考核方式單一，對學(xué)生素質(zhì)能力考查不足，很多學(xué)校都是依據(jù)最終提交的計算書和施工圖紙來打分，缺少對于過程中質(zhì)疑能力、設(shè)計能力、創(chuàng)新能力的考查。

3）各高校鋼結(jié)構(gòu)課程學(xué)時數(shù)普遍偏少[6]，特別是在大土木專業(yè)背景下，培養(yǎng)方案的調(diào)整使得鋼結(jié)構(gòu)課程的學(xué)時進(jìn)一步減少，如何讓學(xué)生在有限的時間內(nèi)完成充足的課程設(shè)計量值得思考。

3" 課程設(shè)計改革實施方案

針對以上，筆者以河北科技大學(xué)建筑工程學(xué)院2018級土木1班、2班學(xué)生為研究對象，對鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計的要求和考核方式進(jìn)行改革創(chuàng)新。

3.1" 大綱調(diào)整

河北科技大學(xué)建筑工程學(xué)院鋼屋架課程設(shè)計的傳統(tǒng)時間為兩周，但是2018級培養(yǎng)方案調(diào)整為一周，從一人一題調(diào)整為兩人一題。通過分組設(shè)計的方式，鞏固學(xué)生的理論知識，鍛煉學(xué)生的設(shè)計能力，加強和培養(yǎng)學(xué)生的溝通協(xié)作能力和團隊協(xié)助精神。為了能夠從時間和質(zhì)量保證設(shè)計質(zhì)量，修改教學(xué)大綱中的目標(biāo)，將“使學(xué)生熟悉鋼結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件的設(shè)計和構(gòu)造設(shè)計的基本原理和方法，培養(yǎng)學(xué)生一定的圖紙表達(dá)能力和分析、解決工程實際問題的能力”，改為“使學(xué)生學(xué)會使用相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計手冊進(jìn)行設(shè)計，掌握鋼屋架的基本特性和選型的方法，熟練掌握屋架構(gòu)件設(shè)計計算方法，掌握節(jié)點連接設(shè)計方法，掌握計算書的書寫格式和制圖標(biāo)準(zhǔn)等”。

3.2" 利用BIM技術(shù)開展混合式教學(xué)法

傳統(tǒng)的課程設(shè)計一般安排在鋼結(jié)構(gòu)課程講完后的學(xué)期末，甚至?xí)诺较聦W(xué)期，很多學(xué)生會忘記講過的設(shè)計要點。學(xué)校圖書館的圖集資料比較有限，很多學(xué)生從來沒有見過鋼結(jié)構(gòu)的圖紙，感性認(rèn)識很少。本次改革利用超星學(xué)習(xí)通建立鋼屋架課程設(shè)計線上課堂，將屋架形式尺寸確定的原則、支撐的布置設(shè)置、荷載內(nèi)力的計算、桿件截面的選擇和驗算、節(jié)點板的設(shè)計、施工圖的繪制等各個設(shè)計環(huán)節(jié)做成任務(wù)點，將鋼屋架設(shè)計的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范圖集，利用BIM技術(shù)制作的焊接和螺栓連接節(jié)點的三維構(gòu)造模型、BIM施工動畫上傳到學(xué)習(xí)通相應(yīng)章節(jié)，便于學(xué)生學(xué)習(xí)參考，增加學(xué)生的感性認(rèn)識，提高學(xué)習(xí)效率。超星課堂的任務(wù)點完成情況、線上考勤、互動討論列入平時成績，由軟件自動統(tǒng)計，更加公平、客觀。

3.3" 改革課程制圖要求

由于課程設(shè)計時間變短，原來的一人一題變?yōu)閮扇艘活}。在本次課程設(shè)計改革中，為了能夠更清晰地了解學(xué)生的軟件制圖能力，今后更合理地設(shè)置課程設(shè)計評分標(biāo)準(zhǔn)，保證課程設(shè)計質(zhì)量，將2018級的兩個班進(jìn)行對比研究，土木2班還是沿用傳統(tǒng)手繪1號圖的標(biāo)準(zhǔn)，土木1班的制圖要求從傳統(tǒng)A1手繪圖變?yōu)镃AD和BIM技術(shù)建模出圖。課程設(shè)計要求計算書（手算）部分兩人共同完成，軟件出圖一人使用一個軟件建模，并且打印成A2大小。BIM軟件推薦用Revit出圖，可以自己選擇方位作為主視圖，但是總體圖不少于兩張，平面圖、立面圖、側(cè)面圖要求各作一張，并且附上節(jié)點大樣圖，用軟件自動生成桿件數(shù)量統(tǒng)計表。CAD的圖框、標(biāo)注、材料數(shù)量表按傳統(tǒng)手繪圖要求，桿件軸向和寬度可以選擇不同的比例尺寸繪圖。最后都要上交圖紙打印版和電子版。

3.4" 改革考核方式

傳統(tǒng)的評價依據(jù)主要考核學(xué)生在課程設(shè)計期間的學(xué)習(xí)態(tài)度、對鋼屋架設(shè)計方法的掌握程度、計算書編制和鋼屋架施工圖繪制的規(guī)范度，方式一般是考勤×0.2+計算書×0.4+手繪圖紙×0.4，指導(dǎo)教師定性地給出成績等級。這樣的評定往往不夠客觀，不能公平、公正地評價學(xué)生，特別是分組的情況下不能確定各個學(xué)生的團隊貢獻(xiàn)值，更不利于從各個環(huán)節(jié)考查學(xué)生是否真正地掌握了鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計要點。

本次改革以“學(xué)生中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”為理念，更加注重產(chǎn)業(yè)需求導(dǎo)向，創(chuàng)新工程教育教學(xué)組織模式，提升工程人才培養(yǎng)水平，落實土木工程專業(yè)認(rèn)證對于學(xué)生的要求，綜合考慮影響課程設(shè)計的各個環(huán)節(jié)，強調(diào)BIM技術(shù)在建模出圖方面的效果，增強學(xué)生在工程實踐中溝通表達(dá)的能力，采用綜合考核法：過程考核（考勤×0.05+章節(jié)學(xué)習(xí)次數(shù)×0.05+互動討論×0.05）+成果考核（計算書×0.3+圖紙×0.45）+答辯考核×0.1。答辯考核類似畢業(yè)設(shè)計，每組學(xué)生準(zhǔn)備一份小組匯報，由組長匯報自己小組的項目成果，各成員分別介紹自己的貢獻(xiàn)部分、給自己和隊友的評分、自己的心得體會。指導(dǎo)教師詢問課程設(shè)計相關(guān)問題并點評打分。

4" 改革效果分析

本次課程設(shè)計的用時相比傳統(tǒng)手繪施工圖要少一個星期，但是因為采用BIM建模出圖，課程設(shè)計的完成度還是可以保證的，不足之處是分組答辯時間會比較長，可以根據(jù)具體院校的課程設(shè)計時間調(diào)整為小組報告或者問卷調(diào)查的形式。土木1班被指定采用BIM或者CAD出圖，土木2班不做硬性要求，軟件出圖或者手繪圖二選一。圖1顯示采用軟件出圖的土木1班課程設(shè)計優(yōu)秀率達(dá)到40.7%，良好率達(dá)到55%，明顯高于不要求應(yīng)用BIM技術(shù)的土木2班。

在小組答辯環(huán)節(jié)，指定用軟件出圖的土木1班有更多學(xué)生對于本次課程設(shè)計的收獲表示肯定，認(rèn)為利用BIM建模軟件讓自己對鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點連接構(gòu)造有了進(jìn)一步的認(rèn)識，以前對于螺栓、焊縫、節(jié)點板不清楚的地方現(xiàn)在都能夠豁然開朗，對于今后的學(xué)習(xí)和工作有了信心。同時，由于有了小組分工，一人在進(jìn)行屋架選型、尺寸擬定時，小組其他成員可以在設(shè)計前期針對屋架支撐進(jìn)行建模練手，更容易對屋架設(shè)計形成全局性理解，有利于課程設(shè)計進(jìn)度的加快。

5" 結(jié)束語

總之，采用BIM技術(shù)之后，鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計可以更好地順應(yīng)國家對于新工科課程建設(shè)的要求，提高課程建設(shè)的質(zhì)量，鍛煉學(xué)生的軟件應(yīng)用水平，培養(yǎng)鋼結(jié)構(gòu)信息化建設(shè)人才，是值得在今后的教學(xué)中推廣的新技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

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[2] 馬巍，丁克偉.土木工程專業(yè)課程設(shè)計目標(biāo)達(dá)成度評價分析：以鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計為例[J].赤峰學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2019，35（6）：143-145.

[3] 謝恩普，王志濱，鮑依蓓.鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中BIM技術(shù)的應(yīng)用[J].四川水泥，2018（2）：168.

[4] 余潔歆，謝本飛，朱藝婷.BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計中的應(yīng)用[J].山西建筑，2021，47（2）：184-185.

[5] 鄭玉瑩，謝偉，王秋分.基于BIM的鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)改革初探[J].高教學(xué)刊，2017（20）：150-151，154.

[6] 余衛(wèi)華，王正中，蔡坤.鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計教學(xué)改革與實踐[J].高等建筑教育，2015，24（1），69-71.

*項目來源：河北科技大學(xué)2019年教改項目“專業(yè)認(rèn)證背景下的鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計教學(xué)改革”（2019-QNB01）。

作者：尹冬梅，河北科技大學(xué)建筑工程學(xué)院，講師，研究方向為鋼結(jié)構(gòu)、BIM技術(shù)的教學(xué)與研究；黃鸝，河北科技大學(xué)，教授，研究方向為鋼結(jié)構(gòu)的教學(xué)與BIM技術(shù)教學(xué)（050000）。