BIM技術下的建筑結(jié)構識圖課程教學
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[摘要]建筑結(jié)構識圖課程要求學生具有良好的空間想象力，但由于學生缺乏實踐經(jīng)驗，很難根據(jù)教師描述的內(nèi)容進行聯(lián)想。而bim技術可以通過虛擬仿真、建立模型等，彌補學生空間想象力的不足。這同時也要求教師要根據(jù)具體的內(nèi)容和案例運用BIM技術。基于此，筆者將分析與探討基于BIM技術的建筑結(jié)構識圖課程教學研究。
[關鍵詞]BIM技術；建筑結(jié)構識圖課程；教學研究
在傳統(tǒng)建筑結(jié)構識圖課程教學中，教師往往側(cè)重于理論層面的講授，忽視學生的實際參與與動手操作。這導致學生對建筑結(jié)構的節(jié)點特征了解不夠，不利于學生實踐能力的培養(yǎng)。而傳統(tǒng)的教學方法和理念落后于現(xiàn)代教育的要求，BIM技術由此應運而生，其能夠有效地提高學生的專業(yè)知識和實踐能力。
BIM技術在建筑結(jié)構制圖課程中的重要性
在傳統(tǒng)建筑結(jié)構制圖課程中，教師主要依靠CAD繪圖輔助教學，但這種教學方式無法讓學生得到更為直觀的體驗，而且也限制了一些教學重點、難點的動態(tài)呈現(xiàn)。教師運用BIM技術可以建立三維模型豐富課程教學形式。BIM技術可以將二維施工圖與三維建筑結(jié)合起來，便于學生理解相關的學習內(nèi)容。學生也可以通過BIM技術進行展開、縮小、旋轉(zhuǎn)等，可以更加直觀地了解建筑圖紙與三維建筑之間的關系，進而幫助自身快速掌握建筑工程識圖與繪圖方法。同時BIM技術的應用可以促進理論教學與實踐教學的有機結(jié)合，全面提高建筑結(jié)構識圖的課程教學效果。BIM技術改變了平面圖教學的現(xiàn)狀，學生可以通過三維模型直觀了解相關的學習內(nèi)容。這種教學方法不僅突出了教學的重點和難點，而且也大大降低了學生的學習難度，提高了課堂教學的效率。
建筑結(jié)構識圖課程教學存在的問題
建筑工程專業(yè)學生的識圖能力是非常重要的一項能力。但在傳統(tǒng)的課程教學中，施工建筑圖和結(jié)構施工圖都是以二維的形式呈現(xiàn)給學生的，但實際建筑是三維的，這就很容易使學生形成認知上的偏差。因此，學生在學習時應該加強自身識圖能力的訓練，不斷增強自身的空間想象力。然而由于學生缺乏相關實踐經(jīng)驗，很難從二維圖形跨越到三維模型，特別是一些復雜的建筑節(jié)點。針對此問題，教師也在不斷進行相應的教學改革，以探索出有效的教學方法，如運用多媒體課程教學等。多媒體的使用雖然在一定程度上提高了教學的直觀性和生動性，但在教學過程中也受到了高成本的建筑模型、施工場地安全隱患等諸多因素的制約，在培養(yǎng)學生空間想象力方面還存在一定的不足。建筑結(jié)構識圖課程知識點多而且較為復雜，既包含大量專業(yè)術語，又包含大量的施工實踐和施工技術，具有很強的專業(yè)性。但是現(xiàn)行教材更新緩慢，遠遠落后于新技術、新材料的應用。學生使用的書籍知識和插圖過于老舊且內(nèi)容表達不直觀。特別是對缺乏實踐經(jīng)驗的初學者來說，在沒有對建筑構件實地觀察前，很難理解相關的理論知識。傳統(tǒng)的教學是基于二維平面的，在教學過程中經(jīng)常通過施工節(jié)點圖片展示、施工視頻觀看等方式引導學生理解建筑結(jié)構施工圖。但學生僅僅依靠二維平面、垂直、剖面等很難轉(zhuǎn)化為三維模型。而且在傳統(tǒng)教學中，建筑結(jié)構和建筑地圖識別模塊是相對獨立的，沒有形成系統(tǒng)的知識網(wǎng)絡，不利于學生的學習與記憶。
基于BIM技術的建筑結(jié)構識圖課程教學策略
1.打造體驗式BIM實訓場景
在建筑結(jié)構識圖教學中，教師要打造體驗式BIM實訓場景，促進學生獲得身臨其境之感，增強學生的學習動機與自主探索能力。在傳統(tǒng)建筑結(jié)構制圖教學中，教師多是借助教材和圖片向?qū)W生展示所遇到的問題。但是建筑場景平面圖在教學中的作用十分有限，學生不能進行直接操作，因而給學生帶來的教學體驗并不是很好。教師借助于BIM技術可以呈現(xiàn)出立體空間感，讓學生通過直觀、身臨其境的體驗模式，增強其對教學內(nèi)容的理解。教師運用BIM技術創(chuàng)建一個實訓場景，學生可以觀察建筑內(nèi)部的空間信息，這不僅開闊了學生的視野，還增強了學生的形象思維。此外教師在教學中應該加強“人機交互”的觀念，不僅要學生在BIM仿真環(huán)境下觀察建筑，還要讓學生對建筑模型進行操作，培養(yǎng)學生的操作能力。教師也要積極開發(fā)精品課程資源庫，結(jié)合建筑業(yè)發(fā)展趨勢，構建在線教學系統(tǒng)，進而搭建良好的學習平臺。教師要課前提供預習資源庫，以教材內(nèi)容為框架，運用BIM技術獲取經(jīng)典案例，加深學生的感悟。在課中通過平臺進行課堂討論，指導學生完成課堂作業(yè)，教師要了解學生對知識的掌握情況?；诖?，教師更應多引進新技術、新規(guī)范，更新老舊落后的教學方法。在建筑圖識別部分，教師要選取典型且不同結(jié)構類型的建筑施工圖，讓學生從直觀的建筑物中建立理性認識，進而提高學生的實踐能力。例如在上學生建筑制圖這節(jié)課時，教師可以運用BIM技術將三面投影圖的建立、形成、展開演示給學生，加強學生對剖面的理解。教師可以讓學生以辯論會的形式談談其中不理解的地方，把三面投影圖進行放大或者縮小，讓學生明確每一個施工節(jié)點的具體情況。還可以讓學生根據(jù)投影圖嘗試繪制，讓學生同桌互換比對三面投影圖進行評價。最后選出最佳的繪制圖進行作品展示，進一步加強學生的知識理解。由于建筑節(jié)點大多是剖面圖，教師還可以利用BIM繪制模型讓學生在反復練習與觀察中提升自身的專業(yè)能力。
2.構建虛擬化建筑構件
在建筑結(jié)構識圖教學中，學生對建筑構件的理解有待提高。在傳統(tǒng)的課堂教學中，教師多是利用實物教學，把建筑構件帶進課堂讓學生觀察其外觀，初步了解建筑構件的特點。因此，教師一般采取實物展示的方式引導學生思考和回答。此外教師也可以用投影儀播放圖片供學生觀察，但是這種方式取決于攝影師的拍攝角度，無法全面反映建筑構件。實物展示教學有一定的局限性，其只能展示一些小的建筑構件，但由于展示建筑構件的數(shù)量不多，因而無法保證每個學生都能仔細觀察上。而大的構件由于體積和重量的關系無法帶進課堂。教師可以用BIM技術來模擬模型構建虛擬化建筑構件，以解決傳統(tǒng)教學中存在的問題。教師可以通過3dmax等軟件設計出與實物相符的虛擬模型，讓學生通過電腦屏幕放大、縮小、旋轉(zhuǎn)圖像內(nèi)容，從而仔細觀察建筑構件的每一個細節(jié)。教師也可以把相關數(shù)據(jù)、參數(shù)進行標注，利用BIM建模承載上述重要信息。這種方法有利于加強學生的實踐能力，給學生帶來更加豐富的內(nèi)容和直觀的體驗，促進學生實踐能力的進一步提高。教師利用BIM技術建立模型，可以引導學生觀察和了解每個節(jié)點的結(jié)構材料和功能特點，幫助學生準確把握每個節(jié)點，進而降低教學難度。例如教師可以利用BIM技術將平面圖從二維展示上升到三維展示，使學生更仔細地了解建筑的布局和結(jié)構造型，并全面把握建筑施工節(jié)點的細節(jié)，切實提高學生對施工圖的識別能力。教師可以排列一組圖形讓學生臨摹畫圖，在實踐活動中幫助學生熟悉圖紙標準、規(guī)范和建筑結(jié)構細節(jié)等，并將構建模塊和地圖識別模塊結(jié)合起來，讓學生形成系統(tǒng)的知識結(jié)構，進而達到事半功倍的教學效果。
3.構建基于BIM的建筑空間形態(tài)
在建筑結(jié)構識圖教學中，學生面臨的主要困難是缺乏空間想象。而傳統(tǒng)的教學模式無法讓學生根據(jù)三維空間進行思考，而且大部分學生很少參與建筑工程的設計與實施環(huán)節(jié)，缺乏實踐經(jīng)驗。因此，教師所描述的內(nèi)容或多媒體所展示的內(nèi)容，不能激發(fā)學生的聯(lián)想。學生如果只通過課本記住知識點，不利于啟發(fā)學生的思考。教師應用BIM技術，可以通過沉浸式的建筑空間構建，使學生感受到三維場景，提升學生的空間想象力。教師可以通過BIM設計充分展示建筑物的光影變化、建筑材料等細節(jié)，使學生在觀察中形成對真實建筑場景的初步印象。例如在學習建筑識圖時，教師可以運用BIM技術，采取項目教學的形式，讓學生快速理解整體到局部的關系。在同一模型中轉(zhuǎn)換三維整體模型和局部組件模型，增強課堂教學的連貫性，讓學生可以直接看到各種結(jié)構和結(jié)構的做法、材料、尺寸和連接關系。由此激發(fā)學生學習的積極性，使學生更好地了解結(jié)構和建筑物原理。教師也可以引入BIM技術，根據(jù)工程建筑圖紙進行三維投影圖的動態(tài)模擬觀測，并對建筑的外部造型和內(nèi)部設計進行仿真演示，展示建筑的細節(jié)技術。此外教師可以結(jié)合現(xiàn)有的結(jié)構模型和1∶1的實訓模式讓學生觀察建設圖，了解具體的建筑結(jié)構。教師也可以讓學生3至4人為一組，選取實際工程的施工圖，將BIM技術貫穿于建筑結(jié)構和圖紙識別的全過程。讓學生自主設計方案，參與建筑施工圖設計、定額和預算的全過程，完成多專業(yè)課程的項目學習，提升學生專業(yè)能力。
4.建筑設計中環(huán)境因素的解讀
學生在建筑結(jié)構識圖學習中除了要有空間想象力、精心選擇建筑構件外，還應分析建筑的真實環(huán)境。利用BIM技術，教師可以導入特定的地理環(huán)境數(shù)據(jù)作為參數(shù)。學生可以利用模型對環(huán)境進行分析，形成正確的判斷。教師要利用BIM模型對氣候變化的具體規(guī)律和影響進行詳細分析。學生可以通過模型比較不同地區(qū)和國家的建筑風格，探索不同文化背景下的設計特點。同時可以讓學生結(jié)合具體參數(shù)，幫助學生了解建筑節(jié)能的控制需求。例如在學習地基與地下室時，教師可以借助BIM技術模擬不同環(huán)境，讓學生根據(jù)模型與實地考察，總結(jié)建筑基礎埋置深度的影響原因與基礎的構造類型。最后教師再總結(jié)影響地基深度的原因。并且讓學生通過施工圖，根據(jù)施工實際條件綜合考慮，設計詳細的實施計劃，激發(fā)學生的不斷思考。最后讓學生派小組代表進行計劃展示，在交流中碰撞思維的火花，促進學生的長足發(fā)展。
5.構建建筑場景進行虛擬漫游
在建筑結(jié)構圖識教學中教師可以利用BIM技術，模擬建筑場景進行虛擬漫游。因為教師在講解中需要運用一些經(jīng)典的建筑案例或大師的建筑作品來激發(fā)學生的學習興趣，豐富學生的學習內(nèi)容。傳統(tǒng)教學中教師往往采用語言描述或圖片展示優(yōu)秀的建筑作品。但這種平面的方式也有同樣的弊端，學生很難有直觀的感受和內(nèi)心的共鳴。只有通過多種感知方式，才能讓學生真正了解優(yōu)秀建筑的設計理念和藝術魅力。教師可以借助BIM虛擬漫游模式，拓展學生的感官體驗，讓學生從更立體的角度感受優(yōu)秀建筑的魅力。教師可以通過BIM技術虛擬現(xiàn)實，加強課程與生活實際的聯(lián)系。教師也需要運用相應的軟件，動態(tài)模擬場景，使之更加逼真。由此提高教學的效率，增強學生的實踐能力。例如在學習建筑結(jié)構時，教師可以利用BIM技術引導學生進入虛擬場景。教師可以選取中外優(yōu)秀的建筑讓學生一一領略。并且介紹建筑學的歷史背景，加強學生的情感體驗。最后教師可以召開最美建筑的交流會，讓學生跟同桌互相交流自身喜歡的建筑，再隨機讓學生上臺進行介紹。教師再帶領學生進行總結(jié)歸納，讓學生感悟不同的建筑風格，了解不同建筑物的使用價值。
結(jié)語
在建筑結(jié)構圖識別教學中運用BIM技術，可以將建筑結(jié)構識圖課程的抽象概念轉(zhuǎn)化為更加形象的內(nèi)容，幫助學生理解教學內(nèi)容。因此，教學活動中教師必須結(jié)合課程的難點、重點，利用BIM技術創(chuàng)設教學情境，增強學生繪圖與識圖能力，使學生成為社會所需要的專業(yè)人才。
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作者：耿爽 單位：陜西職業(yè)技術學院