摘要：近年來，隨著BIM技術(shù)的廣泛推廣、應(yīng)用，高校教師越來越關(guān)注基于BIM的課程改革。運用BIM三維可視化的建模特點，在土木工程制圖課程教學中針對課時變化、課程內(nèi)容的調(diào)整、學生的反饋等，將BIM三維建模的原理、方法、技能，融合、滲透到土木工程制圖課程的教學改革中，改變以往的教學理念及教學模式。借助BIM的三維可視化模型將二維平面圖形直接展示出來，激發(fā)學生的學習熱情，培養(yǎng)學生的形象思維能力及空間想象能力，便于學生理解教學內(nèi)容，顯著提高教學效率。

關(guān)鍵詞：土木工程制圖；BIM技術(shù)；傳統(tǒng)教學；三維可視化；改革實踐

在我國建筑行業(yè)，采用BIM技術(shù)進行相關(guān)的設(shè)計、施工、管理等已成為行業(yè)的趨勢，它所帶給土木行業(yè)的技術(shù)革命已經(jīng)形成。其中的建筑信息模型（BIM：BuildingInformationModeling）是以與建筑項目各相關(guān)信息得到的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，借助數(shù)學上的仿真模擬方法模擬工程的真實信息，通過三維模型實現(xiàn)工程監(jiān)理，設(shè)備、物業(yè)、工程化管理及數(shù)字化加工等相關(guān)的功能。其具有項目信息的完備性、項目信息的一致性、項目信息的關(guān)聯(lián)性以及過程的可視性、優(yōu)化型等特點。同時項目的各參與方可在同一平臺、共享同一項目信息、共用同一建筑模型，這有利于項目的透明性、可視化、精細化建造。我國在建筑業(yè)綱要中已把BIM作為工程總承包、勘察設(shè)計、施工類企業(yè)“十二五”信息化發(fā)展必備的核心技術(shù)之一。然而國內(nèi)高等學校的課程教學則相對比較落后，作為高等學校專業(yè)基礎(chǔ)課程的土木工程制圖，是與BIM技術(shù)緊密相關(guān)的課程，傳統(tǒng)的教學理念、教學內(nèi)容、教學方式已不適應(yīng)新技術(shù)的發(fā)展，課程改革勢在必行。土木工程制圖課程是土木工程專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，其教學的一項重要內(nèi)容就是培養(yǎng)學生的空間思維能力，而BIM的可視化信息技術(shù)包含3D、4D、5D，其中3D主要是利用三維空間的模型表達工程實體模型，反映工程的整體效果、構(gòu)件大小形狀等，通過3D技術(shù)可以實現(xiàn)工程的三維可視化，并能直接生成用戶所需要的效果圖、立面圖、剖面圖等傳統(tǒng)2D表達的圖形，這恰好能改變傳統(tǒng)的教學模式。將BIM技術(shù)應(yīng)用于土木工程制圖的課程教學中，借助BIM的三維可視化直觀地展現(xiàn)課程教學內(nèi)容，便于學生想象、理解，從而使教學效率明顯提升，這充分體現(xiàn)了BIM技術(shù)在相關(guān)課程教學中的優(yōu)勢，使學生對BIM技術(shù)有一定的認識，為其未來的學習、工作奠定基礎(chǔ)。

一、土木工程制圖課程當前的問題展現(xiàn)

土木工程制圖課程的授課模式基本上是通過二維投影圖（三視圖）表達三維立體；教學目標是培養(yǎng)學生能熟練地識讀土木類專業(yè)圖，能運用相關(guān)的繪圖軟件（AutoCAD）繪制施工圖；教學目的是為后續(xù)學生專業(yè)課程的學習打下良好的基礎(chǔ)，重點是培養(yǎng)學生的空間思維能力和空間想象能力。然而既有的工程制圖課程存在著許多不足，主要有以下幾個方面的問題。1.教學內(nèi)容方面當前的土木工程制圖課程中存在一些學生以后幾乎不太應(yīng)用到的知識點，這也是大多授課教師的體會、共識，例如，畫法幾何部分中的投影變換（換面法和旋轉(zhuǎn)法），在后續(xù)的相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域基本用不上；課程中的線線相交、垂直問題講得過細，占用的課時多，但在實際的應(yīng)用中涉及較淺；課程中的立體表面的交線部分（截交線和相貫線）知識點過于復(fù)雜抽象，學生很難想象二維形體所表達的空間三維實體經(jīng)截切或相交后的形體，整個學習過程比較費勁、難以理解，該部分內(nèi)容在后續(xù)的學習及實際工作中也涉及較淺。2.教學體系方面在實際的教學過程中，大多是采用教學模型、教學掛圖、多媒體課件及實際工程的照片和相關(guān)視頻等方式，培養(yǎng)學生的空間思維，使教學目標得以實現(xiàn)。但這樣的教學方式對學生空間思維的建立以及識讀圖的能力的培養(yǎng)提高有限，通過調(diào)查、分析主要有以下兩方面的原因。（1）學生空間思維能力培養(yǎng)不足三視圖的識讀作為土木工程相關(guān)專業(yè)課程的基礎(chǔ)，其教學的重要目標就是提高學生的空間思維能力。在當前的教學過程中，該目標的實現(xiàn)是相當困難的，大多教師都有深刻的體會，讓學生在有限的時間內(nèi)培養(yǎng)出這種能力是特別不容易的，學生能很好地掌握簡單形體的三視圖已經(jīng)非常難得，對工程實體的掌握就談不上了。分析其原因，一是學生接觸這種思維方式的時間有限；二是既有的、當前的教學方式對學生學習興趣的培養(yǎng)及學習熱情的激發(fā)起不到很好的作用。（2）傳統(tǒng)的、常規(guī)的教學方式一般授課教師大多選用某已建成的工程的施工圖進行識讀圖的授課，依據(jù)相關(guān)規(guī)范把每張施工圖紙中的圖示內(nèi)容給學生做詳細的介紹。雖然也能幫學生進行相關(guān)問題的解答，但對于專業(yè)知識掌握不多的學生來講，二維的平面工程施工圖對其準確地識讀工程施工圖還是相當困難的，他們要根據(jù)這種平面的工程施工圖將其三維空間形體想象出來是非常難的，更談不上將兩者一一對應(yīng)結(jié)合。因此，為讓學生將所學內(nèi)容搞清楚、學扎實，這就需要對現(xiàn)有的教學方式進行改革。3.學生反饋方面通過近年來的抽樣調(diào)查，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)學生覺得識讀圖部分非常難，更談不上構(gòu)建空間實體了。學生更想看到直觀的、形象的表達三維空間形體的圖紙，而不是二維的、平面的、抽象地反映有限建筑信息的圖紙。4.課時變化方面目前為適應(yīng)高校的課程改革，對土木工程制圖課程學時做了相應(yīng)的壓縮調(diào)整，土木工程制圖課程從原來的130多學時變?yōu)?12學時（包含計算機繪圖），這在很大程度上制約了教學效果的提升，同時也給教學提出來改革的要求。從現(xiàn)有的發(fā)展趨勢來看，土木工程制圖課程如何能在理論課時減少的情況下，反而應(yīng)用能力方面能得到提高，值得我們思考。

二、基于BIM技術(shù)的土木工程制圖課程改革實踐

要在土木工程制圖課程課時壓縮的情況下整合、調(diào)整教學內(nèi)容，改變既有的教學模式，以激發(fā)學生的學習興趣和學習熱情，更好地服務(wù)于相關(guān)專業(yè)課程。基于BIM技術(shù)的Revit軟件是當前具有代表性的三維設(shè)計軟件，具有三維可視化的特點，是對現(xiàn)有CAD教學的拓展，將其融入土木工程制圖課程的教學過程中，不僅能幫助學生認識、想象三維形體，提高識讀工程圖的能力，能為學生后續(xù)的專業(yè)學習、設(shè)計大下良好的基礎(chǔ)。1.教學理念的改革土木工程制圖已經(jīng)從傳統(tǒng)的手工繪圖、二維圖形的表達逐漸向計算機繪圖、三維繪圖邁進。新的階段需要新型的人才，傳統(tǒng)的點、線、面等幾何空間的解析教學已不滿足現(xiàn)在時代的發(fā)展。二維的識讀圖應(yīng)向三維的形體設(shè)計轉(zhuǎn)換，而BIM的三維可視化建模，可以為我們解決這個問題。2.教學內(nèi)容的改革當前土木工程制圖課程主要由畫法幾何、專業(yè)制圖、計算機輔助繪圖三部分構(gòu)成。為適應(yīng)新時期人才培養(yǎng)的要求及考慮到以后的實際應(yīng)用，在當前的教學中融入BIM技術(shù)，就必然調(diào)整當前的教學內(nèi)容。例如，在畫法幾何這部分內(nèi)容中的投影理論，點、直線、平面的投影問題，與實際工程的圖樣聯(lián)系不是很密切，掌握好基本的投影關(guān)系即可；軸測圖部分可適當加強，以培養(yǎng)學生徒手繪制三維草圖的能力，為其實際工作服務(wù)；難度較大的立體表面交線這部分內(nèi)容可適當降低要求；在形體表達方法（剖面圖、斷面圖等）部分，選擇生活中常見的工程實體的表達題目，激發(fā)學生的學習興趣和熱情。通過整合就可省出部分課時用來學習BIM軟件，借助其三維可視化的優(yōu)勢，幫助學生快速理解形體，同時可直觀看到復(fù)雜形體的實體及其表面的交線（相貫線、截交線）等；在專業(yè)制圖部分，應(yīng)用BIM中的Revit軟件建模，并介紹結(jié)構(gòu)物的構(gòu)成，介紹結(jié)構(gòu)物的幾何屬性、材料屬性，幫助學生認識工程實體的構(gòu)成，有身臨其境的感覺，使學生真正掌握結(jié)構(gòu)的構(gòu)成，激發(fā)學生課堂學習的興趣，提高課堂教學對學生的吸引力，同時也掌握了施工圖的繪制、閱讀。然而當前的計算機輔助課程AutoCAD以繪制平面圖形為主，其三維繪圖不便，考慮到未來行業(yè)發(fā)展的需要，BIM設(shè)計軟件的學習勢在必行。3.教學體系的改革既有的土木工程制圖的課程教學體系是以“幾何圖形理論教學為主，計算機繪圖為輔”，即重點講述投影理論，將空間形體問題簡化成平面上的點、線、面問題來解決；計算機繪圖以二維繪圖為主�；�于BIM技術(shù)三維繪圖軟件的出現(xiàn)，改變了傳統(tǒng)的設(shè)計思路，使我們的教學體系以計算機三維建模為主線，將理論教學與計算機繪圖教學融為一體，形成一套完整的教學體系。目前為止，關(guān)于BIM的相關(guān)課程的教學改革，在國內(nèi)還是相對較少的，因此有必要借鑒國外高校的BIM教學改革成果，采用獨立課程模式，將BIM的相關(guān)知識融入工程制圖課程中，主要是以Revit軟件進行真實模擬操作，直接虛擬顯示講解，即以三維可視化建模為主線開展土木工程制圖課程的教學，激發(fā)學生學習興趣，同時為后續(xù)相關(guān)課程群的學習打下良好的基礎(chǔ)，為實用、新型人才的培養(yǎng)創(chuàng)造有利的條件。形成“以三維建模、三維繪圖為主線，幾何圖形學思維為核心”的新型教學體系，以適應(yīng)未來土木工程行業(yè)的發(fā)展。4.教學方式教學過程中，將傳統(tǒng)“板書為主，課件為輔”的教學方式，采用以“三維建模、繪圖軟件為主，課件為輔”的教學方式來代替，使學生了解、學習基于BIM設(shè)計理念的三維實體模型的創(chuàng)建過程，能使學生看到比圖片效果更形象、生動的形體。5.學生反映近期通過對采用傳統(tǒng)授課方式和改革授課方式的學生抽樣調(diào)查發(fā)現(xiàn)，采用改革授課方式的學生對課程更加喜歡，感覺有新意，并對工程實體有更深入的認識。

三、基于BIM技術(shù)土木工程制圖課程教學中的優(yōu)勢

1.學生思維模式的拓展將BIM技術(shù)應(yīng)用于土木工程制圖課程的教學可以使學生自由地在三維模式下進行觀察分析，再結(jié)合教師的講解教學必然將獲得更好的學習效果，同時可以使學生以一種主觀思維的形式置身于實體中，對三維實體進行分析，從而非常易于從三維空間過渡到二維平面。2.學生學習最新的設(shè)計軟件由于BIM技術(shù)在土木工程領(lǐng)域正受到越來越多的關(guān)注，BIM技術(shù)人才也是急缺的，因此將BIM技術(shù)應(yīng)用于教學中是非常正確的。從國外大學的經(jīng)驗來看，BIM用于課程群中效果是最好的，考慮到工程制圖是專業(yè)基礎(chǔ)課，故首先將BIM技術(shù)應(yīng)用在土木工程制圖課程中，讓學生對BIM有一個大體的了解、初步的認識，為他們后續(xù)課程群中BIM的學習奠定一定的基礎(chǔ)。3.學生掌握了高效的學習方式工程制圖是將空間作為研究基礎(chǔ)的，而培養(yǎng)學生的空間思維能力，使學生對立體空間有直接的、感觀的認識，直覺感知三維空間狀態(tài)，是工程制圖教學的主要目的。將BIM技術(shù)融入土木工程制圖課程的教學中，學生可以通過三維可視化的優(yōu)勢來直觀地感受三維實體，更好地理解形體的特征。隨著科技領(lǐng)域的不斷發(fā)展，其對土木工程行業(yè)產(chǎn)生了巨大的影響，也對與之相關(guān)的學校教學提出了新的要求。BIM技術(shù)下的土木工程制圖課程改革實踐迫在眉睫，同時也存在許多問題。鑒于此，還需不斷探索研究并總結(jié)經(jīng)驗，在實踐中分析現(xiàn)有土木工程制圖課程教學存在的問題，合理進行課程設(shè)置，改變教學形式，逐步優(yōu)化教學內(nèi)容，不斷推進土木工程制圖課程改革的有序進行。4.提高學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的學習熱情傳統(tǒng)的土木工程制圖教學較為枯燥，多數(shù)學生興趣不高，主動性不強。基于BIM技術(shù)演示教學法與傳統(tǒng)的理論教學相比，其直觀性、過程性、設(shè)計性、創(chuàng)新性等都比較顯著，能為學生提供對復(fù)雜的土木工程制圖的感性認識。BIM技術(shù)大大提高了形體的可視化程度，將BIM技術(shù)引入土木工程制圖課程教學中，不僅能使學生了解怎樣從抽象的、復(fù)雜的2D平面圖形構(gòu)建出3D實體模型的過程，真正讀懂形體，而且改觀2D教學使學生產(chǎn)生的疲倦心理，逐漸培養(yǎng)學生對土木工程課程的學習興趣，激發(fā)學生的學習熱情，并促使學生對課程知識的掌握與鞏固，取得良好的教學效果。

四、結(jié)束語

知識更新，教育先行。創(chuàng)新性教育是當代教育發(fā)展的指向標。未來BIM技術(shù)將逐步取代AutoCAD成為下一代的主流軟件。BIM技術(shù)的出現(xiàn)，為工程領(lǐng)域提供了一次技術(shù)的革新，與此同時也為我們的教學改革即與之相關(guān)的土木工程制圖課程提供了平臺，傳統(tǒng)的教學已不適應(yīng)當前課程發(fā)展需要，實用型、創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)都迫切要求我們進行教學改革。將BIM技術(shù)應(yīng)用到土木工程制圖課改中，使學生了解BIM的建模原理并掌握其建模方法，最終能建立BIM的實體模型，通過BIM三維可視化模型增強識讀圖能力，掌握二維平面圖形與三維實體間的轉(zhuǎn)換，為后續(xù)相關(guān)專業(yè)課程的學習打下堅實的基礎(chǔ)，同時為學生專業(yè)技能的提升創(chuàng)造條件。教學改革與實踐表明，學生對課程的學習興趣、學習熱情有了極大的提高，不僅掌握了基于BIM技術(shù)的計算機三維可視化建模，為以后BIM技術(shù)的實際應(yīng)用打下堅實的基礎(chǔ)，使學生初步具備了設(shè)計能力和創(chuàng)造能力。由于目前BIM技術(shù)的應(yīng)用還不是特別廣泛，如何將其與相關(guān)課程結(jié)合，與行業(yè)規(guī)范同行是需要不斷探索的方向。

參考文獻：

[1]何關(guān)培，李剛.那個叫BIM的東西究竟是什么[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011

[2]黃海生，吳丹丹.基于BIM的土木工程課程體系教學改革[J].湖北科技學院學報，2016

[3]朱少君.將BIM技術(shù)應(yīng)用于建筑專業(yè)識圖教學的思考[J].泰州職業(yè)技術(shù)學院學報，2016