BIM技术在土木工程制图课程中的应用

李佳雨，刘榴燕

(贵州师范大学 材料与建筑工程学院，贵州 贵阳 550025)

0 前 言

BIM(Building Information Modeling)技术在建筑行业内得到了越来越广泛的应用，是信息化时代的产物，代表了先进的生产力。土木工程专业课程有很多都与BIM有着联系，如建筑构造与识图课程、房屋建筑学课程、土木工程制图等课程。而土木工程制图课程是土木工程专业中一门重要的基础课程，主要目标是培养学生用二维平面视图想象三维空间型体的能力。土木工程制图课程一般是纸制图或者CAD图呈现给学生，而学生需要在脑中想像一个三维图形，才能掌握本节课的知识，对于空间想象力较差的学生而言，很难掌握知识的应用。BIM技术的可视化等特点，不仅可以提高教师的教学质量，学生也会很快地掌握本节课的重点知识，有效地完成教学目标。本文给出BIM技术Revit软件的介绍，通过某例子来说明BIM技术在教学中的使用，深入思考BIM技术在土木工程制图课程中的应用带来的影响。

1 工程制图的变革

1982年之前，土木工程制图的绘图工具主要是三角板、T尺进行手绘，消耗了大量的人力、物力，制图时间漫长、精确度和效率低，图纸不易保存。以二维平面图图纸作为支撑进行建造，在工程制图上存在较大的提升空间。

1982年到现在，随着计算机技术的快速发展，信息化时代的到来，CAD的出现给建筑行业带来了福音，利用计算机数位化的方式进行绘制图纸，改善了以往手工图纸绘图效率低、不易保存等缺陷。而且生产力提高了，减少了大量的人力，节约了大量的时间。但CAD制图软件仍然以点、线、面的几何性质进行绘制图纸，虽然CAD软件中存在3D技术，但不能赋予专业意义，没有建筑物特性。如发现建筑图纸有一处错误，更改图元，需要重新绘制图纸。CAD绘图各个建筑元素不能相互联系，没有相关性，如有一处修改，其他方面必须进行修改，否则会出现图纸不一致的现象。建筑行业中有许多专业领域之间进行交流，主要是以二维图纸的方式进行传达，时常发现冲突等现象。

2000年左右，随着时代的需求，顺应时代的发展，需求是创新的条件和前提，为解决CAD软件所存在的缺陷，BIM技术的出现解决了这些问题。BIM技术参数化设计，解决了可以不用离散修改图纸的局限性，并附有建筑属性。BIM技术的组成元素是墙、梁、柱、板等改变了以往点、线、面的方式绘图。不仅具有协同化性，使各行业之间可以进行协同沟通交流，而且还具有可视化性、一体化性、参数化性、协调性等特点，为各个行业提供便利，进而提高工作效率。同时，BIM技术也可以对建筑进行真实可靠的耗能分析并进行实时监控，为“绿色建筑”的发展提供支持。响应习近平总书记所倡导的绿色发展理念，BIM技术为绿色建筑发挥了巨大的作用，绿色建筑即节能、节水、节地、节材。学校也可以利用BIM技术的特性进行教学。为教师和学生提供双向的便利条件。图1为BIM技术成熟过程等级。

图1 BIM成熟过程等级

2 BIM技术Revit软件的介绍及操作步骤

2.1 Revit软件介绍

Revit软件是Autodesk公司研发的一个建模软件，目前Revit软件包括三个专业模块，Revit建筑模块(Architecture)、Revit结构模块(Revit Structure)和Revit机电模块(Revit MEP)，为各专业领域提供了便利。项目、图元、族等概念是Revit软件所特有的概念。了解这些概念对Revit的认识非常重要。

1)项目。项目是单个设计信息数据库，是建筑信息模型。所有的设计信息都保存在“项目”中。可以对设计图进行修改，修改后的设计可以反映关联到平面视图、侧立面图和剖面图等信息中。跟踪一个项目便可以掌握所有有关设计信息和数据。

2)标高。标高是一个水平面，在建筑设计图中的重要信息。楼层高度、墙的高度、屋顶高度等都是建筑模型的依据。在Revit软件中，在设置、绘制图形的高度时，必须在立面图或者剖面图中进行绘制，一般在南北立面图中。

3)图元。在Revit软件中模型图元(墙、梁、楼板等)，基准图元(轴网、标高等)和视图专有图元(尺寸标注、文字标注、二维详图构建等)三部分组成，Revit软件对图元按类别等进行分类，有利于绘图方便寻找。

4)类别。类别是一组集成族的图元。例如模型图元类别包括墙和梁。

5)族。族是组成某一类别的图元中的类。如，圆柱、矩形柱等。

6)类型。每个组有多个类型，如，圆柱450 mm、圆柱600 mm、矩形柱600 mm×750 mm等。图2为图元的层级分类。

图2 图元的层级分类(单位：mm)

Revit软件在建筑行业，施工单位，结构设计，工程造价，电气等方面节约大量的时间，提高工作效率。Revit的工作界面是由应用程序菜单、快捷访问工具栏、信息中心等12个功能区所组成。此软件操作简便，易于上手，即可以供教师在课堂上进行演示操作，又方便学生更加直接地观看并进行思考。实现二维平面视图与三维空间模型的相互结合，达到事半功倍的教学效果。

2.2 Revit软件在建模时最基本的操作步骤

1)绘制标高的简要步骤：在“项目浏览器”中点击“立面”→南或北→调整标高2输入标高→把标高1、标高2双击更改为F1、F2→点击“标高”命令，选择类型上下标高进行绘制→输入标高值。绘制标高可以直接绘制，复制绘制，也可以阵列绘制等。

2)绘制轴网的简要步骤：在平面视图F1层绘制点击“轴网”，选择类型→在绘图区绘制第一条轴网，轴号为1→把光标指向第一条轴线，向右拖动鼠标，对齐轴线绘制第二条轴网→光标与轴线之间有临时尺寸可以标注轴线之间的尺寸，也可以在绘制完之后修改尺寸，轴网绘制完成(绘制轴网可以直接绘制，复制绘制，也可以阵列绘制等)。

3)绘制基本墙体的简要步骤：在楼层平面视图中点击“建筑”选项卡→“构建”面板→“墙”命令，在“属性”面板“类型选择器”中选择墙的类型(下拉建筑墙或者结构墙)→点击属性中选择一种基本墙的类型→在选项栏中选择“高度”或者“深度”→顶部约束，选择高度→设置定位线→点击“属性”中的“编辑类型”可对墙材料、厚度等进行设置→绘制面墙。

4)绘制门、窗的简要步骤：在楼层平面视图中点击“建筑”选项卡→“构建”面板→“门”或者“窗”命令，在“属性”面板“类型选择器”中选择门或者窗的类型→在墙上绘制门即可，“空格键”可以控制门的左右方向。

5)绘制楼板的简要步骤：在楼层平面视图中点击“建筑”选项卡→“构建”面板→“楼板”命令下拉列表(建筑楼板，结构楼板，面楼板)选择建筑楼板→在“属性”面板“类型选择器中选择楼板类型→点击“属性”中的“编辑类型”可对楼板材质等进行绘制→通过“边界线”形式绘制楼板即可。

3 BIM技术在土木工程制图课程中的应用举例

土木工程制图课程专业性强，知识点多，难度大，课时少，主要包括投影制图、建筑施工图、结构施工图等内容。这门课的主要任务是培养学生正确识图的能力，绘制二维平面图的能力、空间想象能力以及使用软件绘图的能力。对于刚入大学的学生而言，内容复杂无趣，学生不容易理解，空间想象能力差的学生跟不上等现象，BIM技术引入课堂之中，BIM技术可视化等特点不仅解决了课程概念难理解，识图难等问题，而且引起了学生的好奇心和求知欲，潜移默化地使学生对 Revit软件建模技术产生兴趣。利用BIM技术辅助教学，将二维视图建构成可视化的三维模型，加强了学生对图纸的理解，提高学生对土木工程制图学习的效率。

本文以土木工程制图课程“建筑施工图”这一章节的平面图、立面图、剖面图应用BIM技术教育教学。学生只看到平面图纸时，很难对建筑整体有一个清楚的认知。但在课堂上教师利用BIM技术把图纸改成立体图，使用二维平面视图与三维空间模型的相互切换，不仅引起了学生的好奇心和求知欲，教师也可以简便有效地教授内容，提高效率。教师首先把图纸画到CAD中，如图3所示为某平面简图(尺寸已省略)。

图3 平面图

然后打开Revit软件，点击“项目”中的“建筑样板”选项，进入界面后，点击“插入”选项卡中的“导入CAD”选择文件打开，拖动到合适的位置，以导入的图作为底图，以拾取线的方式点击轴网，进行绘图。也可以不用画CAD图直接在Revit软件中绘图，绘制标高、轴网和绘制墙体等。

最后得出如图4的立体图型，可以借助键盘上的“Shift”键和鼠标滚轮，进行旋转，可以看到各方位的立体视图。

图4 立体图

进入一层平面图中在“视图”选项卡中点击“剖面”绘制的命令，绘制剖切线，点击剖切位置的起点终点，右键转到视图，得出如图5所示的剖面图；也可以点击“项目浏览器”中的立面进行选择，如果如图6所示。

图5 剖面图

图6 立面图

4 BIM技术在土木工程课程教学的应用与思考

4.1 应 用

1)推进BIM技术基础知识的学习。在土木工程课程理论教学中加强BIM技术的结合。在当前土木工程制图课程、房屋建筑学课程等理论教学中，引入BIM技术进行辅助教学，让学生在掌握理论知识的同时对BIM技术产生影响，引起学生学习兴趣，在学习枯燥乏味的理论知识的同时对BIM技术的可视化等特点产生乐趣。既可以减少教师教授抽象化知识的教学压力，又可以减轻学生的对立体化的想象，识图的困难压力，达到双向“减压”的过程，克服了在教学中引入BIM技术的困难。

2)布置有关BIM的课程作业。在土木工程制图课程、房屋建筑学课程等中加强引入BIM技术，并在有关的课题中布置作业，学生的动手操作比直观化的感性认知更容易引起兴趣，得到满足感。学生的动手操作，不仅可以更加深刻地理解结构布置、节点详图等理论知识，而且可以熟悉BIM技术软件的基础操作应用，对BIM技术的学习做到充分的铺垫，为今后的毕业设计，参加比赛做准备。

3)鼓励学生积极参加BIM大赛。BIM设计大赛除了在学校举办的，学校之外每年都会有各种大赛，如全国BIM毕业设计大赛、“龙图杯”BIM大赛都可以鼓励学生积极参加。学生借助课上所学的专业知识在实践中得到应用，做到理论与实践有效结合的目的。利用知识解决实际问题，与社会接触，打开学生的视野，为以后参加工作做准备。

4)BIM技术在毕业设计中应用。BIM技术快速发展进入学校，许多高校的毕业设计都引入BIM的应用。BIM的建模、算量等技术帮助学生快速地理解毕业设计中的疑难问题。毕业设计的内容与社会接触，与时俱进，学生提前了解工作中可能出现的问题，为今后快速地进入工作奠定基础。

4.2 思 考

1)提高教师BIM技术的操作能力。教师是学生学习科学知识的来源，随着信息技术的发展，一些老教师或者不熟悉绘图软件的教师在应用BIM技术进行教学时存在巨大的障碍。所以，加强教师的应用技能迫在眉睫。教师队伍建设，提高教师能力，学校校长具有至关重要的作用，校长应鼓励教师学习BIM技术，组织教师多参加技术培训，带领教师去高校进行交流学习，聘请BIM技术专业人员给教师上课等，以增强教师利用BIM技术引用到自己所教的学科中，提高学生的学习效率。

2)加强校企合作。“纸上谈来终觉浅，绝知此事要躬行”，加强校企合作，学生间接接触社会中的实际问题，学生可以利用BIM技术的仿真虚拟工作环境，可以观看企业中整个工程项目过程。学生也可以在参观了解企业中工程项目后自己动手操作绘制模型，可以使学生更加了解工程的构造。加强校企合作，不仅解决了学校教学内容的滞后性、理论与实践相脱离的局限性，而且可以使学生提前接触社会中真正的问题。企业中的技术人员到校为学生授课，做到“双师”教学，为今后的工作提供一个更好的平台。实时了解社会真正的需要，培养社会主义高效发展的建设者和接班人。学校与社会相互联系，使学校培养出的人才直接在社会上使用，起到了无缝衔接的最优效果。

5 结束语

本文介绍了工程制图的变革，BIM技术Revit软件的应用界面的功能介绍和部分操作步骤，随后详尽地给出了在土木工程制图课程课堂上如何利用BIM技术进行教学的过程及BIM技术的应用与思考。BIM技术引入土木工程专业课堂，使二维平面视图转化为三维空间模型，达到画龙点睛的作用。此技术可以调动学生学习的积极性和主动性，使课堂浅显易懂、轻松愉悦，正是国家大力推广的技术，同时也是“绿色建筑”发展的重要手段。

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