土木工程制图课程改革与实践
摘要：近年来，随着BIM技术的广泛推广、应用，高校教
师越来越关注基于BIM的课程改革。运用BIM三维可视化的建模特点，在土木工程制图课程教学中针对课时变化、课程内容的调整、学生的反馈等，将BIM三维建模的原理、方法、技能，融合、渗透到土木工程制图课程的教学改革中，改变以往的教学理念及教学模式。借助BIM的三维可视化模型将二维平面图形直接展示出来，激发学生的学习热情，培养学生的形象思维能力及空间想象能力，便于学生理解教学内容，显著提高教学效率。
关键词：土木工程制图；BIM技术；传统教学；三维可视化；改革实践 在我国建筑行业，采用BIM技术进行相关的设计、施工、管理等已成为行业的趋势，它所带给土木行业的技术革命已经形成。其中的建筑信息模型（BIM：BuildingInformationModeling）是以与建筑项目各相关信息得到的数据为基础，借助数学上的仿真模拟方法模拟工程的真实信息，通过三维模型实现工程监理，设备、物业、工程化管理及数字化加工等相关的功能。其具有项目信息的完备性、项目信息的一致性、项目信息的关联性以及过程的可视性、优化型等特点。同时项目的各参与方可在同一平台、共享同一项目信息、共用同一建筑模型，这有利于项目的透明性、可视化、精细化建造。我国在建筑业纲要中已把BIM作为工程总承包、勘察设计、施工类企业十二五信息化发展必备的核心技术之一。然而国内高等学校的课程教学则相对比较落后，作为高等学校专业基础课程的土木工程制图，是与BIM技术紧密相关的课程，传统的
教学理念、教学内容、教学方式已不适应新技术的发展，课程改革势在必行。土木工程制图课程是土木工程专业必修的专业基础课程之一，其教学的一项重要内容就是培养学生的空间思维能力，而BIM的可视化信息技术包含3D、4D、5D，其中3D主要是利用三维空间的模型表达工程实体模型，反映工程的整体效果、构件大小形状等，通过3D技术可以实现工程的三维可视化，并能直接生成用户所需要的效果图、立面图、剖面图等传统2D表达的图形，这恰好能改变传统的教学模式。将BIM技术应用于土木工程制图的课程教学中，借助BIM的三维可视化直观地展现课程教学内容，便于学生想象、理解，从而使教学效率明显提升，这充分体现了BIM技术在相关课程教学中的优势，使学生对BIM技术有一定的认识，为其未来的学习、工作奠定基础。 一、土木工程制图课程当前的问题展现
土木工程制图课程的授课模式基本上是通过二维投影图（三视图）表达三维立体；教学目标是培养学生能熟练地识读土木类专业图，能运用相关的绘图软件（AutoCAD）绘制施工图；教学目的是为后续学生专业课程的学习打下良好的基础，重点是培养学生的空间思维能力和空间想象能力。然而既有的工程制图课程存在着许多不足，主要有以下几个方面的问题。1.教学内容方面当前的土木工程制图课程中存在一些学生以后几乎不太应用到的知识点，这也是大多授课教师的体会、共识，例如，画法几何部分中的投影变换（换面法和旋转法），在后续的相关专业领域基本用不上；课程中的线线相交、垂直问题讲得过细，占用的课时多，但在实际的应用中涉及较浅；课程中的立体表面的交线部分（截交线和
相贯线）知识点过于复杂抽象，学生很难想象二维形体所表达的空间三维实体经截切或相交后的形体，整个学习过程比较费劲、难以理解，该部分内容在后续的学习及实际工作中也涉及较浅。2.教学体系方面在实际的教学过程中，大多是采用教学模型、教学挂图、多媒体课件及实际工程的照片和相关视频等方式，培养学生的空间思维，使教学目标得以实现。但这样的教学方式对学生空间思维的建立以及识读图的能力的培养提高有限，通过调查、分析主要有以下两方面的原因。（1）学生空间思维能力培养不足三视图的识读作为土木工程相关专业课程的基础，其教学的重要目标就是提高学生的空间思维能力。在当前的教学过程中，该目标的实现是相当困难的，大多教师都有深刻的体会，让学生在有限的时间内培养出这种能力是特别不容易的，学生能很好地掌握简单形体的三视图已经非常难得，对工程实体的掌握就谈不上了。分析其原因，一是学生接触这种思维方式的时间有限；二是既有的、当前的教学方式对学生学习兴趣的培养及学习热情的激发起不到很好的作用。（2）传统的、常规的教学方式一般授课教师大多选用某已建成的工程的施工图进行识读图的授课，依据相关规范把每张施工图纸中的图示内容给学生做详细的介绍。虽然也能帮学生进行相关问题的解答，但对于专业知识掌握不多的学生来讲，二维的平面工程施工图对其准确地识读工程施工图还是相当困难的，他们要根据这种平面的工程施工图将其三维空间形体想象出来是非常难的，更谈不上将两者一一对应结合。因此，为让学生将所学内容搞清楚、学扎实，这就需要对现有的教学方式进行改革。3.学生反馈方面通过近年来的抽样调查，发现大多数学生觉得识读图部分
非常难，更谈不上构建空间实体了。学生更想看到直观的、形象的表达三维空间形体的图纸，而不是二维的、平面的、抽象地反映有限建筑信息的图纸。4.课时变化方面目前为适应高校的课程改革，对土木工程制图课程学时做了相应的压缩调整，土木工程制图课程从原来的130多学时变为112学时（包含计算机绘图），这在很大程度上制约了教学效果的提升，同时也给教学提出来改革的要求。从现有的发展趋势来看，土木工程制图课程如何能在理论课时减少的情况下，反而应用能力方面能得到提高，值得我们思考。
二、基于BIM技术的土木工程制图课程改革实践
要在土木工程制图课程课时压缩的情况下整合、调整教学内容，改变既有的教学模式，以激发学生的学习兴趣和学习热情，更好地服务于相关专业课程。基于BIM技术的Revit软件是当前具有代表性的三维设计软件，具有三维可视化的特点，是对现有CAD教学的拓展，将其融入土木工程制图课程的教学过程中，不仅能帮助学生认识、想象三维形体，提高识读工程图的能力，能为学生后续的专业学习、设计大下良好的基础。1.教学理念的改革土木工程制图已经从传统的手工绘图、二维图形的表达逐渐向计算机绘图、三维绘图迈进。新的阶段需要新型的人才，传统的点、线、面等几何空间的解析教学已不满足现在时代的发展。二维的识读图应向三维的形体设计转换，而BIM的三维可视化建模，可以为我们解决这个问题。2.教学内容的改革当前土木工程制图课程主要由画法几何、专业制图、计算机辅助绘图三部分构成。为适应新时期人才培养的要求及考虑到以后的实际应用，在当前的教学中融入BIM技
术，就必然调整当前的教学内容。例如，在画法几何这部分内容中的投影理论，点、直线、平面的投影问题，与实际工程的图样联系不是很密切，掌握好基本的投影关系即可；轴测图部分可适当加强，以培养学生徒手绘制三维草图的能力，为其实际工作服务；难度较大的立体表面交线这部分内容可适当降低要求；在形体表达方法（剖面图、断面图等）部分，选择生活中常见的工程实体的表达题目，激发学生的学习兴趣和热情。通过整合就可省出部分课时用来学习BIM软件，借助其三维可视化的优势，帮助学生快速理解形体，同时可直观看到复杂形体的实体及其表面的交线（相贯线、截交线）等；在专业制图部分，应用BIM中的Revit软件建模，并介绍结构物的构成，介绍结构物的几何属性、材料属性，帮助学生认识工程实体的构成，有身临其境的感觉，使学生真正掌握结构的构成，激发学生课堂学习的兴趣，提高课堂教学对学生的吸引力，同时也掌握了施工图的绘制、阅读。然而当前的计算机辅助课程AutoCAD以绘制平面图形为主，其三维绘图不便，考虑到未来行业发展的需要，BIM设计软件的学习势在必行。3.教学体系的改革既有的土木工程制图的课程教学体系是以几何图形理论教学为主，计算机绘图为辅，即重点讲述投影理论，将空间形体问题简化成平面上的点、线、面问题来解决；计算机绘图以二维绘图为主。基于BIM技术三维绘图软件的出现，改变了传统的设计思路，使我们的教学体系以计算机三维建模为主线，将理论教学与计算机绘图教学融为一体，形成一套完整的教学体系。目前为止，关于BIM的相关课程的教学改革，在国内还是相对较少的，因此有必要借鉴国外高校的BIM教学改革成果，采用独
土木工程制图课程改革与实践
