侯學(xué)良 鄧忠清

[摘 要] 工程結(jié)構(gòu)是工程管理專業(yè)一門非常重要的課程，但其知識體系的復(fù)雜性、抽象性和實(shí)踐性給教學(xué)帶來了一定難度。為了解決這一難題，在教學(xué)中引入了Revit軟件，借此軟件可以實(shí)現(xiàn)對建筑結(jié)構(gòu)整體或單體構(gòu)件的外觀形態(tài)與內(nèi)部結(jié)構(gòu)及鋼筋布置進(jìn)行系統(tǒng)展示，對真實(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真模擬。應(yīng)用結(jié)果證明，該工具不僅有助于工程結(jié)構(gòu)課程教學(xué)水平的提高，而且可以使學(xué)生在準(zhǔn)確掌握工程結(jié)構(gòu)專業(yè)知識的同時(shí)，激發(fā)學(xué)生對專業(yè)課程的學(xué)習(xí)興趣。

[關(guān)鍵詞] Revit軟件；工程結(jié)構(gòu)；課程教學(xué)；仿真模擬

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2019. 01. 090

[中圖分類號] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2019）01- 0211- 03

0 引 言

工程結(jié)構(gòu)是工程管理專業(yè)基礎(chǔ)必修課程之一。然而由于該課程的知識體系的復(fù)雜性、抽象性和實(shí)踐性，使得傳統(tǒng)的授課方式——黑板板書和口頭講解已經(jīng)不能讓學(xué)生將相關(guān)知識掌握透徹。因此，如何有效解決工程結(jié)構(gòu)課程教學(xué)的這一問題，已成為工程結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中的一個(gè)重要問題。

1 工程結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)現(xiàn)狀

工程結(jié)構(gòu)是一門理論與實(shí)踐結(jié)合的專業(yè)課程，也是一門集材料、設(shè)備、工藝、方法和管理為一體的綜合性應(yīng)用技術(shù)。該課程應(yīng)用范圍較廣，基礎(chǔ)性較強(qiáng)，是工程管理專業(yè)十分重要的課程之一，也為本專業(yè)其他課程的學(xué)習(xí)奠定了重要的基礎(chǔ)。

但與工程管理專業(yè)的其他課程相比，該課程具有較強(qiáng)的專業(yè)知識綜合性和復(fù)雜性，知識體系具有顯著的系統(tǒng)性和抽象性。特別是對于一些砌體結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的構(gòu)造設(shè)計(jì)，這些需要靠實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)積累的，就需要學(xué)生具有一定的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與體會，因此，這就給學(xué)生在工程結(jié)構(gòu)課程中的學(xué)習(xí)帶來了一定的難度。

但更主要的是，在實(shí)際教學(xué)中，老師的授課方式多采用PPT幻燈片放映加上黑板板書和口頭講解，而對于實(shí)際工程中的一些結(jié)構(gòu)形式，大多數(shù)老師會選擇在PPT中加入相應(yīng)的圖片、視頻或者使用CAD軟件幫助學(xué)生理解學(xué)習(xí)。然而圖片、視頻和CAD繪制的圖形更多的是二維展示，而在對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力整體狀況、結(jié)構(gòu)體系、不同結(jié)構(gòu)類型的劃分等等三維狀態(tài)做解釋的時(shí)候，由于學(xué)生接收能力的參差不齊，學(xué)生在腦海中無法呈現(xiàn)一個(gè)立體畫面并有效理解工程結(jié)構(gòu)的內(nèi)外形式和受力狀態(tài)。而受力從微觀角度來看又是一個(gè)漸變的過程，學(xué)生在腦海中無法呈現(xiàn)一個(gè)立體畫面的情況下更沒辦法去想象一個(gè)動態(tài)的三維模型。同時(shí)，由于學(xué)校開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程太少，學(xué)生在現(xiàn)場實(shí)習(xí)的機(jī)會少，時(shí)間過短且沒有針對性[1]，這就給學(xué)生了解和掌握這么專業(yè)課程帶來更大的困難。因此，如何有效解決這一問題成為工程結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)問題。

2 Revit軟件的特點(diǎn)

Revit是Autodesk公司開發(fā)的一套軟件，支持提供建筑設(shè)計(jì)、MEP工程設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工具。Revit Structure是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重點(diǎn)模塊，為結(jié)構(gòu)工程師和建筑設(shè)計(jì)師提供了一項(xiàng)重要制圖工具，可以更加精確地設(shè)計(jì)和建造高效的建筑結(jié)構(gòu)[2]。

在實(shí)際應(yīng)用中，Revit Architecture可實(shí)現(xiàn)的功能主要分為以下幾類：建筑構(gòu)件設(shè)計(jì)，主要包括墻體、門窗、樓板、屋頂、樓梯、柱子、梁等各種建筑構(gòu)件的設(shè)計(jì)。視圖處理，主要包括平面、立面、剖面、三維、詳圖、明細(xì)表的創(chuàng)建與處理以及布圖打印等。建筑表現(xiàn)，主要包括日光研究、渲染和漫游等。高級應(yīng)用，包括體量、組、族、局部設(shè)計(jì)方案、工程階段、大型項(xiàng)目協(xié)同設(shè)計(jì)等[3]。

特別是在工程結(jié)構(gòu)的展示方面，Revit的渲染功能可以讓模擬出的結(jié)構(gòu)更加真實(shí)，漫游功能可以通過視頻的方式展示出結(jié)構(gòu)，各種視圖也替代了CAD的功能。Revit軟件仿真模擬的對象大到整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)，小到梁板柱等構(gòu)件的鋼筋布置，最終呈現(xiàn)出來的畫面清晰明了，這給工程結(jié)構(gòu)的教學(xué)帶來了極大的推進(jìn)。

3 Revit輔助工程結(jié)構(gòu)教學(xué)的過程

Revit輔助工程結(jié)構(gòu)教學(xué)主要體現(xiàn)在對整體結(jié)構(gòu)和細(xì)部結(jié)構(gòu)的展示。

3.1 Revit對整體結(jié)構(gòu)的展示

目前工程結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)內(nèi)容一般都繼承材料力學(xué)“拉、壓、彎、剪、扭”系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)力學(xué)中桿件體系分析系統(tǒng)，其好處是能將混凝土、砌體、鋼結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)件（梁、柱、板、墻等）與學(xué)過的內(nèi)容聯(lián)系起來，形成更高級的信息網(wǎng)絡(luò)。但在學(xué)生不了解結(jié)構(gòu)整體布局的情況下講授上述內(nèi)容尤為抽象，而且將實(shí)體結(jié)構(gòu)抽象為特定條件下的力學(xué)模型會受結(jié)構(gòu)受力特征、荷載傳遞特性制約。學(xué)生學(xué)習(xí)后對基本構(gòu)件的截面計(jì)算比較熟悉，而對結(jié)構(gòu)豐富的內(nèi)涵以及它們和建筑的聯(lián)系卻了解不夠[4]，而Revit軟件利用其3D技術(shù)能很快地解決了此問題。

Revit軟件的architecture部分功能可以幫助進(jìn)行自由形狀建模，很快地創(chuàng)建出三維模型（如圖1所示），并能展示出相應(yīng)的平面圖、剖面圖。對于整個(gè)結(jié)構(gòu)，在軟件中能夠從外部把握整體的結(jié)構(gòu)布局，從內(nèi)部清晰地觀察到內(nèi)在構(gòu)件組成。同時(shí)Revit功能中還可以真實(shí)還原出不同的建筑材料，仿真模擬出現(xiàn)實(shí)生活中各種結(jié)構(gòu)——磚混結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)和木結(jié)構(gòu)的樣式。在教學(xué)中，向?qū)W生展示整體結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生能夠有個(gè)大致把握。學(xué)生進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對構(gòu)件進(jìn)行正確設(shè)計(jì)的前提就是明確整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的傳力路徑，而對整體結(jié)構(gòu)有一個(gè)清晰的外觀把握對進(jìn)行傳力路徑的正確分析是必不可少的。這對課程的教學(xué)有了很大的促進(jìn)。同時(shí)Revit可以幫助學(xué)生在學(xué)習(xí)中擁有一個(gè)從宏觀到微觀的觀察視角，更有助于后面對細(xì)部結(jié)構(gòu)的解剖分析。

3.2 Revit對細(xì)部結(jié)構(gòu)的展示

工程結(jié)構(gòu)很重要的兩個(gè)部分——砌體結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)都會涉及鋼筋的配置。對于單個(gè)構(gòu)件，根據(jù)鋼筋的強(qiáng)度要求和構(gòu)造要求能很快地設(shè)計(jì)出鋼筋的數(shù)量、大小和放置方式，但就整個(gè)工程來說，復(fù)雜的鋼筋遍布整個(gè)建筑物，如果只是靠手工計(jì)算和繪制，其準(zhǔn)確率是很難保證的。

同時(shí)，在授課過程中如果只是靠平面板書，老師想要繪制出立體、準(zhǔn)確的鋼筋也十分耗費(fèi)時(shí)間，而且對于這樣的板書同學(xué)們可能還是無法快速地想象出鋼筋實(shí)際布置的方式。

在Revit軟件中，對構(gòu)件有方位定位的功能，可以從多個(gè)角度進(jìn)行觀察，加上制作動畫的功能，可以在教學(xué)過程中很好地將構(gòu)件展示出來，而且線框、著色、真實(shí)等多種視覺樣式在很大程度上還原了鋼筋布置的真實(shí)場景。此外，Revit還能通過明細(xì)表表達(dá)柱配筋，通過注釋族表達(dá)梁配筋，通過詳圖大樣族表達(dá)樓板配筋，通過共享參數(shù)和注釋族實(shí)現(xiàn)墻柱梁板截面的參數(shù)化表達(dá)，利用Revit的這些參數(shù)化功能，先準(zhǔn)確定位再放置鋼筋，使鋼筋的狀態(tài)能夠清晰呈現(xiàn)（如圖2所示）并且避免出現(xiàn)沖突，減少繪圖量、對圖量及圖紙錯(cuò)漏[5]，還可以在課堂上對鋼筋的參數(shù)進(jìn)行編輯和實(shí)時(shí)的修改，能夠有效提高修改的簡單性[6]，大大減少了失誤率。Revit對細(xì)部構(gòu)件的展示對教學(xué)的改進(jìn)起到了進(jìn)一步的推動作用。

4 Revit的實(shí)際應(yīng)用效果

結(jié)合工程管理專業(yè)教學(xué)實(shí)例，對應(yīng)用Revit軟件前后對比分析，發(fā)現(xiàn)Revit對課程教學(xué)的推動作用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

4.1 激發(fā)學(xué)生對專業(yè)課程的學(xué)習(xí)興趣

在此軟件應(yīng)用前，老師直接對相關(guān)復(fù)雜的知識進(jìn)行講解，使得學(xué)生沒法輕松理解，就容易產(chǎn)生疲憊感而厭倦學(xué)習(xí)；在引入Revit軟件后，老師可以向?qū)W生展示三維動態(tài)模型，加上動畫漫游效果，還可對參數(shù)化的繪制實(shí)時(shí)修改，學(xué)生有了身臨其境的感覺，又可參與師生互動，這讓學(xué)生有了更濃厚的學(xué)習(xí)興趣。

4.2 使學(xué)生能夠準(zhǔn)確掌握工程結(jié)構(gòu)專業(yè)知識

當(dāng)學(xué)生對專業(yè)課程有了學(xué)習(xí)興趣后，主動的學(xué)習(xí)會讓學(xué)習(xí)的效果成倍增加?？茖W(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性要求學(xué)生掌握知識的準(zhǔn)確度很高，Revit的引入有助于學(xué)生從三維圖中快速分析出結(jié)構(gòu)的傳力途徑和鋼筋的布置方式、構(gòu)造要求，從各種視圖、方位圖中有效了解施工細(xì)節(jié)，從明細(xì)表中準(zhǔn)確讀取材料數(shù)量[7]、結(jié)構(gòu)性質(zhì)等參數(shù)。

4.3 有助于工程結(jié)構(gòu)課程教學(xué)水平的提高

先前傳統(tǒng)的教學(xué)方式導(dǎo)致部分學(xué)生沒有學(xué)習(xí)興趣，而在引入Revit輔助教學(xué)后，連續(xù)三年的評教綜合評價(jià)結(jié)果證明，工程結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)的優(yōu)秀率都在90%以上，其中2015年為95.2%，2016年為94.2%，2017年為95%。由此可見，Revit讓工程結(jié)構(gòu)課程教學(xué)水平有了大幅度的提高，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)動力的同時(shí)減輕了老師的教學(xué)壓力，真正實(shí)現(xiàn)了教與學(xué)的和諧發(fā)展[8]。

5 結(jié) 語

BIM技術(shù)在工程實(shí)踐中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，而Revit軟件作為BIM技術(shù)很重要的組成部分，不僅僅是有助于工程結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)，甚至對于整個(gè)工程專業(yè)的力學(xué)相關(guān)的專業(yè)課程都有很大的幫助。將Revit軟件應(yīng)用到工程結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中，極大地促進(jìn)了教學(xué)，但同時(shí)也檢驗(yàn)了軟件本身，為Revit軟件進(jìn)一步的改善提升性能提供了方向。

主要參考文獻(xiàn)

[1]王長青，劉佳.基于工程結(jié)構(gòu)課程探析工程管理專業(yè)教學(xué)改革[J].南陽師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，14（9）：71-73.

[2]張維錦，龍偉，龔鵬程.基于Revit柱結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)研究[J].華東交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，34（5）：7-11.

[3]上官志鋒.用Revit實(shí)現(xiàn)建筑信息模型的研究[J].科技前沿，2009，（24）：20-21.

[4]蔣德穩(wěn).工程結(jié)構(gòu)課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J]. 淮海工學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，11（7）：84-87.

[5]陳劍佳，焦柯，楊遠(yuǎn)豐.基于Revit建筑結(jié)構(gòu)施工圖表達(dá)的實(shí)用方法[J].土建工程信息技術(shù)，2015，7（5）：28-34.

[6]南愛強(qiáng)，王鋒憲. BIM技術(shù)Autodesk Revit軟件在橋梁外形、配筋以及橋位3D建模中的應(yīng)用[J].開發(fā)應(yīng)用，2018，34（4）：67-69.

[7]Jin-Lee Kim. Use of BIM for Effective Visualization Teaching Approach in Construction Education[J]. Journal of Professional Issues in Engineering Education & Practice，2012，138（3）：214-223.

[8]侯學(xué)良，楊思佳. BIM技術(shù)在工程結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 高等建筑教育，2017，26（6）：129-132.