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1、BIM技术在工程结构课程教学中的应用 工程结构课程是工程管理专业最为主要的专业课程，但因其内容抽象、公式复杂而给学生学习和掌握这一专业知识带来困难。针对其中的教学难点，文章基于BIM技术给出了在教学中如何有效展示工程结构构件的随机组合形态和构件之间的相互关系、工程结构在荷载作用下的传力路径、力学特性与破坏机理的教学新方法。结合新方法在工程结构课程教学中的应用效果，文章就如何将BIM引入工程结构课堂教学、提高工程结构教学水平给出了三条具体建议，即加快思想认识转化、设立工程结构BIM实验室和开发基于BIM技术的工程结构教学素材。 一、工程?Y构课程内容及其教学现状 工程结构是一门理论与实践紧密结合
2、的专业课程，该课程实用性强、应用范围广，是从事工程管理必须掌握的核心技术。因此，自高等院校设立工程管理专业以来，工程结构这一课程就成为该专业的核心主干课程。 然而，由于该课程所授内容不仅包含工程结构的基本组成、承载方式、受力特点、传力路径等大量专业基础知识，还包含结构荷载组合、承载极限分析、结构形态演化、结构变形破坏、结构构件设计、设计公式推导、结构参数假设、结构构造配置等众多内容抽象、晦涩难懂的专业理论，且在学习过程中需要学生熟记大量的工程设计基本参数、专业术语、计算公式和设计规则，了解和掌握工程结构多种材料的变换组合与相互替代，这就使得学生在该课程学习中倍感吃力、困难重重1。对此，很多教师
3、在教学中常借助结构模型、结构图片和实物图像予以工程结构二维平面或三维立体演示，但对于缺乏工程结构客观感知和实践经验的学生来讲，很难理解变换多样的空间立体结构，更无法深刻领会荷载作用下工程结构随时间推移的结构形态变化和破坏机理等四维特性，进而在学习用中逐渐产生畏难情绪并影响到学生的学习积极性2。因此，如何通过更为科学有效的教学方法将这一重要专业技术课程变得通俗易懂，使学生能够更好学习和掌握这一专业技术知识，成为工程结构课程教学需要研究和解决的一个重要现实问题。 二、 BIM技术及其特点 BIM是Building Information Modeling的简称，即建筑信息模型，它是通过数字信息进行
4、建筑物仿真模拟的一门新技术，具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性的特点3。BIM内含3D和4D技术，3D技术主要是基于工程项目的相关数据，构建建筑物的三维空间立体模型，可从多个视角展示出工程结构的平立剖效果以及构件之间的空间组合关系（如图1所示），结构设计规范以及结构设计中隐藏的基本构造要求等内容则可通过虚拟的方式展现出来（如图2所示）。 4D是在3D的基础上纳入时间序列，不仅能够帮助使用者形象直观地认知工程结构随时间变化而变化的具体形态，理解工程结构的施工顺序、施工工艺、现场施工组织活动等内容，还能发现工程结构在时间变化状态下结构空间存在的位相冲突问题4。因此，自BIM技术使用以来，
5、4D技术就深受工程项目管理者和工程结构设计者的喜爱。 三、工程结构课程教学引入BIM的方法 目前，在工程结构专业课程教学中，学生学习和教师授课的难点主要集中在两大方面一是在工程结构基础知识中，采用传统教学方式很难全方位展示出工程结构构件的随机组合形态变化结果以及构件之间的相互关系；二是无法展示出工程结构在荷载作用下的传力路径、力学特性与破坏机理，进而给学生讲授工程结构设计、结构参数选择、结构构造配置等专业知识带来更大困难5。然而，将BIM技术引入后，上述问题就可迎刃而解6。 （一）工程结构构件的随机组合形态展示 当教师讲解工程结构基础知识中结构构件随机组合形态变化以及构件之间的相互关系时，可以
6、预先确定工程结构模型的基本信息，如砌体结构、排架结构或框架结构的三维尺寸、构件的断面尺寸等，然后通过附以结构材料信息的BIM建模过程，编制工程结构构件。在此基础上，通过BIM平台进行多种构件的相互组合，即可将书本上抽象的工程结构构件随机组合形态变化结果以及构件之间的相互关系形象地展示出来7，并让学生切身感受到工程结构的组合变化过程，体验到工程结构变化多样的组合魅力，进而激发学生的学习兴趣与热情。如图3所示。 （二）工程结构的传力路径与力学特性 在荷载作用下，不同类型的工程结构具有不同的传力路径，了解和掌握工程结构的传力路径对科学开展工程结构的力学分析至关重要。但由于肉眼无法观察到工程结构的传递
7、荷载过程，因此学生无法感知工程结构的真实受力形态。针对该问题，教师可以基于BIM技术预先建立工程结构模型，并融入ANSYS仿真软件，通过彩色云图方式展示出结构构件的应力应变分布以及支座反力情况8，以此让学生直观看到工程结构在荷载作用下的传力路径和力学特性，如图4所示。 （三）工程结构的破坏机理 在讲授结构构件的受力原理及其破坏过程时，由于受到讲课时间、实验设备等客观条件的约束，不能在课堂直接进行实物实验，此时可以借助BIM的4D功能模拟构件破坏过程，让学生看清荷载作用下工程结构及其构件出现裂缝以及裂缝的发展趋势，帮助学生深刻领会工程结构专业知识的内涵与本质。 （四）工程结构设计 培养学生能够独
8、立进行工程结构设计是工程结构课程教学的最后一个环节，其目的是帮助学生在获知工程结构专业知识的基础上，学会综合应用所学知识，并掌握工程结构设计的完整流程，为今后开展实际工作打好基础。但开展工程结构设计前，学生需要熟记大量的工程设计基本参数、计算公式和设计规则，这就给学生开展工程结构设计带来困难9。针对此问题，教师在授课前应针对不同类型的工程结构及其设计要求，首先基于该结构的设计原理提炼出与之相应设计模型，将工程设计规范和常用工程结构设计参数进行整合，构建起多种结构的数据库，然后利用计算机语言进行编程，开发出工程结构设计的仿真软件。因此，当学生选定工程结构类型及其相关参数后，即可按照设计程序模拟工程结构及其构件的设计，使学生真实体验到工程设计的完整流程，并能直接看到工程结构的设计结果。第 6 页