三维数字化技术在混凝土楼梯内部构造教学中的应用研究黄朝广赵程程摘要：为了增强混凝土楼梯内部构造教学的趣味性、直观性，运用三维数字化技术，将各种情形的混凝土楼梯制作成虚拟三维模型，且将外部混凝土设置成半透明，表现其内部钢筋构造，同时，将二维图纸与三维模型同屏对照，开发出可交互的三维数字化教学资源。运用这些教学资源辅助教学，优化教学手段，提高教学效果。关键词：三维数字化技术;混凝土楼梯;内部构造;教学辅助：G712文献标识码：A：2095-8153（2020）01-0078-04楼梯是建筑中的重要竖向交通工具，而混凝土楼梯又是楼梯中最安全的一种形式。其抗震性能、耐火性能、抗变形性能和耐噪音性能都是钢、木楼梯所无法比拟的，也是建筑工程中应用最为广泛的一种形式。因此，混凝土楼梯构造是土木建筑类专业学生必学内容。楼梯构造包括外部构造和内部构造，外部构造主要是指栏杆、扶手、台阶、防滑等，我们平时可以看到的部分的连接、固定关系。而内部构造则是指混凝土楼梯板内部钢筋的位置、连接、弯折和锚固的关系。虽然内部构造平时看不到，但却关系楼梯安全的重要内容。如果内部钢筋安装错误，可能导致施工期间或是紧急疏散时坍塌，因此，土木建筑类学生必须学会学透。然而，由于种种原因，学生学起来十分困难。一、混凝土楼梯构造教学中存在的主要困难混凝土楼梯构造教学的目的是提高学生对设计图纸信息接收和理解的准确性。但受诸多因素的影响，实际教学困难较大，教学效果不佳。1.图纸设计中，信息有损失当前，建筑工程设计和土木建筑教育教学中仍然采用二维图形来表达三维对象。严格意义上讲，要准确表达一个单材质物体（如：素混凝土基础）至少需要三张相互关联的二维图形（三视图），而描述一个由多种材质组成的结构构件（如：钢筋混凝土楼梯）还需要补充若干剖面图，补充展现其内部关系，才能表达清楚[1]。（如图1和图2）在楼梯结构设计过程中，为了减少绘图工作量，降低出图成本，结构设计人员往往根据自身理解和行业惯例，对表达三维楼梯的多个相互关联的二维图形适当简化，减少二维图形个数、简化标注等。比如：表达一根矩形截面等距配箍、通长配筋的钢筋混凝土楼梯梁，设计通常只绘制一个横断面，并标注其长度即可。（如图3和图4）在簡化设计的过程中，设计师必须特别细心，否则，容易造成信息遗漏。特别是复杂三维对象，到底需要哪几个相互关联的二维图形才能表达清楚，取决于设计人员的理解，对同一三维对象，不同的设计师选取的二维图形差异较大，带来的信息损失也不同。设计信息损失的多少与设计人员直接相关。2.图纸阅读时，理解有差异同一套二维图纸，不同知识基础和工程阅历的人其理解也会有很大差别。由于大部分图纸都是经过适当简化的二维图，图中信息或多或少都有损失。对经验丰富的专业技术人员，能够凭借工程经验准确还原被遗失信息，而对在校学生来说，则无法完全理解。即使是设计表达十分周全的工程图纸，不同的读者理解也会不同[2][3][4]。3.多图综合读，领悟有偏差对于比较复杂的三维楼梯，表达它的二维图纸可能会有很多张，这些二维图纸中的形态、尺寸、形状等要素相互关联，相互依赖。如果读图人员专业基础不扎实，工程经验不丰富，读图不细致或者关联阅读不到位，都有可能造成设计信息的理解偏差[5]。4.平常难见到，想象难度大混凝土楼梯内部构造通常在混凝土浇筑完成后立即被隐蔽，只有参与建筑工程施工活动的人员才能观察到，非从业人员平时很难看到。在校学生因尚未涉足工程实践，看到的机会也不多。为了提高教学效果，有些高职院校花费巨资建设混凝土楼梯构造模型[6]。5.现场去教学，安全风险大如果将教学场所转移到工程现场，倒是一种很好的教学方式。但校园附近不一定有恰当的在建工程，现场安全隐患多，班级学生数量大等因素，都直接制约了现场教学的便利性。如果校园附近无在建工程，就需要组织学生到较远的工地去，来往途中交通安全隐患多。到了工程现场，上有塔吊吊篮，下有洞口临边，稍有不慎，就有可能造成人身伤亡。再者，40人的班容量，要想到钢筋纵横、支撑密布的施工操作层去开展教学，难度之大可想而知。可是，不到...