解明鏡，石磊，羅明

( 中南大學(xué) 建筑與藝術(shù)學(xué)院，湖南 長沙，410075)

基于BIM平臺的集成化可持續(xù)建筑設(shè)計教學(xué)研究

解明鏡，石磊，羅明

( 中南大學(xué) 建筑與藝術(shù)學(xué)院，湖南 長沙，410075)

通過對我國建筑設(shè)計教育現(xiàn)狀的分析，指出基于線性設(shè)計模式和單一學(xué)科平臺的教育模式已不能滿足可持續(xù)建筑設(shè)計需求，基于集成化設(shè)計模式和跨學(xué)科設(shè)計平臺的教學(xué)方式更適應(yīng)社會的需求和學(xué)生設(shè)計能力的培養(yǎng)，而BIM平臺能夠為集成化設(shè)計模式提供軟件平臺，滿足教學(xué)要求。通過在教學(xué)團(tuán)隊、教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)時間上的改進(jìn)與實(shí)踐，教學(xué)改革收到良好效果，學(xué)生設(shè)計能力與專業(yè)內(nèi)認(rèn)可程度都有較大提高，在全國學(xué)科競賽中成績優(yōu)異。

BIM；集成化設(shè)計；可持續(xù)建筑；教學(xué)改革

一、建筑設(shè)計教學(xué)現(xiàn)狀

當(dāng)前，我國土木建筑工程教育的現(xiàn)狀特點(diǎn)是沿承前蘇聯(lián)的專業(yè)設(shè)置，劃分較細(xì)。過細(xì)的專業(yè)教育體系中每個專業(yè)過分側(cè)重于自身的基礎(chǔ)，甚至有將專業(yè)自身的基礎(chǔ)誤認(rèn)為是專業(yè)目標(biāo)的傾向[1]。同時各專業(yè)之間也缺乏必要的聯(lián)系，每一個專業(yè)都缺乏從土木建筑整體的高度來對學(xué)生進(jìn)行教育的體系。

從建筑設(shè)計教學(xué)上看，由于目前建筑設(shè)計模式仍然是線性的設(shè)計模式[2]，建筑師以藝術(shù)形式和功能為目的完成建筑設(shè)計，然后交給結(jié)構(gòu)與HVAC工程設(shè)計人員，導(dǎo)致建筑設(shè)計教學(xué)依然偏重于建筑的形式設(shè)計和功能設(shè)計，教師難以用集成化的設(shè)計模式指導(dǎo)學(xué)生從事建筑設(shè)計。

隨著社會和科技的發(fā)展，可持續(xù)建筑逐步成為建筑設(shè)計的主流方向時，技術(shù)問題越來越復(fù)雜，現(xiàn)有的基于傳統(tǒng)線性設(shè)計模式與單一學(xué)科平臺的教學(xué)方法與知識結(jié)構(gòu)，已經(jīng)不能適應(yīng)社會的對可持續(xù)建筑設(shè)計人才的需求。要改變這一落后的現(xiàn)狀，就迫切的需要在教學(xué)方法、教學(xué)平臺以及教學(xué)內(nèi)容上進(jìn)行系統(tǒng)的改革。

二、集成化可持續(xù)建筑設(shè)計與BIM平臺

在建筑建造、使用過程中需要消耗大量的能源和資源，如何節(jié)約能源，是全社會，特別是建筑領(lǐng)域技術(shù)人員的任務(wù)。預(yù)計到2020年我國新增建筑面積將達(dá)300億平方米。但我國能源嚴(yán)重短缺而利用效率很低。對此，政府鼓勵發(fā)展可持續(xù)建筑，制定并強(qiáng)行推行更為嚴(yán)格的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。建筑設(shè)計是可持續(xù)建筑推廣和使用中最重要的環(huán)節(jié)，而傳統(tǒng)的設(shè)計模式很難真正高效地利用各種節(jié)能建筑技術(shù)。要達(dá)到建筑節(jié)能的目標(biāo)，要求不同專業(yè)的設(shè)計人員在不同設(shè)計階段都能夠在建筑全壽命周期能耗分析的基礎(chǔ)上，共同對設(shè)計過程進(jìn)行優(yōu)化，以正確選擇建筑材料、部件、技術(shù)和設(shè)備，達(dá)到最佳節(jié)能效果。

傳統(tǒng)的建筑設(shè)計模式是線性化的工作模式：建筑師提供信息給其他專業(yè)的設(shè)計師，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)建筑目標(biāo)（功能、美學(xué)和形式）。而集成化可持續(xù)設(shè)計模式需要各個專業(yè)的設(shè)計師同時工作，或者說必須采用環(huán)狀的、基于雙向信息反饋的協(xié)同工作模式（如圖1）。這兩種工作模式有本質(zhì)上的差別，因此有必要對新的設(shè)計模式進(jìn)行深入研究。新的設(shè)計模式將以傳統(tǒng)的建筑目標(biāo)和可持續(xù)性能為同等重要的雙重目標(biāo)，以集成設(shè)計思想為手段，保證不同專業(yè)設(shè)計人員緊密的合作。

集成化建筑設(shè)計要求各個專業(yè)在設(shè)計初期就進(jìn)行配合，互相改進(jìn)，達(dá)到同步優(yōu)化。這種優(yōu)化是需要進(jìn)行定量評價的，否則將沒有說服力和可信度。模擬仿真評價軟件就是定量分析的工具。只有掌握并使用這種工具，才能促使建筑師和工程師尋找到合作的基點(diǎn)。習(xí)慣于使用傳統(tǒng)設(shè)計模式和工具的設(shè)計人員很難掌握和使用此類模擬評價軟件。基于傳統(tǒng)設(shè)計模式進(jìn)行培養(yǎng)的學(xué)生，在傳統(tǒng)教學(xué)方法和內(nèi)容下，同樣也不具備進(jìn)行集成化可持續(xù)建筑設(shè)計的能力，這都需要在教學(xué)中進(jìn)行改變。

目前，國內(nèi)外已經(jīng)開發(fā)了不同專業(yè)的輔助設(shè)計和分析模擬軟件、各類技術(shù)、產(chǎn)品和設(shè)備數(shù)據(jù)庫，這些資源可能已經(jīng)能夠滿足可持續(xù)建筑設(shè)計的需求，但在設(shè)計中如何適時有效地選擇利用這些資源，就需要借用BIM平臺，利用BIM平臺對輔助設(shè)計軟件與模擬評價軟件進(jìn)行集成，以獲得最佳的設(shè)計性能。

圖1 線性設(shè)計模式和集成化設(shè)計模式比較

建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)是近年來在建筑業(yè)出現(xiàn)的數(shù)字化建模新技術(shù)[3-4]。BIM是以建筑工程項目的各項相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，進(jìn)行建筑模型的建立。它具有可視化，協(xié)調(diào)性，模擬性，優(yōu)化性和可出圖性五大特點(diǎn)。這些建筑模型的數(shù)據(jù)在建筑信息模型中的存在是以多種數(shù)字技術(shù)為依托，從而以這個數(shù)字信息模型作為各個建筑項目的基礎(chǔ)，去進(jìn)行各個相關(guān)工作。建筑工程與之相關(guān)的工作都可以從這個建筑信息模型中拿出各自需要的信息，即可指導(dǎo)相應(yīng)工作又能將相應(yīng)工作的信息反饋到模型中。

所有的傳統(tǒng)輔助建筑設(shè)計軟件所能達(dá)到的目標(biāo)都可以通過BIM平臺完成，同時BIM平臺還能方便的將建筑設(shè)計模型數(shù)據(jù)提供給模擬評價軟件進(jìn)行分析。目前國際上已出現(xiàn)了一些BIM設(shè)計平臺，包括建筑設(shè)計軟件如 Revit Building、MicroStation TriForma、ArchiCAD 等等[5]。

可以看出，為了適應(yīng)可持續(xù)建筑設(shè)計的行業(yè)趨勢，加強(qiáng)建筑學(xué)專業(yè)學(xué)生的可持續(xù)建筑設(shè)計能力，就需要基于BIM平臺，培養(yǎng)學(xué)生集成化設(shè)計思維與使用建筑性能模擬軟件的能力，在教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容上進(jìn)行較大范圍的改革。

三、教學(xué)改革實(shí)踐

建筑學(xué)專業(yè)本科教育為5年，具有建筑學(xué)學(xué)士專業(yè)學(xué)位，1-2年級為低年級，以培養(yǎng)學(xué)生對建筑的認(rèn)識能力為主，同時逐步培養(yǎng)其對建筑設(shè)計的初步認(rèn)知。3-5年級為高年級，主要培養(yǎng)符合社會需求的能獨(dú)立從事建筑設(shè)計的人才為目標(biāo)。3年級為學(xué)生真正開始接觸建筑設(shè)計的關(guān)鍵年級，也是建筑設(shè)計能力培養(yǎng)與設(shè)計思維逐步定型的時期。因此，我們挑選了3年級作為教學(xué)改革的實(shí)驗?zāi)昙?，在教學(xué)團(tuán)隊、教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容上進(jìn)行了一系列的改革實(shí)踐。

教學(xué)團(tuán)隊上：在建筑設(shè)計專業(yè)課程中構(gòu)建了跨學(xué)科的包括建筑技術(shù)、建筑設(shè)計、建筑結(jié)構(gòu)、建筑環(huán)境等多專業(yè)在內(nèi)的教學(xué)小組，負(fù)責(zé)同時培養(yǎng)學(xué)生傳統(tǒng)建筑設(shè)計能力和集成化建筑設(shè)計能力。建筑技術(shù)教師負(fù)責(zé)BIM平臺的使用教學(xué)，建筑設(shè)計教師負(fù)責(zé)傳統(tǒng)建筑設(shè)計能力培養(yǎng)，建筑環(huán)境教師負(fù)責(zé)建筑性能模擬評價軟件使用的教學(xué)工作，建筑結(jié)構(gòu)教師則專職培養(yǎng)學(xué)生的結(jié)構(gòu)設(shè)計能力。通過跨學(xué)科的設(shè)計團(tuán)隊，在學(xué)生開始建筑設(shè)計學(xué)習(xí)之初，就構(gòu)建跨學(xué)科的建筑設(shè)計相關(guān)知識結(jié)構(gòu)，為后續(xù)發(fā)展提供堅實(shí)基礎(chǔ)。

教學(xué)方法上：運(yùn)用PBL（Problem based learning,問題導(dǎo)向型）教學(xué)方法，通過設(shè)計任務(wù)書的要求，在學(xué)生課程設(shè)計中提出以提高建筑可持續(xù)性能為主的設(shè)計目標(biāo)，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，探求設(shè)計中可能遇到的問題。同時鼓勵學(xué)生參加國家級學(xué)科競賽，以小組為主進(jìn)行討論交流，輔以老師參與指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生主動運(yùn)用多學(xué)科知識結(jié)構(gòu)和軟件平臺，分析解決設(shè)計問題的方法，以提高相應(yīng)的設(shè)計能力。

教學(xué)內(nèi)容上：相繼參與或主持編撰了《可持續(xù)建筑技術(shù)》、《集成化建筑設(shè)計》兩本教材，其中《可持續(xù)建筑技術(shù)》為國家十一五規(guī)劃教材。以兩本教材為基礎(chǔ)，在教學(xué)上融入可持續(xù)建筑、集成化設(shè)計、BIM平臺和建筑性能模擬軟件的使用，同時不降低傳統(tǒng)建筑教學(xué)上對建筑功能與美學(xué)設(shè)計的教學(xué)任務(wù)。

為了適應(yīng)教學(xué)方法的改變和教學(xué)內(nèi)容的增加所導(dǎo)致的教學(xué)時間較長、學(xué)生課堂學(xué)習(xí)時間較少的矛盾，我們將3年級建筑設(shè)計課程的教學(xué)時間從原來的64學(xué)時/學(xué)期調(diào)整了96學(xué)時/學(xué)期，保證足夠的課堂教學(xué)時間。同時，增加課外單獨(dú)輔導(dǎo)的時間，確定每周3下午為課外輔導(dǎo)期，所有教學(xué)團(tuán)隊教師都在固定地點(diǎn)解決學(xué)生設(shè)計中所遇到的問題。最后在每學(xué)期期末，開設(shè)為期2周的課程設(shè)計周，集中教學(xué)、集中設(shè)計、集中答疑，在最大限度發(fā)揮學(xué)生自主性的同時，確保教學(xué)質(zhì)量和成效的鞏固。

四、教學(xué)效果

為了檢驗教學(xué)效果，2011年教學(xué)團(tuán)隊在3年級學(xué)生中挑選幾組同學(xué)參加全國性的可持續(xù)建筑設(shè)計競賽，包括2011年REVIT杯全國大學(xué)生建筑設(shè)計競賽、2011年全國綠色建筑設(shè)計競賽等。就2011年參賽結(jié)果看，獲得了全國二等獎1次、三等獎1次、佳作獎2次（圖2為部分獲獎作品），居全國同類院校前列。參賽的結(jié)果充分展示了基于BIM平臺的教學(xué)方法在全面提高教學(xué)質(zhì)量、提高設(shè)計效率等方面的優(yōu)勢，集成化可持續(xù)建筑設(shè)計方法在設(shè)計流程與設(shè)計應(yīng)用上的價值，充分說明了本文提出的教學(xué)改革的有效性，在建筑學(xué)設(shè)計教學(xué)中具有一定的推廣應(yīng)用價值。

圖2 部分參賽獲獎作品

[1] 張國強(qiáng)，解明鏡，徐 峰.中國可持續(xù)建筑領(lǐng)域教育的現(xiàn)狀分析與改革[J].建筑學(xué)報，2009,(9):41-43.

[2] 徐 峰，解明鏡，周 晉，等. 集成化建筑設(shè)計[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[3] 李建成，王 朔，杜 嶸. Revit Building建筑設(shè)計教程[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.

[4] 李建成. 建筑信息模型與建筑學(xué)專業(yè)的教學(xué)[J].建筑學(xué)報，2007,(7): 100-101.

[5] 許 蓁，曲翠萃. 認(rèn)知·思維·表達(dá)—— Autodesk Revit Building軟件在建筑學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J].建筑學(xué)報，2007, (5): 99-101.

A Study of the Teaching of Integrated Sustainable Building Design Based on the BIM Platform

XIE Ming-jing, SHI Lei, LUO Ming
（School of Architecture and Art, Central South University, Changsha 410075, Hunan, China）

Based on the analysis of the status of architectural education, the liner design model and the singleness disciplinary educational model are founded unsuitable for the requirements of sustainable building design. The new teaching pattern, based on the integrated design model and multi-disciplinary design platform, is more effective for the design capacity training of undergraduates. BIM (Building information model) can afford the software platform for the integrated design model and meet the requirements of the society. By the improvements and practices on the teaching methodology, contents, teaching team and teaching time, the teaching reformation is successful. The design capacity of the undergraduates is improved, and many students win the awards from the national course contests.

building information model; integrated design; sustainable building design; teaching revolution.

G642

A

1673-9272(2012)03-0146-03

2012-03-16

湖南省教育科學(xué)十二五規(guī)劃課題:“基于BIM平臺的集成化建筑設(shè)計人才培養(yǎng)模式的研究”（編號：XJK011CGD047）；

湖南省普通高等學(xué)校

教學(xué)改革研究項目:“可持續(xù)建筑設(shè)計跨學(xué)科課程改革研究”（編號： 湘教通[2011]315號）。

解明鏡(1980-)，男，山西汾陽人，中南大學(xué)建筑與藝術(shù)學(xué)院講師，工學(xué)博士，研究方向：低碳建筑設(shè)計與傳統(tǒng)民居經(jīng)驗科學(xué)化。

[本文編校：楊 燦]