陳 永 樂

(福建工程學院建筑與城鄉(xiāng)規(guī)劃學院，福建 福州 350118)

?

BIM在建筑學教學中的應用初探

陳 永 樂

(福建工程學院建筑與城鄉(xiāng)規(guī)劃學院，福建 福州 350118)

簡述了BIM技術的產(chǎn)生背景，針對目前建筑學教學過程中存在的問題，從知識體系、教學媒介、多學科協(xié)作等方面，闡述了BIM技術在該課程中的應用，達到了豐富教學方法、提升教學質(zhì)量的目標。

BIM技術，建筑學，教學體系，建筑設計

1 緣起

從“鮑扎”(Ecole des Beaux-Arts)到“包豪斯”(Bauhaus)，從“德州騎士”(Texas Rangers)到匡溪藝術學院(Cranbrook Academy of Art)，建筑學設計教學這個古老的命題，總是隨著時空的變遷不斷演進。在這個數(shù)字化席卷一切的時代，建筑和建筑學也在經(jīng)歷著洗禮和變化，相關的數(shù)字化教學研究取得了長足的進展[1]。建筑信息模型(Building Information Modeling，以下簡稱BIM)是這場變化中的新近熱點，在我國推進工業(yè)4.0的大背景下，其作為建筑行業(yè)基礎性技術的重要性已經(jīng)在實踐環(huán)節(jié)(設計、施工和運維)逐漸顯現(xiàn)并勢必帶來變革性的影響。作為整個學科和行業(yè)的源頭，如何在教學環(huán)節(jié)中汲取營養(yǎng)并回應這種變化，是本文思考的緣起。

一個建筑項目的推進，可以看成是建筑信息從設計到施工再到運維的傳導過程。在傳統(tǒng)的數(shù)字化工作環(huán)境中，適用于不同階段的各種工具(如設計軟件、模擬和分析軟件、施工管理軟件、運維管理軟件)大多各自為政，信息的傳導和轉譯存在著大量的重復、錯誤和缺失。而BIM通過建筑信息的集成將上述工具串聯(lián)起來形成合力，極大地提高了信息傳導的效率和質(zhì)量，使其從一種建模工具提升為建筑信息和工作流的整合平臺[2](見圖1)。建筑學教學同樣是一個信息傳導的過程，存在著諸多信息壁壘，利用BIM的集成性和聯(lián)通性，將其作為一種整合平臺應用到建筑學教學中，正回應了當前教學體系中的諸多問題。

2 知識體系的整合

當前的教學體系，以設計課為核心，相關知識點的傳授都是以課程為單位，分門別類地分散在設計原理課、結構課、構造課、物理課等課程中。這種體系的初衷，是希望學生能將各類別課程中接收的知識點加以整合并最終應用到設計中去。但出于教與學過程中知識轉化效率的天然差異，大部分的結果是，學生掌握的還是片段化的知識“點”，而不是知識“線”或“面”。設計課上做的設計既不知道如何運用原理課的知識進行構思，也不知道如何運用技術課的知識加以深化。

一直以來，建筑學的教學改革始終在探索如何梳理課程之間的縱向邏輯和橫向聯(lián)系，并取得了卓有成效的成果。有了BIM平臺的介入，這種探索就可以增加一個新的維度——以項目為單位整合相關知識的教授。BIM信息集成的優(yōu)勢，使這種整合不僅是知識點巨細靡遺的簡單累加，借助查詢、模擬等數(shù)字化工具更可以促進知識間暢通互聯(lián)。從原理課到技術課各種課程的教學可以共同利用這一平臺從不同角度、不同等級展開：講授場地與建筑關系時，可以調(diào)出某個空間節(jié)點加以說明；分析細部大樣和構造做法時也可以同時切換到外部造型展示建成效果(見圖2)；講解結構選型時可以通過4D施工模擬同時展示建造過程……在這種更符合建筑學認知規(guī)律的教學模式下，學生接受知識的過程始終“封裝”在對項目的整體理解和概念中，可以迅速、直觀地在知識點間建立聯(lián)系、融會貫通，而BIM可視化特點將進一步提高這個理解過程的強度和效率。BIM項目庫的建立過程可以作為學生作業(yè)補充到當前建筑認知等基礎性課程的認知訓練手段中，而項目庫的不斷擴容將形成規(guī)模效應，進一步促進上述的知識整合和互聯(lián)，從而作為當前教學體系的有益補充，形成點線面結合的體系化教學架構。

3 教學媒介的整合

用二維圖紙表達設計構思，是設計教學活動中教與學之間主要的交流和溝通媒介。雖然它曾經(jīng)是人類設計思維的一種進步[3]，但發(fā)展至今已經(jīng)顯示出其效率低下、影響設計質(zhì)量的一面。雖然學生已經(jīng)普遍在設計過程中采用一些三維輔助手段，諸如縮小比例的實體模型、計算機輔助建模等，但這些手段都有其天然缺陷。例如，縮小比例的實體模型不僅不易修改，而且研究范圍有限；3DMAX，Sketchup等傳統(tǒng)輔助建模軟件參數(shù)化和集成化程度不高；1∶1比例的實體建造更是出于多方面的限制條件而無法大面積推廣和開展。而最終將其轉化為二維圖紙仍是設計成果考核的核心要求。這種表達方法是如此的基本，以至于已經(jīng)成為一種普遍采用的、根深蒂固的思維模式，影響了設計思維多樣性的產(chǎn)生。

如前所述，BIM作為一個基礎性數(shù)據(jù)的核心可以集成多樣化的設計和管理工具，使建筑全生命周期內(nèi)從概念設計到運營維護的所有工作流程都可以在一個統(tǒng)一的數(shù)字化三維平臺下完成。在教學中，BIM除了作為三維建模和展示工具的淺層次應用外，更應該作為信息交流平臺深入到教與學的全過程中，促進一種新思維和習慣的養(yǎng)成。以設計課為例，學生的設計借助Revit，AutoCAD等建模軟件，從構思初始階段就應該是基于三維的、封裝了屬性信息的“真實”建筑構件的“搭建”，而不再只是二維的抽象線條。借助于BIM接口的參數(shù)化設計和生成設計工具，設計前期的分析與設計成果之間的轉換不再只依靠設計者的視覺判斷和操作，基于數(shù)據(jù)操作和算法思維的全新設計方法論將極大地擴展設計成果可能的邊界[4]。對設計的檢驗和優(yōu)化，可以通過諸如Ecotect,Navisworks等軟件進行分析和模擬，并對輸出結果實時反饋。學生與教師交流、評圖、成果展示甚至虛擬的數(shù)字化建造，也都在三維可視化平臺下進行，而不再依賴轉化為二維圖紙進行交流。隨著虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality)和增強現(xiàn)實(Augmented Reality)技術的普及和發(fā)展，教學過程可在沉浸感和交互性更強的虛擬現(xiàn)實實驗室中進行，信息交互的直觀性和互動性將進一步加強(見圖3)。這種始終在三維空間下開展的教與學的交互過程，一方面減少了三維到二維轉化，能使更多的精力聚焦在設計本身，更重要的是培養(yǎng)學生始終用空間和建造的思維思考設計，更符合建筑學本身的內(nèi)在規(guī)律，從而實現(xiàn)對“設計建造本源的一種回歸”[3]。

4 多學科協(xié)作體系的整合

建筑是一項綜合性很強的社會協(xié)作活動，但行業(yè)分工帶來的各工種(規(guī)劃、建筑、結構、機電、景觀等)和流程間(設計、施工、運維)的信息壁壘一直是建筑業(yè)的頑疾。從教學上看，這種專業(yè)間界限似乎更加明顯。不同專業(yè)間的協(xié)作經(jīng)驗和知識，在各專業(yè)的教學體系中是缺失和被忽略的，這與這個行業(yè)的協(xié)作特性是不相符的，對于在其中起先導和協(xié)調(diào)角色的建筑學專業(yè)尤甚。專業(yè)視野的局限，導致在走上實際設計崗位面對完全陌生而又千頭萬緒的協(xié)調(diào)工作時，都要經(jīng)歷一個痛苦的適應期，要么顧此失彼，要么失去對本專業(yè)應有的堅持。

協(xié)同性是BIM相較于AutoCAD等輔助設計軟件最大的優(yōu)勢之一。AutoCAD雖然也有協(xié)同設計的概念，但更多的體現(xiàn)在制圖標準和文檔管理[3]，各專業(yè)圖紙攜帶的是相對獨立的信息，通過簡單的外部引用(External Reference)將二維信息疊套在一起，核心的讀圖和審核過程仍然依靠具體設計者的經(jīng)驗和細心，既不直觀錯漏缺也在所難免。BIM協(xié)同設計具備的三維化、可視化特點，能有效地克服設計者由于專業(yè)知識不足或其他原因造成的錯誤或疏忽(這點對于學生這樣的初學者尤其重要)，借助漫游、碰撞檢查等工具能夠極大地提高協(xié)同設計的效率和質(zhì)量。具體到教學環(huán)節(jié)，利用課程設計或畢業(yè)設計的契機，以課題或項目為單元，組織建筑、結構、設備、景觀、室內(nèi)等相關專業(yè)學生組成設計團隊，在BIM平臺下開展多專業(yè)協(xié)同設計，了解其他專業(yè)的專業(yè)訴求，在真實的協(xié)作經(jīng)歷中獲取知識和經(jīng)驗，從而加深對自身專業(yè)的理解。除了建筑學相關專業(yè)的協(xié)同設計外，通過BIM與GIS(地理信息系統(tǒng))的銜接，能將更廣泛知識背景的學科和設計者整合在一起，實現(xiàn)多學科、交叉互聯(lián)的教學體系的建立。

5 結語

誠然，BIM不是點石成金的神器，不可能一勞永逸地解決所有問題。傳統(tǒng)的技術手段，如草圖、實體模型等，仍然在教學和設計中具有其特有的作用和優(yōu)勢，不會被完全替代，就像當年AutoCAD出現(xiàn)時一樣。BIM在教學中的應用，一方面是將其視為一種新興的技術手段，利用其特點和優(yōu)勢針對性地解決相關問題，豐富教學方法和手段，提升教學效率與質(zhì)量；更重要的是將其視為一種新的思維模式，思考如何與現(xiàn)有的教學體系和方法論有效銜接，成為一種有益的補充。

[1] 孫 澄,邢 凱，夏 楠，等.模擬·編碼·協(xié)同[A].2012全國建筑院系建筑數(shù)字技術教學研討會論文集[C].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012:309-365.

[2] 何關培.BIM和BIM相關軟件[J].土木建筑工程信息技術，2010(12):110-117.

[3] 傅 筱.建筑信息模型帶來的設計思維和方法的轉型[J].建筑學報，2009(1)：77-80.

[4] 徐衛(wèi)國.褶子思想，游牧空間——關于非線性建筑參數(shù)化設計的訪談[J].世界建筑，2009(8):16-17.

Inquiry on the application of BIM in architecture teaching

Chen Yongle

(College of Architecture and Urban-Rural Planning, Fujian College of Engineering, Fuzhou 350118, China)

The paper briefly introduces the occurring background of BIM technique. In light of problems existing current architecture teaching process, starting from aspects of knowledge hierarchy, teaching media and Multi-Disciplinary Team(MDT), it describes the application of BIM technique the in the curriculum, which achieves the goal of enriching teaching methods and improving teaching quality as well.

BIM technique, architecture, teaching system, architectural design

1009-6825(2016)30-0250-03

2016-08-14

陳永樂(1980- )，男，碩士，助教

G642.0

A