云技術輔助建筑設計教學構想

高建華

[摘 要]云技術是指在網絡上將硬件、軟件、網絡等一系列資源統一起來，實現數據的存儲共享、計算、處理的技術。結合高校建筑設計課程教學和管理特點，高校可以使用云技術來輔助建筑設計教學，并初步構建高校建筑設計教學云平臺，以加強國內外建筑院系的資源共享、合作學習，優化教學體系、培養目標、培養方法、課程設置等，為國家、為社會培養出優秀的建筑設計人才。

[關鍵詞]云技術；云計算；建筑設計課程教學；云平臺

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2018）11-0044-03

隨著信息技術的迅猛發展，計算機輔助（CAI）教學模式已經在高校各個專業中得到廣泛、深入的應用，借助于計算機輔助手段，教師的教學理念、教學方法、教學效果都得到了更新和優化。而云計算技術的發展和普及，必將挑戰現有的高校建筑設計教學方式方法。2017年發布的《國家教育事業發展“十三五”規劃》指出，要全力推動信息技術與教育教學深度融合，學校要綜合利用信息技術創新教學管理方式，探索未來教育教學新模式，提升教學水平。本文具體分析了建筑設計教學的特點，結合云技術的應用，提出了云技術輔助建筑設計教學的手段與方法，論述了云技術應用在建筑設計教學各個環節及教學管理中的可操作性。

一、 云技術在教學中的應用現狀

（一）云技術概念及范疇

目前唯一得到廣泛認同和支持的云計算的定義是由美國國家標準與技術研究所（NIST）的Peter Mell 和Tim Grance所提出的：云計算是一種按使用量付費的模式，這種模式提供可用的、便捷的、按需的網絡訪問，進入可配置的計算資源共享池（資源包括網絡、服務器、存儲、應用軟件、服務），這些資源能夠被快速提供，只需投入很少的管理工作，或與服務供應商進行很少的交互[1]。云技術是指在網絡上將硬件、軟件、網絡等一系列資源統一起來，實現數據的存儲共享、計算、處理的技術，它的五大核心技術是高效的分布式編程模型、海量數據的分布式存儲技術、海量數據的處理技術、虛擬技術和云平臺管理技術。云技術的核心技術為云平臺服務提供了保障，云平臺的主要服務形式有SaaS（軟件即服務）、PaaS（平臺即服務）、IaaS（基礎設施即服務）。

（二）云技術在高校教學中的應用現狀

近年來，谷歌、微軟、IBM、阿里等公司都在積極探索云技術在教育行業的應用，云計算技術在教育行業的應用有云存儲、私有云、云視頻、云會議等。云存儲是指將互聯網中各種不同類型的存儲設備通過應用軟件集合起來，對海量數據統一進行存儲和管理；私有云是將相關機構或企事業單位的軟硬件資源用防火墻保護起來，只提供內部的公共云服務；云視頻融合了超大規模的分布存儲、智能并行分布處理技術、動態實時分布轉碼技術等技術，將客戶端的計算任務轉移到云服務器端，使得用戶的操作最大限度的簡單化；云會議是一種高效、便捷、低成本的會議模式，通過云技術支持，分布在世界各地的用戶可以實時進行語音、數據文件及視頻的交換。

目前云技術平臺在高校中的應用還處于調試階段，在建筑學教學領域，哈佛大學、巴特萊特建筑學院、AA 建筑聯盟學院等院校都在積極思考如何將建筑類課程教學方法、教學目標及設計過程、項目管理等借助云技術來進行管理[2]。國內大多數高校的教學管理模式和授課方式還是傳統型的，其存在的問題有：教學資源庫不能對外開放并且信息冗余、重疊，本學科的教學資源不僅不能和同一學校的相關學科互通有無，與其他建筑類高校也不能共享優秀教學資源[3]；數據的存儲基本上都是本地服務器模式；數據交流交換僅限于校園網內；教學數據更新緩慢；教學管理人員、教師、學生三類人員之間溝通不暢等。構建教學服務云平臺后，這些問題將得到徹底解決。

二、建筑設計教學特點

（一）建筑學教學大綱分析

《全國高等學校建筑學專業本科（五年制）教育評估標準》中指出，建筑學專業本科教育中必須達到的智育要求有：具備建筑設計能力、掌握建筑相關知識、掌握建筑技術知識、參與教學實踐環節、有一定的外語基礎。五年制建筑學本科課程設置如圖1所示：

（二）建筑設計課程特色

1.建筑設計課程在整個課程體系中具有主導地位。建筑設計課程所耗學時數大約占了建筑學專業學生在校學習總學時的一半以上；在長達五年的本科教學學制中，建筑設計課程貫穿始終，從一、二年級的建筑設計基礎到三、四年級的建筑設計課程設計再到五年級的畢業設計。很多專業基礎課程也是圍繞著建筑設計課程展開的。

2.建筑設計教學采用師傅帶徒弟的言傳身教、單獨指導交流的上課模式。除課內學時數外，學生在課外一般需要保證課內兩倍以上的時間用于方案思考推敲，所以加班熬夜習以為常，但平常時間學生有問題很難有機會與教師討論，課后交流較難。

3.建筑設計課程教學沒有教科書，但是其以有海量的參考書和資料，以及高精度的圖像文件多為特征。建筑學院或建筑系一般設立獨立于學校圖書館以外的專門圖書資料室以應付師生隨時查閱的需要，但是也很難保證通宵開放。

4.建筑設計教學不需要工科專業通常使用的各類實驗室，但是會有模型室和VR實驗室，通過模擬的立體的形象教學建立學生三維空間概念，還要經常去實地參觀同類建筑物實體，以取得圖紙形象與實物的統一思維。

5.建筑設計需要合作與交流，互動性強，教學形式多樣；多校聯合設計教學，國內外名師合作指導學生設計等活動紛紛開展，需要設計團隊實時溝通，不斷地交流想法，調整思路，最終完成設計。

6.教學成果評價。建筑課程設計的成果是學生的設計方案，對方案的優劣評判會有個人的主觀成分，而且不能生硬地統一標準，這就可能產生不認同和矛盾，目前經常采用教師間交叉評圖來增加客觀性。鑒于成本，校際交叉評價方案并未通行。

7.學生作業管理。每年都會有大量優秀學生作業被作為范圖留下，此外學校為了應付專業評估，通常都將超過五年的學生全部作業作為檔案保留備查，所以每個建筑系都會有個龐大的圖檔室，用于保存紙質圖紙作業。學生作業的歸檔管理是件煩瑣的工作。

三、建筑設計教學中云技術的切入點

云計算技術的廣泛應用給建筑設計教學指明了新的發展方向，將云計算技術應用到建筑設計教學中，結合建筑設計課程與教學管理特點，必定能夠促進建筑設計教學模式和方法的變革、更新。

（一）云計算技術降低教學成本，提高效率

當前，建筑設計教學需要引進生態、節能、低碳等可持續發展的理念和技術，建筑設計科學技術化趨勢越來越明顯[4]。BIM（Building Information Modeling）是傳統的建筑模型實驗課程和三維數字技術的融合。建筑模型課程的設置貫穿整個本科教學進程，建筑模型也是建筑設計、建筑創作的重要表達方式，借助于計算機虛擬仿真技術和3D建模技術，學生在搭建模型的過程中對建筑方案能有更深的理解，對空間能有更直觀的表現。

建筑數字模型的建立對用戶硬件設備要求比較高，構建院系云計算平臺，借助于云計算，所有的數字模型的建立、修改、渲染都可以在云服務器端運行，作為用戶的客戶端不需要任何高端處理器和顯卡，就能完成建模。云計算技術計算能力非常強，不僅能解決海量模型的存儲問題，還能提高建筑建模的效率。

通過VR技術，建筑設計教學可實現對世界各地建筑實例的遠程訪問參觀，增加了學生的實際項目學習機會。

（二）分布式云存儲平臺實現教學軟硬件共享

建筑設計專業的基礎理論課程有建筑歷史、建筑材料、建筑技術等，此類課程的特點是概念、原理、理論性比重較大，需要記憶的內容多，教師的授課偏向于傳統模式，在授課的過程中需要進行大量知識點的灌輸。不同的高校此類課程的大綱、內容和教授形式差別不大。

設有建筑學專業的本科院校可以通過云技術建設課程數據共享平臺，提供建筑基礎理論類課程相關資源的管理和動態配置。

通過云存儲的分布式文件系統功能，將各個高校建筑基礎理論課程的大綱、教學課件、知識要點等集中到公共云平臺中，由云平臺對文件進行保護和管理，對不同的用戶設置不同的訪問和操作權限，相關用戶可以根據需要訪問、創建、刪除、讀寫、修改文件。云平臺系統通過統一的應用接口對外提供服務，用戶不必關心系統的架構和數據的傳輸方式，只要設備接入網絡，就可以訪問、管理共享文件，甚至共享其他院校的硬件設備。云存儲技術為教學資料的收集整理、教學內容的保護更新搭建了有利的平臺，促進了教學水平的不斷提升。

各個高校建筑系建立在云平臺上的數字圖書資料，可以不限時間段提供給學生在建筑設計過程中所需要的參考資料。

（三）云會議、云視頻技術使得聯合教學更加方便、快捷

建筑設計課程是建筑學專業的核心課程，設計類課程旨在培養學生綜合性整體設計的能力及與其他各專業的協調能力。當前，建筑設計聯合教學已逐漸成為國內建筑學專業教學過程中的重要環節和一種常態化的教學模式[5]。聯合設計教學既有國內院校的交流與合作，也有國際溝通和學習。云會議技術是云技術的應用之一，參與聯合設計的師生通過互聯網界面，就可以運用云會議與國內外其他院校的師生同步分享語音、視頻、數據。云會議效率高，使用簡單便捷，聯合設計前期的選題、中期的專題講座、后期的成果匯報都可以借助云會議技術來實現。此外，云視頻還可以幫助學生與專業課教師在正常課時之外進行實時輔導與交流。

在后期的教學成果評價體系上，借助于云技術，可實現遠程校際交叉評圖，提高評價的客觀性，以實現優勢互補。

云視頻技術的特點有分布式存儲規模大、并行分布處理能力強、能夠動態實時分布轉碼等，借助于云視頻，各大院校在聯合設計過程中，可以隨時隨地進行討論和交流，及時解決設計過程中遇到的瓶頸問題，而不需要選定共同時間共同地點來集中討論，很好地解決了各個院校的及時溝通問題，推動聯合設計順暢有序地進行。

（四）云存儲技術管理教學圖書資料

建筑設計專業的圖書資料存儲是個大問題，每個建筑學院系都必須配備圖檔室，用于存放大量的學生作業、圖紙資料、國內外文獻等，圖檔室占地面積大，資料數量多且復雜，查閱調用不方便，還需要有專人管理。云存儲的功能是實現海量數據的存儲和管理，將圖書資料進行云存儲，不僅能夠解決建筑院系圖書資料存儲問題，而且管理方便，可以對圖書資料進行分權限查閱、借讀、歸還等操作。另外，云存儲實效性長、存儲量大、通用性強，高校之間通過各自的云存儲平臺可以實現圖書資料的共享，大大優化了圖書資料管理工作。

四、適合于建筑設計教學的云技術應用開發

基于建筑設計教學的特點，筆者構想了輔助建筑設計教學的云技術平臺雛形（圖2）。

通過互聯網和虛擬化技術整合各個建筑院系的物理資源，為各院系師生提供云平臺服務，幫助廣大師生管理存儲教學資源、圖書資料、文檔、音頻、視頻等；構建強大的計算環境和分布式交流平臺，使得各個院系的師生之間的合作交流不受時間和環境的影響；為師生提供個性化的郵箱服務，具有安全快速、管理簡單、方便快捷等特點；為建筑學教學管理者構建教學管理系統，在共享平臺上為教學服務。

五、結語

目前，國內的建筑學教學偏重于工程技術類，以應用為主，培養目標面向設計單位。國內建筑師的需求量較大，對建筑學專業畢業生的要求較高。云技術的蓬勃發展為傳統教育帶來新的活力。借助于云技術來輔助建筑設計教學，將信息技術手段與傳統建筑設計教學方法進行整合，構建建筑教學云平臺，必定能夠加強國內外建筑院系的資源共享、合作學習，優化教學體系、培養目標、培養方法、課程設置等，為國家、為社會培養出優秀的建筑設計人才。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] Mell P，Grance T.The NIST Definition of Cloud Computing[M].National Institute of Standards and Technology，2011.

[2] 夏翔.現代建筑教學思想對設計教育的啟示[J].南京藝術學院學報（美術與設計），2016（5）：161-164.

[3] 劉愛華，朱昱.基于云技術的高校數字化教學資源共享研究[J].教育與職業，2015（8）：98-100.

[4] 王毅，王輝.轉型中的建筑設計教學思考與實踐——兼談清華大學建筑設計基礎課教學[J].建筑教育，2013（3）：125-127.

[5] 鄧蜀陽，龍灝.聯合中的跨界與多元——建筑學聯合設計教學的啟迪與思考[J].西部人居環境學刊，2013（1）：28-32.

[責任編輯：劉鳳華]