基于BIM技術的建筑數字技術教學改革研究

譚 潔，劉 威，汪夢林

(湖北工程學院 城市建設學院，湖北 孝感 432000)

基于BIM技術的建筑數字技術教學改革研究

譚 潔，劉 威，汪夢林

(湖北工程學院 城市建設學院，湖北 孝感 432000)

當前數字時代的觀念與技術的沖擊下，建筑數字教學改革日益迫切。然而，由于沒有相應的技術依托，在實際教學改革中出現了側重軟件教學而偏離設計本質的問題，同時作為設計課程的理論支持——專業理論課對數字化改革的反應太慢，不僅教學效果大打折扣，還偏離了建筑數字教學改革的初衷。文章根據BIM技術的核心思想和特點，提出構建一個開放式的基礎數據庫的共享平臺，以此來推動建筑學教學體系的整合，啟發創造性思維，增強各相關專業學生之間的互動與合作。

BIM技術；建筑學教學改革；開放式數據庫

BIM的英文全稱是Building Information Modeling，一般翻譯為建筑信息模型。BIM技術是一種應用于工程設計建造管理的數據化工具，通過參數模型整合各種項目的相關信息，在項目策劃、運行和維護的全生命周期過程中進行共享和傳遞，使工程技術人員對各種建筑信息做出正確理解和高效應對，為設計團隊以及包括建筑運營單位在內的各方建設主體提供協同工作的基礎，在提高生產效率、節約成本和縮短工期方面發揮重要作用[1]。自2003年BIM傳入中國至今已經歷了10年的發展歷程，國家“十二五”計劃鼓勵BIM在中國的推廣，由于應用BIM技術超高層和復雜建筑工程項目正以更快的速度拔地而起，如以香港十大基建工程中港島東中心為例，使用BIM技術發現其中6000多個問題，節省工程重做費用及時間，最后該工程比預計時間快了20多日完成。此外像敦煌莫高窟游客中心、昆明東部生態城、杭州奧體博覽城主體育場、上海中心等等都是BIM技術運用于建筑設計領域的成功案例。這充分表明BIM技術發展的大趨勢。然而，盡管BIM理念正逐步被建筑行業所熟知也逐漸被建筑學院所關注，但是與其他國家相比，BIM技術的應用還處于萌芽階段，更談不上教學。雖然國內少數建筑院校也加入BIM技術的研究大潮，組織老師和學生參加相關的培訓和講座，進行建筑數字技術教學改革實驗，但畢竟需要時間積累。本文從分析建筑數字技術教學改革的問題入手，結合BIM技術的固有特點，重點探討了通過BIM技術解決問題的方法。

1 建筑數字教學改革中存在的問題

1)側重軟件教學導致偏離設計本質。

雖然在建筑數字教學中增加了大量的課時，但是大多普通院校主要用于講授新的軟件的使用方法，對數字建筑本身的意義和重要性對學生交待的不清楚，最后學生把興趣放在軟件的學習上，激動于軟件帶來的感官刺激，比如用Rhino(犀牛軟件)創建的自由形體讓學生激動不已，導致過分強調外部造型而忽視了設計最本質的東西比如空間的組合。目前除了一少部分院校開始講授基于BIM技術的Revit 以外，大部分院校三維軟件教學以講授Sketchup(草圖大師)和3DMax為主，其他軟件推薦學生自學，因此有的學生在草圖構思階段也會受到軟件的限制，比如草圖大師不擅長曲面，學生在構思階段有意避開曲線構圖，或有想法也堅持不到最后。

2)專業理論課的數字化改革太慢。

正如建筑業對科技的反應比其他專業如機械、航天、導彈等專業都慢很多一樣，專業理論課對設計課的支持也總是慢一拍。三維建模出現后，特別是基于建筑信息模型的軟件出現后，還有不少學生甚至老師還認為那只是類似或比3DMax高級的三維軟件，并沒有意識到BIM模型可以應用于整個建筑周期，從方案設計到施工圖設計，并整合結構、機電等，再到施工、物業管理等階段都有用武之地。比如Revit和ArchiCAD等三維軟件建立的模型或組件可以用于建筑構造課程，從整體到局部到節點構造均有比較精細的組件模型，與設計聯系非常緊密。又如Ecotect Analysis軟件本來可以提供很好的對建筑物理環境聲、光、熱全面分析，但大多數學生苦于不清楚怎樣建模和設定初始數據。可是，如果在建筑設計階段采用BIM技術建模，則模型可以直接導入Ecotect Analysis進行相關的聲、光、熱分析，并且還可以使用 Green Building Studio提供的基于Web技術的分析，更快地評估多個設計替代方案的能效和碳排放[2]。在設計方案階段能夠取得全面的建筑物理分析數據，相信學生也會對建筑物理這門本來比較難又略顯枯燥的課程更感興趣。

2 結合BIM技術的建筑數字技術教學改革

以數字技術為依托構建的可視化建筑信息模型(即Building Information Modeling，簡稱BIM)能集成項目的幾何信息、物理信息、材料信息、設備信息、人員信息等，它成為基礎數據的共享平臺，為建筑方案、成本、管理、安全提供決策分析支持，使得整個工程項目在規劃、設計、施工和使用等各個階段都能夠有效實現節省能源、節約成本、降低污染和提高效率。BIM涉及整個建筑工程全壽命周期各環節的完整實踐過程，但它不局限于整個實踐過程貫穿后才能實現其價值，而是可以由工程設計先行并實現階段性的價值。而建筑學作為建筑行業中最大的學科，并且以建筑設計為主要研究領域，因此BIM技術在建筑學教學領域的應用應首當其沖。BIM的核心是數據信息與模型的互通，建立高效聯系，它不是簡單的將數字信息進行集成，還是一種數字信息的應用，并可以用于設計、建造、管理的數字化方法。這種方法支持建筑工程的集成管理環境，可以使建筑工程在其整個進程中顯著提高效率、大量減少風險。根據BIM的核心思想和特點，作者對其作為建筑數字技術教學改革的依托有足夠的信心，具體構想如下：

1)構建共享數據庫，促進建筑學教學體系的整合。

當前建筑學教育一般分若干理論課與實踐課，最終通過設計課程來實現知識的整合。數字技術的發展特別是BIM技術，為學科的整合方式帶來的新的契機，通過BIM技術構建一些歷史的、現代的、著名建筑模型，并建立基礎數據庫，這個庫可以提供給各門課程分別引用，并根據知識側重點不同增添新的信息，然后成為這門課程的模型數據庫。如圖1所示，通過BIM技術建立的數據庫可成為各門專業課程的紐帶，比如BIM模型數據庫中的各種三維模型可以直接用于畫法幾何與陰影透視課程，比如三維樓梯模型可以從任意角度展現給學生，更重要的是它可以從任意角度剖切，并且直接生成剖面圖。直接演示從樓梯三維模型到剖切生成的首層、標準層樓梯和頂層平面圖，然后再講為什么這樣畫可能事半功倍，對提高學生的空間思維能力有極大的促進作用。在建筑構造課上，這個比較粗糙的樓梯三維模型可以更加細化，如在模型上添加組成踏步的材料和厚度，又如添加各種型號的防滑條等等，完成后的模型又返回BIM數據庫。同理，建筑材料也可以將此模型調用，在建筑構造完成的基礎上添加材料的物理化學性質等信息，最后再返回BIM數據庫。這樣，在設計階段如果調用此樓梯模型，空間效果一目了然，如果將其剖切，剖面圖直接生成，再將比例放大，則可以得到樓梯的剖面詳圖，組成樓梯的各部分材料、厚度都有清晰完整的表達。以這種互動的模式實現模型的共享，促進教學各課程之間的交互，有益于將知識融會貫通。

圖1 建筑學課程共享數據庫

圖2 通過BIM數據庫與其他專業的交流

2)構建共享數據庫，啟發建筑設計創造性思維。

當前數字技術對設計創作的沖擊之大遠遠超出我們的想象。比如在2011年CAADRIA(亞洲計算機輔助建筑設計協會)年會上SASADA獎最佳論文獎的冠軍獎勵給一個使用彎曲傳感器和記憶合金實現現實中的織物曲面形態和計算機中的曲面模型之間互動的研究，它使得建筑師對曲面形態的創作可以脫離計算機圖形界面而在物理世界中進行。這種對曲面造型的方法類似于三維掃描，在動畫制作行業，通過三維掃描把人的動作記錄下來，移植到動畫人物上，這樣的人物刻畫生動逼真。因此，數字技術的發展對設計的創造性思維具有啟發意義。無獨有偶，東南大學從2006年開始就組織一組學生進行“建筑設計生成法”[3]為重心的畢業設計，從設計層面探討應用數字生成的方法。清華大學學生也安排了非線性建筑實踐課程，嘗試通過不同的算法“找形”[4]來解決設計中的核心問題。這些教學實踐都反映了數字技術早已滲透到設計前期，只是我們還沒有找到很好的方法，而BIM數據庫可以引入當今知名建筑的信息模型，或創建經典古建筑的三維信息模型，數據庫中的模型老師與學生共享，通過三維信息模型對設計的初衷、設計手法等有更明確的概念，進而在建筑設計創作時能靈活運用。

3)構建共享數據庫，增強相關專業之間的聯系。

國際上有不少知名建筑院校讓相近專業的學生共同完成項目。如劍橋大學、英國倫敦建筑聯盟學校等讓建筑學和土木工程學生聯合完成高質量的項目。學生分組計算結構、能耗、采光、通風，通過數字模型評估建筑的運行能耗，然后通過更改建筑高度、尺度、通風設計方案以及建筑細部設計優化設計方案，來實現可持續建筑的目的[5]。在我國，也有部分院校有這樣的嘗試，但苦于沒有統一的平臺和軟件的不兼容性，導致重復畫圖，專業之間的鴻溝越來越大。BIM模型能解決這一根本問題，避免從一個專業到另一個專業中重復畫圖的問題，模型能在整個設計乃至生命周期共享，專業交流更容易。如圖2所示，BIM數據庫就是一個搭建在各專業之間的交流平臺。我國應用BIM比較成熟的是施工領域，主要集中在三維算量方面，如魯班、神機妙算、廣聯達等軟件公司都有大量的成功案例，這更增強我們通過共享BIM數據庫提高專業互動的信心。

3 結語

BIM技術被譽為自CAD革命之后的第二次革命。只有在教育階段奠定良好的基礎，今后的應用階段才能有更多創新和發展。當然基于BIM技術的數據庫的建立工作量相當大，需要相關專業師生的共同努力以及社會各建筑行業的支持。總之，搭建平臺的基礎工作任重道遠，只有結合中國特色，結合實際，認真學習，努力實踐，勇于探索，才能盡快走出一條新的發展之路。

[1] 李建成. 建筑信息模型與建筑學專業的教學[J].建筑學報,2007(7):100-102.

[2] 許景峰.數字技術在建筑物理課程教學中的應用[J].高等建筑教育,2012，21(1)：139-141.

[3] 李飚.建筑生成設計方法教學實踐[J].建筑學報，2009(3)：96-99.

[4] 黃蔚欣.非線性建筑設計中的“找形”[J].建筑學報，2009(11)：96-99.

[5] 陸邵明.多學科視野下的人居空間的復雜性與邏輯性的相關研究[C].建筑數字流——從創作到建造, 2010(8)：33-42.

(責任編輯：張凱兵)

G642

A

2095-4824(2013)06-0103-03

2013-09-22

譚 潔(1981- )，女，湖北潛江人，湖北工程學院城市建設學院講師，碩士。