產教融合背景下基于“一模多用”的綠色建筑技術課程教學研究

楊 修，何 江，倪軼蘭， 王 麗

(1.廣西大學土木建筑工程學院，廣西 南寧 ;2.廣西防災減災與工程安全重點實驗室，廣西 南寧 530004)

1 引言

當前，我國建筑行業順應世界能源發展的趨勢，不斷的推進綠色建筑的研究與落實，綠色建筑設計已經是目前建筑行業的熱點之一。綠色建筑的重要性不言而喻，國內各重點高校的綠色建筑教學的改革及探索已經在大力開展。清華大學、同濟大學、東南大學、天津大學、西安建筑科技大學、華南理工大學等高校從綠色設計理論、工程實踐、國內外競賽、畢業設計等方面不斷進行綠色建筑設計教學實踐。

筆者所在高校的建筑學專業也從2012級開始開設了綠色建筑技術課程，經過與軟件企業的深化合作，不斷的嘗試、探索和總結經驗教訓，教學方法得到完善，教學效果也穩步提升，逐漸形成了以計算機數字化模擬來輔助綠色建筑設計的教學思路。

經過歷年的課程教學實踐，筆者所在教學團隊發現，在產教融合的背景下，“一模多用”的綠色建筑解決方案更加能夠保證學生課程學習的連續性，提高學習效率。本文針對該教學方案在綠色建筑技術課程中的應用進行回顧和總結，介紹教學過程的各個階段并提出了一些教學方面的思路和建議。

2 基于“一模多用”的綠色建筑解決方案

從20世紀60年代開始，各國學者便開始建筑環境的模擬技術研究，經過多年的發展，取得了很大的進步，涌現出多種類型的軟件[1]。筆者在以往課程中采用了多種設計軟件，以節能設計為例，常用的軟件有Doe-2、Energyplus、Dest、Ecotect，但是經過課程實踐發現，學生在應用環節還是將大部分的精力花在建模上，致使學習和工作效率低下。

針對這個問題，軟件企業開展了新模式的研發，比較著名的有斯維爾、PKPM、廣聯達等公司，他們與各高校一起合作想方設法破解這一難題。筆者所在教學團隊經過與軟件企業的多次合作及多方考慮，與斯維爾公司共同擬定了“一模多用”的教學方案，其核心理念就是一次建模可進行多項數據模擬，解決了學生、建筑師很反感的反復建模問題。在最近一次綠色建筑技術課程中采用了該教學方案，方案中包含了建筑節能設計、日照分析、采光分析、風環境分析和噪聲計算等軟件的使用，其最大的特點是基于BIM技術實現了同一個模型可以進行多項模擬運算及導出模擬報告書，大大提高了工作效率。

課程教學方案的設想是在建筑設計的各個階段中讓學生運用相關的模擬軟件對方案模型進行性能模擬，使設計方案不斷趨于合理。在場地分析階段，運用通風、日照軟件進行建筑形體的推敲；在建筑平面布局階段采用采光、節能、通風軟件進行平面優化分析；在建筑節能設計階段，采用節能、噪聲軟件進行性能運算調整，以滿足各項規范要求。設計與模擬過程不存在固定的順序關系，應根據具體情況協同進行。

3 綠色建筑技術課程教學實踐

廣西大學建筑學專業從2012年開始在教學培養計劃中構建綠色建筑課程體系，綠色建筑技術課程是最為重要的一個環節，需要運用數字技術手段進行綠色建筑項目課程設計，已開設過的題目有“綠色學生活動中心項目”、“綠色教學樓項目”等，依托實際工程項目，任務書合理設置建筑規模及平面功能，有利于學生開展場地分析、多方案比較、技術手段深化，同時支持學生參加臺達杯國際太陽能建筑設計競賽、斯維爾全國高校綠色建筑設計競賽等國內外競賽項目。

3.1 課程設計階段綠色建筑性能模擬分析

在基礎學習階段，在完成基礎知識的授課后，教師對國家標準《綠色建筑評價標準》GB/T 50378-2014進行了介紹，并且要針對設計性能模擬應用的日照、采光、通風、節能等部分在課程設計階段與建筑設計相關的條款進行解讀，分析控制項及得分項的特點，詳見表1。課程還簡要介紹了美國LEED評價體系，幫助學生深入了解綠色建筑評價標準。

表1 課程設計階段綠色建筑評價標準涉及建筑設計性能模擬及使用軟件條款一覽

在實際性能模擬過程中，一般情況下采用CAD/REVIT軟件來建模，再采用對應的軟件來模擬計算。在規劃布局方面，4.1.4、4.2.6、4.2.7條需要采用日照、通風、熱環境等軟件進行模擬；在平面功能布置方面，8.2.5、8.2.6、8.2.7、8.2.10、8.2.11等條款需要采用采光、通風軟件進行模擬；在節能及噪聲方面，8.1.5、8.1.6、5.2.3、8.2.1、8.2.2條款需要采用節能和噪聲軟件進行相應的模擬。各階段均可導出dwg、3ds等模型，采用sketch up軟件導入后，學生即可借助UE4、MARS等軟件進行VR轉換，利用簡單的工具進行沉浸式體驗。由于課程學時的原因，表1僅選擇部分與建筑規劃方面相關的條款進行分析，其他專業的內容隨著教改的不斷深入逐步納入課程計劃中。

3.2 “一模多用”方案的教學應用實踐

3.2.1 軟件學習階段

在軟件介紹及學習階段，課程開始前由技術人員在機房安裝相應的軟件，同時提供賬號密碼、軟件視頻等資料，教師對軟件進行實操講解，強調本軟件系統的特點：同一個模型，可以通過不同的軟件進行性能分析模擬，不需重復建模即可進行相關的性能模擬與報告輸出。

軟件安裝方面，假如采用多種不同軟件，學生還得花費大量的時間來安裝不同平臺的安裝包及插件，而本方案僅需要一次安裝調試即可，節省了大量的時間和精力。在軟件學習方面，教師可以布置任務現場操作，基于任務式的教學也將改善高校教室中出現的“低頭族”等不良現象[3]。

3.2.2 方案深化階段

經過現場調研及資料整理，在軟件學習階段開始同步進行體量模型方案比選的工作，在整個指導過程中不斷強調以綠色建筑為出發點，在此基礎上進行方案的深化，盡可能使設計方案更加符合當地的氣候環境特點。經過前期收集的氣候環境條件，得出建筑地點的相關氣候因素：濕度、降水、云、風、氣溫、最佳朝向等資料。學生以此為基礎進行方案體量建模，通過日照、通風的效果對多方案比較，經過這些分析，學生的設計布局更加趨于合理。

在體量型搭建完成后，學生可以使用VENT軟件對模型進行室外風環境的模擬，同時也可以使用SUN軟件進行日照環境的模擬；體量建模經過整理還可以進行熱環境方面的模擬。其次，在建筑平面布置階段形成的模型，統一進行模型檢查處理后，可以使用BECS軟件進行節能(能耗、隔熱、結露等)的性能模擬，可以使用DALI軟件進行采光計算、視野分析模擬，還可以使用NoiseSystem軟件進行建筑隔聲的計算模擬。在方案設計的3個階段完成了體量模型、深化模型及渲染模型等模型文件，目前課題組利用現有的資源鼓勵學生將模型進行整理轉換，在軟件公司的幫助下進行VR沉浸式方案體驗，在方案的前期、中期、后期都得到更真實的體驗。

從操作程序來看，組合軟件運用方案則首先得采用不同的軟件，而且經歷導入、調整、彩圖及文字方面的編輯等較復雜的程序才能完成模擬報告書，成果質量也難以保證。相較而言，一模多用方案具有工作流程減少、節省時間的優點。模型建立及調整后可以完成多項模擬并輸出模擬報告書。流程的簡化可以讓學生把注意力集中在方案設計上面。方案流程詳見圖1。

3.2.3 方案出圖階段

任務書在本階段不僅要求學生完成正常建筑設計的基本內容，還應該把通過不同的模擬得到的日照、通風、節能、采光、噪聲等模擬彩色分析圖圖文并茂地整理在設計文本內。同時，按行業要求模擬報告書也應打印出來作為附件。一模多用方案的優點就是直接輸出模擬報告書，文本編制亦可直接采用報告書內的材料。在課程設計階段，學生在沒有能夠掌握足夠專業深度的情況下，由軟件自行完成模擬報告書絕對是一項非常節省時間的方法。

4 結語

(1) 教學培養計劃中開設的建筑物理、建筑設備、建筑數字技術、數字化建筑設計與模擬等綠色建筑相關課程的開設為本次課程提供了良好的基礎，學生基本上掌握了操作軟件的使用方法，同時容易接受新的知識。

(2) 一模多用的理念需要更深入的研發，如在統一平臺軟件內實現多種分析結果的顯示，用戶通過模擬可以更加直觀的了解設計方案存在的問題，就能以此為依據，更合理的進行方案的調整。在校企合作的基礎上加強與企業之間的溝通與合作，實現產教融合。

(3) 建筑模型的VR轉換及演示在實際課程中已經可以實現，但是受到時間、器材等客觀因素的限制，僅有部分學生能完成，建議課程方案在虛擬現實方面提出更簡易的方法，如購買簡易的VR眼鏡設備，購置成本將遠低于大型穿戴式設備，而且可直接使用自己的手機進行體驗。

(4) 綠色建筑技術畢竟是基于工程實踐的一門實用性強的課程，學生除了在課堂上完成相應的練習，還應與學校實踐基地多溝通，為學生創造條件去實際工程項目現場體驗和參與綠色建筑項目的機會，還可以邀請行業專家多到學校進行實地教學指導，讓課程更加具有現實的意義。

(5) 本課程的完成將給學生打下一個扎實的基礎，除了能夠在下一階段的設計院實習中擔任綠色建筑相關的工作，還可以為最后的畢業設計提供綠色建筑項目題目的可能性。作為綠色建筑課程體系中最重要的一個環節，本課程通過不斷的嘗試和積累，逐步得到完善。

以上是對綠色建筑技術課程實踐的初步探索，還需要做更多的教改研究，同時也要關注國內外相關領域的研究動態，加強與高校的交流，使課程更加具有實用性，發揮其應有的作用。