基于BIM技術(shù)的建筑數(shù)字技術(shù)教學(xué)改革研究

譚 潔，劉 威，汪夢林

(湖北工程學(xué)院 城市建設(shè)學(xué)院，湖北 孝感 432000)

基于BIM技術(shù)的建筑數(shù)字技術(shù)教學(xué)改革研究

譚 潔，劉 威，汪夢林

(湖北工程學(xué)院 城市建設(shè)學(xué)院，湖北 孝感 432000)

當(dāng)前數(shù)字時代的觀念與技術(shù)的沖擊下，建筑數(shù)字教學(xué)改革日益迫切。然而，由于沒有相應(yīng)的技術(shù)依托，在實際教學(xué)改革中出現(xiàn)了側(cè)重軟件教學(xué)而偏離設(shè)計本質(zhì)的問題，同時作為設(shè)計課程的理論支持——專業(yè)理論課對數(shù)字化改革的反應(yīng)太慢，不僅教學(xué)效果大打折扣，還偏離了建筑數(shù)字教學(xué)改革的初衷。文章根據(jù)BIM技術(shù)的核心思想和特點，提出構(gòu)建一個開放式的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的共享平臺，以此來推動建筑學(xué)教學(xué)體系的整合，啟發(fā)創(chuàng)造性思維，增強(qiáng)各相關(guān)專業(yè)學(xué)生之間的互動與合作。

BIM技術(shù)；建筑學(xué)教學(xué)改革；開放式數(shù)據(jù)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(shù)是一種應(yīng)用于工程設(shè)計建造管理的數(shù)據(jù)化工具，通過參數(shù)模型整合各種項目的相關(guān)信息，在項目策劃、運(yùn)行和維護(hù)的全生命周期過程中進(jìn)行共享和傳遞，使工程技術(shù)人員對各種建筑信息做出正確理解和高效應(yīng)對，為設(shè)計團(tuán)隊以及包括建筑運(yùn)營單位在內(nèi)的各方建設(shè)主體提供協(xié)同工作的基礎(chǔ)，在提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本和縮短工期方面發(fā)揮重要作用[1]。自2003年BIM傳入中國至今已經(jīng)歷了10年的發(fā)展歷程，國家“十二五”計劃鼓勵BIM在中國的推廣，由于應(yīng)用BIM技術(shù)超高層和復(fù)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(shù)發(fā)現(xiàn)其中6000多個問題，節(jié)省工程重做費(fèi)用及時間，最后該工程比預(yù)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(tài)城、杭州奧體博覽城主體育場、上海中心等等都是BIM技術(shù)運(yùn)用于建筑設(shè)計領(lǐng)域的成功案例。這充分表明BIM技術(shù)發(fā)展的大趨勢。然而，盡管BIM理念正逐步被建筑行業(yè)所熟知也逐漸被建筑學(xué)院所關(guān)注，但是與其他國家相比，BIM技術(shù)的應(yīng)用還處于萌芽階段，更談不上教學(xué)。雖然國內(nèi)少數(shù)建筑院校也加入BIM技術(shù)的研究大潮，組織老師和學(xué)生參加相關(guān)的培訓(xùn)和講座，進(jìn)行建筑數(shù)字技術(shù)教學(xué)改革實驗，但畢竟需要時間積累。本文從分析建筑數(shù)字技術(shù)教學(xué)改革的問題入手，結(jié)合BIM技術(shù)的固有特點，重點探討了通過BIM技術(shù)解決問題的方法。

1 建筑數(shù)字教學(xué)改革中存在的問題

1)側(cè)重軟件教學(xué)導(dǎo)致偏離設(shè)計本質(zhì)。

雖然在建筑數(shù)字教學(xué)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(shù)字建筑本身的意義和重要性對學(xué)生交待的不清楚，最后學(xué)生把興趣放在軟件的學(xué)習(xí)上，激動于軟件帶來的感官刺激，比如用Rhino(犀牛軟件)創(chuàng)建的自由形體讓學(xué)生激動不已，導(dǎo)致過分強(qiáng)調(diào)外部造型而忽視了設(shè)計最本質(zhì)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(shù)的Revit 以外，大部分院校三維軟件教學(xué)以講授Sketchup(草圖大師)和3DMax為主，其他軟件推薦學(xué)生自學(xué)，因此有的學(xué)生在草圖構(gòu)思階段也會受到軟件的限制，比如草圖大師不擅長曲面，學(xué)生在構(gòu)思階段有意避開曲線構(gòu)圖，或有想法也堅持不到最后。

2)專業(yè)理論課的數(shù)字化改革太慢。

正如建筑業(yè)對科技的反應(yīng)比其他專業(yè)如機(jī)械、航天、導(dǎo)彈等專業(yè)都慢很多一樣，專業(yè)理論課對設(shè)計課的支持也總是慢一拍。三維建模出現(xiàn)后，特別是基于建筑信息模型的軟件出現(xiàn)后，還有不少學(xué)生甚至老師還認(rèn)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(yīng)用于整個建筑周期，從方案設(shè)計到施工圖設(shè)計，并整合結(jié)構(gòu)、機(jī)電等，再到施工、物業(yè)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(gòu)造課程，從整體到局部到節(jié)點構(gòu)造均有比較精細(xì)的組件模型，與設(shè)計聯(lián)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(huán)境聲、光、熱全面分析，但大多數(shù)學(xué)生苦于不清楚怎樣建模和設(shè)定初始數(shù)據(jù)。可是，如果在建筑設(shè)計階段采用BIM技術(shù)建模，則模型可以直接導(dǎo)入Ecotect Analysis進(jìn)行相關(guān)的聲、光、熱分析，并且還可以使用 Green Building Studio提供的基于Web技術(shù)的分析，更快地評估多個設(shè)計替代方案的能效和碳排放[2]。在設(shè)計方案階段能夠取得全面的建筑物理分析數(shù)據(jù)，相信學(xué)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(jié)合BIM技術(shù)的建筑數(shù)字技術(shù)教學(xué)改革

以數(shù)字技術(shù)為依托構(gòu)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(shè)備信息、人員信息等，它成為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)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(guī)劃、設(shè)計、施工和使用等各個階段都能夠有效實現(xiàn)節(jié)省能源、節(jié)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(huán)節(jié)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(xiàn)其價值，而是可以由工程設(shè)計先行并實現(xiàn)階段性的價值。而建筑學(xué)作為建筑行業(yè)中最大的學(xué)科，并且以建筑設(shè)計為主要研究領(lǐng)域，因此BIM技術(shù)在建筑學(xué)教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用應(yīng)首當(dāng)其沖。BIM的核心是數(shù)據(jù)信息與模型的互通，建立高效聯(lián)系，它不是簡單的將數(shù)字信息進(jìn)行集成，還是一種數(shù)字信息的應(yīng)用，并可以用于設(shè)計、建造、管理的數(shù)字化方法。這種方法支持建筑工程的集成管理環(huán)境，可以使建筑工程在其整個進(jìn)程中顯著提高效率、大量減少風(fēng)險。根據(jù)BIM的核心思想和特點，作者對其作為建筑數(shù)字技術(shù)教學(xué)改革的依托有足夠的信心，具體構(gòu)想如下：

1)構(gòu)建共享數(shù)據(jù)庫，促進(jìn)建筑學(xué)教學(xué)體系的整合。

當(dāng)前建筑學(xué)教育一般分若干理論課與實踐課，最終通過設(shè)計課程來實現(xiàn)知識的整合。數(shù)字技術(shù)的發(fā)展特別是BIM技術(shù)，為學(xué)科的整合方式帶來的新的契機(jī)，通過BIM技術(shù)構(gòu)建一些歷史的、現(xiàn)代的、著名建筑模型，并建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，這個庫可以提供給各門課程分別引用，并根據(jù)知識側(cè)重點不同增添新的信息，然后成為這門課程的模型數(shù)據(jù)庫。如圖1所示，通過BIM技術(shù)建立的數(shù)據(jù)庫可成為各門專業(yè)課程的紐帶，比如BIM模型數(shù)據(jù)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(xiàn)給學(xué)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(biāo)準(zhǔn)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(xué)生的空間思維能力有極大的促進(jìn)作用。在建筑構(gòu)造課上，這個比較粗糙的樓梯三維模型可以更加細(xì)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(shù)據(jù)庫。同理，建筑材料也可以將此模型調(diào)用，在建筑構(gòu)造完成的基礎(chǔ)上添加材料的物理化學(xué)性質(zhì)等信息，最后再返回BIM數(shù)據(jù)庫。這樣，在設(shè)計階段如果調(diào)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(dá)。以這種互動的模式實現(xiàn)模型的共享，促進(jìn)教學(xué)各課程之間的交互，有益于將知識融會貫通。

圖1 建筑學(xué)課程共享數(shù)據(jù)庫

圖2 通過BIM數(shù)據(jù)庫與其他專業(yè)的交流

2)構(gòu)建共享數(shù)據(jù)庫，啟發(fā)建筑設(shè)計創(chuàng)造性思維。

當(dāng)前數(shù)字技術(shù)對設(shè)計創(chuàng)作的沖擊之大遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出我們的想象。比如在2011年CAADRIA(亞洲計算機(jī)輔助建筑設(shè)計協(xié)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(xiàn)現(xiàn)實中的織物曲面形態(tài)和計算機(jī)中的曲面模型之間互動的研究，它使得建筑師對曲面形態(tài)的創(chuàng)作可以脫離計算機(jī)圖形界面而在物理世界中進(jìn)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(yè)，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(shù)字技術(shù)的發(fā)展對設(shè)計的創(chuàng)造性思維具有啟發(fā)意義。無獨(dú)有偶，東南大學(xué)從2006年開始就組織一組學(xué)生進(jìn)行“建筑設(shè)計生成法”[3]為重心的畢業(yè)設(shè)計，從設(shè)計層面探討應(yīng)用數(shù)字生成的方法。清華大學(xué)學(xué)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(shè)計中的核心問題。這些教學(xué)實踐都反映了數(shù)字技術(shù)早已滲透到設(shè)計前期，只是我們還沒有找到很好的方法，而BIM數(shù)據(jù)庫可以引入當(dāng)今知名建筑的信息模型，或創(chuàng)建經(jīng)典古建筑的三維信息模型，數(shù)據(jù)庫中的模型老師與學(xué)生共享，通過三維信息模型對設(shè)計的初衷、設(shè)計手法等有更明確的概念，進(jìn)而在建筑設(shè)計創(chuàng)作時能靈活運(yùn)用。

3)構(gòu)建共享數(shù)據(jù)庫，增強(qiáng)相關(guān)專業(yè)之間的聯(lián)系。

國際上有不少知名建筑院校讓相近專業(yè)的學(xué)生共同完成項目。如劍橋大學(xué)、英國倫敦建筑聯(lián)盟學(xué)校等讓建筑學(xué)和土木工程學(xué)生聯(lián)合完成高質(zhì)量的項目。學(xué)生分組計算結(jié)構(gòu)、能耗、采光、通風(fēng)，通過數(shù)字模型評估建筑的運(yùn)行能耗，然后通過更改建筑高度、尺度、通風(fēng)設(shè)計方案以及建筑細(xì)部設(shè)計優(yōu)化設(shè)計方案，來實現(xiàn)可持續(xù)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(tǒng)一的平臺和軟件的不兼容性，導(dǎo)致重復(fù)畫圖，專業(yè)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(yè)到另一個專業(yè)中重復(fù)畫圖的問題，模型能在整個設(shè)計乃至生命周期共享，專業(yè)交流更容易。如圖2所示，BIM數(shù)據(jù)庫就是一個搭建在各專業(yè)之間的交流平臺。我國應(yīng)用BIM比較成熟的是施工領(lǐng)域，主要集中在三維算量方面，如魯班、神機(jī)妙算、廣聯(lián)達(dá)等軟件公司都有大量的成功案例，這更增強(qiáng)我們通過共享BIM數(shù)據(jù)庫提高專業(yè)互動的信心。

3 結(jié)語

BIM技術(shù)被譽(yù)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(chǔ)，今后的應(yīng)用階段才能有更多創(chuàng)新和發(fā)展。當(dāng)然基于BIM技術(shù)的數(shù)據(jù)庫的建立工作量相當(dāng)大，需要相關(guān)專業(yè)師生的共同努力以及社會各建筑行業(yè)的支持。總之，搭建平臺的基礎(chǔ)工作任重道遠(yuǎn)，只有結(jié)合中國特色，結(jié)合實際，認(rèn)真學(xué)習(xí)，努力實踐，勇于探索，才能盡快走出一條新的發(fā)展之路。

[1] 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):100-102.

[2] 許景峰.數(shù)字技術(shù)在建筑物理課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].高等建筑教育,2012，21(1)：139-141.

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

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

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

(責(zé)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(xué)院城市建設(shè)學(xué)院講師，碩士。