基于大型設計競賽機制及城市設計項目實踐的BIM教學工作坊建設

石堅韌　雷雅昕

摘要：設計競賽是學校創新教育體系的重要組成部分，是培養學生實踐創新能力的重要途徑之一。隨著建筑業“十二五”發展規劃將BIM的發展與應用納入綱要，建筑業的發展越來越離不開BIM高端人才。為了將實踐能力和創新能力培養貫穿于現代大學教育中，在總結以往經驗的基礎上，提出BIM教學工作坊建設和實施。建設實施BIM教學工作坊，解決學生設計技能與設計成效的統一性；改善相對封閉式的教學體系，引入一種輔助的“外部思維”交互機制；改變低活力、低創新的傳統課程教學方式，引入一種輔助的“外部激勵”交互機制，利用競賽項目，發揮學生主動性、積極性，從而進一步完善和促進BIM的教學工作。

關鍵詞：設計競賽；BIM；教學工作坊

中圖分類號：G642；TU198 文獻標志碼：A 文章編號：10052909（2015）04015105

住建部制定的“十二五” 規劃中已高度重視BIM（建筑信息模型）的產業開發與綜合應用，經過5年的發展，建筑行業已高度分工細化和信息產業化，因此越來越需要能夠熟練應用BIM技術的設計及施工管理人才。然而BIM技術在中國建筑設計和施工管理的產業鏈條中尚處于初級發展階段。一方面高校教育和工程管理方對此重視不夠，國內大部分高校均沒有系統的BIM課程，而少數開設BIM課程的高校僅限于簡單的內容介紹，并沒有深入探討BIM的運用[1]，另一方面BIM技術與理論均不成熟，

掌握BIM技術的人才極其缺乏。正是由于教育界和工程界能夠參與BIM課程的人才相對缺乏，

在此背景下，建設基于大型設計競賽機制及項目實踐的BIM教學工作坊成為培養BIM高端人才的有效途徑之一。

建設基于大型設計競賽機制及項目實踐的BIM教學工作坊是在“平臺+模塊”的基礎上，通過指導和參加大型設計競賽或工程項目，實現專業教學內容的深化。課題通常來源于比賽與工程項目，主要針對自身當前存在的問題，向工作坊提出解決問題的相關課題，進而由工作坊以課題為中心，在教師與專業人士的指導下完成定向

方案設計。這樣的訓練方式有助于提高學生的積極性和參與性，增強學生的實戰能力，學生在為企業解決實際問題的同時也被迫直面市場需求，如此操作的結果能較好地應對建筑教學與建筑工程設計與管理行業用人市場需求脫節的矛盾[2]。

建設基于大型設計競賽機制及項目實踐的BIM教學工作坊制度能夠較好地兼顧綜合設計實驗的研究性和探索性問題，使之在提高實驗設備利用率的同時，讓學生學到知識、提高實踐能力。工作坊的應用能打破傳統教師對學生單向的、學院內與專業內封閉的固有教學模式，利用外部項目、科研項目形成比賽體制，引入師生互動、校內外互動的多向新型教學模式，通過合理的教學方式以及項目實踐，讓學生真正利用這一環境提高自身的綜合能力。工作坊教學模式打破傳統的“達標性”評價體系，引入“選拔性”評價體系，師生共同參與國內外設計競賽、科研項目競賽，用錦標榮譽及相應物質獎勵作為激勵因素，較好地改變了學生以及格、拿學分為主要目標，設計作業質量平庸的現狀。

一、BIM教學工作坊的總體機制

（一） BIM教學工作坊的內容與方法

以大型設計競賽機制及項目實踐的BIM教學為平臺的工作坊建設，主要以高校學生、教師、BIM專業人才以及專業設計工作坊的專家為合作人員，在指定的地方通過活動、討論、分析等方式，共同探討選定的設計方案，所有參與者一起參加實際的工作過程[3]。

第一階段：借助學院教師、校外專家的科研項目和工程項目培養學生，引導學生掌握具體的BIM技術，并深入了解BIM在施工圖（或稱為施工模型）設計中的綜合效能，這將有利于學生正確地掌握BIM的實操技能（圖1）。

第二階段：在教師和專家的指導下，鼓勵學生作為科研項目和工程項目的參與者，將BIM全生命周期理論應用到具體項目中（圖2、3、4、5、6），并指導學生進行實地調查。最后將學生分組，對BIM模型使用過程中遇到的問題進行分類討論和分析，查缺補漏，擴展該技術的應用潛力。

圖2 任務分配

圖3 進度實時跟蹤與反饋

圖4 現場巡查

圖5 TC應用

圖6 使用信息反饋

第三階段：以競賽為目標，將教師和學生組成團隊，教師教授專業知識，分析實際情況，協助學生參加競賽。

第四階段：競賽完畢，總結科研、實踐項目，反饋意見，將學生比賽及日常設計的成果作為教學成果和學生實踐教學的一部分。

（二）BIM教學工作坊的創建目的

BIM教學工作坊貫穿于建筑設計的全過程，這些過程不是抽象或零散片段的呈現，而是真實、全方位的系統智能模擬[4]。其中包含了來自輔助設計過程的建筑、地理、社會和經濟背景下的各種數據參數。它們相當于建設過程中各種真實元素的智能仿真，能促進溝通和協作，設計師從中能更加清晰地瀏覽整個復雜的建筑綜合系統，使建筑設計走向新的方向。BIM教學工作坊的學習和設計過程促使人們更加深入地領會和挖掘潛在的社會和計算機智能[5]，但目前國內高校對于BIM的教育過于側重理論課程的組織，使得專業基礎課與專業課及實踐脫節，此外，學生過于依耐教師的指導，缺乏項目實踐的機會，進而影響學生專業動手能力的培養[6]。

（1）解決學生設計技能與設計成效的統一性問題。通過競賽機制、教師的針對性輔導，強化學生的分析、創新和動手能力，充分調動學生的

積極性，全力將理論知識付諸于實際設計過程，實現設計技能和設計成效的一致，有利于全方位提高學生的實際操作能力和就業競爭力。

（2）改善相對封閉的教學體系，引入一種輔助的“外部思維”交互機制，利用企業項目、比賽項目，培養和提升學生的思維創新能力。

（3）改變低活力、低創新的傳統課程教學方式，引入一種輔助的“外部激勵”交互機制，利用競賽項目，發揮學生的主動性和積極性。

（三）BIM教學工作坊與設計競賽的融合

教學工作坊的目的是為了提高學生在實際工程中的技術能力，促進理論學習與工程實踐的共同提升。師生工作坊作為一個新型人際關系平臺，輔以校外專家作為項目負責人引入科技工程項目、或參加設計競賽，以此鼓勵學生參與研究和設計的信息化交互過程。科技項目的引入增加了學生接觸專業技術和理論知識的機會，而設計競賽活動與項目實踐則能夠充分調動學生的積極性，鼓勵學生在比賽過程中獨立分析、積極創新，是實現理論與實踐相互轉化融合的直接機會。

因此，在普通的教學工作坊建設基礎上，引入設計競賽機制輔助“實驗教學”模式，以教師實際科研為載體，鼓勵學生大膽參與，積極動手，利用有限時間最大程度地啟發學生思維，實現實驗室教學常態化與競賽機制的融合。此外，學生在實踐活動中的奇思妙想也有利于高校科研的創新性發展。

二、BIM工作坊建設評價與產業融合的建設思路

（一）建立新型教學質量評價制度，實現實驗室教學常態化與競賽機制的融合

通過競賽機制與項目實踐的工作坊設計，結合傳統實踐教學課程，將日常作業、教學內容以競賽機制方式進行。通過項目設計的對比、學生之間的競爭，增強學生創造的積極性。引入第三方評價制度，即與工作坊合作的校外專家、學者以及教師指導的評價，改變了教師對學生作業完成情況、學生對教師教學情況的評價模式，促進了學生與教師雙方的不斷提升。

（二）拓展創新性設計成果參賽渠道，實現成果產業化應用

借助教師科研項目，學校內部設立相應的競賽項目，引導學生相互競賽；借助企業合作項目，設立以教師為指導，多個學生為主要成員的設計競賽團隊，優勝項目通過校企合作實現推廣與應用。改變以往單一的參賽渠道，活化專業項目資源，主動借助競賽機制調動學生的積極性。

（三）進行設計成果與教學成果的理論化、系統化和常態化模式建設

設計競賽是一種激勵機制，它與建筑與城市設計教學工作坊相結合，將傳統的“封閉式實驗室教學”升級為“開放式實驗教學”。這種新的機制通過競賽思維和創新思維的引入，將教學成果通過比賽激勵的方式，轉化為具體的可視化實驗成果。這種機制既可以將理論知識加以實際運用，同時也建立起了一種可行、具體的心理刺激和人際聯系模式。

（四）建立以實踐教學輔助的競賽機制教學工作坊

為實現學校

與企業、校外專家的深入合作，應進一步豐富工作坊師資力量與實驗室資源，制定相應的實驗室指導流程，并在課程設置過程中突出“兩個結合”，即理論教學與專業實踐教學相結合，競賽項目與實踐教學課程內容相結合。因此，大型設計競賽機制工作坊既是傳統實踐教學的拓展和創新，也是實驗教學模式的改革與運用平臺。

三、BIM工作坊案例應用分析

（一）BIM模型在合肥萬象城項目中的應用

合肥萬象城項目總用地面積約60 419 ㎡，總建筑面積為554 243.82 ㎡，是一個集娛樂、超市、高檔百貨、辦公、高檔酒店于一體的大型商業綜合體。該項目使用功能復雜、建筑體量大、人員密度高。在設計中，建筑師不僅要合理減少資金投入，確保建筑合理的利用率，而且還要保證建筑的消防安全，多種因素的綜合導致在設計過程中存在的問題，而這些問題采用普通方式又難以解決。為驗證設計狀態下的建筑消防安全水平，該項目通過BIM系統有針對性地選擇評估對象進行火災場景模擬。

以步行街首層中庭火災場景模擬為例，火災場景模擬的目的是考察亞安全區發生火災時，煙氣在區內的蔓延情況。該場景中起火點設置在首層北側中庭，重點考慮中庭在滅火系統失效時的火災蔓延趨勢。由于起火點設置在中庭正下方，所以在火災前期煙氣縱向蔓延的趨勢比較明顯，當火災進行到200 s 時，煙氣就已經蔓延到該側中庭的最高位置五層空間內，而水平方向上則主要分布于起火層及其以上兩層左右50 m范圍內，如圖 7。在火災200 s煙氣上升到五層后，垂直方向上火災初始階段產生的煙氣大多集中在第五層步行街內，并沿水平方向在第五層空間內大面積蔓延，至火災進行到400 s左右時，煙氣已蔓延至五層步行街各區域，并通過連通五層、六層的中庭蔓延至六層步行街。在火災持續過程中一部分煙氣因溫度降低，通過貫通首層至六層的中庭沉降到下面樓層，到 1 000 s左右時滯留煙氣開始出現在遠離起火點的三層南側步行街區域，但煙氣濃度極小，基本不會對生命安全和人員疏散產生影響，如圖 8。

煙氣溫度、CO2和 CO 最大濃度、能見度的最大值分別為 40℃、150 ppm、0.2%和 13m，均不足以威脅疏散人員的生命安全。

通過對步行街火災場景模擬結果的分析可以看出，即使考慮排煙系統失效或者滅火系統失效等不利情況，雖有不同程度的煙氣滯留于步行街各層，但滯留煙氣的濃度相對較低。由此可認為，在滿足對步行街設計的要求后，步行街作為亞安全區的設計方案可行，在發生火災時不但可以提供較為安全的疏散環境，還可以為消防人員救援創造有利條件。

（二）BIM模型在方案設計階段的作用分析

如何在設計階段獲得實時可靠的技術評估及行之有效的用以權衡利弊的信息支持，是設計師面臨的難點問題之一，而BIM信息技術為解決這一問題提供了新途徑。與傳統的設計工具相比，BIM在建筑決策支持中的優勢主要表現在以下幾個方面。

（1）將傳統的二維設計圖紙轉變為直觀可視的三維建筑模型，其釋放出的感知建筑空間形態的多種實施手段有利于設計師轉變設計思維，提出突破性創新與表達。如：針對任一一處設計改動，BIM模型均可實現整體自動變更加快設計的整體進程。

（2）建筑活動中不同系統的參與人員通過BIM技術統一于一個協同合作的模型之中，從而避免了因信息傳遞阻礙或專業溝通不及時造成的設計錯誤與延遲，極大地提升了整體設計決策的質量與效率。

（3）BIM技術可以在設計的任意階段任意時刻對設計方案快速進行相關設計分析，并及時有效地反饋模擬評估結果，且BIM分析軟件通常操作簡單、易于掌握，為建筑師在設計階段快速比較分析決策提供了技術支持。

因此，在信息化技術高速發展的當下，基于BIM技術作為建筑設計輔助工具的性能已遠優于傳統輔助工具，可以為設計師提供準確、實時的相關信息，快速實現對設計分析與模擬反饋，以便提前解決建筑中可能存在的各種問題。

四、結語

針對當前各高校建筑課程教學中理論和圖紙設計教學占比過重的情況，文章力圖改變學生缺少實踐、開放實驗課程的現狀，構建了一種新的教學形態，將理論與實踐相結合、將作業與競賽相結合、將校內與校外相結合。建設基于大型設計競賽機制及項目實踐的BIM教學工作坊，能夠培養學生設計技能與設計成效的統一；改善相對封閉式的教學體系，引入一種輔助的“外部思維”交互機制；改變低活力、低創新的傳統課程教學方式，引入一種輔助的“外部激勵”交互機制，以培養學生的實踐能力，達到學習與實踐的共同提升。參考文獻：

[1]鐘煒，張馨文，姜騰騰.BIM仿真在工程項目管理課程教學改革中的應用研究[J].土木建筑工程信息技術，2013，5（6）：7-11.

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[6]劉成.基于BIM的工程項目管理沙盤模擬實踐教學研究[J].實驗室研究與探索，2012，31（10）：433-437.