BIM在建筑學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用初探

陳 永 樂

(福建工程學(xué)院建筑與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院，福建 福州 350118)

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BIM在建筑學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用初探

陳 永 樂

(福建工程學(xué)院建筑與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院，福建 福州 350118)

簡述了BIM技術(shù)的產(chǎn)生背景，針對(duì)目前建筑學(xué)教學(xué)過程中存在的問題，從知識(shí)體系、教學(xué)媒介、多學(xué)科協(xié)作等方面，闡述了BIM技術(shù)在該課程中的應(yīng)用，達(dá)到了豐富教學(xué)方法、提升教學(xué)質(zhì)量的目標(biāo)。

BIM技術(shù)，建筑學(xué)，教學(xué)體系，建筑設(shè)計(jì)

1 緣起

從“鮑扎”(Ecole des Beaux-Arts)到“包豪斯”(Bauhaus)，從“德州騎士”(Texas Rangers)到匡溪藝術(shù)學(xué)院(Cranbrook Academy of Art)，建筑學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)這個(gè)古老的命題，總是隨著時(shí)空的變遷不斷演進(jìn)。在這個(gè)數(shù)字化席卷一切的時(shí)代，建筑和建筑學(xué)也在經(jīng)歷著洗禮和變化，相關(guān)的數(shù)字化教學(xué)研究取得了長足的進(jìn)展[1]。建筑信息模型(Building Information Modeling，以下簡稱BIM)是這場變化中的新近熱點(diǎn)，在我國推進(jìn)工業(yè)4.0的大背景下，其作為建筑行業(yè)基礎(chǔ)性技術(shù)的重要性已經(jīng)在實(shí)踐環(huán)節(jié)(設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維)逐漸顯現(xiàn)并勢必帶來變革性的影響。作為整個(gè)學(xué)科和行業(yè)的源頭，如何在教學(xué)環(huán)節(jié)中汲取營養(yǎng)并回應(yīng)這種變化，是本文思考的緣起。

一個(gè)建筑項(xiàng)目的推進(jìn)，可以看成是建筑信息從設(shè)計(jì)到施工再到運(yùn)維的傳導(dǎo)過程。在傳統(tǒng)的數(shù)字化工作環(huán)境中，適用于不同階段的各種工具(如設(shè)計(jì)軟件、模擬和分析軟件、施工管理軟件、運(yùn)維管理軟件)大多各自為政，信息的傳導(dǎo)和轉(zhuǎn)譯存在著大量的重復(fù)、錯(cuò)誤和缺失。而BIM通過建筑信息的集成將上述工具串聯(lián)起來形成合力，極大地提高了信息傳導(dǎo)的效率和質(zhì)量，使其從一種建模工具提升為建筑信息和工作流的整合平臺(tái)[2](見圖1)。建筑學(xué)教學(xué)同樣是一個(gè)信息傳導(dǎo)的過程，存在著諸多信息壁壘，利用BIM的集成性和聯(lián)通性，將其作為一種整合平臺(tái)應(yīng)用到建筑學(xué)教學(xué)中，正回應(yīng)了當(dāng)前教學(xué)體系中的諸多問題。

2 知識(shí)體系的整合

當(dāng)前的教學(xué)體系，以設(shè)計(jì)課為核心，相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的傳授都是以課程為單位，分門別類地分散在設(shè)計(jì)原理課、結(jié)構(gòu)課、構(gòu)造課、物理課等課程中。這種體系的初衷，是希望學(xué)生能將各類別課程中接收的知識(shí)點(diǎn)加以整合并最終應(yīng)用到設(shè)計(jì)中去。但出于教與學(xué)過程中知識(shí)轉(zhuǎn)化效率的天然差異，大部分的結(jié)果是，學(xué)生掌握的還是片段化的知識(shí)“點(diǎn)”，而不是知識(shí)“線”或“面”。設(shè)計(jì)課上做的設(shè)計(jì)既不知道如何運(yùn)用原理課的知識(shí)進(jìn)行構(gòu)思，也不知道如何運(yùn)用技術(shù)課的知識(shí)加以深化。

一直以來，建筑學(xué)的教學(xué)改革始終在探索如何梳理課程之間的縱向邏輯和橫向聯(lián)系，并取得了卓有成效的成果。有了BIM平臺(tái)的介入，這種探索就可以增加一個(gè)新的維度——以項(xiàng)目為單位整合相關(guān)知識(shí)的教授。BIM信息集成的優(yōu)勢，使這種整合不僅是知識(shí)點(diǎn)巨細(xì)靡遺的簡單累加，借助查詢、模擬等數(shù)字化工具更可以促進(jìn)知識(shí)間暢通互聯(lián)。從原理課到技術(shù)課各種課程的教學(xué)可以共同利用這一平臺(tái)從不同角度、不同等級(jí)展開：講授場地與建筑關(guān)系時(shí)，可以調(diào)出某個(gè)空間節(jié)點(diǎn)加以說明；分析細(xì)部大樣和構(gòu)造做法時(shí)也可以同時(shí)切換到外部造型展示建成效果(見圖2)；講解結(jié)構(gòu)選型時(shí)可以通過4D施工模擬同時(shí)展示建造過程……在這種更符合建筑學(xué)認(rèn)知規(guī)律的教學(xué)模式下，學(xué)生接受知識(shí)的過程始終“封裝”在對(duì)項(xiàng)目的整體理解和概念中，可以迅速、直觀地在知識(shí)點(diǎn)間建立聯(lián)系、融會(huì)貫通，而BIM可視化特點(diǎn)將進(jìn)一步提高這個(gè)理解過程的強(qiáng)度和效率。BIM項(xiàng)目庫的建立過程可以作為學(xué)生作業(yè)補(bǔ)充到當(dāng)前建筑認(rèn)知等基礎(chǔ)性課程的認(rèn)知訓(xùn)練手段中，而項(xiàng)目庫的不斷擴(kuò)容將形成規(guī)模效應(yīng)，進(jìn)一步促進(jìn)上述的知識(shí)整合和互聯(lián)，從而作為當(dāng)前教學(xué)體系的有益補(bǔ)充，形成點(diǎn)線面結(jié)合的體系化教學(xué)架構(gòu)。

3 教學(xué)媒介的整合

用二維圖紙表達(dá)設(shè)計(jì)構(gòu)思，是設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)中教與學(xué)之間主要的交流和溝通媒介。雖然它曾經(jīng)是人類設(shè)計(jì)思維的一種進(jìn)步[3]，但發(fā)展至今已經(jīng)顯示出其效率低下、影響設(shè)計(jì)質(zhì)量的一面。雖然學(xué)生已經(jīng)普遍在設(shè)計(jì)過程中采用一些三維輔助手段，諸如縮小比例的實(shí)體模型、計(jì)算機(jī)輔助建模等，但這些手段都有其天然缺陷。例如，縮小比例的實(shí)體模型不僅不易修改，而且研究范圍有限；3DMAX，Sketchup等傳統(tǒng)輔助建模軟件參數(shù)化和集成化程度不高；1∶1比例的實(shí)體建造更是出于多方面的限制條件而無法大面積推廣和開展。而最終將其轉(zhuǎn)化為二維圖紙仍是設(shè)計(jì)成果考核的核心要求。這種表達(dá)方法是如此的基本，以至于已經(jīng)成為一種普遍采用的、根深蒂固的思維模式，影響了設(shè)計(jì)思維多樣性的產(chǎn)生。

如前所述，BIM作為一個(gè)基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)的核心可以集成多樣化的設(shè)計(jì)和管理工具，使建筑全生命周期內(nèi)從概念設(shè)計(jì)到運(yùn)營維護(hù)的所有工作流程都可以在一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)字化三維平臺(tái)下完成。在教學(xué)中，BIM除了作為三維建模和展示工具的淺層次應(yīng)用外，更應(yīng)該作為信息交流平臺(tái)深入到教與學(xué)的全過程中，促進(jìn)一種新思維和習(xí)慣的養(yǎng)成。以設(shè)計(jì)課為例，學(xué)生的設(shè)計(jì)借助Revit，AutoCAD等建模軟件，從構(gòu)思初始階段就應(yīng)該是基于三維的、封裝了屬性信息的“真實(shí)”建筑構(gòu)件的“搭建”，而不再只是二維的抽象線條。借助于BIM接口的參數(shù)化設(shè)計(jì)和生成設(shè)計(jì)工具，設(shè)計(jì)前期的分析與設(shè)計(jì)成果之間的轉(zhuǎn)換不再只依靠設(shè)計(jì)者的視覺判斷和操作，基于數(shù)據(jù)操作和算法思維的全新設(shè)計(jì)方法論將極大地?cái)U(kuò)展設(shè)計(jì)成果可能的邊界[4]。對(duì)設(shè)計(jì)的檢驗(yàn)和優(yōu)化，可以通過諸如Ecotect,Navisworks等軟件進(jìn)行分析和模擬，并對(duì)輸出結(jié)果實(shí)時(shí)反饋。學(xué)生與教師交流、評(píng)圖、成果展示甚至虛擬的數(shù)字化建造，也都在三維可視化平臺(tái)下進(jìn)行，而不再依賴轉(zhuǎn)化為二維圖紙進(jìn)行交流。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(Augmented Reality)技術(shù)的普及和發(fā)展，教學(xué)過程可在沉浸感和交互性更強(qiáng)的虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，信息交互的直觀性和互動(dòng)性將進(jìn)一步加強(qiáng)(見圖3)。這種始終在三維空間下開展的教與學(xué)的交互過程，一方面減少了三維到二維轉(zhuǎn)化，能使更多的精力聚焦在設(shè)計(jì)本身，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生始終用空間和建造的思維思考設(shè)計(jì)，更符合建筑學(xué)本身的內(nèi)在規(guī)律，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)“設(shè)計(jì)建造本源的一種回歸”[3]。

4 多學(xué)科協(xié)作體系的整合

建筑是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的社會(huì)協(xié)作活動(dòng)，但行業(yè)分工帶來的各工種(規(guī)劃、建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電、景觀等)和流程間(設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維)的信息壁壘一直是建筑業(yè)的頑疾。從教學(xué)上看，這種專業(yè)間界限似乎更加明顯。不同專業(yè)間的協(xié)作經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，在各專業(yè)的教學(xué)體系中是缺失和被忽略的，這與這個(gè)行業(yè)的協(xié)作特性是不相符的，對(duì)于在其中起先導(dǎo)和協(xié)調(diào)角色的建筑學(xué)專業(yè)尤甚。專業(yè)視野的局限，導(dǎo)致在走上實(shí)際設(shè)計(jì)崗位面對(duì)完全陌生而又千頭萬緒的協(xié)調(diào)工作時(shí)，都要經(jīng)歷一個(gè)痛苦的適應(yīng)期，要么顧此失彼，要么失去對(duì)本專業(yè)應(yīng)有的堅(jiān)持。

協(xié)同性是BIM相較于AutoCAD等輔助設(shè)計(jì)軟件最大的優(yōu)勢之一。AutoCAD雖然也有協(xié)同設(shè)計(jì)的概念，但更多的體現(xiàn)在制圖標(biāo)準(zhǔn)和文檔管理[3]，各專業(yè)圖紙攜帶的是相對(duì)獨(dú)立的信息，通過簡單的外部引用(External Reference)將二維信息疊套在一起，核心的讀圖和審核過程仍然依靠具體設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)和細(xì)心，既不直觀錯(cuò)漏缺也在所難免。BIM協(xié)同設(shè)計(jì)具備的三維化、可視化特點(diǎn)，能有效地克服設(shè)計(jì)者由于專業(yè)知識(shí)不足或其他原因造成的錯(cuò)誤或疏忽(這點(diǎn)對(duì)于學(xué)生這樣的初學(xué)者尤其重要)，借助漫游、碰撞檢查等工具能夠極大地提高協(xié)同設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量。具體到教學(xué)環(huán)節(jié)，利用課程設(shè)計(jì)或畢業(yè)設(shè)計(jì)的契機(jī)，以課題或項(xiàng)目為單元，組織建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、景觀、室內(nèi)等相關(guān)專業(yè)學(xué)生組成設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，在BIM平臺(tái)下開展多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，了解其他專業(yè)的專業(yè)訴求，在真實(shí)的協(xié)作經(jīng)歷中獲取知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，從而加深對(duì)自身專業(yè)的理解。除了建筑學(xué)相關(guān)專業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)外，通過BIM與GIS(地理信息系統(tǒng))的銜接，能將更廣泛知識(shí)背景的學(xué)科和設(shè)計(jì)者整合在一起，實(shí)現(xiàn)多學(xué)科、交叉互聯(lián)的教學(xué)體系的建立。

5 結(jié)語

誠然，BIM不是點(diǎn)石成金的神器，不可能一勞永逸地解決所有問題。傳統(tǒng)的技術(shù)手段，如草圖、實(shí)體模型等，仍然在教學(xué)和設(shè)計(jì)中具有其特有的作用和優(yōu)勢，不會(huì)被完全替代，就像當(dāng)年AutoCAD出現(xiàn)時(shí)一樣。BIM在教學(xué)中的應(yīng)用，一方面是將其視為一種新興的技術(shù)手段，利用其特點(diǎn)和優(yōu)勢針對(duì)性地解決相關(guān)問題，豐富教學(xué)方法和手段，提升教學(xué)效率與質(zhì)量；更重要的是將其視為一種新的思維模式，思考如何與現(xiàn)有的教學(xué)體系和方法論有效銜接，成為一種有益的補(bǔ)充。

[1] 孫 澄,邢 凱，夏 楠，等.模擬·編碼·協(xié)同[A].2012全國建筑院系建筑數(shù)字技術(shù)教學(xué)研討會(huì)論文集[C].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012:309-365.

[2] 何關(guān)培.BIM和BIM相關(guān)軟件[J].土木建筑工程信息技術(shù)，2010(12):110-117.

[3] 傅 筱.建筑信息模型帶來的設(shè)計(jì)思維和方法的轉(zhuǎn)型[J].建筑學(xué)報(bào)，2009(1)：77-80.

[4] 徐衛(wèi)國.褶子思想，游牧空間——關(guān)于非線性建筑參數(shù)化設(shè)計(jì)的訪談[J].世界建筑，2009(8):16-17.

Inquiry on the application of BIM in architecture teaching

Chen Yongle

(College of Architecture and Urban-Rural Planning, Fujian College of Engineering, Fuzhou 350118, China)

The paper briefly introduces the occurring background of BIM technique. In light of problems existing current architecture teaching process, starting from aspects of knowledge hierarchy, teaching media and Multi-Disciplinary Team(MDT), it describes the application of BIM technique the in the curriculum, which achieves the goal of enriching teaching methods and improving teaching quality as well.

BIM technique, architecture, teaching system, architectural design

1009-6825(2016)30-0250-03

2016-08-14

陳永樂(1980- )，男，碩士，助教

G642.0

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