仿真實驗平臺在房屋建筑學課程教學中的應用探索

董騰，張穎，程美玉，孫冰，唐小林

（1.南華大學土木工程學院，湖南衡陽 421001；2.南華大學設計藝術學院，湖南衡陽 421001）

房屋建筑學是土木工程專業重要的一門專業課程，該課程教學質量關系到后續專業課程的學習。由于在建筑構造教學環節，由于使用二維平面圖紙教學，難以激發學生學習興趣，學生對構造的認識較為片面。這些問題給教學和學習帶來了瓶頸，虛擬仿真技術綜合了計算機制圖、可視化、系統仿真等技術，使學生能夠直觀地感受建筑空間結構，彌補空間想象力不足。

將虛擬仿真平臺引入房屋建筑學教學逐漸成為一種趨勢，一些高校進行了探索。 云南農業大學[1]從實訓課程設置和實訓課程的管理模式兩個方面，探索了結合虛擬仿真平臺，建立了“創新式課堂教學、實踐教學、課外活動反哺教學”的全方位、立體式實踐課程教學體系。山東科技大學[2]通過對虛擬平臺才建筑材料模擬單元、工程造價計價單元、施工模擬單元的建設，探索了土木工程仿真模擬平臺基本架構建設。廣西科技大學[3]的相關教研教改重點放在了仿真環節中的實訓計劃與生產操作環節上，突出模擬與實際的結合，這種模式對傳統實踐課程較為適用。 而將虛擬仿真實驗平臺引入房屋建筑學課程的改革上不多，值得深入探討。

1 房屋建筑學教學存在的問題

1.1 章節銜接不緊密

房屋建筑學是研究建筑與環境和建筑構造關系的一門學科，綜合性強。當前房屋建筑學的教學體系主要分為兩大塊，一塊是建筑空間設計，另一塊是建筑構造設計。對土木工程專業學生而言，建筑空間的設計要求不高，教學重點集中在了建筑構造。建筑的構造通常劃分為墻體、樓地層、屋面、基礎、樓梯、門窗等部分。當前房屋建筑學教學時，各章節分開講授，忽略了章節之間的銜接。這對學生而言，難以形成對建筑整體的有機認識，不利于后期建筑結構等專業課程的學習。

1.2 建筑構造教學缺少直觀展示

在房屋建筑學教學中，建筑構造在課堂上的講述主要以構造圖來展示。這種教學存在兩個問題：第一是學生學習不夠直觀，由于學生初次接觸施工圖，在構造教學時，學生讀圖存在一些障礙，這就降低了教學效果。第二是教師講解時較為枯燥，由于沒有直觀實例講解起來很難深入。

1.3 與其他專業課結合不緊密

房屋建筑學是土木工程專業重要的一門專業課程，該課程教學質量關系到后續專業課程的學習。而當前教學中往往忽略了這門課程的基礎性，與后續相關專業課結合不夠緊密。以《混凝土結構設計》為例，學生在進行結構計算時，需要對柱網進行布置，對柱子、梁的尺寸進行估算，然后進行結構計算，并與建筑尺寸進行協調。如果學生對建筑構造設計沒有一定的認識，在尺寸估算時，往往會走很多彎路。

2 仿真實驗平臺的優勢

仿真實驗教學平臺是當前解決客觀實踐條件不足，實踐教學目標難以落實等難題的有效解決途徑。當前一些高校對仿真實驗教學平臺的建設與應用進行了有效探索。仿真工程模擬實驗平臺具有透明性、資源共享性、互動操作性、用戶自主性、擴展性以及安全性等特點，其優勢是傳統實驗室和實習實踐方式無法比擬的，在教學、科研中的應用前景廣闊。

對房屋建筑學而言，基于BIM 技術的專業實驗平臺具有三維可視化、協調性和模擬性這三方面的優勢。最具價值的是可視化功能，建筑工程專業學生沒有經過空間思維訓練，在學習建筑平面設計時，難以想象出三維空間，這也限制了功能分區的設計，在仿真平臺對建筑空間進行建模，可以直觀看到功能分區的規劃是否合理。 同時在交通規劃中，可視化意義重大。

3 仿真實驗在房屋建筑學教學中的應用

南華大學仿真實驗平臺建立于2013年，可以為房屋建筑工程、巖土工程、道路與橋梁工程、工程造價等專業提供仿真實驗課程，仿真實驗平臺的建立，很好地解決了土木工程學科專業實驗教學場地受限、 成本消耗高、實驗指導教師不足等困難。

3.1 仿真平臺在課堂教學中的應用

三維圖像的引入是房屋建筑學教學的一個創新，但是必須與二維圖形進、板書和多媒體教學結合，一味地使用三維圖像容易讓學生產生依賴。 仿真平臺聯網使用，課時實時展現教學內容。房屋建筑學研究建筑與環境的關系，而這一點由于傳統手段難以展現，教學中往往會忽略，仿真平臺通過模塊的調取，具體地向學生展示建筑與環境的關系。 仿真平臺可以通過案例直觀展示建筑物理特性，幫助學生掌握建筑物理有關知識。仿真平臺的引入能夠達到更優的教學效果。

3.2 仿真平臺在課后輔導中的應用

房屋建筑中的構造知識通常難以用文字表達，如果用圖例表達，對學生要求較高，作業量變大，難度增加。借助仿真實驗平臺是解決這個難題的有效方法。仿真平臺能直觀展現空間的組合，協助學生進行空間設計與優化。因此教師在指導學生課程設計時，應強調平面功能空間設計的組合，讓學生形成空間概念，并可以反復練習，深入體會。

交通組織設計關系到建筑的使用和安全疏散，在以往課程設計中，由于時間有限，交通流線組織往往被忽略掉。 而BIM 技術可以直觀地展現空間之間的交通流線，展示了各功能空間的組織邏輯，使人們對建筑整體有更直觀的感受。BIM 模型建立后，學生可以對模型進行選擇，使用漫游工具深入建筑空間內部，實景感受到交通流線帶來的空間變化，直觀地觀察人員疏散的方向。通過這些練習，學生可以深入地推敲其要表達的重要空間效果，并評價其所創造的空間是否與周圍的環境產生良好的關系，確保學生能夠更準確地表達設計思想。

3.3 仿真平臺在課程設計中的應用

房屋建筑學課程設計是房屋建筑學課程的重要組成部分，主要考查學生的實踐能力。施工圖紙是房屋建筑學提交的主要成果，在傳統的課程設計中占去了學生的絕大部分時間。 在設計過程中，建筑平面，構件尺存等都需要調整，這些內容的調整最終會反映在圖紙上，因此二維圖紙的繪制工作量大，重復工作多。 BIM技術施工圖由程序自動生成，因此只需調整模型信息就可完成施工圖的改動，大大減輕了學生繪圖壓力，提高了設計效率，給學生更多的時間去思考設計問題。

3.4 仿真平臺在認識實習中的應用

仿真平臺將房屋建筑認識實習從對工地的依賴中解放出來，但具體應用仍需探索。實踐教學環節主要依據BIM 平臺進行，不同于課程教學中的構造演示，認識實習更強調與實際的結合。 尤其是標準化構件模型庫的構建，讓學生在實習前可以瀏覽當前主流構件構造，大大提高教學效率。 在撰寫認識實習報告時，應鼓勵學生對實習項目運用仿真平臺進行建模。 認識實習BIM 操作的目的主要有兩個，一個是加深學生對實習項目的認識，另一個是為學生BIM 建模奠定一些基礎。因此操作實習主要是以信息讀取為主，如讀取墻體信息、樓地層信息，讀取結構信息。

4 結語

基于筆者的實踐探索，得出以下結論：當前房屋建筑學教學存在章節銜接不緊密，建筑構造教學缺少直觀展示，與其他專業課結合不緊密的問題。仿真實驗平臺可以形象地展示建筑空間組合，建筑構造，幫助學生更好地學習房屋建筑學。 同時仿真平臺的應用于課程設計能強化學生對所學知識的深入理解，應用于實踐教學可解決客觀條件不足等問題。