產(chǎn)教融合背景下基于“一模多用”的綠色建筑技術(shù)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(zāi)減災(zāi)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(yè)順應(yīng)世界能源發(fā)展的趨勢，不斷的推進綠色建筑的研究與落實，綠色建筑設(shè)計已經(jīng)是目前建筑行業(yè)的熱點之一。綠色建筑的重要性不言而喻，國內(nèi)各重點高校的綠色建筑教學的改革及探索已經(jīng)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(shè)計理論、工程實踐、國內(nèi)外競賽、畢業(yè)設(shè)計等方面不斷進行綠色建筑設(shè)計教學實踐。

筆者所在高校的建筑學專業(yè)也從2012級開始開設(shè)了綠色建筑技術(shù)課程，經(jīng)過與軟件企業(yè)的深化合作，不斷的嘗試、探索和總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，教學方法得到完善，教學效果也穩(wěn)步提升，逐漸形成了以計算機數(shù)字化模擬來輔助綠色建筑設(shè)計的教學思路。

經(jīng)過歷年的課程教學實踐，筆者所在教學團隊發(fā)現(xiàn)，在產(chǎn)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(xù)性，提高學習效率。本文針對該教學方案在綠色建筑技術(shù)課程中的應(yīng)用進行回顧和總結(jié)，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(huán)境的模擬技術(shù)研究，經(jīng)過多年的發(fā)展，取得了很大的進步，涌現(xiàn)出多種類型的軟件[1]。筆者在以往課程中采用了多種設(shè)計軟件，以節(jié)能設(shè)計為例，常用的軟件有Doe-2、Energyplus、Dest、Ecotect，但是經(jīng)過課程實踐發(fā)現(xiàn)，學生在應(yīng)用環(huán)節(jié)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(yè)開展了新模式的研發(fā)，比較著名的有斯維爾、PKPM、廣聯(lián)達等公司，他們與各高校一起合作想方設(shè)法破解這一難題。筆者所在教學團隊經(jīng)過與軟件企業(yè)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(shù)據(jù)模擬，解決了學生、建筑師很反感的反復(fù)建模問題。在最近一次綠色建筑技術(shù)課程中采用了該教學方案，方案中包含了建筑節(jié)能設(shè)計、日照分析、采光分析、風環(huán)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(shù)實現(xiàn)了同一個模型可以進行多項模擬運算及導(dǎo)出模擬報告書，大大提高了工作效率。

課程教學方案的設(shè)想是在建筑設(shè)計的各個階段中讓學生運用相關(guān)的模擬軟件對方案模型進行性能模擬，使設(shè)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(jié)能、通風軟件進行平面優(yōu)化分析；在建筑節(jié)能設(shè)計階段，采用節(jié)能、噪聲軟件進行性能運算調(diào)整，以滿足各項規(guī)范要求。設(shè)計與模擬過程不存在固定的順序關(guān)系，應(yīng)根據(jù)具體情況協(xié)同進行。

3 綠色建筑技術(shù)課程教學實踐

廣西大學建筑學專業(yè)從2012年開始在教學培養(yǎng)計劃中構(gòu)建綠色建筑課程體系，綠色建筑技術(shù)課程是最為重要的一個環(huán)節(jié)，需要運用數(shù)字技術(shù)手段進行綠色建筑項目課程設(shè)計，已開設(shè)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(wù)書合理設(shè)置建筑規(guī)模及平面功能，有利于學生開展場地分析、多方案比較、技術(shù)手段深化，同時支持學生參加臺達杯國際太陽能建筑設(shè)計競賽、斯維爾全國高校綠色建筑設(shè)計競賽等國內(nèi)外競賽項目。

3.1 課程設(shè)計階段綠色建筑性能模擬分析

在基礎(chǔ)學習階段，在完成基礎(chǔ)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(shè)計性能模擬應(yīng)用的日照、采光、通風、節(jié)能等部分在課程設(shè)計階段與建筑設(shè)計相關(guān)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(shè)計階段綠色建筑評價標準涉及建筑設(shè)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(yīng)的軟件來模擬計算。在規(guī)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(huán)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(jié)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(jié)能和噪聲軟件進行相應(yīng)的模擬。各階段均可導(dǎo)出dwg、3ds等模型，采用sketch up軟件導(dǎo)入后，學生即可借助UE4、MARS等軟件進行VR轉(zhuǎn)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(guī)劃方面相關(guān)的條款進行分析，其他專業(yè)的內(nèi)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(yīng)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(shù)人員在機房安裝相應(yīng)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(diào)本軟件系統(tǒng)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(fù)建模即可進行相關(guān)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(diào)試即可，節(jié)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(wù)現(xiàn)場操作，基于任務(wù)式的教學也將改善高校教室中出現(xiàn)的“低頭族”等不良現(xiàn)象[3]。

3.2.2 方案深化階段

經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)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(dǎo)過程中不斷強調(diào)以綠色建筑為出發(fā)點，在此基礎(chǔ)上進行方案的深化，盡可能使設(shè)計方案更加符合當?shù)氐臍夂颦h(huán)境特點。經(jīng)過前期收集的氣候環(huán)境條件，得出建筑地點的相關(guān)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(chǔ)進行方案體量建模，通過日照、通風的效果對多方案比較，經(jīng)過這些分析，學生的設(shè)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(huán)境的模擬，同時也可以使用SUN軟件進行日照環(huán)境的模擬；體量建模經(jīng)過整理還可以進行熱環(huán)境方面的模擬。其次，在建筑平面布置階段形成的模型，統(tǒng)一進行模型檢查處理后，可以使用BECS軟件進行節(jié)能(能耗、隔熱、結(jié)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(shè)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(xiàn)有的資源鼓勵學生將模型進行整理轉(zhuǎn)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(jīng)歷導(dǎo)入、調(diào)整、彩圖及文字方面的編輯等較復(fù)雜的程序才能完成模擬報告書，成果質(zhì)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(jié)省時間的優(yōu)點。模型建立及調(diào)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(shè)計上面。方案流程詳見圖1。

3.2.3 方案出圖階段

任務(wù)書在本階段不僅要求學生完成正常建筑設(shè)計的基本內(nèi)容，還應(yīng)該把通過不同的模擬得到的日照、通風、節(jié)能、采光、噪聲等模擬彩色分析圖圖文并茂地整理在設(shè)計文本內(nèi)。同時，按行業(yè)要求模擬報告書也應(yīng)打印出來作為附件。一模多用方案的優(yōu)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(nèi)的材料。在課程設(shè)計階段，學生在沒有能夠掌握足夠?qū)I(yè)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(jié)省時間的方法。

4 結(jié)語

(1) 教學培養(yǎng)計劃中開設(shè)的建筑物理、建筑設(shè)備、建筑數(shù)字技術(shù)、數(shù)字化建筑設(shè)計與模擬等綠色建筑相關(guān)課程的開設(shè)為本次課程提供了良好的基礎(chǔ)，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(fā)，如在統(tǒng)一平臺軟件內(nèi)實現(xiàn)多種分析結(jié)果的顯示，用戶通過模擬可以更加直觀的了解設(shè)計方案存在的問題，就能以此為依據(jù)，更合理的進行方案的調(diào)整。在校企合作的基礎(chǔ)上加強與企業(yè)之間的溝通與合作，實現(xiàn)產(chǎn)教融合。

(3) 建筑模型的VR轉(zhuǎn)換及演示在實際課程中已經(jīng)可以實現(xiàn)，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(xiàn)實方面提出更簡易的方法，如購買簡易的VR眼鏡設(shè)備，購置成本將遠低于大型穿戴式設(shè)備，而且可直接使用自己的手機進行體驗。

(4) 綠色建筑技術(shù)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(yīng)的練習，還應(yīng)與學校實踐基地多溝通，為學生創(chuàng)造條件去實際工程項目現(xiàn)場體驗和參與綠色建筑項目的機會，還可以邀請行業(yè)專家多到學校進行實地教學指導(dǎo)，讓課程更加具有現(xiàn)實的意義。

(5) 本課程的完成將給學生打下一個扎實的基礎(chǔ)，除了能夠在下一階段的設(shè)計院實習中擔任綠色建筑相關(guān)的工作，還可以為最后的畢業(yè)設(shè)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(huán)節(jié)，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(shù)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(guān)注國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究動態(tài)，加強與高校的交流，使課程更加具有實用性，發(fā)揮其應(yīng)有的作用。