BIM+VR模式在高職建筑類專業教學中的應用

李重 于淼

關鍵詞：BIM;VR;教學實踐

當今社會，隨著科學技術進步、經濟飛速發展，在國家大力推動產業升級、調整結構的大背景下，傳統建筑業弊端凸顯，我國建筑業終將打破傳統，逐漸向工業化、信息化、智能化方向發展。在此大環境下，高職院校建筑類專業如何調整人才培養模式，以適應當今信息化智能化社會，是目前急需解決的問題。

一、傳統高職院校建筑類專業教學模式特征及缺陷

高職院校建筑類專業的傳統教學模式多以黑板配合多媒體的方式，向學生灌輸理論知識，學生被動吸收，實踐教學占比并不樂觀。研究表明，高職院校的學生文化基礎薄弱，對純理論的知識興致不高，但是高職院校的學生具有較強的動手能力，喜歡新鮮的事物，對新事物具有很強的適應性。傳統教學模式并未成功地立足高職院校學生特點，將學生學習知識的方式由被動轉換為主動，究其原因有以下幾點：首先，師資隊伍建設未能跟上當下建筑行業發展的步伐。高職院校建筑類專業教師大多缺乏一線設計、施工實踐經驗;多數高職院校也未能對建筑類專業教師定期進行一線設計、施工培訓。在實際教學環節中，教師只能重理論輕實踐。其次，實踐教學條件落后。大多數高職院校對建筑類專業實訓室、實訓設備、軟件的投入遠遠不足，校外實訓基地不能滿足眾多學生的實踐需求，有待進一步提升改造。第三，教學方式較為落后。多數高職院校教學手段仍停留在黑板、多媒體等被動灌輸式的教學方式，未能將建筑信息模型（BIM）、虛擬現實技術（VR）、三維仿真技術、網絡移動教學平臺等信息化技術有效地引入到教學中，激發學生學習的興趣，將對知識的獲取逐漸從被動式轉換為主動式，從而達到提高教學質量的目的。

二、BIM技術

BIM技術即建筑信息模型（Build-ingInformationModeling），它基于三維數字，將建設工程全壽命周期中的各個環節（主要包括可行性研究、初步設計、技術設計、施工圖設計、招投標、施工、竣工移交、運營等）集合在一起，形成該建設工程的數字化三維模型。

隨著科學技術的發展，BIM技術日趨成熟，在建筑業中得到廣泛的應用，越來越多的高校意識到BIM技術對未來建筑業的意義，逐漸將BIM技術引入到教學當中。有研究表明，美國將BIM技術引入到教學中的高校數量已占全部高校數量的70%，而97%的高校也會將BIM納入其課程中。BIM技術可以將抽象的教學內容以三維信息模型這種立體可視化的形式向學生展示，從而實現二維圖形與三維模型的實時關聯對應，有助于學生理解復雜的建筑空間，對學生空間思維、建設工程全壽命周期的認識等方面的培養極為有利，為后面的課程學習打下夯實的基礎。

三、VR技術

虛擬現實（virtual Reality）簡稱VR，是一種模擬體驗虛擬世界的交互式仿真系統，它可以創建和體驗虛擬世界（virtual World），利用計算機系統生成的交互式三維環境，可以使參與者感受到景物或模型十分逼真地存在，同時可以對參與者的運動和操作做出實時準確的響應。虛擬現實技術是一種綜合性極強的高新信息技術，在最近十幾年得到了飛速的發展，在建筑、工業、軍事、能源、醫學、藝術、教育培訓、城市規劃等很多領域都得到了廣泛的應用。由于其特有的仿真特性，如，沉浸感、時實交互性、想象力和三維圖形等，它正在成為解決工程問題的一種重要方法，也是實現計算機輔助教學的一個重要手段。

四、BIM+VR模式

BIM技術是利用計算機與互聯網技術將建筑平面圖紙轉成可視化的多維度數據模型。它是所有建筑信息數據的集成模型，實現數據信息的應用。BIM不但可以完成建筑全生命周期內所有信息數據的處理、共享與傳遞工作，更具備三維可視化的特點，非專業人士也更容易看懂建筑、讀懂建筑。BIM模型可以達到模擬的效果，但與VR相比，在視覺效果上還有很大差距，VR能彌補視覺表現真實度的短板。VR目前的發展主要在硬件設備的研究上，缺乏豐富的內容資源使得VR難以表現虛擬現實的真正價值，VR內容的模型建立與內容調整上更需投入大量成本，新技術存在落地難的困境。而BIM本身就具有了模型與數據信息，可為VR提供極好的內容與落地應用的真實場景。

BIM已在建造方式上改變了傳統的施工方法，VR的誕生給人們帶來了不一樣的感知交互體驗，兩者的結合勢必會提高相互領域間的技術層次。

五、BIM+VR模式在高職院校建筑類專業教學中的應用

（一）建筑工程技術專業

1、建筑結構。當今建筑設計與之前20年的相比，設計風格日趨多樣化，中規中矩的建筑盒子也變成了造型復雜或者異形曲面的建筑形式。例如，國家體育場（鳥巢）、中央電視臺新址大樓、瑪麗蓮·夢露大廈、銀河SOHO等建筑。建筑結構亦會隨建筑形式的變化而變化。造型復雜或者異型曲面的建筑形式，建筑結構較中規中矩的建筑盒子要復雜很多，如此復雜多樣的建筑結構，往往需要經過大量的數據統計、計算、分析。只有通過大量的實驗數據，才能分析出結構的穩定性、抗剪能力等性能。如此龐大的實驗數據、復雜多樣的建筑結構，對于高職院校的學生來說，學習起來無疑困難重重，會嚴重打擊學生的學習積極性。

現如今，建筑行業在分析復雜多樣的結構時，多借助BIM技術和VR技術進行分析。在建筑結構課程中如果將BIM技術和VR技術相結合，在為學生講解復雜多樣的建筑結構時，會使課堂更加生動。BIM技術可分析大量的實驗數據，通過分析可以確定結構的穩定性以及抗剪能力，當遇到結構不適應建筑形式時，通過BIM可以修改模型，直到找到最佳方案。BIM建立的模型可采用交互的形式在VR設備中展示，學生們通過頭盔、3D眼鏡等設備可直觀地觀察模型，可使課堂中講解的模型更加形象，使學生更易理解復雜的建筑結構、建筑形式，使教學效果更好。

2、建筑施工技術。建筑施工技術是系統介紹建筑工程中施工技術的基礎理論、基本知識和基本施工方法的科學，涉及多種復雜的實踐工程，如土方工程、地基處理及樁基工程、結構工程、砌筑工程、安裝工程等。建筑施工技術在教學過程中，需要多個實踐環節，由于涉及到學生的人身安全，很多工地并不愿意接納學生到工地參觀、實踐學習。傳統的建筑施工技術課程主要通過圖片、ppt等形式向學生介紹建筑施工技術，這種形式學生動手能力較少，很難全面掌握多種建筑施工工藝;有些有條件的高職院校會安排學生到實訓場進行某項工種施工實訓，由于場地、實驗耗材等多種因素的影響，學生實訓只能進行某一項或者某兩三項施工工藝實訓，其他施工知識主要依靠傳統教學方式。針對此種情況，在建筑施工技術課程中不妨通過BIM+VR形式克服，對于不能到實訓場、施工工地實踐的施工工藝可以通過BIM技術進行仿真模擬，再通過VR技術呈現模擬的場景、施工工藝，通過觀察發現施工中可能存在的問題，通過BIM技術進行修改，直至找到最優方案。

BIM+VR形式在建筑施工技術課程中的應用，可以使學生更加直觀地了解多種施工工藝，對于學生全面掌握多種施工技術提供更大的可能性。

（二）建筑裝飾工程技術專業

1、建筑裝飾設計。在傳統的建筑裝飾設計教學中，主要使用Auto-CAD、中望CAD等二維軟件完成建筑裝飾平面圖、立面圖、剖面圖、大樣圖等二維圖形的繪制，再通過3dMax、SketchUp、PhotoShop等軟件完成建模、效果圖的繪制。在設計過程中，根據設計、變更要求不斷調整、修改方案，直至最終確定。這種教學流程是典型的將二維圖形轉換為三維立體圖形的過程，要求學生具有一定的空間想象能力，尤其是在調整過程中，需要在腦海中不斷想象設計的空間是否合理，這種教學方式對于高職院校的學生來說具有一定的難度。

建筑裝飾設計是一個充滿變化、高活力與挑戰性的行業，隨著建筑工業化、信息化的到來，建筑裝飾設計行業面臨轉型，目前已有不少開發商采用虛擬樣板間的形式讓客戶體驗房屋建成后的效果，這種形式可以突破空間的局限，使客戶能相對真實地互動體驗到樓間距、層高、房屋的使用面積、采光情況等。這種虛擬樣板間的形式主要通過BIM+VR的形式來完成。如果將這種形式引入到高職建筑裝飾設計教學中，學生可以通過BIM技術，將二維圖形與三維模型進行轉換，再通過VR技術對三維模型進行預演，可以使設計的方案得到直觀的表達，使同學們感受到設計的空間是否合理、建筑材料與構造做法是否滿足需求，并及時發現問題并做出調整，確定最優方案。

2、建筑裝飾施工技術。建筑裝飾施工技術課程有信息量大，實踐性強，牽涉到的施工過程、施工工藝環節多，邏輯性強等特點。在傳統教學中，為在有限的課時內把知識和技能傳授給學生，常用的就是利用圖片、視頻、動畫等教學手段，直接向學生展示建筑裝飾施工的過程、現場情況等。此種教學手段雖能讓學生了解部分建筑裝飾施工的實際工作環境和工作狀態，但是在建筑裝飾施工邏輯性上的表達明顯不足。

目前BIM+VR模式在建筑裝飾施工中得到諸多應用，如果可以將BIM技術和VR技術引入到教學過程中，學生可以利用BIM模型對現場進行臨設布置，通過VR技術觀察模型。建筑裝飾構造多由基層、龍骨、各種構配件、面層等元素組成，這些元素在建筑裝飾三維模型中均有所體現，BIM技術根據建筑裝飾三維模型可以生成滿足施工需求的施工圖、大樣圖、表格數據等技術圖表，這些圖紙、圖表都是基于建筑裝飾三維實體模型，成相互關聯之勢，對于因不同視圖而導致出現的技術圖表無法實時相關聯的現象起到很好的規避效果。在觀察審核相關模型、圖紙的過程中，需要對設計進行改動，采用BIM+VR模式，無論在哪個視圖中進行改動，相對應的施工圖、大樣圖、表格數據等技術圖表也會跟著改動，這種模式便于討論和修改，大大減輕了工作量，提高了工作效率。

學生可以利用三維模型對施工方案進行預演，使各項方案得到一個直觀的表達，可讓學生掌握各項施工方案是否能達到施工要求，并及時發現問題作出調整。通過施工方案的模擬，選擇最優方案。

（三）工程造價專業

1、建筑工程識圖。建筑工程識圖是高職院校工程造價專業的核心課程，主要培養學生領會設計任務書或設計變更文書，熟練與準確識讀土建專業施工圖及配套文本文件的能力，同時也是工程造價專業需要側重培養的技能。

傳統高職院校建筑工程識圖課程主要通過圖片、幻燈片、視頻等形式給學生傳授知識，這種形式簡單易操作，但是需要學生有較高的空間想象能力，學生能夠準確識讀實際工程圖紙需要經過長時間的培訓，效率較低。

工程造價專業與科學技術的發展需緊密聯系，BIM技術、VR技術的興起，為工程造價人才培養工作帶來了新思路。在建筑工程識圖課程中可以選取具體項目任務，項目的選取要著重培養學生的識圖、圖形算量、計價能力。例如，在建筑設計中可將樓梯的搭建過程作為BIM建模的對象，并完成相應的剖析任務，建模完成后通過VR技術觀察模型，VR逼真的視覺效果可以使學生更清楚地了解樓梯各部分的相關知識，使建筑工程識圖課程更生動有趣。

2、工程造價管理。工程造價管理課程傳統的教學方式主要是黑板加多媒體，學生被動地學習相關知識，對于工程造價管理涉及的決策階段、設計階段、施工階段、竣工階段等過程，學生全面掌握的難度較大。在工程造價管理課程中充分應用BIM技術，可以使學生更全面掌握工程造價管理的多個過程。例如，決策階段可以采用BIM技術對多個投資方案進行比較，選出最佳方案，同時可以對整個項目的總體造價進行估算;設計階段將CAD圖紙與BIM技術相結合，可以很直觀地做項目概預算，使造價更具穩定性;施工階段運用BIM技術可以使工程整體管理質量和管理水平得到全面的提高……不管是決策階段、設計階段、施工階段還是竣工階段運用BIM技術都可以提高學習、工作效率，加深學生對工程造價管理的理解與認識。

本文首先介紹了BIM技術、VR技術，接著從建筑工程技術、建筑裝飾工程技術、工程造價三個專業探討BIM+VR模式在建筑類專業教學中的應用，探索建筑類專業課程新的教學思路和方法。通過探討發現BIM+VR模式不僅能打破傳統黑板配合多媒體的形式，還能使建筑類專業課程豐富多彩，增加教學資源。針對高職院校學生的特點，BIM+VR模式可以提高學生主動學習的興趣，從而實現學生從被動式學習向主動式學習的轉變，提高學習效率。在高職建筑類專業教學中，培養學生運用BIM+VR技術解決實際問題，為高職學生畢業后步人工作崗位打下堅實的基礎。