BIM背景下建筑模型制作課程改革

管佳佳

摘 要：教育部大力提倡新工科建設，鼓勵傳統工科專業建設引入新技術，促進其向新工科專業轉化。作為傳統工科專業，在科技高速發展的背景下，建筑學專業的教學也要積極引入新技術。作為新興的建筑設計、建造輔助手段，BIM實現了建筑全生命周期的信息集成，為各方人員協同工作、提高效率提供了有利條件，為建筑裝配化提供有力支持，在全球范圍內建筑領域得到越來越廣泛的應用。在建筑模型制作課程的教學中引入BIM相關技術，可以培養學生將建筑領域的多個環節串聯起來的能力，讓學生對建筑生命周期內的各個不同專業領域的分工合作深入了解，從而將學習與實踐結合起來。

關鍵詞：建筑模型制作;BIM;建筑裝配;3D打印

2017年，教育部在復旦大學召開的研討會上提出了新工科的建設，并先后形成了“復旦共識”“天大行動”“北京指南”，發布了《關于開展新工科研究與實踐的通知》《關于推進新工科研究與實踐項目的通知》，積極推動新工科建設。建筑學是一門古老的學科，建筑學教育教學也同樣要敞開胸懷，擁抱新的技術，積極向新工科轉化。BIM技術即建筑信息模型，作為新興技術，其能夠將建筑領域的多個環節串聯起來，實現建筑信息的集成，為各方人員協同工作、提高效率提供有利條件，為建筑裝配化提供有力支持，在全球范圍內建筑領域得到越來越多的應用。因此，在教學中引入BIM技術，是建筑學這門古老學科向新工科轉化的有力探索。

一、建筑模型制作課程教學現狀與改革意義

在建筑學的各門課程中，建筑模型制作課程著力于培養學生空間想象的能力以及表現能力，是建筑學專業中一門重要的專業基礎課程。制作建筑模型是建筑設計等多門專業課程任課教師與學生討論建筑方案、分析建筑空間與形體、推敲建筑細節的重要手段，它能夠幫助學生將建筑理念與實踐相結合，在實踐中體會建筑的平面、立面與空間之間的關系，突破傳統的、平面的、二維的表現形式的局限性。制作模型的過程是一個主動思考的過程，能夠拓展學生的思維，讓學生在動手中發現在繪圖階段難以發現的優點和不足，提前從結構、空間、造型等多個角度對設計成果進行檢驗。建筑模型制作對學生思維的發展、不同建筑設計方法的融會貫通有著重要的作用，是培養學生學習、掌握建筑設計方法的重要課程。關于建筑模型課的教學改革，國內外也有較多研究，如顧大慶在《繪圖，制作，搭建和建構——關于設計教學中建造概念的一些個人體驗和思考》一文中就詳細闡述了教學中的建造概念，從繪圖到模型制作，再到搭建、建構，尺度的變化帶來的是更深入的設計概念和方法的學習。何雪鈺在《建筑學專業課程整合淺談——以建筑模型制作課程為例》一文中探討了建筑學專業的各個專業課程與建筑模型制作課程之間相互整合，合作培養學生設計能力、提高學生素質的方法及意義。

國家實施制造強國戰略，要求中國制造業在自主創新能力、資源利用效率、產業結構水平、信息化程度、質量效益等方面轉型升級。新工科背景下的建筑學教育同樣要響應國家這一戰略，培養能夠適應國家這一戰略需求的人才，完成從中國制造到中國創造的轉變，培養學生在新空間、新結構、新材料以及新施工等方面的能力，提升學生的創新能力，提高建筑產業的信息化程度及質量效益。建筑學與設計、施工、運營等方面多個專業都有著緊密的聯系，因此，建立大設計平臺，打通專業壁壘，融合建筑相關的不同專業及課程，打造新工科，培養多學科復合型人才，是建筑學教育教學改革的發展方向。其中，建筑模型制作課程在將不同的專業學科及教學內容相互融合方面具有其獨特的優勢。

在建筑模型制作課程中引入數字化、信息化、智能化技術，從BIM入手，同時使用3D打印技術，實現從模型到建造的過程轉變，引導學生理解智能建筑及智能施工。同時，實現從學習到工程實踐的無縫對接。

《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）》提出要培養學生勇于探索的創新精神和善于解決問題的實踐能力。這些能力是學生綜合素質的組成部分，是學生未來職業可持續發展的核心。培養土建類專業人才不僅要注重培養學生運用設計理論和方法解決實踐問題的專業素質，更要注重培養學生的創新思維和實踐能力。

高長征認為我國高校長期受到“學院派”教育體系的影響，低年級的建筑設計課程往往側重于基本功的訓練，是一種以類型為基礎的技能教育。從國內部分高校調研情況看，建筑學專業課堂教學主要采用的教學模式是讓學生鉆研、分析大師作品，學習不同類型的典型民用建筑的設計方法及基本規律，是一種以類型為基礎的技能教育。模型制作課程的教學內容為這種模式服務，多是要求學生制作建筑大師的建筑作品模型。制作方式多為使用模型板等模型制作材料制作盡可能逼真、精美的模型。對外立面和造型極盡雕琢，在一定程度上忽略了對設計過程的關注，對建筑的平面布局、流線設計、空間、結構、施工技法等缺乏思考，造成與實際的建筑建造過程脫節的現象。漸漸地，模型制作課程也就退化成為相對獨立的、重復的手工訓練。這種教學模式注重結果，忽視了過程，與建筑設計的其他專業課相互割裂，背離了制作模型最開始的目的，對建筑創作的意義也有一定程度的削弱。

二、建筑模型制作課程教學過程改革

（一）整合、建設建筑模型實驗室智能制作系統，借助BIM體系實現從圖紙到建筑工程全過程復演的模型制作實驗教學過程

BIM，即建筑信息模型（Building Information Modeling），是一種設計技術，是依托設計云平臺的三維智能設計方式。它是以三維圖形為主的電腦輔助設計工具，通過建立建筑三維模型，利用數字化技術，建立完整的符合實際的建筑工程信息庫，整合建筑全周期內包括設計、施工、運營等各方信息，滿足建筑相關各方人員的信息交互需求。BIM的出現正在改變建筑項目參與各方的設計與協作方式。

在建筑模型制作課程的改革中，與其他建筑設計的主干課程相結合，學生借助建筑模型制作修改、完善自己的課程設計。同時，將BIM引入課程中，將建筑各個不同階段的工程信息，如圖紙、建筑材料（模型材料）等集成在一個BIM模型中。借助BIM體系，根據模型制作的需要，將一個建筑拆分出不同的建筑構件，再利用計算機及多種制作工具，分別做出模型構件，最后進行裝配拼裝，各個過程的邏輯關系如圖1所示。2016年，國務院出臺《國務院辦公廳關于大力發展裝配式建筑的指導意見》，大力發展裝配式建筑。而在這個模型搭建的過程中，學生也可以對建筑的建造及裝配式建筑有一個比較深入的了解。

（二）多種方法制作建筑模型

BIM信息完善后，可以使用多種方式進行建筑模型的制作。比如，既可以使用電腦控制激光雕刻機進行雕刻切割，又可以使用3D打印機對一些異形構件打印后拼裝。3D打印建筑是目前建筑行業的發展方向之一，與BIM系統相互配合。學生通過計算機控制，選用相應的建筑材料進行打印，實現對復雜建筑形體、異形建筑模型的快速、有效制作，從而對復雜形體建筑、異形建筑的空間、形體有一個更為直觀的理解，輔助建筑設計。同時，讓學生了解建筑行業未來的不同發展方向，進行建筑實踐。

（三）改革考核模式，建立評價體系

現階段建筑模型制作課程的考核模式與普通課程并無過多不同——由任課教師根據成果給出相應分數。考核模式的改革在以往單一由教師給出成績的基礎上，不同的設計階段加入小組互評、教師評價、展示投票，形成多重評價體系。成果評價的內容在單一的模型成果展示的基礎上加入建筑設計展示、作品分析報告、模型制作過程等各個階段的成果并進行答辯。最終的成果提交包括建筑設計圖紙、制作的模型成品、演示文稿、視頻及BIM制作的相關文件等內容。在這個過程中，學生的任務不僅要制作精美的模型，還要在制作過程中對建筑進行思考，對自己設計、制作的作品有深入的理解及分析，了解其優點與不足，制作出的模型與平面上的圖紙差距在哪里，杜絕將平面、立面與建筑整體割裂的設計現象。在答辯講解過程中，不同小組的成員之間互相提出問題，進行交流，可以使學生更加細致地從不同角度思考，加深對建筑的認知。這個答辯過程不僅是互相交流學習的過程，而且也保證了成績評定的客觀公正。

（四）改革目標

在建筑模型課程中引入BIM技術，并使用多種工具輔助模型制作，希望學生能夠掌握新的技術，對建筑設計能夠有更深入、全面的理解，學會以下三個方面：

第一，計算機輔助模型制作，建立BIM模型系統，與建筑工程實踐相結合。

第二，建立3D打印模型系統，實現從模型到建筑的對接。

第三，借助模型的制作及搭建過程，學習裝配式建筑的相關知識。

三、改革中遇到的關鍵問題

（一）需要解決的關鍵問題

首先，要根據改革目標修訂建筑模型制作課程的教學文件，在教學計劃、教學大綱、考核方法、考核標準、評價標準等文件中體現BIM環境下的模型制作實訓內容和特點。其次，協調建筑模型制作課程與其他建筑專業課程之間的關系，將模型制作與建筑設計、建筑歷史等專業課程結合起來，通過課堂教授、交互授課等方式協同教學，以增加模型制作課程的實踐性、能動性、多樣性。最后，無論是計算機輔助模型制作，建立BIM模型，還是利用3D打印模型，都是建立在相關軟件的基礎上。因此，學校需要進行相應軟件的開發，并進行BIM軟件培訓。

（二）解決方案和方法

教學改革的順利實施和開展需要完善的思路和方案。只有深入教學一線，經常和學生進行溝通，了解學生的實際需要和該課程實際存在問題，才能不斷改進和完善，最終實現學生綜合素質的提高。

學校整合模型實驗室現有模型制作設備，按照BIM模型系統的相關要求建設改造實驗室。在現有設備條件下，結合建筑設計課程的進度，指導學生進行BIM模型系統的建立，使其在BIM模型系統的幫助下制作建筑模型，并借助建筑模型輔助建筑方案設計，學習建筑工程全過程的相關知識;進行BIM軟件培訓，從設計理論、手法、技術等角度，教授BIM操作的相關知識，培養學生BIM體系設計的能力;與學科競賽相結合，激發學生的積極性，如與全國高等院校斯維爾杯BIM軟件建模大賽結合，為學生提供多種實踐途徑。

學校應組織相關專業教師針對該門課程建設和改革提出意見和建議，并配合完成該門課程的改革和優化;制訂教學方案，優化考核評價體系并廣泛調研;與兄弟院校進行廣泛交流，了解其他高校針對建筑模型制作課程的教學方法，并汲取相關經驗。

學校應建立信息網絡交流及成果展示平臺。一個建筑模型的完成，需要各種資料的搜集，如相關建筑知識、項目信息、往屆作品參考、優秀制作經驗心得等。一個共享信息的交流平臺，可以為學生提供便捷有效的資料信息獲取途徑，幫助學生更快地進入實踐階段，而成果展示則可以給學生提供互相交流評價的平臺以及更直觀的參考。

通過對建筑模型制作課程的建設和改革，在建筑模型制作這門建筑學基礎課程的教學中引入BIM相關技術的使用，可以幫助建筑學專業的學生將建筑領域的多個環節串聯起來，使其對建筑生命周期內的不同專業領域的分工合作進行深入了解，獲得多方面的知識技能。比如，建筑模型智能制作、BIM系統建筑模型建立、3D打印建筑、裝配式建筑等多方面的基礎知識和基本技能，得到較好的建筑設計、建造的訓練和實踐，并最終實現理論知識和實際應用的良好結合，提高學生的綜合能力，順利銜接日后的工作實踐。

參考文獻：

[1]顧大慶.繪圖，制作，搭建和建構——關于設計教學中建造概念的一些個人體驗和思考[J].新建筑，2011（4）：10-14.

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[4]劉驁，蔣山，唐瑜.基于建筑業BIM體系的建筑學專業教學建設初探[J].建筑與文化，2017（11）：64-66.

責編：艾 和