元宇宙技術引領下的建筑設計課程教學方法研究

一、建筑設計類課程教學改革需求

（一）建筑文化遺址信息未形成體系化構建

當前，國內建筑設計課程中的課程思政案例較為碎片化。主要原因是現(xiàn)階段思政體系化構建環(huán)節(jié)中，可供建筑設計類學生學習的建筑文化遺址信息體系龐大且統(tǒng)計不全，歷史城區(qū)保護范圍內的文物保護建筑、歷史建筑、傳統(tǒng)風貌建筑、名人故居信息未能進行分類統(tǒng)計，體系化構建更是難上加難。而實地調研則有區(qū)域、時間、成本等因素制約，難以達到好的效果，還會造成資源浪費。

（二）缺少建筑文化遺產數(shù)字化集成與可視化展示

目前，建筑文化遺產的商業(yè)前景雖廣闊，但適合建筑設計類課程思政展示的專業(yè)性不夠，可供建筑設計類學生學習的建筑文化遺產部分大多因商業(yè)價值低或年久失修而被忽略，用于專業(yè)研究的古建筑構造也因無法獲利而被商家放棄，更多只能從課本、圖集等傳統(tǒng)媒介上獲得，建筑細節(jié)更是不便于查找和深人研究。

二、元宇宙技術引領下的建筑設計課程思政教育改革方案建設

本研究以（以下簡稱本學院）建筑學專業(yè)為試點，整合青島當?shù)馗咝ＹY源，建設建筑學專業(yè)“一嵌二融”思政教學體系。建筑設計類專業(yè)承擔著重要的先進文化傳播和社會服務功能，元宇宙技術引領下，建筑設計課程思政教學資源建設應在移動互聯(lián)網(wǎng)思維的基礎上進行迭代升級和融合應用。結合建筑設計思維，課程思政可從專業(yè)服務社會實踐案例出發(fā)，結合影視、建筑、新聞等行業(yè)的發(fā)展，挖掘課程思政教學案例，從愛國情懷、民族精神、文化傳承等方面融入課程思政內容。

本次“一嵌二融”思政教學體系主要從建筑設計Ⅳ課程著手建設。“一嵌”是本學院教師結合服務設計思維豐富設計類課程的思政教學資源，將建筑文化遺址信息以多元化形式嵌入設計類課程，形成體系。課程第一階段草圖設計后的調研階段，通過數(shù)字媒體、設計專業(yè)等課程思政可將建筑文化遺址以視頻、動畫的形式嵌入相關課程教學案例。

本學院建筑設計課程通過VR技術來展示中國經典的構造工藝，并開展非物質文化遺產再開發(fā)。同時結合國家戰(zhàn)略規(guī)劃拓展課堂教學空間，采用增強現(xiàn)實技術展現(xiàn)大美鄉(xiāng)村，賦能助力鄉(xiāng)村振興發(fā)展戰(zhàn)略。調研實踐環(huán)節(jié)可側重于文化產業(yè)博覽交易會，學生參觀數(shù)字文化長卷《千里江山圖》，便能以“數(shù)字分身”走進古畫，與歷史名人“面對面”對話。這樣一來，本學院就打造出了集視覺、聽覺、味覺、嗅覺、觸覺、知覺于一體的數(shù)字文化場景。

“二融”是指在建筑設計創(chuàng)作過程中融入VR技術。第一，在綠色建筑設計手法上融入VR技術，樹立學生的環(huán)境保護意識，學生在建筑設計V課程中的城市快捷酒店二草設計階段，通過數(shù)字化建模精準分析建筑設計的環(huán)保程度，量化綠色建筑評價等級，如在建筑設計中利用門窗開啟位置形成室內空氣對流，收集并提升室內空氣質量的標準數(shù)據(jù)等。第二，在建筑自主設計過程中融入數(shù)字化建構手段，在建筑設計V課程前期調研階段，教師引導學生結合優(yōu)秀建筑和景觀（如蘇州園林、香山飯店、榆林古城梅花樓改造等）已有數(shù)字化建模，進行空間布局和功能流線，通過多方位、多視角沉浸式展示，學生可以從不同的角度和高度觀察建筑，深入了解其設計理念、結構特點和材料應用。此外，教師還可以結合歷史文獻和藝術作品，幫助學生理解建筑作品背后的文化內涵和藝術價值。學生也可通過對自主設計的建筑運用BIM建構模型手段，通過感官和認知的沉浸式觀摩來解決作品本身的缺陷，提高專業(yè)設計創(chuàng)新能力及自學能力。目前，本學院建筑學專業(yè)學生通過加強BIM建構模型的學習，已參與A類競賽“第九屆全國高校BIM畢業(yè)設計創(chuàng)新大賽”和“第十屆全國高校BIM畢業(yè)設計創(chuàng)新大賽”，并分別獲得二等獎。

本學院在學科競賽中融人建筑文化遺址數(shù)字信息庫的建設，加強學科交叉發(fā)展。目前，該研究依托“第九屆互聯(lián)網(wǎng) + 大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽校級選拔賽”及“第十屆大學生創(chuàng)新大賽校賽”融入建筑文化遺址競賽方向，引導學生積極參加，運用數(shù)字化手段實現(xiàn)對建筑文化遺址數(shù)字信息庫的逐步建立。本學院師生創(chuàng)新團隊已開始對以棧橋回瀾閣為代表的青島建筑文化遺產多方面信息進行數(shù)字化保護，逐步以點及面，從區(qū)域到整體，實現(xiàn)全中國建筑文化遺址數(shù)字信息庫的建設。

數(shù)字化手段構建建筑文化遺產遺址數(shù)字信息庫，即提出了一種基于“BIM+VR”（建筑信息模型和虛擬現(xiàn)實）理念的建筑文化遺產數(shù)字化保護方法。運用數(shù)字化手段實現(xiàn)對以青島棧橋、回瀾閣為代表的青島建筑文化遺產多方面信息的數(shù)字化保護。并結合Revit（Autodesk公司的三維建模軟件）中參數(shù)化建模技術所生成的BIM，把文化遺產的各類信息集成在單一模型上，通過標準化的共享參數(shù)集成至BIM的項目參數(shù)中，實現(xiàn)項目數(shù)據(jù)的無損永久保存，達到以可視化成果實現(xiàn)對建筑文化遺產全新視角的體驗。同時利用BIM的族庫特性建立建筑的細部構建庫，對各種細部構造節(jié)點、異形復雜門窗進行提取成組保存，以達到可以單獨查看獨立構造節(jié)點的目的。

三、元宇宙技術引領下的建筑設計課程教學創(chuàng)新

（一）借助媒介營造建筑設計課程思政教學服務空間創(chuàng)新

元宇宙的發(fā)展為高等教育建筑設計類課程思政的智慧教學服務設計提供了創(chuàng)新媒介，通過虛實結合的情境，構建服務于建筑設計課程的智慧教學空間，促進了移動互聯(lián)網(wǎng)智慧教育形態(tài)的創(chuàng)新發(fā)展。

在本學院建筑學專業(yè)結合傳統(tǒng)建筑設計過程中，通過“ BIM+VR ”的方式實現(xiàn)建筑的可閱讀性。在多種技術融合下，突破了BIM單一應用的局限。本學院建筑學專業(yè)大三設計課程通過三維激光儀采集點云數(shù)據(jù)，生成并構建青島回瀾閣文化遺產的BIM，并集成歷史建筑的綜合信息到BIM中，最后結合VR實現(xiàn)效果展示，通過復原和再現(xiàn)將建筑文化遺產轉換成可共享再生的數(shù)字形態(tài)。不同于傳統(tǒng)的建筑效果表達，借助VR技術能讓建筑文化遺產具有沉浸性、多感知性、構想性和交互性，從而使建筑展現(xiàn)更為直觀，

（二）采用人工智能完善建筑遺產檔案教學創(chuàng)新

近年來，三維激光掃描技術、BIM技術、傾斜攝影技術、GIS技術等先進技術被適當應用于古建筑修復的實踐中。青島當?shù)卣?lián)合駐青高校通過三維激光掃描技術獲取古建筑的幾何信息，完成數(shù)據(jù)采集，生成點云模型；之后再在此基礎上建立BIM模型，輸出二維圖紙，最后通過GIS技術建立數(shù)據(jù)庫（見圖1），進行古建筑各項檔案數(shù)據(jù)的儲存、管理與保護，便于查閱。新型技術已經逐步滲透到古建筑修復的每一個環(huán)節(jié)，為古建筑修復行業(yè)帶來了巨大變革。

圖1GIS技術數(shù)據(jù)庫建設流程圖

其中，通過“ BIM+VR ”的方式完善建筑遺產檔案優(yōu)勢明顯。在過去，對建筑遺產成果的表達僅能通過照片、文字、繪畫等方式實現(xiàn)，數(shù)據(jù)信息龐大難以覆蓋全部，又易受主觀因素影響。在使用這些信息進行重建或修復等二次研究時，其成果的直觀性與精確度往往無法兼得。

BIM技術及其平臺相應軟件的出現(xiàn)，從信息一開始錄人最終成果表達，為建筑遺產的研究及保護提供了新的方向與技術支持。古建筑作為歷史遺存有其特殊屬性，承載著歷史價值與人文信息。在古建筑修中運用‘ ΔBIM+VR ”達到修繕技藝的優(yōu)化創(chuàng)新，技術人員通過前期采集的數(shù)據(jù)、設計時的數(shù)值量化等，可以更加精準地獲取相關數(shù)據(jù)，讓修繕工作變得更加透明，從而實現(xiàn)對古建筑的整體性保護。以BIM平臺為信息中樞與各平臺對接，也可充分挖掘建筑遺產信息在不同層面的價值，衍生古建筑的沉浸式體驗以及文創(chuàng)產品的賦能。

同時，本學院通過利用BIM的信息化特征，構建重要古建筑可視化及信息化模型，滿足古建筑數(shù)字化修復需求以及文物遺產保護。在實踐過程中，學生通過不斷對接項目逐漸擴大信息庫，增強后期就業(yè)競爭力。

四、元宇宙技術引領下的建筑設計課程教學應用前景展望

豐富建筑遺產信息維度，使建筑所含信息能更好地保存；建筑遺產三維數(shù)字化可以在更大的范圍內實現(xiàn)建筑的展示、傳播和共享，促進建筑遺產保護事業(yè)的精細化、公眾化與可持續(xù)發(fā)展。

基于VR的先進數(shù)字化技術BIM平臺，在增強數(shù)據(jù)共享的同時為勘察數(shù)據(jù)的管理也提供了VR展示，讓學生感受數(shù)字化所帶來的良好體驗，拉近市民體驗老筑、閱讀老建筑、玲聽老建筑故事的距離。該技術的運用不僅實現(xiàn)了建筑文化遺產的可閱讀性，而且推進了青島市數(shù)字化文化遺產的建設，讓更多的人共享數(shù)字化建筑文化遺產，從而傳承中華民族的優(yōu)秀文化遺產，提升整個民族的生命力、創(chuàng)造力和凝聚力。

本研究以“ 1+3+2 ”為數(shù)字化建設的總體框架，即1個建筑信息模型平臺，3大網(wǎng)絡（大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)），以及2種數(shù)字技術手段（虛擬現(xiàn)實技術、增強現(xiàn)實技術），對重要建筑配有文字和音頻講解、BIM精細模型，可詳細查看其建筑特征、結構、立面、室內等情況，通過‘ BIM+VR ，的方式為建筑遺產提供可視化的展示。

本學院建筑學專業(yè)構建元宇宙情境下建筑設計課程新體系，將服務設計理念融入教學設計和育人實踐之中，從而使本學院的學生在學習知識和提升能力的過程中，提升思想政治覺悟和綜合素養(yǎng)，實現(xiàn)高等教育立德樹人的目標。本學院建筑學課程團隊在實踐中通過人工智能技術結合Bim建構強化“理論-實踐”“學生-教師”及“產-學-研”三條一體化路徑，培養(yǎng)更多具有強烈的社會責任意識、大國工匠精神的建筑設計師。

參考文獻：

[1]楊坦，陳斌卿，黃微，等.數(shù)字媒介在紅色文化遺產保護中的應用研究：以中國西部科學院為例[J].城市建筑，2022（1）.

[2]馮昌揚.鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略背景下圖書館智慧服務：邏輯、模式與挑戰(zhàn)[J].圖書與情報，2022（1）.

[3]石若利.BIM技術、三維掃描技術、GIS技術在古建筑修復保護中的運用研究[J].軟件，2020（9）.

[4]朱珂，丁庭印，付斯理.元宇宙賦能大規(guī)模超域協(xié)同學習：系統(tǒng)框架與實施路徑[J].遠程教育雜志，2022（2）

[5]丁淑霞.“AI交互式教學”在高職財會教改中的應用：以財會實操教學為例[J].甘肅教育研究，2023（2）.

[6]李璐.大數(shù)據(jù)和人工智能技術對會計工作的影響[J].中國鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)會計，2018（7）.

基金項目：教學改革研究項目“元宇宙技術引領下的新工科建筑設計類課程思政教學改革研究”，項目編號：2023JC03。