谭 洁，刘 威，汪梦林

(湖北工程学院 城市建设学院，湖北 孝感 432000)

基于BIM技术的建筑数字技术教学改革研究

谭 洁，刘 威，汪梦林

(湖北工程学院 城市建设学院，湖北 孝感 432000)

当前数字时代的观念与技术的冲击下，建筑数字教学改革日益迫切。然而，由于没有相应的技术依托，在实际教学改革中出现了侧重软件教学而偏离设计本质的问题，同时作为设计课程的理论支持——专业理论课对数字化改革的反应太慢，不仅教学效果大打折扣，还偏离了建筑数字教学改革的初衷。文章根据BIM技术的核心思想和特点，提出构建一个开放式的基础数据库的共享平台，以此来推动建筑学教学体系的整合，启发创造性思维，增强各相关专业学生之间的互动与合作。

BIM技术；建筑学教学改革；开放式数据库

BIM的英文全称是Building Information Modeling，一般翻译为建筑信息模型。BIM技术是一种应用于工程设计建造管理的数据化工具，通过参数模型整合各种项目的相关信息，在项目策划、运行和维护的全生命周期过程中进行共享和传递，使工程技术人员对各种建筑信息做出正确理解和高效应对，为设计团队以及包括建筑运营单位在内的各方建设主体提供协同工作的基础，在提高生产效率、节约成本和缩短工期方面发挥重要作用[1]。自2003年BIM传入中国至今已经历了10年的发展历程，国家“十二五”计划鼓励BIM在中国的推广，由于应用BIM技术超高层和复杂建筑工程项目正以更快的速度拔地而起，如以香港十大基建工程中港岛东中心为例，使用BIM技术发现其中6000多个问题，节省工程重做费用及时间，最后该工程比预计时间快了20多日完成。此外像敦煌莫高窟游客中心、昆明东部生态城、杭州奥体博览城主体育场、上海中心等等都是BIM技术运用于建筑设计领域的成功案例。这充分表明BIM技术发展的大趋势。然而，尽管BIM理念正逐步被建筑行业所熟知也逐渐被建筑学院所关注，但是与其他国家相比，BIM技术的应用还处于萌芽阶段，更谈不上教学。虽然国内少数建筑院校也加入BIM技术的研究大潮，组织老师和学生参加相关的培训和讲座，进行建筑数字技术教学改革实验，但毕竟需要时间积累。本文从分析建筑数字技术教学改革的问题入手，结合BIM技术的固有特点，重点探讨了通过BIM技术解决问题的方法。

1 建筑数字教学改革中存在的问题

1)侧重软件教学导致偏离设计本质。

虽然在建筑数字教学中增加了大量的课时，但是大多普通院校主要用于讲授新的软件的使用方法，对数字建筑本身的意义和重要性对学生交待的不清楚，最后学生把兴趣放在软件的学习上，激动于软件带来的感官刺激，比如用Rhino(犀牛软件)创建的自由形体让学生激动不已，导致过分强调外部造型而忽视了设计最本质的东西比如空间的组合。目前除了一少部分院校开始讲授基于BIM技术的Revit 以外，大部分院校三维软件教学以讲授Sketchup(草图大师)和3DMax为主，其他软件推荐学生自学，因此有的学生在草图构思阶段也会受到软件的限制，比如草图大师不擅长曲面，学生在构思阶段有意避开曲线构图，或有想法也坚持不到最后。

2)专业理论课的数字化改革太慢。

正如建筑业对科技的反应比其他专业如机械、航天、导弹等专业都慢很多一样，专业理论课对设计课的支持也总是慢一拍。三维建模出现后，特别是基于建筑信息模型的软件出现后，还有不少学生甚至老师还认为那只是类似或比3DMax高级的三维软件，并没有意识到BIM模型可以应用于整个建筑周期，从方案设计到施工图设计，并整合结构、机电等，再到施工、物业管理等阶段都有用武之地。比如Revit和ArchiCAD等三维软件建立的模型或组件可以用于建筑构造课程，从整体到局部到节点构造均有比较精细的组件模型，与设计联系非常紧密。又如Ecotect Analysis软件本来可以提供很好的对建筑物理环境声、光、热全面分析，但大多数学生苦于不清楚怎样建模和设定初始数据。可是，如果在建筑设计阶段采用BIM技术建模，则模型可以直接导入Ecotect Analysis进行相关的声、光、热分析，并且还可以使用 Green Building Studio提供的基于Web技术的分析，更快地评估多个设计替代方案的能效和碳排放[2]。在设计方案阶段能够取得全面的建筑物理分析数据，相信学生也会对建筑物理这门本来比较难又略显枯燥的课程更感兴趣。

2 结合BIM技术的建筑数字技术教学改革

以数字技术为依托构建的可视化建筑信息模型(即Building Information Modeling，简称BIM)能集成项目的几何信息、物理信息、材料信息、设备信息、人员信息等，它成为基础数据的共享平台，为建筑方案、成本、管理、安全提供决策分析支持，使得整个工程项目在规划、设计、施工和使用等各个阶段都能够有效实现节省能源、节约成本、降低污染和提高效率。BIM涉及整个建筑工程全寿命周期各环节的完整实践过程，但它不局限于整个实践过程贯穿后才能实现其价值，而是可以由工程设计先行并实现阶段性的价值。而建筑学作为建筑行业中最大的学科，并且以建筑设计为主要研究领域，因此BIM技术在建筑学教学领域的应用应首当其冲。BIM的核心是数据信息与模型的互通，建立高效联系，它不是简单的将数字信息进行集成，还是一种数字信息的应用，并可以用于设计、建造、管理的数字化方法。这种方法支持建筑工程的集成管理环境，可以使建筑工程在其整个进程中显著提高效率、大量减少风险。根据BIM的核心思想和特点，作者对其作为建筑数字技术教学改革的依托有足够的信心，具体构想如下：

1)构建共享数据库，促进建筑学教学体系的整合。

当前建筑学教育一般分若干理论课与实践课，最终通过设计课程来实现知识的整合。数字技术的发展特别是BIM技术，为学科的整合方式带来的新的契机，通过BIM技术构建一些历史的、现代的、著名建筑模型，并建立基础数据库，这个库可以提供给各门课程分别引用，并根据知识侧重点不同增添新的信息，然后成为这门课程的模型数据库。如图1所示，通过BIM技术建立的数据库可成为各门专业课程的纽带，比如BIM模型数据库中的各种三维模型可以直接用于画法几何与阴影透视课程，比如三维楼梯模型可以从任意角度展现给学生，更重要的是它可以从任意角度剖切，并且直接生成剖面图。直接演示从楼梯三维模型到剖切生成的首层、标准层楼梯和顶层平面图，然后再讲为什么这样画可能事半功倍，对提高学生的空间思维能力有极大的促进作用。在建筑构造课上，这个比较粗糙的楼梯三维模型可以更加细化，如在模型上添加组成踏步的材料和厚度，又如添加各种型号的防滑条等等，完成后的模型又返回BIM数据库。同理，建筑材料也可以将此模型调用，在建筑构造完成的基础上添加材料的物理化学性质等信息，最后再返回BIM数据库。这样，在设计阶段如果调用此楼梯模型，空间效果一目了然，如果将其剖切，剖面图直接生成，再将比例放大，则可以得到楼梯的剖面详图，组成楼梯的各部分材料、厚度都有清晰完整的表达。以这种互动的模式实现模型的共享，促进教学各课程之间的交互，有益于将知识融会贯通。

图1 建筑学课程共享数据库

图2 通过BIM数据库与其他专业的交流

2)构建共享数据库，启发建筑设计创造性思维。

当前数字技术对设计创作的冲击之大远远超出我们的想象。比如在2011年CAADRIA(亚洲计算机辅助建筑设计协会)年会上SASADA奖最佳论文奖的冠军奖励给一个使用弯曲传感器和记忆合金实现现实中的织物曲面形态和计算机中的曲面模型之间互动的研究，它使得建筑师对曲面形态的创作可以脱离计算机图形界面而在物理世界中进行。这种对曲面造型的方法类似于三维扫描，在动画制作行业，通过三维扫描把人的动作记录下来，移植到动画人物上，这样的人物刻画生动逼真。因此，数字技术的发展对设计的创造性思维具有启发意义。无独有偶，东南大学从2006年开始就组织一组学生进行“建筑设计生成法”[3]为重心的毕业设计，从设计层面探讨应用数字生成的方法。清华大学学生也安排了非线性建筑实践课程，尝试通过不同的算法“找形”[4]来解决设计中的核心问题。这些教学实践都反映了数字技术早已渗透到设计前期，只是我们还没有找到很好的方法，而BIM数据库可以引入当今知名建筑的信息模型，或创建经典古建筑的三维信息模型，数据库中的模型老师与学生共享，通过三维信息模型对设计的初衷、设计手法等有更明确的概念，进而在建筑设计创作时能灵活运用。

3)构建共享数据库，增强相关专业之间的联系。

国际上有不少知名建筑院校让相近专业的学生共同完成项目。如剑桥大学、英国伦敦建筑联盟学校等让建筑学和土木工程学生联合完成高质量的项目。学生分组计算结构、能耗、采光、通风，通过数字模型评估建筑的运行能耗，然后通过更改建筑高度、尺度、通风设计方案以及建筑细部设计优化设计方案，来实现可持续建筑的目的[5]。在我国，也有部分院校有这样的尝试，但苦于没有统一的平台和软件的不兼容性，导致重复画图，专业之间的鸿沟越来越大。BIM模型能解决这一根本问题，避免从一个专业到另一个专业中重复画图的问题，模型能在整个设计乃至生命周期共享，专业交流更容易。如图2所示，BIM数据库就是一个搭建在各专业之间的交流平台。我国应用BIM比较成熟的是施工领域，主要集中在三维算量方面，如鲁班、神机妙算、广联达等软件公司都有大量的成功案例，这更增强我们通过共享BIM数据库提高专业互动的信心。

3 结语

BIM技术被誉为自CAD革命之后的第二次革命。只有在教育阶段奠定良好的基础，今后的应用阶段才能有更多创新和发展。当然基于BIM技术的数据库的建立工作量相当大，需要相关专业师生的共同努力以及社会各建筑行业的支持。总之，搭建平台的基础工作任重道远，只有结合中国特色，结合实际，认真学习，努力实践，勇于探索，才能尽快走出一条新的发展之路。

[1] 李建成. 建筑信息模型与建筑学专业的教学[J].建筑学报,2007(7):100-102.

[2] 许景峰.数字技术在建筑物理课程教学中的应用[J].高等建筑教育,2012，21(1)：139-141.

[3] 李飚.建筑生成设计方法教学实践[J].建筑学报，2009(3)：96-99.

[4] 黄蔚欣.非线性建筑设计中的“找形”[J].建筑学报，2009(11)：96-99.

[5] 陆邵明.多学科视野下的人居空间的复杂性与逻辑性的相关研究[C].建筑数字流——从创作到建造, 2010(8)：33-42.

(责任编辑：张凯兵)

G642

A

2095-4824(2013)06-0103-03

2013-09-22

谭 洁(1981- )，女，湖北潜江人，湖北工程学院城市建设学院讲师，硕士。