周 诣，韩风毅，崔艳鹏

(1.长春工程学院 建筑与设计学院; 2.能源动力学院，长春 130021)

基于BIM的建筑设计思维模式培养
——以别墅建筑设计教学实践为例

周 诣1，韩风毅2，崔艳鹏1

(1.长春工程学院 建筑与设计学院; 2.能源动力学院，长春 130021)

BIM是未来建筑行业的发展趋势，对于BIM人才的培养迫在眉睫，应用型建筑类本科对于BIM的基础教育至关重要。在低年级本科进行BIM设计思维的培养实践教学，取得了一定的成绩，积累了相关经验，为高年级的复杂建筑BIM设计奠定了基础，也为多专业横向协同做好了准备。

BIM；建筑设计；思维模式

BIM技术以其综合协调化，多维可视化、修改同步性、设计优化性以及模拟实验性等优势，正在建筑设计领域掀起一轮新的技术革命。自住建部2015年颁布了《关于推进建筑信息模型应用的指导意见》等重要文件后，我国BIM技术的使用与推广呈迅速发展趋势。“大型建筑设计企业最早应用，目前大中型设计企业基本上都拥有了专门的BIM团队。”[1]在实践中发现，设计人员在BIM技术的影响下，设计思维正悄然发生着改变。对于接受传统设计教育的建筑师来讲，习惯BIM设计，需要一段漫长而痛苦的转化过程。在BIM建筑人才大量紧缺的当下，应用型本科院校对于BIM人才的培养应首当其冲，责无旁贷。而基于BIM的建筑设计思维模式培养则是BIM教育的基础。

一、基于BIM的建筑思维模式

(一)BIM的涵义

BIM(Building Information Modeling)被译为建筑信息模型，但它并不仅仅只代表模型，它是一种理念，也是一种技术。最早是由美国乔治亚理工大学的Chunk Eastman教授于1975年创建这一理念：“BIM是将一个建筑工程项目在整个生命周期内的所有几何特性、功能要求与构件的性能信息综合到一个模型中。同时，这一模型的信息中还包括了施工进度、建造过程的过程控制信息。”[2]它具有如下特点：(1)信息在全生命周期内的一致性；(2)模型与信息关联性与完整性；(3)多维可视化；(4)方案的优化性(5)参与各方可协调性；(6)对建筑物理环境的模拟实验性；(7)可出图性等。

(二)BIM思维模式

“思”是思考，“维”是逻辑关系，钱学森教授曾提出“思维是人类接受信息、储存信息、加工信息以及输出信息的全部活动过程”[3]随着信息化技术水平的提升，我国建筑行业正经历着第二次技术革命：由BIM代替CAD，由三维设计代替二维设计。并逐步形成了基于BIM的建筑设计思维模式，即：将造型、空间、环境、功能、材质、结构等诸多元素整合为一个相互关联的逻辑系统中，作用于思维过程和设计行为。简而言之，设计平面的同时在设计空间以及考虑细节材质了，而空间可以直观反映在造型中，设计者在模拟三维空间中进行设计推敲，而且在反复思考、修改的过程中，做到“一点牵动全身”的思维方式，即：改一处，就要考虑到与之相关联的所有元素的变化。

二、基于BIM建筑设计思维模式培养的教学实践

建筑创作思维模式的形成以及设计习惯的养成，对于建筑类本科生而言，主要是在低年级这个阶段，即本科一、二年级。这阶段的学生，建筑理论知识掌握程度不深，对于新事物的接受能力很强，可塑性很好。在2015—2016第一学期的建筑设计课程——别墅设计课程中，选择了2014级本科中一个班进行了BIM设计思维模式教学实践。教学模块主要分为三大部分，即：认知训练、整体策划、综合设计。如图1所示。每一部分都围绕着BIM理念循序渐进地展开。

图1 别墅设计的思维训练教学模块

(一)认知训练

认知训练主要以学生的参观、调研为主。让学生亲身体验空间、材料及环境，并对使用者进行采访及以调查问卷的形式进行间接的“体验”。在别墅设计认知训练过程中充分让学生感知、参与，深化对空间、环境、材质的认识，不要求大家得到一致的认知结果，尊重每个同学的认知差异性，并从个体差异中激发不同的设计灵感。强调学生的创新思维和调研实践能力的培养。在别墅认识训练课程中，同学们按3—5人为一组进行参观调研，每组调研2个以上的别墅空间且各组间不重复。组员之间要求分工明确，分别进行拍照、测量、采访、资料收集，调研后，资料汇总，组员分别从不同角度对调研进行分析。课上进行PPT汇报，进行全班的交流。

认知模块是低年级BIM设计的基础，在进入信息模型设计时，要准确地对构件材料、建筑材质进行定义，对于在未开设专业课的学生来讲，参观、调研及查找资料是设计的基础。同时，在别墅空间设计上，只有对于空间的大小、尺度、功能熟悉、认知，才能在三维模型上自如设计，做到“胸中有成竹，设计如有神”。

(二)总体策划

在二年级别墅设计中，总体策划这一环节包括：规划设计、建筑定位、材料选择、空间策划等，除此之外，学生可自主继续添内容。策划内容主要是对别墅设计目标的明确，即确定立意、明确使用空间及使用者、整体风格、场地设计以及如何考虑节能环保等。这一环节，学生需要针对自己的方案进行草图初步构想，完成“设计构想说明”，以图片、文字及手绘简图的形式完成设计构想的文本资料。图2为某同学的“设计构想说明书”细节空间展示的一部分。

图2 设计构想说明书

这一环节非常重要，它是BIM设计的综合指导思想。既包括了设计的大方向，又包括了小细节，将指导下面的综合设计环节。同学们以“设计构想说明”为起点，进行下一步的综合设计。

(三)综合设计

综合设计环节如图1所示，包括三个部分，其中平面功能设计与环境空间设计主要是“手绘草图+BIM”，这一过程需要学生能够有效地达意，同时教师针对其设计构想对其功能进行合理化建议，并指出问题所在，学生需要做到准确地领悟。在有三维模型的辅助交流中，师生双方达意与领悟事半功倍，节省了很多课堂时间。在对14级教学实践中，发现基于BIM的草图修改与交流过程，较未进行BIM实践的班级节约了6—10学时。

综合设计环节与以往设计课程教学环节最不同的是取消了单独设计立面手绘草图的这一步骤，取而代之的是空间造型设计，即从三维的角度进行立面及空间的综合设计，在信息模型中，立面修改的同时，可以看到三维的效果，以及室内各个空间的形状及效果的变化。便于同学们更好地推敲整体设计。如图3所示，立面与三维视图同时展现在平面中，对立面的修改直接反映在三维效果中，亦可将所关联的平面同时显示在视图中，做到“一处修改，处处更新”，在修改立面的同时，查看平面的门窗位置及开窗大小是否影响功能的使用。基于BIM的尝试，锻炼了同学们综合设计的能力，同时也建立了同学们的BIM思维模式。

图3 空间造型设计

三、基于BIM建筑设计思维模式培养的教学实践效果

(一)课程进度

别墅设计共八周，课程7周，集中周1周。在7周的课程中，教学进度如表1所示，进行BIM思维训练的班级简称BIM实验班，未进行BIM思维训练的为普通班。实验班较普通班增加了策划环节，减少了立面设计环节。交流与汇报环节也有所不同，普通班是对参观对象进行汇报及优缺点总结，BIM实验班汇报的内容主要结合自己的总体策划，将参观调研及查找资料的内容融入自己的策划中，进行汇报交流。策划环节BIM实验班的同学们基本在课后完成，故实际课上学时比计划学时少。计划总学时BIM实验班比普通班少6学时，而实际总学时BIM实验班比普通班少10学时。

表1 BIM实验班与普通班课程设计

(二)学生的主动性

基于BIM的别墅设计课堂教学，课上以交流讨论为主。课堂时间重要而又宝贵。为了更好地跟老师沟通交流，同学们在课下花费更多的时间进行搜集资料、思考创意以及BIM建模等，真正做到了“课上一分钟，课下十分功”的努力。特别是总体策划的汇报环节，课堂上主要是介绍自己的创意和设计理念，增加了学生的主动性，课下同学们会主动搜集资料，动脑想到很多创意点；课上会积极主动向大家推介自己的创意点，希望得到大家的认可，从大家那里集思广益、为自己设计锦上添花，使之更加合理化。据对BIM实验班同学的调查统计显示：70%的同学每周课下用于该课程的时间超过8小时。21%的学生每周课后用于该课程的时间在6—8小时之间，9%的学生课后用于该课程的时间少于4小时。

(三)设计成果

图4为BIM实验班某同学提交的打印版的作业，除此之外，还包括1份电子版由BIM相关软件完成的(.rvt)文件，该文件中包括的所有视图，平面、立面、剖面、3D模型、室内效果、室外透视效果及动态漫游制作等。图5为普通班某同学交的作业，两份作业的成绩相同。从作业的对比中可见：(1)成果质量。BIM实验班的成果图，表达深度要更加详尽，图面质量更好。(2)成果数量。BIM实验班的成果数量较多，包括设计构想及立意的表现，同时还有室内外的空间设计展示，除此之外还有电子文件。而普通班提交作业成果仅仅是任务书要求的表达即可。(3)正确率。基于BIM的出图，很少会出现技术表达上的错误。仅有1—3人由于导出、打印或排版问题出现了尺寸标注模糊，图面清晰度不够等问题。因为是基于三维的设计，本身就是在三维中操作，“所见即所得”。而普通班的作业中43%会出现剖面错误，67%出现表达不准确的错误。(4)创新性。由于手绘设计的表达，有些想法透视不好表达，限制了同学们的创新思维，而基于BIM的设计，可以任意想象，加以实现。据对2014级学生的作业统计中，BIM实验班的作业成果在立意、空间、造型上创新性更强。

四、结论

通过别墅设计课程的教学实践以及实践成果可以得出以下结论：1.在低年级进行BIM建筑思维模式的培养，有利于学生对BIM相关软件的熟悉及使用；2.BIM设计思维模式助力于设计效率，有利于低年级学生快速掌握基于BIM的建筑设计方法；3.设计过程中，基于BIM有利于提高学生学习主动性，有利于课程深化；4.BIM设计工具具有一定的智能化，助力低年级学生创新性，“只有想不到的，没有做不到的”改变以往由于低年级专业知识能力限制，放弃很多创意想法的情况。5.基于BIM思维训练的成果具有一定的深度，促进学生对学过知识的综合运用及有利于拓展学习，同时也为其他专业课程打下良好的基础。

图4 别墅设计图

图5 普通班某学生作业

这次基于BIM的建筑设计思维模式训练的教学实践尝试，受到了学生的欢迎，得到了较好的成效。也为之后的复杂空间、大空间、特殊空间、群体空间等设计以及联合BIM毕业设计奠定了坚实的基础。

[1] 徐友全，孔媛媛.BIM在国内应用和推广的影响因素分析[J].工程管理学报，2016，4(2)：28-32.

[2] Goldberg，H.E.The Building Information Model[J].CADalyst，2004(21)：56-58.

[3] 刘倩楠.大学生设计思维能力培养的教学研究[D].上海：华东师范大学，2015:10.

[4] 周诣.建筑设计课程CDIO教学模式的研究与实践[J].长春工程学院学报：社会科学版，2011(1):138-139.

The cultivation of thinking mode on architecture design based on BIM——taking the teaching practice of villa architectural design as an example

ZHOU Yi,et al.

(SchoolofArchitecture&Design,ChangchunInstituteofTechnology,Changchun130021,China)

BIM is the development trend of future construction industry.The cultivation of the talents in BIM is imminent.The basic education of BIM is essential for technological applied undergraduate colleges and universities.The cultivation to junior grade students with practical teaching on BIM design thinking mode has obtained certain achievements,accumulated some relevant experience,and laid a foundation for the complex BIM design in senior courses.The practice is also a preparation for multi-professional collaboration.

BIM;architecture design;thinking mode

10.3969/j.issn.1009-8976.2017.01.032

2017-01-24

基于《吉林省绿建标准》的绿色住宅建筑设计模式创新研究(项目编号：吉教科文合字[2015]第200号) 吉林省绿色居住建筑设计方法的模型研究(项目编号：320130023) BIM技术与建筑设计课程融合的改革与实践(项目编号：25) 吉林省教育科学“十三五”规划课题“BIM在高校建筑类专业中多专业协同设计理论与实践创新研究”(项目编号：ZD16047) 吉林省大创项目“BIM信息咨询工作室”(项目编号：201611437061)

周诣(1980—)，女(汉)，吉林长春，硕士，讲师 主要研究绿色建筑设计、BIM理论及实践。

G64

A

1009-8976(2017)01-0130-04