基于BIM平臺的集成化可持續(xù)建筑設計教學研究

解明鏡，石磊，羅明

( 中南大學 建筑與藝術學院，湖南 長沙，410075)

基于BIM平臺的集成化可持續(xù)建筑設計教學研究

解明鏡，石磊，羅明

( 中南大學 建筑與藝術學院，湖南 長沙，410075)

通過對我國建筑設計教育現(xiàn)狀的分析，指出基于線性設計模式和單一學科平臺的教育模式已不能滿足可持續(xù)建筑設計需求，基于集成化設計模式和跨學科設計平臺的教學方式更適應社會的需求和學生設計能力的培養(yǎng)，而BIM平臺能夠為集成化設計模式提供軟件平臺，滿足教學要求。通過在教學團隊、教學方法、教學內容和教學時間上的改進與實踐，教學改革收到良好效果，學生設計能力與專業(yè)內認可程度都有較大提高，在全國學科競賽中成績優(yōu)異。

BIM；集成化設計；可持續(xù)建筑；教學改革

一、建筑設計教學現(xiàn)狀

當前，我國土木建筑工程教育的現(xiàn)狀特點是沿承前蘇聯(lián)的專業(yè)設置，劃分較細。過細的專業(yè)教育體系中每個專業(yè)過分側重于自身的基礎，甚至有將專業(yè)自身的基礎誤認為是專業(yè)目標的傾向[1]。同時各專業(yè)之間也缺乏必要的聯(lián)系，每一個專業(yè)都缺乏從土木建筑整體的高度來對學生進行教育的體系。

從建筑設計教學上看，由于目前建筑設計模式仍然是線性的設計模式[2]，建筑師以藝術形式和功能為目的完成建筑設計，然后交給結構與HVAC工程設計人員，導致建筑設計教學依然偏重于建筑的形式設計和功能設計，教師難以用集成化的設計模式指導學生從事建筑設計。

隨著社會和科技的發(fā)展，可持續(xù)建筑逐步成為建筑設計的主流方向時，技術問題越來越復雜，現(xiàn)有的基于傳統(tǒng)線性設計模式與單一學科平臺的教學方法與知識結構，已經不能適應社會的對可持續(xù)建筑設計人才的需求。要改變這一落后的現(xiàn)狀，就迫切的需要在教學方法、教學平臺以及教學內容上進行系統(tǒng)的改革。

二、集成化可持續(xù)建筑設計與BIM平臺

在建筑建造、使用過程中需要消耗大量的能源和資源，如何節(jié)約能源，是全社會，特別是建筑領域技術人員的任務。預計到2020年我國新增建筑面積將達300億平方米。但我國能源嚴重短缺而利用效率很低。對此，政府鼓勵發(fā)展可持續(xù)建筑，制定并強行推行更為嚴格的節(jié)能標準。建筑設計是可持續(xù)建筑推廣和使用中最重要的環(huán)節(jié)，而傳統(tǒng)的設計模式很難真正高效地利用各種節(jié)能建筑技術。要達到建筑節(jié)能的目標，要求不同專業(yè)的設計人員在不同設計階段都能夠在建筑全壽命周期能耗分析的基礎上，共同對設計過程進行優(yōu)化，以正確選擇建筑材料、部件、技術和設備，達到最佳節(jié)能效果。

傳統(tǒng)的建筑設計模式是線性化的工作模式：建筑師提供信息給其他專業(yè)的設計師，實現(xiàn)傳統(tǒng)建筑目標（功能、美學和形式）。而集成化可持續(xù)設計模式需要各個專業(yè)的設計師同時工作，或者說必須采用環(huán)狀的、基于雙向信息反饋的協(xié)同工作模式（如圖1）。這兩種工作模式有本質上的差別，因此有必要對新的設計模式進行深入研究。新的設計模式將以傳統(tǒng)的建筑目標和可持續(xù)性能為同等重要的雙重目標，以集成設計思想為手段，保證不同專業(yè)設計人員緊密的合作。

集成化建筑設計要求各個專業(yè)在設計初期就進行配合，互相改進，達到同步優(yōu)化。這種優(yōu)化是需要進行定量評價的，否則將沒有說服力和可信度。模擬仿真評價軟件就是定量分析的工具。只有掌握并使用這種工具，才能促使建筑師和工程師尋找到合作的基點。習慣于使用傳統(tǒng)設計模式和工具的設計人員很難掌握和使用此類模擬評價軟件?；趥鹘y(tǒng)設計模式進行培養(yǎng)的學生，在傳統(tǒng)教學方法和內容下，同樣也不具備進行集成化可持續(xù)建筑設計的能力，這都需要在教學中進行改變。

目前，國內外已經開發(fā)了不同專業(yè)的輔助設計和分析模擬軟件、各類技術、產品和設備數(shù)據(jù)庫，這些資源可能已經能夠滿足可持續(xù)建筑設計的需求，但在設計中如何適時有效地選擇利用這些資源，就需要借用BIM平臺，利用BIM平臺對輔助設計軟件與模擬評價軟件進行集成，以獲得最佳的設計性能。

圖1 線性設計模式和集成化設計模式比較

建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)是近年來在建筑業(yè)出現(xiàn)的數(shù)字化建模新技術[3-4]。BIM是以建筑工程項目的各項相關信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎，進行建筑模型的建立。它具有可視化，協(xié)調性，模擬性，優(yōu)化性和可出圖性五大特點。這些建筑模型的數(shù)據(jù)在建筑信息模型中的存在是以多種數(shù)字技術為依托，從而以這個數(shù)字信息模型作為各個建筑項目的基礎，去進行各個相關工作。建筑工程與之相關的工作都可以從這個建筑信息模型中拿出各自需要的信息，即可指導相應工作又能將相應工作的信息反饋到模型中。

所有的傳統(tǒng)輔助建筑設計軟件所能達到的目標都可以通過BIM平臺完成，同時BIM平臺還能方便的將建筑設計模型數(shù)據(jù)提供給模擬評價軟件進行分析。目前國際上已出現(xiàn)了一些BIM設計平臺，包括建筑設計軟件如 Revit Building、MicroStation TriForma、ArchiCAD 等等[5]。

可以看出，為了適應可持續(xù)建筑設計的行業(yè)趨勢，加強建筑學專業(yè)學生的可持續(xù)建筑設計能力，就需要基于BIM平臺，培養(yǎng)學生集成化設計思維與使用建筑性能模擬軟件的能力，在教學方法、教學內容上進行較大范圍的改革。

三、教學改革實踐

建筑學專業(yè)本科教育為5年，具有建筑學學士專業(yè)學位，1-2年級為低年級，以培養(yǎng)學生對建筑的認識能力為主，同時逐步培養(yǎng)其對建筑設計的初步認知。3-5年級為高年級，主要培養(yǎng)符合社會需求的能獨立從事建筑設計的人才為目標。3年級為學生真正開始接觸建筑設計的關鍵年級，也是建筑設計能力培養(yǎng)與設計思維逐步定型的時期。因此，我們挑選了3年級作為教學改革的實驗年級，在教學團隊、教學方法、教學內容上進行了一系列的改革實踐。

教學團隊上：在建筑設計專業(yè)課程中構建了跨學科的包括建筑技術、建筑設計、建筑結構、建筑環(huán)境等多專業(yè)在內的教學小組，負責同時培養(yǎng)學生傳統(tǒng)建筑設計能力和集成化建筑設計能力。建筑技術教師負責BIM平臺的使用教學，建筑設計教師負責傳統(tǒng)建筑設計能力培養(yǎng)，建筑環(huán)境教師負責建筑性能模擬評價軟件使用的教學工作，建筑結構教師則專職培養(yǎng)學生的結構設計能力。通過跨學科的設計團隊，在學生開始建筑設計學習之初，就構建跨學科的建筑設計相關知識結構，為后續(xù)發(fā)展提供堅實基礎。

教學方法上：運用PBL（Problem based learning,問題導向型）教學方法，通過設計任務書的要求，在學生課程設計中提出以提高建筑可持續(xù)性能為主的設計目標，激發(fā)學生自主學習，探求設計中可能遇到的問題。同時鼓勵學生參加國家級學科競賽，以小組為主進行討論交流，輔以老師參與指導，引導學生主動運用多學科知識結構和軟件平臺，分析解決設計問題的方法，以提高相應的設計能力。

教學內容上：相繼參與或主持編撰了《可持續(xù)建筑技術》、《集成化建筑設計》兩本教材，其中《可持續(xù)建筑技術》為國家十一五規(guī)劃教材。以兩本教材為基礎，在教學上融入可持續(xù)建筑、集成化設計、BIM平臺和建筑性能模擬軟件的使用，同時不降低傳統(tǒng)建筑教學上對建筑功能與美學設計的教學任務。

為了適應教學方法的改變和教學內容的增加所導致的教學時間較長、學生課堂學習時間較少的矛盾，我們將3年級建筑設計課程的教學時間從原來的64學時/學期調整了96學時/學期，保證足夠的課堂教學時間。同時，增加課外單獨輔導的時間，確定每周3下午為課外輔導期，所有教學團隊教師都在固定地點解決學生設計中所遇到的問題。最后在每學期期末，開設為期2周的課程設計周，集中教學、集中設計、集中答疑，在最大限度發(fā)揮學生自主性的同時，確保教學質量和成效的鞏固。

四、教學效果

為了檢驗教學效果，2011年教學團隊在3年級學生中挑選幾組同學參加全國性的可持續(xù)建筑設計競賽，包括2011年REVIT杯全國大學生建筑設計競賽、2011年全國綠色建筑設計競賽等。就2011年參賽結果看，獲得了全國二等獎1次、三等獎1次、佳作獎2次（圖2為部分獲獎作品），居全國同類院校前列。參賽的結果充分展示了基于BIM平臺的教學方法在全面提高教學質量、提高設計效率等方面的優(yōu)勢，集成化可持續(xù)建筑設計方法在設計流程與設計應用上的價值，充分說明了本文提出的教學改革的有效性，在建筑學設計教學中具有一定的推廣應用價值。

圖2 部分參賽獲獎作品

[1] 張國強，解明鏡，徐 峰.中國可持續(xù)建筑領域教育的現(xiàn)狀分析與改革[J].建筑學報，2009,(9):41-43.

[2] 徐 峰，解明鏡，周 晉，等. 集成化建筑設計[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[3] 李建成，王 朔，杜 嶸. Revit Building建筑設計教程[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.

[4] 李建成. 建筑信息模型與建筑學專業(yè)的教學[J].建筑學報，2007,(7): 100-101.

[5] 許 蓁，曲翠萃. 認知·思維·表達—— Autodesk Revit Building軟件在建筑學教學中的應用[J].建筑學報，2007, (5): 99-101.

A Study of the Teaching of Integrated Sustainable Building Design Based on the BIM Platform

XIE Ming-jing, SHI Lei, LUO Ming
（School of Architecture and Art, Central South University, Changsha 410075, Hunan, China）

Based on the analysis of the status of architectural education, the liner design model and the singleness disciplinary educational model are founded unsuitable for the requirements of sustainable building design. The new teaching pattern, based on the integrated design model and multi-disciplinary design platform, is more effective for the design capacity training of undergraduates. BIM (Building information model) can afford the software platform for the integrated design model and meet the requirements of the society. By the improvements and practices on the teaching methodology, contents, teaching team and teaching time, the teaching reformation is successful. The design capacity of the undergraduates is improved, and many students win the awards from the national course contests.

building information model; integrated design; sustainable building design; teaching revolution.

G642

A

1673-9272(2012)03-0146-03

2012-03-16

湖南省教育科學十二五規(guī)劃課題:“基于BIM平臺的集成化建筑設計人才培養(yǎng)模式的研究”（編號：XJK011CGD047）；

湖南省普通高等學校

教學改革研究項目:“可持續(xù)建筑設計跨學科課程改革研究”（編號： 湘教通[2011]315號）。

解明鏡(1980-)，男，山西汾陽人，中南大學建筑與藝術學院講師，工學博士，研究方向：低碳建筑設計與傳統(tǒng)民居經驗科學化。

[本文編校：楊 燦]