BIM數(shù)字建造實踐教學(xué)探議

孫皓　鄒貽權(quán)

[摘 要]BIM數(shù)字建造實踐課程的目的是探討B(tài)IM實踐教學(xué)方法以及BIM核心技術(shù)在公共空間設(shè)計中的應(yīng)用。針對BIM設(shè)計特點，結(jié)合行業(yè)BIM設(shè)計應(yīng)用人才要求，實踐課題教學(xué)研究從課題選擇、實踐組織、教學(xué)方法、成果形式幾方面相應(yīng)采取有效的教學(xué)對策;這是對尚處BIM運用初級階段的公共空間設(shè)計的一次有成效的嘗試，實踐成果為BIM教學(xué)與應(yīng)用積累了經(jīng)驗。

[關(guān)鍵詞]數(shù)字建造 實踐教學(xué) BIM設(shè)計 族樣板 族的參數(shù)化

[中圖分類號] TU17[文獻標識碼] A[文章編號] 2095-3437（2015）06-0107-03

引言

當前，國內(nèi)計算機輔助設(shè)計正轉(zhuǎn)向數(shù)字信息化模型（Building Information Modeling，以下簡稱BIM）技術(shù)，國內(nèi)的一些高校建筑學(xué)專業(yè)計算機輔助設(shè)計課程的教學(xué)改革，取得了一些較好的經(jīng)驗，值得我們認真學(xué)習。例如：華南理工大學(xué)計算機輔助設(shè)計已經(jīng)全面展開BIM技術(shù)教學(xué)，形成完整的教學(xué)體系和教學(xué)模式，在專業(yè)教學(xué)上突出BIM技術(shù)的教學(xué)應(yīng)用;同濟大學(xué)建筑學(xué)在計算機輔助設(shè)計這方面，加強了“可生成性”在教學(xué)板塊的權(quán)重，相關(guān)教學(xué)團隊已經(jīng)將教學(xué)從計算機輔助設(shè)計的工具應(yīng)用，轉(zhuǎn)向整個設(shè)計過程的數(shù)字全息化呈現(xiàn)過渡。

西方各大建筑學(xué)院中經(jīng)歷了多年的BIM技術(shù)教育的實踐，已形成了各自的教學(xué)特色。例如：美國加州理工大學(xué)建筑和環(huán)境設(shè)計學(xué)院的計算機輔助設(shè)計，將BIM納入課程中，并于2007年起開始在核心課程中采用BIM軟件;亞琛工業(yè)大學(xué)開設(shè)計算機輔助設(shè)計課程分為BIM基礎(chǔ)選修課（建筑學(xué)專業(yè)學(xué)士學(xué)位）和BIM專業(yè)選修課（建筑學(xué)專業(yè)碩士學(xué)位）兩大類?；A(chǔ)類課程面向設(shè)計，高級類課程注重實踐。

湖北工業(yè)大學(xué)的BIM設(shè)計教學(xué)最先在土木工程與建筑學(xué)院建筑學(xué)專業(yè)開展，由于起步較早，積累了豐富的教學(xué)與項目設(shè)計經(jīng)驗，BIM在建筑設(shè)計中的應(yīng)用處在較為前沿的水平。

就目前建筑行業(yè)的發(fā)展來看，BIM在建筑設(shè)計應(yīng)用發(fā)展較為迅速，在一些專業(yè)應(yīng)用相對成熟，如水電、暖通設(shè)計以及碰撞檢查。建筑設(shè)計BIM應(yīng)用也帶動了與之密切相關(guān)的專業(yè)設(shè)計，如室內(nèi)設(shè)計。因此，以建筑為主導(dǎo)的BIM設(shè)計對于人才的需求呈現(xiàn)一種增長趨勢。普及和提高BIM整體應(yīng)用水平是大學(xué)計算機輔助設(shè)計教學(xué)改革的一個新方向。何關(guān)培的研究表明，BIM應(yīng)用分為三個層級，即個人應(yīng)用、企業(yè)應(yīng)用、行業(yè)應(yīng)用，其中個人應(yīng)用的普及是提高BIM整體水平的基礎(chǔ)。

在室內(nèi)設(shè)計領(lǐng)域?qū)Ω呒塀IM設(shè)計人才需求的缺口很大，許多大型的公共建筑在項目設(shè)計全面應(yīng)用BIM技術(shù)，室內(nèi)設(shè)計時也要求使用BIM技術(shù)。由于目前BIM在室內(nèi)設(shè)計應(yīng)用研究方面處在初級階段，公共建筑室內(nèi)設(shè)計往往缺少BIM合作團隊的支持，因此，從提高行業(yè)水平和拓寬應(yīng)用范圍角度講，BIM設(shè)計教育前景很廣。鑒于此，本次實踐課題定位于公共建筑的室內(nèi)空間設(shè)計研究，以BIM技術(shù)應(yīng)用為核心，從課題的選擇、實踐的組織、實踐教學(xué)方法、實踐教學(xué)成果等方面進行一些教學(xué)嘗試，具體內(nèi)容如下所述。

一、課題的選擇

實踐教學(xué)要做好選題工作。選題好壞直接影響最后的實踐成果質(zhì)量。

選題方向依據(jù)湖北工業(yè)大學(xué)本科“721人才培養(yǎng)模式改革的基本原則”為指導(dǎo)思想，基本原則中的第二條提到“主動適應(yīng)國家重大戰(zhàn)略需求、學(xué)科專業(yè)相關(guān)的行業(yè)需求、區(qū)域經(jīng)濟需求和緊缺急需人才需求，具有一定的前瞻性”，初步確定數(shù)字建造實踐教學(xué)選題定位在BIM技術(shù)還未涉及的室內(nèi)設(shè)計領(lǐng)域，尤其是公共空間設(shè)計。

從以往的實踐教學(xué)經(jīng)驗總結(jié)來看，控制好實踐課題的難度是一個關(guān)鍵問題，課題的難度與施工技術(shù)有很大關(guān)聯(lián)，施工技術(shù)是選題要考慮的首要因素之一。其次，選題充分考慮參加實踐的學(xué)生人數(shù)、專業(yè)方向和學(xué)年層次;再次，考慮假期實踐教學(xué)周期和實踐設(shè)備的安排等綜合因素;最后，考慮課題的代表性、典型性和相對的完整性，保證學(xué)生在較短的實踐周期內(nèi)在BIM建造層面和建造裝飾構(gòu)造層面得到有效的訓(xùn)練。指導(dǎo)教師根據(jù)以上四點原則確定實踐課題為某公共空間的衛(wèi)生間數(shù)字化建造。公共空間的衛(wèi)生間作為BIM數(shù)字建造課題，具體考慮如下：首先，公共空間的衛(wèi)生間的裝飾構(gòu)造技術(shù)標準性強，技術(shù)成熟，普及率高，相關(guān)技術(shù)學(xué)生在“建筑裝飾材料構(gòu)造”課程中有所接觸，學(xué)生能很快掌握數(shù)字建造對應(yīng)的構(gòu)造技術(shù)，可以把更多精力投入到BIM數(shù)字建造技術(shù)上，以確保利用教學(xué)周期的時限出成果。其次從面積上考慮，公共空間的衛(wèi)生間面積比廳堂類空間小，學(xué)生在數(shù)字建造時易于控制模型，其模型數(shù)據(jù)運算也是現(xiàn)有硬件條件的極限。從最后的實踐成果來看，這次實踐活動選題難度適中，達到了預(yù)期效果。

二、實踐的組織

團隊的組織。本次實踐活動團隊成員來自建筑學(xué)、室內(nèi)設(shè)計、景觀設(shè)計三類專業(yè)，團隊按照設(shè)計院項目組的模式組織，團隊成員共4人，其中1人為團隊負責人。團隊負責人的選拔主要從兩方面考慮：一是具有扎實的專業(yè)知識，二是已經(jīng)具備一定的經(jīng)驗，熟悉BIM數(shù)字技術(shù)，且由一位高年級的同學(xué)擔任。負責人主要組織日常的工作，如給小組成員安排任務(wù)、制訂實踐進度、協(xié)調(diào)設(shè)備使用等;模塊任務(wù)分配也由負責人與成員一起協(xié)商確定。此外，負責人還有一項重要的工作，即組合各子系統(tǒng)的模塊，形成完整的模型體系。模擬設(shè)計院項目組的機制能最大限度地實現(xiàn)學(xué)生的自我管理，有效保障課題任務(wù)的順利實施;同時模擬設(shè)計院工作模式也利于發(fā)揮團隊成員各自的專業(yè)優(yōu)勢，使學(xué)生熟悉BIM協(xié)同作業(yè)的工作流程。

實踐內(nèi)容的組織。為使學(xué)生在較短的實踐時間內(nèi)完成數(shù)字模型的建造，教師一定要有針對性地擬出本次數(shù)字建造使用的重點技術(shù)提綱，學(xué)生圍繞提綱展開研習，少走一些彎路。技術(shù)提綱主要包括兩方面：施工技術(shù)方面，體現(xiàn)為節(jié)點構(gòu)造，如天棚龍骨構(gòu)造、墻體圍護構(gòu)造等;BIM在本次課題中的核心技術(shù)，如族模型技術(shù)、參數(shù)化設(shè)計技術(shù)等。合理的實踐內(nèi)容組織，有利于學(xué)生掌握數(shù)字建造中必備的專業(yè)知識。

三、實踐教學(xué)方法

實踐注重能力的培養(yǎng)，展開研究性學(xué)習。指導(dǎo)教師在實踐教學(xué)中扮演引路人的角色，不宜采用灌輸性質(zhì)的教學(xué)，也不應(yīng)采用師傅帶徒弟的傳統(tǒng)方式。實踐教學(xué)活動不能停留在認知和學(xué)技術(shù)層面，而應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生研究問題、解決問題的能力。以下是在BIM數(shù)字建造實踐教學(xué)實施中采取的幾點措施：

（一）案例分析

案例教學(xué)以BIM設(shè)計思維為切入點。由于BIM突破了傳統(tǒng)設(shè)計工作中的重復(fù)勞動過程（人腦思考空間關(guān)系通過透視及正投影來描述）。BIM設(shè)計思考過程的邏輯是，直接在三維環(huán)境下進行設(shè)計推敲，能更加有效提高本職工作的價值，提高工作質(zhì)量。因此，首先比較BIM設(shè)計案例與傳統(tǒng)數(shù)字化設(shè)計中設(shè)計狀態(tài)的差異，剖析傳統(tǒng)技術(shù)思維更多的是一種“畫設(shè)計”，設(shè)計多半是在二維圖紙狀態(tài)下完成，而BIM則不同，BIM的設(shè)計狀態(tài)處在三維虛擬建造狀態(tài)，三維狀態(tài)下的設(shè)計成果以直觀方式即時呈現(xiàn)。其次展開案例分析，案例分析的目的并不是要學(xué)生“照”著做，而是要讓學(xué)生樹立正確的技術(shù)思維觀念，案例分析教學(xué)以采用BIM設(shè)計的實際項目為基礎(chǔ)，一是分析建筑室內(nèi)空間圍護系統(tǒng)的組成，以及不同的系統(tǒng)采用的不同結(jié)構(gòu)技術(shù)，如天棚系統(tǒng)的龍骨分布方式、龍骨組合方式、飾面材料安裝方式;二是結(jié)合項目結(jié)構(gòu)層面的內(nèi)容與BIM設(shè)計層面的內(nèi)容對應(yīng)分析，明確BIM設(shè)計中的技術(shù)思路，引導(dǎo)學(xué)生從系統(tǒng)建造角度應(yīng)用BIM技術(shù);三是明確數(shù)字建造策略。實際項目設(shè)計有漸進性特點，設(shè)計不可能一開始就達到詳細設(shè)計的深度，因此要求學(xué)生在數(shù)字建造過程中遵循從總體數(shù)字模型建造、子系統(tǒng)數(shù)字模塊建造、數(shù)字化模塊組合的設(shè)計流程，并根據(jù)數(shù)字建造流程采用不同的數(shù)字建造策略。

（二）指導(dǎo)研究性學(xué)習

實踐教學(xué)的主體是學(xué)生，獨立性是主體性的最突出的體現(xiàn)，實踐教學(xué)就是要培養(yǎng)學(xué)生在研習中掌握BIM數(shù)字建造技術(shù)。

構(gòu)造技術(shù)的學(xué)習。構(gòu)造技術(shù)首先是要求小組成員熟悉國家相關(guān)的技術(shù)規(guī)范;其次了解材料的性能、尺寸（在BIM中需要對模型進行屬性的定義），熟悉各子系統(tǒng)具體的構(gòu)造方式;再次是了解施工工藝和施工程序。本次數(shù)字建造的主要構(gòu)造歸納起來有懸吊類的頂棚輕鋼龍骨構(gòu)造、貼面類的墻地面構(gòu)造、門窗構(gòu)造等。指導(dǎo)教師提出指導(dǎo)性學(xué)習策略：總體了解，分系統(tǒng)深入學(xué)習。即小組成員都需要了解本次課題中設(shè)計采用材料與構(gòu)造，負責各模塊制作的成員必須深入學(xué)習本模塊的構(gòu)造技術(shù)，一定要達到熟練的程度。成員掌握實際的構(gòu)造技術(shù)程度對BIM數(shù)字模型建造、二維圖紙的深度產(chǎn)生很大影響，這就是前文提到的“畫設(shè)計”和數(shù)字建造的本質(zhì)差別。

BIM技術(shù)的學(xué)習。由于國內(nèi)室內(nèi)公共空間設(shè)計應(yīng)用BIM技術(shù)尚處在剛剛起步的初期階段，可借鑒的項目案例很少。因此，指導(dǎo)教師為團隊提供有效的學(xué)習資源是課題完成的基礎(chǔ)保障。具體來講，根據(jù)實踐項目的技術(shù)需要，指導(dǎo)教師應(yīng)有針對性地為學(xué)生提供BIM外文設(shè)計案例資料。學(xué)生也發(fā)揮學(xué)習的主動性，采取了一些具體有效的做法，例如：將BIM案例資料翻譯成中文以便于小組成員學(xué)習交流、歸納案例中使用的BIM技術(shù)、總結(jié)案例的設(shè)計流程等。經(jīng)過初步的案例學(xué)習后，學(xué)生們結(jié)合實踐課題展開討論，并運用所學(xué)知識做了一些小型的建模實驗，檢驗前期的討論總結(jié)出建模方法。這種邊學(xué)邊練的方式大大提高了BIM建模技術(shù)的學(xué)習效率，學(xué)生的建模思路逐步清晰，為后續(xù)的數(shù)字模型建造打下良好的基礎(chǔ)。

（三）問題討論與解決

通過討論集思廣益，通過試驗解決問題。在數(shù)字建造的每個階段都會產(chǎn)生一些問題阻滯課題的進度。為了突破瓶頸，指導(dǎo)教師與小組成員共同選擇階段的核心的、共性的問題展開小組討論。在討論中教師從不同方向展開引導(dǎo)，小組成員集思廣益，不斷發(fā)散思維，各抒己見，找出產(chǎn)生問題的各種可能，梳理解決問題的切入點，通過大量試驗找出解決問題的關(guān)鍵技術(shù)。下面舉例說明。

問題一：模型沒有傳達建造中必要的數(shù)據(jù)和信息，只用Revit技術(shù)來建立粗糙的建筑模型。這屬于認識層面的問題，一般產(chǎn)生于實踐操作的初級階段。問題根源在于對BIM信息模型認識粗淺。針對這一問題，指導(dǎo)教師加強構(gòu)造知識的學(xué)習，提出“建立模型主體框架，逐步層層深化”的建模思路。從最終成果看，BIM研究小組建立的模型達到了施工圖要求的深度。

問題二：“基于天花板的常規(guī)模型”的族文件無法載入項目文件。這個問題看似為一個子系統(tǒng)的問題，但實際上會影響到模型整體數(shù)據(jù)的運算。小組成員經(jīng)討論和大量的操作性實驗終于找出問題的關(guān)鍵：建模過程中沒有合理運用“族”樣板。雖然建立的模型體積不大，但模型中存在許多的連接細小構(gòu)建，這使得單個模型的面數(shù)量急劇增加，導(dǎo)致模型雖小運算量仍然十分巨大的結(jié)果，造成族文件導(dǎo)入項目文件中無法生成模型。找到問題根源后，小組成員提出了優(yōu)化解決方案：先將一個模型復(fù)制到剪切板上，然后新建一個“基于面的常規(guī)模型”的族，并從剪貼板上將模型粘貼到“基于面的常規(guī)模型”族樣板中。將作為“基于面的常規(guī)模型”的一整個族導(dǎo)入此模型所在的系統(tǒng)。調(diào)整好位置后，再將“基于天花板的常規(guī)模型”導(dǎo)入項目，正常地生成模型。通過問題的解決，小組成員對BIM中“族與族之間的層級關(guān)系”的重要性有了更深刻的理解。

問題三：無法構(gòu)建可以編輯成為體系的自定義族。這屬于典型的參數(shù)建模問題，即“族的參數(shù)化”建模。由于現(xiàn)有的資料還不足以支持對問題的解決，小組成員先從“族參數(shù)”著手摸索流程的設(shè)置，在“添加參數(shù)”這一環(huán)節(jié)遇到瓶頸，模型設(shè)計總是無法正確設(shè)定參數(shù)。在陸續(xù)試驗中大家發(fā)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置與參照平面有著密切的聯(lián)系，于是從“參照平面”的屬性設(shè)置著手，但也沒成功。雖然采用上述方法沒有達到目的，但試驗的范圍在縮小，最終得出“族的參數(shù)化”與標注有著密切的聯(lián)系的結(jié)論。經(jīng)過大量試驗的累積，小組成員得出了族參數(shù)化設(shè)置的主要流程：先對已建模型的參照平面進行標注，然后設(shè)置標注的性質(zhì)，選擇“添加參數(shù)”對族的參數(shù)進行設(shè)置，設(shè)置完族的參數(shù)后導(dǎo)入項目，便可以對模型展開自定義編輯。至此問題得到解決，小組成員掌握了“族的參數(shù)化”建模技術(shù)要點，提高了建模工作效率。問題的研討有利于深入展開研究性學(xué)習，不斷試驗的工作方法，一方面促使學(xué)生們掌握并應(yīng)用BIM核心技術(shù);另一方面，極大提高了學(xué)生們實踐的研究能力。

（四）實踐教學(xué)成果的形式

三維信息化模型是這次BIM數(shù)字建造實踐核心教學(xué)成果，為更好地驗證實踐活動的效果，更好地促進實踐教學(xué)和實際應(yīng)用，我們以三維信息化模型基礎(chǔ)出版了電子圖紙，編制了電子教程。

出版電子圖紙。電子圖紙涉及信息模型的圖紙轉(zhuǎn)換。室內(nèi)公共空間無論采用何種方式設(shè)計，設(shè)計的結(jié)果最終要以規(guī)范的圖紙形式用于指導(dǎo)項目施工，所以二維的施工圖是本次數(shù)字建造的重要成果之一，即是否能將數(shù)字信息模型轉(zhuǎn)換為二維圖紙，這也是檢驗實踐水平的一個重要標準。從圖紙轉(zhuǎn)換新情況看，平面圖、立面圖、剖面圖反映的信息完善，節(jié)點大樣圖詳細深入，如填充材料的圖示準確，詳細結(jié)構(gòu)的組合關(guān)系層次清晰，文字、尺寸標注信息完整等，在一些細節(jié)上的表達都比較理想，達到了能實際應(yīng)用的要求。

編制電子教程。以課題的信息模型為基礎(chǔ)編制應(yīng)用教程。編制教程的目的是總結(jié)設(shè)計經(jīng)驗、優(yōu)化設(shè)計技術(shù)、推廣BIM信息技術(shù)在室內(nèi)設(shè)計領(lǐng)域的教學(xué)和實際項目應(yīng)用?；诖怂悸?，我們采取的做法為：在設(shè)計每個環(huán)節(jié)的建模過程都做了相關(guān)圖像保存，同時配上必要的文字說明。按照BIM設(shè)計流程，將各個模塊的建模步驟、建模思路以及每個模塊使用的關(guān)鍵技術(shù)以圖文結(jié)合的方式編制成電子教程。這也為實踐教學(xué)與交流提供了實用的案例，為以后的深入研究打下良好的基礎(chǔ)。

四、結(jié)語

總之，建立在“學(xué)科專業(yè)相關(guān)的行業(yè)需求、區(qū)域經(jīng)濟需求和緊缺急需人才需求”的BIM實踐教學(xué)活動，就是要學(xué)生通過實踐掌握“真刀實槍”的前沿的設(shè)計技術(shù)，熟練運用各種施工構(gòu)造，不斷提高研究性學(xué)習的能力。同時該實踐項目也是對計算機輔助設(shè)計課程教學(xué)延展的一個有益嘗試，所采用的教學(xué)方法已初見成效。通過該實踐項目，我們將進一步探索切實可行的、符合課程特點的實踐教學(xué)方法，為BIM教學(xué)與應(yīng)用走向成熟積累經(jīng)驗。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 何觀培.我國BIM發(fā)展戰(zhàn)略和模式探討（一）[J].土木建筑工程信息技術(shù)，2011（2）：114-118.

[2] 麻煜.BIM在創(chuàng)新型中小設(shè)計企業(yè)的應(yīng)用經(jīng)驗[J].建筑技藝，2011（6）：130-136.

[3] 劉列輝.信息化時代的室內(nèi)設(shè)計——建筑信息模型及其在室內(nèi)設(shè)計中的應(yīng)用[J].裝飾，2010（2）：125-126.

[4] 李建成.建筑信息模型與數(shù)字化建造[J].時代建筑，2012（5）：64-67.

[5] 段培永.應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)的研究性教學(xué)模式探析[J].山東建筑大學(xué)學(xué)報，2012（4）：440-443，450.

[責任編輯：覃侶冰]

[收稿時間]2014-12-26

[基金項目]本文為湖北省教育廳教研項目《校企協(xié)同下的BIM創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式研究與實踐》研究成果之一（課題編號：省2012274）。

[作者簡介]孫皓（1969-），男，江蘇南通人，碩士，湖北工業(yè)大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院建筑藝術(shù)系講師，研究方向：建筑學(xué)、風景園林設(shè)計基礎(chǔ)教學(xué)及理論研究。