建筑信息模型在“風(fēng)景園林建筑設(shè)計(jì)”課程教學(xué)中的應(yīng)用

劉利剛　胡　越

(北京林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院，北京　100083)

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建筑信息模型在“風(fēng)景園林建筑設(shè)計(jì)”課程教學(xué)中的應(yīng)用

劉利剛胡越

(北京林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院，北京100083)

摘要：建筑信息模型是建筑準(zhǔn)確的、三維的、包含各項(xiàng)幾何與物理參數(shù)的模型，它適用于與建筑結(jié)合緊密的“風(fēng)景園林建筑設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)，在國(guó)外已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用?！帮L(fēng)景園林建筑設(shè)計(jì)”課程教學(xué)目前主要采取以二維案例為主的授課方式，難以直觀展示園林建筑空間信息，難以使學(xué)生迅速理解建筑空間與造型的關(guān)系，因而也難于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。針對(duì)“風(fēng)景園林建筑設(shè)計(jì)”課程教學(xué)中存在的問題，探討了建筑信息模型在“風(fēng)景園林建筑設(shè)計(jì)”課程教學(xué)中應(yīng)用的途徑。首先，利用建筑信息模型將二維教學(xué)變?yōu)槿S乃至帶有時(shí)間維度的四維教學(xué)；其次，利用建筑信息模型變對(duì)園林建筑的定性研究教學(xué)為定量研究教學(xué)；第三，利用建筑信息模型加強(qiáng)對(duì)園林建筑營(yíng)造過程與技術(shù)的教學(xué)；第四，利用建筑信息模型加強(qiáng)對(duì)園林建筑歷史變遷的教學(xué)；第五，利用建筑信息模型加強(qiáng)對(duì)園林與園林建筑關(guān)系的教學(xué)。在教學(xué)實(shí)踐中，建筑信息模型已經(jīng)開始輔助“風(fēng)景園林建筑設(shè)計(jì)”的課程教學(xué)，并取得良好的效果。

關(guān)鍵詞：風(fēng)景園林建筑設(shè)計(jì)；建筑信息模型；教學(xué)研究

一、“風(fēng)景園林建筑設(shè)計(jì)”課程教學(xué)現(xiàn)狀

“風(fēng)景園林建筑設(shè)計(jì)”是風(fēng)景園林專業(yè)的骨干設(shè)計(jì)課程，也是北京林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院風(fēng)景園林專業(yè)學(xué)生的必修課?！帮L(fēng)景園林建筑設(shè)計(jì)”課程在大二學(xué)年開設(shè)，歷時(shí)兩個(gè)學(xué)期，每學(xué)期有64學(xué)時(shí)，是風(fēng)景園林專業(yè)最早開設(shè)的設(shè)計(jì)課程。作為其他后續(xù)設(shè)計(jì)課程設(shè)的基礎(chǔ)，“風(fēng)景園林建筑設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)效果對(duì)其他后續(xù)設(shè)計(jì)課程有著直接的影響。

“風(fēng)景園林建筑設(shè)計(jì)”課程主要講授建筑設(shè)計(jì)的理論與方法，由藝術(shù)家住宅、會(huì)所、博物館以及中國(guó)傳統(tǒng)園林建筑設(shè)計(jì)4個(gè)單元的建筑設(shè)計(jì)組成。風(fēng)景園林設(shè)計(jì)與建筑設(shè)計(jì)是人居環(huán)境設(shè)計(jì)的一體兩面，風(fēng)景園林設(shè)計(jì)偏重室外環(huán)境，建筑設(shè)計(jì)偏重建筑造型與室內(nèi)空間設(shè)計(jì)，而優(yōu)秀的中國(guó)傳統(tǒng)園林建筑則是風(fēng)景園林與建筑設(shè)計(jì)的杰出代表，既是園林不可或缺的有機(jī)組成部分，又是優(yōu)秀的建筑設(shè)計(jì)作品[1]。

二、“風(fēng)景園林建筑設(shè)計(jì)”課程教學(xué)存在的問題

目前“風(fēng)景園林建筑設(shè)計(jì)”課程教學(xué)包含3個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，一是二維的案例教學(xué)，二是制作小比例的經(jīng)典建筑三維實(shí)體模型，三是課程中經(jīng)典建筑案例的實(shí)地參觀實(shí)習(xí)。這3個(gè)環(huán)節(jié)都存在各自的特點(diǎn)與急待解決的問題。

(一)二維案例教學(xué)難以全面展示園林建筑的空間信息

傳統(tǒng)的二維案例教學(xué)主要圍繞園林建筑總平面、單體園林建筑平面、立面、剖面等角度，展開研究與教學(xué)，這種授課方式難以把抽象的建筑二維圖紙與鮮活的三維建筑空間結(jié)合起來(lái)，無(wú)法直觀展示園林建筑的空間信息，學(xué)生學(xué)起來(lái)比較枯燥乏味。而對(duì)中國(guó)傳統(tǒng)園林以及園林建筑的欣賞是一個(gè)帶有時(shí)間維度的四維體驗(yàn)過程，僅對(duì)單一建筑平面或者單棟建筑進(jìn)行研究，難以讓人對(duì)園林的設(shè)計(jì)意匠以及園林全貌有一個(gè)較為直觀與全面的認(rèn)識(shí)。

(二)制作小比例經(jīng)典建筑實(shí)體模型的教學(xué)環(huán)節(jié)較為枯燥且耗時(shí)，容易導(dǎo)致對(duì)建筑空間信息研究的忽視

在制作小比例經(jīng)典建筑實(shí)體模型的教學(xué)環(huán)節(jié)中，學(xué)生通過制作小比例的經(jīng)典建筑實(shí)體模型，可以借此對(duì)建筑空間與建筑造型進(jìn)行仔細(xì)的推敲。但由于制作實(shí)體建筑模型耗時(shí)較長(zhǎng)，在漫長(zhǎng)而枯燥的模型制造過程中，學(xué)生往往容易陷入對(duì)制作工藝細(xì)節(jié)的推敲中，忽視了對(duì)建筑空間信息的研究。制作一個(gè)經(jīng)典建筑的實(shí)體模型，如建筑大師柯布西耶的薩伏伊別墅，大概需要30個(gè)學(xué)時(shí)，而一學(xué)期僅有63學(xué)時(shí)。如果課上指導(dǎo)學(xué)生制作模型，勢(shì)必占用大量講授建筑設(shè)計(jì)理論的時(shí)間，得不償失；若安排學(xué)生課下制作模型，又會(huì)使學(xué)生疲憊不堪。經(jīng)過一個(gè)學(xué)期的探索，筆者發(fā)現(xiàn)能否制作一個(gè)優(yōu)異的實(shí)體模型，更多地取決于學(xué)生是否具有較高的手工制作能力，而不是建筑空間想象力，而這恰恰與安排這項(xiàng)課程內(nèi)容的初衷大相徑庭。

(三)通過參觀實(shí)習(xí)難以形象地了解園林與建筑的歷史變遷

課程教學(xué)實(shí)習(xí)應(yīng)當(dāng)在學(xué)生掌握了足夠的理論知識(shí)基礎(chǔ)上進(jìn)行，否則只是走馬觀花，難以領(lǐng)會(huì)豐富多樣的園林空間信息。以蘇州的私家園林為例，其園林空間設(shè)計(jì)豐富多樣，園林與建筑完美結(jié)合。然而，僅僅通過單純的現(xiàn)場(chǎng)考察，學(xué)生難以迅速理解與把握?qǐng)@林建筑的風(fēng)貌大局。據(jù)帶隊(duì)實(shí)習(xí)的教師反映，只有反復(fù)多次帶隊(duì)實(shí)習(xí)，教師才能初步把握?qǐng)@林的空間設(shè)計(jì)信息，而學(xué)生的課程實(shí)習(xí)只有一次，所以實(shí)習(xí)效果就可想而知了。

(四)通過課程教學(xué)實(shí)習(xí)難以全面地了解中國(guó)傳統(tǒng)園林建筑的發(fā)展歷程

中國(guó)傳統(tǒng)園林建筑的建設(shè)是一個(gè)歷史悠久的營(yíng)造過程。在漫長(zhǎng)的歷史發(fā)展過程中，園林建筑往往經(jīng)過多次維修、擴(kuò)建甚至重建。而在“風(fēng)景園林建筑設(shè)計(jì)”課程教學(xué)實(shí)習(xí)中，學(xué)生只能看到園林建筑現(xiàn)在的樣貌，看不到園林建筑鼎盛時(shí)期的樣貌和變遷過程。

三、建筑信息模型應(yīng)用于“風(fēng)景園林建筑設(shè)計(jì)”課程教學(xué)的必要性

目前，建筑設(shè)計(jì)方式正在經(jīng)歷巨大的變革，由傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)逐步走向三維設(shè)計(jì)。在三維設(shè)計(jì)中，無(wú)論是建筑設(shè)計(jì)過程，還是建筑設(shè)計(jì)成果都以三維的方式呈現(xiàn)。建筑設(shè)計(jì)的成果不再是傳統(tǒng)的二維圖紙，而是三維的建筑信息模型，可以隨時(shí)導(dǎo)出建筑的施工圖紙。

建筑信息模型簡(jiǎn)稱BIM(building information model)，是參數(shù)化的3D建筑模型。在這個(gè)模型中，除了包含建筑各構(gòu)件幾何方面的信息外，還包含建筑構(gòu)件準(zhǔn)確的物理方面(質(zhì)量、材質(zhì)、力學(xué)性能)的信息以及場(chǎng)地的三維信息[2]。因此它是建筑準(zhǔn)確的、三維的、包含各項(xiàng)幾何與物理參數(shù)的模型。20世紀(jì)90年代中后期，建筑信息模型在建筑設(shè)計(jì)教學(xué)中開始應(yīng)用，如美國(guó)的哥倫比亞大學(xué)、麻省理工大學(xué)、英國(guó)的建筑聯(lián)盟學(xué)院等院校均設(shè)置了建筑信息模型的相關(guān)課程來(lái)輔助“建筑設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)。

建筑信息模型在工程設(shè)計(jì)中主要應(yīng)用在具有極端復(fù)雜形體的建筑設(shè)計(jì)中，它的應(yīng)用極大地提高了建筑設(shè)計(jì)的工作效率和施工的精確度。極端復(fù)雜形體的建筑往往難以通過傳統(tǒng)二維的設(shè)計(jì)方法(平面、立面、剖面以及效果圖設(shè)計(jì))來(lái)準(zhǔn)確描述建筑的形態(tài)與構(gòu)成，二維的設(shè)計(jì)圖紙也難以指導(dǎo)復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)的工廠化加工。而建筑信息模型則在建筑設(shè)計(jì)前期能高效地生成復(fù)雜形態(tài)的建筑模型，并可以通過參數(shù)進(jìn)行反復(fù)推敲修改；在建筑設(shè)計(jì)中期，參數(shù)化設(shè)計(jì)能進(jìn)一步增強(qiáng)方案的細(xì)節(jié)構(gòu)建，并著手建造與施工方共享的模型參數(shù)，對(duì)建筑中的建材與材料尺寸進(jìn)行優(yōu)化處理；在施工階段，參數(shù)化的建筑信息模型可以直接導(dǎo)出建筑施工圖紙[3]。建筑信息模型導(dǎo)出的建筑設(shè)計(jì)圖紙能直觀展示所有跟建筑相關(guān)的細(xì)節(jié)，施工方與設(shè)計(jì)方無(wú)需反復(fù)協(xié)調(diào)。建筑信息模型可以導(dǎo)出建筑各個(gè)視角效果圖，數(shù)量不受限制，可直接輸出到相關(guān)軟件中準(zhǔn)確地評(píng)估建筑性能。應(yīng)用建筑信息模型的典型建筑設(shè)計(jì)案例包括德國(guó)慕尼黑的寶馬博物館、奔馳博物館等形體極端復(fù)雜的建筑。

因此，在“風(fēng)景園林建筑設(shè)計(jì)”課程教學(xué)中引入建筑信息模型，可以使學(xué)生提前適應(yīng)將來(lái)工作中勢(shì)必用到的三維設(shè)計(jì)工具，可以更加直觀、準(zhǔn)確地推敲自己的課程設(shè)計(jì)，從中感悟建筑之道。建筑信息模型參與的建筑設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)的區(qū)別見表1。

表1　傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)與運(yùn)用建筑信息模型的建筑設(shè)計(jì)的比較

四、建筑信息模型在“風(fēng)景園林建筑設(shè)計(jì)”課程教學(xué)中的應(yīng)用

蔡凌豪[4]認(rèn)為建筑信息模型最有可能應(yīng)用在功能復(fù)雜、尺度較大或與建筑結(jié)合緊密的風(fēng)景園林項(xiàng)目與教學(xué)中。中國(guó)傳統(tǒng)園林建筑正好符合這個(gè)特點(diǎn)。中國(guó)傳統(tǒng)園林建筑的特點(diǎn)使其適于用建筑信息模型的描述和講解。首先中國(guó)傳統(tǒng)園林建筑的典型組成部分(包括屋頂、墻體和臺(tái)基)都具有相對(duì)復(fù)雜的形體與裝飾。這些部分都由幾種典型的類型構(gòu)成，類型之間具有明確的等級(jí)關(guān)系，例如屋頂?shù)牡燃?jí)序列，從低到高共分硬山屋頂、懸山屋頂、歇山屋頂、廡殿屋頂4個(gè)基本類型，屋頂還有單檐和重檐的變化。這些程式化的建筑構(gòu)件都便于被參數(shù)化的建筑信息模型所描述。而且建筑信息模型可以準(zhǔn)確地構(gòu)建建筑及場(chǎng)地的三維模型，甚至詳細(xì)到植物、巖石，便于對(duì)園林與園林建筑的整合研究。

(一)利用建筑信息模型變二維教學(xué)為三維乃至四維教學(xué)

將建筑信息模型引入“風(fēng)景園林建筑設(shè)計(jì)”課程教學(xué)可以將傳統(tǒng)的二維案例講授變?yōu)槿S乃至四維的教學(xué)。利用三維建筑信息模型，學(xué)生可以感受到建筑中每一個(gè)點(diǎn)的實(shí)際空間效果、逼真的模擬效果、使學(xué)生在課堂上有身臨其境之感，增大了課程的容量，易于培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣。目前已有利用sketch up等軟件制作中國(guó)傳統(tǒng)園林建筑三維分件拼裝模型的成功案例，如董璁制作的中國(guó)園林古建筑教學(xué)案例庫(kù)，其中包括近春園中的亭廊、枇杷園中園林建筑的三維模型。雖然建筑分件模型可以形象地展示園林建筑完整的施工過程，但是由于它不是建筑信息模型，建筑分件模型只有建筑空間信息，沒有建筑構(gòu)件質(zhì)量、密度、材質(zhì)、物理性能等其他信息，因此難以據(jù)此模型科學(xué)地對(duì)園林建筑進(jìn)行性能評(píng)價(jià)。而建筑信息模型由于是建筑準(zhǔn)確的、三維的、包含各項(xiàng)幾何與物理參數(shù)的模型，所以能夠科學(xué)地對(duì)園林建筑進(jìn)行性能評(píng)價(jià)。

(二)利用建筑信息模型在講授有關(guān)園林建筑的定性內(nèi)容的基礎(chǔ)上增加定量的內(nèi)容

目前對(duì)園林建筑的研究中定性的講授居多，定量的研究與教學(xué)偏少。通過建筑信息模型的建構(gòu)，將建筑的幾何與物理信息直接導(dǎo)入模型，可以進(jìn)一步通過綠色建筑評(píng)價(jià)軟件和建筑能耗模擬軟件對(duì)傳統(tǒng)園林建筑的熱工性能、通風(fēng)環(huán)境、熱舒適度等進(jìn)行量化的評(píng)價(jià)。建筑信息模型有利于科學(xué)、客觀地評(píng)價(jià)中國(guó)傳統(tǒng)園林建筑的優(yōu)勢(shì)與不足，能夠幫助教師更加客觀、準(zhǔn)確、科學(xué)地講授園林建筑。

(三)利用建筑信息模型加強(qiáng)園林建筑營(yíng)造過程與技術(shù)方面的教學(xué)

目前對(duì)園林建筑的研究與教學(xué)多集中于歷史考據(jù)、人文歷史、設(shè)計(jì)意匠等理論方面的研究，而直面建筑營(yíng)造過程與營(yíng)造技術(shù)的研究相對(duì)較少。因此任課教師可以將傳統(tǒng)建筑的研究手段與較為先進(jìn)的技術(shù)手段相結(jié)合，利用建筑的參數(shù)化手段與建筑信息模型準(zhǔn)確、直觀、三維地展示建筑的營(yíng)造過程，使學(xué)生從整體上理解園林建筑的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和施工過程。

(四)利用建筑信息模型加強(qiáng)園林建筑歷史變遷方面的教學(xué)

中國(guó)傳統(tǒng)園林建筑的建設(shè)是一個(gè)歷時(shí)較長(zhǎng)的過程，往往要經(jīng)過多次維修、擴(kuò)建甚至重建的過程。目前學(xué)生參觀的只是其當(dāng)前的狀態(tài)，不能反映其建造的復(fù)雜歷程，現(xiàn)在的樣貌往往也不是園林與建筑最美、最成熟的階段，不能充分體現(xiàn)設(shè)計(jì)者的創(chuàng)作理念。而采用建筑信息模型可以建立一座園林在不同年代的建筑模型庫(kù)，能準(zhǔn)確反映園林與建筑在初建、盛期、現(xiàn)狀期的形態(tài)，充分展示園林與建筑全壽命周期各個(gè)歷史階段的風(fēng)貌以及建造過程。有了建筑信息模型可以方便地輸出動(dòng)畫，為學(xué)生詳盡地展示園林與建筑的營(yíng)建與變遷過程。

(五)利用建筑信息模型加強(qiáng)有關(guān)園林與園林建筑關(guān)系的教學(xué)

園林與園林建筑實(shí)際上是相輔相成的關(guān)系，彼此依存。園林對(duì)建筑有遮陽(yáng)、降溫、提升空氣品質(zhì)等功用。通過建筑信息模型可以對(duì)此進(jìn)行較為深入的分析，也有助于教師將建筑設(shè)計(jì)與景觀設(shè)計(jì)、植物造景設(shè)計(jì)的研究與教學(xué)進(jìn)行較好的結(jié)合。

五、建筑信息模型在“風(fēng)景園林建筑設(shè)計(jì)”課程教學(xué)中的應(yīng)用效果

建筑信息模型在“風(fēng)景園林建筑設(shè)計(jì)”課程教學(xué)中的應(yīng)用是立足于北京林業(yè)大學(xué)風(fēng)景園林專業(yè)對(duì)中國(guó)傳統(tǒng)園林與建筑有著較為深厚的研究基礎(chǔ)上的。目前建筑信息模型已經(jīng)開始輔助“風(fēng)景園林建筑設(shè)計(jì)”課程第二學(xué)期的教學(xué)，尤其在中國(guó)傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)研究和南方園林與建筑參觀實(shí)習(xí)中得到廣泛應(yīng)用。據(jù)學(xué)生反映，建筑信息模型輔助建筑設(shè)計(jì)理論與案例的講授，較以往二維案例的講授更為生動(dòng)，對(duì)園林建筑的分析具有更強(qiáng)的科學(xué)性與說服力。

2013年，在全國(guó)大學(xué)生設(shè)計(jì)競(jìng)賽中，北京林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院學(xué)生帶有中國(guó)傳統(tǒng)園林特色的建筑設(shè)計(jì)方案獲得3等獎(jiǎng)。同時(shí)筆者在“風(fēng)景園林”期刊上發(fā)表了一篇有關(guān)“風(fēng)景園林建筑設(shè)計(jì)”課程教學(xué)的研究性論文。

參考文獻(xiàn)

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(責(zé)任編輯王偉)