仿真實驗平臺在房屋建筑學課程教學中的應用探索

董騰，張穎，程美玉，孫冰，唐小林

（1.南華大學土木工程學院，湖南衡陽 421001；2.南華大學設計藝術學院，湖南衡陽 421001）

房屋建筑學是土木工程專業(yè)重要的一門專業(yè)課程，該課程教學質量關系到后續(xù)專業(yè)課程的學習。由于在建筑構造教學環(huán)節(jié)，由于使用二維平面圖紙教學，難以激發(fā)學生學習興趣，學生對構造的認識較為片面。這些問題給教學和學習帶來了瓶頸，虛擬仿真技術綜合了計算機制圖、可視化、系統(tǒng)仿真等技術，使學生能夠直觀地感受建筑空間結構，彌補空間想象力不足。

將虛擬仿真平臺引入房屋建筑學教學逐漸成為一種趨勢，一些高校進行了探索。 云南農(nóng)業(yè)大學[1]從實訓課程設置和實訓課程的管理模式兩個方面，探索了結合虛擬仿真平臺，建立了“創(chuàng)新式課堂教學、實踐教學、課外活動反哺教學”的全方位、立體式實踐課程教學體系。山東科技大學[2]通過對虛擬平臺才建筑材料模擬單元、工程造價計價單元、施工模擬單元的建設，探索了土木工程仿真模擬平臺基本架構建設。廣西科技大學[3]的相關教研教改重點放在了仿真環(huán)節(jié)中的實訓計劃與生產(chǎn)操作環(huán)節(jié)上，突出模擬與實際的結合，這種模式對傳統(tǒng)實踐課程較為適用。 而將虛擬仿真實驗平臺引入房屋建筑學課程的改革上不多，值得深入探討。

1 房屋建筑學教學存在的問題

1.1 章節(jié)銜接不緊密

房屋建筑學是研究建筑與環(huán)境和建筑構造關系的一門學科，綜合性強。當前房屋建筑學的教學體系主要分為兩大塊，一塊是建筑空間設計，另一塊是建筑構造設計。對土木工程專業(yè)學生而言，建筑空間的設計要求不高，教學重點集中在了建筑構造。建筑的構造通常劃分為墻體、樓地層、屋面、基礎、樓梯、門窗等部分。當前房屋建筑學教學時，各章節(jié)分開講授，忽略了章節(jié)之間的銜接。這對學生而言，難以形成對建筑整體的有機認識，不利于后期建筑結構等專業(yè)課程的學習。

1.2 建筑構造教學缺少直觀展示

在房屋建筑學教學中，建筑構造在課堂上的講述主要以構造圖來展示。這種教學存在兩個問題：第一是學生學習不夠直觀，由于學生初次接觸施工圖，在構造教學時，學生讀圖存在一些障礙，這就降低了教學效果。第二是教師講解時較為枯燥，由于沒有直觀實例講解起來很難深入。

1.3 與其他專業(yè)課結合不緊密

房屋建筑學是土木工程專業(yè)重要的一門專業(yè)課程，該課程教學質量關系到后續(xù)專業(yè)課程的學習。而當前教學中往往忽略了這門課程的基礎性，與后續(xù)相關專業(yè)課結合不夠緊密。以《混凝土結構設計》為例，學生在進行結構計算時，需要對柱網(wǎng)進行布置，對柱子、梁的尺寸進行估算，然后進行結構計算，并與建筑尺寸進行協(xié)調。如果學生對建筑構造設計沒有一定的認識，在尺寸估算時，往往會走很多彎路。

2 仿真實驗平臺的優(yōu)勢

仿真實驗教學平臺是當前解決客觀實踐條件不足，實踐教學目標難以落實等難題的有效解決途徑。當前一些高校對仿真實驗教學平臺的建設與應用進行了有效探索。仿真工程模擬實驗平臺具有透明性、資源共享性、互動操作性、用戶自主性、擴展性以及安全性等特點，其優(yōu)勢是傳統(tǒng)實驗室和實習實踐方式無法比擬的，在教學、科研中的應用前景廣闊。

對房屋建筑學而言，基于BIM 技術的專業(yè)實驗平臺具有三維可視化、協(xié)調性和模擬性這三方面的優(yōu)勢。最具價值的是可視化功能，建筑工程專業(yè)學生沒有經(jīng)過空間思維訓練，在學習建筑平面設計時，難以想象出三維空間，這也限制了功能分區(qū)的設計，在仿真平臺對建筑空間進行建模，可以直觀看到功能分區(qū)的規(guī)劃是否合理。 同時在交通規(guī)劃中，可視化意義重大。

3 仿真實驗在房屋建筑學教學中的應用

南華大學仿真實驗平臺建立于2013年，可以為房屋建筑工程、巖土工程、道路與橋梁工程、工程造價等專業(yè)提供仿真實驗課程，仿真實驗平臺的建立，很好地解決了土木工程學科專業(yè)實驗教學場地受限、 成本消耗高、實驗指導教師不足等困難。

3.1 仿真平臺在課堂教學中的應用

三維圖像的引入是房屋建筑學教學的一個創(chuàng)新，但是必須與二維圖形進、板書和多媒體教學結合，一味地使用三維圖像容易讓學生產(chǎn)生依賴。 仿真平臺聯(lián)網(wǎng)使用，課時實時展現(xiàn)教學內(nèi)容。房屋建筑學研究建筑與環(huán)境的關系，而這一點由于傳統(tǒng)手段難以展現(xiàn)，教學中往往會忽略，仿真平臺通過模塊的調取，具體地向學生展示建筑與環(huán)境的關系。 仿真平臺可以通過案例直觀展示建筑物理特性，幫助學生掌握建筑物理有關知識。仿真平臺的引入能夠達到更優(yōu)的教學效果。

3.2 仿真平臺在課后輔導中的應用

房屋建筑中的構造知識通常難以用文字表達，如果用圖例表達，對學生要求較高，作業(yè)量變大，難度增加。借助仿真實驗平臺是解決這個難題的有效方法。仿真平臺能直觀展現(xiàn)空間的組合，協(xié)助學生進行空間設計與優(yōu)化。因此教師在指導學生課程設計時，應強調平面功能空間設計的組合，讓學生形成空間概念，并可以反復練習，深入體會。

交通組織設計關系到建筑的使用和安全疏散，在以往課程設計中，由于時間有限，交通流線組織往往被忽略掉。 而BIM 技術可以直觀地展現(xiàn)空間之間的交通流線，展示了各功能空間的組織邏輯，使人們對建筑整體有更直觀的感受。BIM 模型建立后，學生可以對模型進行選擇，使用漫游工具深入建筑空間內(nèi)部，實景感受到交通流線帶來的空間變化，直觀地觀察人員疏散的方向。通過這些練習，學生可以深入地推敲其要表達的重要空間效果，并評價其所創(chuàng)造的空間是否與周圍的環(huán)境產(chǎn)生良好的關系，確保學生能夠更準確地表達設計思想。

3.3 仿真平臺在課程設計中的應用

房屋建筑學課程設計是房屋建筑學課程的重要組成部分，主要考查學生的實踐能力。施工圖紙是房屋建筑學提交的主要成果，在傳統(tǒng)的課程設計中占去了學生的絕大部分時間。 在設計過程中，建筑平面，構件尺存等都需要調整，這些內(nèi)容的調整最終會反映在圖紙上，因此二維圖紙的繪制工作量大，重復工作多。 BIM技術施工圖由程序自動生成，因此只需調整模型信息就可完成施工圖的改動，大大減輕了學生繪圖壓力，提高了設計效率，給學生更多的時間去思考設計問題。

3.4 仿真平臺在認識實習中的應用

仿真平臺將房屋建筑認識實習從對工地的依賴中解放出來，但具體應用仍需探索。實踐教學環(huán)節(jié)主要依據(jù)BIM 平臺進行，不同于課程教學中的構造演示，認識實習更強調與實際的結合。 尤其是標準化構件模型庫的構建，讓學生在實習前可以瀏覽當前主流構件構造，大大提高教學效率。 在撰寫認識實習報告時，應鼓勵學生對實習項目運用仿真平臺進行建模。 認識實習BIM 操作的目的主要有兩個，一個是加深學生對實習項目的認識，另一個是為學生BIM 建模奠定一些基礎。因此操作實習主要是以信息讀取為主，如讀取墻體信息、樓地層信息，讀取結構信息。

4 結語

基于筆者的實踐探索，得出以下結論：當前房屋建筑學教學存在章節(jié)銜接不緊密，建筑構造教學缺少直觀展示，與其他專業(yè)課結合不緊密的問題。仿真實驗平臺可以形象地展示建筑空間組合，建筑構造，幫助學生更好地學習房屋建筑學。 同時仿真平臺的應用于課程設計能強化學生對所學知識的深入理解，應用于實踐教學可解決客觀條件不足等問題。