基于BIM技術的CMA建筑設計課程體系建構

王祥雨

（皖西學院 建筑與土木工程學院，安徽 六安 237012）

隨著我國建筑行業(yè)進入調整期，建筑信息模型（BIM）技術作為一種伴隨建筑全壽命周期的工程技術，成為建筑設計行業(yè)創(chuàng)新改革轉型的關鍵支撐點．新形勢促進了社會對BIM人才的需求，而對建筑學學生進行精細化、系統(tǒng)化的BIM技術培養(yǎng)，成為BIM技術推廣應用、實現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同、加快新型建筑工業(yè)化發(fā)展的一個重要部分．

建筑學作為建筑結構、給排水、暖通空調等專業(yè)中的排頭兵專業(yè)，其專業(yè)屬性要求學生具備較強的實踐能力、多方面資源整合能力、溝通能力等．建筑設計課程作為建筑學專業(yè)龍頭科目，擔任著培養(yǎng)學生這些能力的重要責任，同時，其課程教學中涉及專業(yè)內如建筑構造等主干課程，專業(yè)外如土木工程結構與施工、建筑設備、建筑智能化等專業(yè)相關知識．BIM技術的內在屬性，具有可視化、協(xié)同性、仿真性、交互性等特點，可以解決建筑設計課傳統(tǒng)課程教學體系下所無法解決的問題．

CMA教學體系中的BIM技術介入建筑設計方案分析環(huán)節(jié)，應用動畫模擬等手段從建筑不同角度對方案進行推敲，解決了傳統(tǒng)二維圖紙成果下單靠想象判斷不同角度下方案設計缺陷的問題，加強了學生對方案本身的理解和對建筑設計方法的掌握．此外，在傳統(tǒng)教學體系下的方案修正環(huán)節(jié)，通常是課程教師根據(jù)學生的圖紙草圖指出方案漏洞，學生根據(jù)教師反饋進行修改，這種教學方法具有單向性、不確定性和狹隘性等缺點；但在CMA教學體系下，不同專業(yè)師生多團隊在同一平臺下操作BIM相關軟件，模擬實際工程的協(xié)同設計場景，此舉不僅加強了學科聯(lián)系、加強了師生互動，更重要的是降低了返工成本、整合了資源，使學生在實踐模擬中提高了綜合能力．

1 BIM技術在建筑設計課程教學中的應用現(xiàn)狀

根據(jù)我國《建筑學專業(yè)建筑數(shù)字技術課程教學大綱》的精神，BIM技術已成為當今建筑設計軟件采用的主流技術，在建筑數(shù)字技術課程中應當高度重視BIM的教學．逐步促進將建筑數(shù)字技術課程與建筑設計教學結合起來［1］．針對BIM技術走進建筑設計課堂，目前：張建平等［2］于2013年牽頭成立中國圖學學會BIM專業(yè)委員會，同年該校與廣聯(lián)達共建信息模型聯(lián)合研究中心并開設REVIT等三維軟件課程［3］，且在“CAAD課程”教學與“建筑設計課程”教學中雙向滲透式學習BIM技術［4］；重慶大學在大學二年級開展“BIM+VR”的虛擬設計小課程，要求學生利用BIM技術設計小型建筑［1］；同濟大學早于2011年起主辦“數(shù)字未來Digital FUTURES”年度系列學術活動至今，并以開展夏令營等多種教學形式推動BIM技術與建筑設計課程的結合［1，5］．

但對一些普通地方應用型高校建筑學專業(yè)而言，BIM技術走進建筑設計課堂多停留在校內開設相關課程和校外積極參與國內外各級競賽的行動層面．雖然這些改革對建筑設計課程體系重塑起到一定的積極作用，但是缺乏普遍性、系統(tǒng)性，高效性．

1.1 BIM技術在建筑設計課程中的應用缺乏普遍性

首先，由于BIM技術相關課程常以計算機建模類課程的形式在中高校年級開設，導致有低年級學生誤認為BIM技術是一個或幾個軟件，而不是一種工作學習模式，容易產(chǎn)生到中高年級再學習的惰性思想，即BIM技術的應用還未成為全年級學生的普遍共識．其次，目前很多開設建筑學專業(yè)的高校在積極參與國內外各類BIM相關賽事，但是，這種方式僅能加強個別參賽學生對BIM技術的認知和相關軟件的熟練應用，未能使全部學生得到實質性的能力提高．

1.2 BIM技術在建筑設計課程中的應用缺乏系統(tǒng)性

建筑設計是一個參與方利益及其設計要素相互比對權衡的過程，即各專業(yè)及其課程知識點融會貫通、取舍運用的過程．目前國內外部分高校建筑學專業(yè)在進行模塊化教學［6］，其中有高校將BIM技術放在建筑技術模塊中教學［1］，這容易導致BIM相關教學內容在模塊化課程之間孤立存在，學生無法運用BIM技術將各科知識點互融共通、靈活應用．因此，建筑設計課堂教學需調整優(yōu)化教學方法、手段、程式，以適應新形勢新變化，即需重新審視傳統(tǒng)課程體系并與之取長補短、打破重建，全學科、全學年一盤棋式建立系統(tǒng)完善的新型課堂教學體系，循序漸進式培養(yǎng)學生設計能力并提高其綜合素質．

1.3 BIM技術在建筑設計課程中的應用缺乏高效性

目前BIM技術在建筑設計課程中的應用現(xiàn)狀，多停留在學生個體利用BIM相關軟件做方案推敲和出圖，學生團隊合作狀態(tài)呈點狀和暫時性分布，設計過程并未充分發(fā)揮BIM技術的屬性優(yōu)勢，其主要原因在于沒有成熟高效的教學體系，使學生通過對BIM技術的認知、掌握、應用，習得一種高效的工作學習模式，體會到科技應用本身帶來的快樂．

針對BIM技術在建筑設計課程教學中的應用現(xiàn)狀，結合實踐項目中建筑設計行業(yè)的高周轉高強度的工作模式，以BIM技術介入設計課課堂為契機，在提升教學成果的同時增強學生對設計課的積極性與參與度，創(chuàng)建多專業(yè)間協(xié)同、本專業(yè)內交互的實戰(zhàn)演習教學模式，成為新形勢下的自然選擇．

2 基于BIM技術的CMA課程體系建設技術路徑

2.1 建立BIM技術認知地圖

2.1.1 BIM概念認知

橫向認知BIM是什么，縱向認知BIM的歷史定位和現(xiàn)實意義［7］．BIM概念始于美國的3D-4D-BIM計劃，其中BIM中的“M”不是“model”而是“modeling”，即BIM不是一個軟件，而是一個大數(shù)據(jù)技術的應用過程．英國BIM研究院認為BIM是一項綜合的數(shù)字化流程，即從設計到施工建設再到運營，提供貫穿項目所有階段的可協(xié)調且可靠的共享數(shù)據(jù)．在低年級教學中，教師以“BIM是什么”作為切入點，從“項目不同階段—項目不同參與方—不同層次和深度的BIM應用”［7-8］三個維度剖析BIM，使學生在低年級階段便對BIM技術建立清晰準確的概念認知．

2.1.2 建立價值認同感

可以說，繼“甩圖板工程”之后又一建筑設計行業(yè)技術革命便是BIM技術的應用．3D模型的模擬化、可視化、協(xié)同性優(yōu)勢，是任何二維制圖模式所不能比擬的.教師可以在演示項目中輸入指令，其后自動生成各種文件與圖形，當3D模型發(fā)生改變時，文檔與圖形隨之自動更新，一改以往紙張媒介的信息傳輸方式，大大減少了各專業(yè)不同進度下返工對圖成本，并提高了信息管理的質量與效率．在建立價值認同感階段，對BIM技術的臉譜刻畫主要通過教師對基礎導論及BIM技術優(yōu)勢特征的講解，使學生建立感性認知，調動學習興趣，增強學習信心，堅定專研決心．

2.2 更新專業(yè)教學目標

以某應用型高校為例，目前建筑學專業(yè)培養(yǎng)目標為“畢業(yè)生具備建筑、城市、室內、市政設計等方面的知識和專業(yè)技能，能在設計部門、房地產(chǎn)部門從事各項設計、策劃與管理工作的通用型、復合型高級工程技術人才”．隨著技術發(fā)展時代變化，建筑設計行業(yè)不僅要求設計師會設計，更要求會溝通合作，尤指在大數(shù)據(jù)系統(tǒng)下的專業(yè)合作．新形勢下，建筑設計過程中建筑師團隊各角色需確立自身身份職責、明晰分管內容與目標、掌控階段進度、完成工作對接、實時反饋方案的調整內容等，但這些內容在傳統(tǒng)專業(yè)教學目標中是無法體現(xiàn)的．

CMA教學模式是大數(shù)據(jù)時代的工作學習模式，此教學模式的目的不僅僅是提高學生設計能力，更重要的是培養(yǎng)學生溝通能力、合作能力以及協(xié)調解決問題的能力，從而提高其綜合能力．CMA體系的核心目的并不是為學BIM而設，而是將BIM技術作為教學工具，為更好地完成教學目標提升教學質量而設．具體教學目標的表述，可結合高校自身情況具體分析．

2.3 轉變教學方式

CMA體系聯(lián)動教學的目的是：低年級學生簡單認知（Cognitive）BIM、中年級學生掌握（Master）相關軟件、到高年級能夠熟練應用（Application）BIM技術完成工程項目．在教學進程中，以工程項目為依托，CMA教學體系更強調利用BIM技術提高建筑設計課程教學的課堂交互性、團隊協(xié)作性、多學科交叉性．

2.3.1 課堂交互性

課堂教學中，學生在BIM相關軟件中輸入項目材料、造價、物理、構造等信息，多學科教師以主持人身份參與到項目中，師生可在項目進程中利用BIM平臺對項目內容實現(xiàn)交互性操作，教師對學生實時指導、協(xié)調、監(jiān)控．這就打破了傳統(tǒng)設計課堂教學中談造型形式、談風格流派，“教學缺乏連貫性且脫離實際，各科課程設計單獨命題，缺少與其他課程的聯(lián)系”［9］等弊端，繼而打破了學科內及多學科間的對話壁壘，從而營造“空間—技術—形態(tài)三位一體的工程建筑學”［10-11］，使課程設計內容更具現(xiàn)實意義．

2.3.2 團隊協(xié)作性

建筑學專業(yè)師生“作為一個技術人員既應該具備過硬的專業(yè)素質，同時工作中的表達和團隊協(xié)作能力也要過硬”［12］．CMA教學體系下，隨著項目模擬檢驗、碰撞分析、協(xié)同設計的進行，教師可根據(jù)課程目標隨時隨地觀察學生個體和團隊狀態(tài)并實時鼓勵、及時糾偏，并在教師團隊中建立溝通協(xié)調機制；同時學生小組之間及不同學科學生之間加強分工合作，無形中培養(yǎng)并提高了學生的綜合協(xié)作能力．項目后期，利用BIM技術如REVIT軟件中的族和明細表，可以從文件中順利提取所需項目指標，能做到實時更新，大大提高了教學過程中項目設計的協(xié)同性．

隨著VR等相關BIM技術的發(fā)展，CMA教學體系的項目設計成果以利用BIM技術得到的三、四維圖像為主，從BIM模型中隨意截取的、傳統(tǒng)的二維圖紙便成了設計成果的副產(chǎn)品，從而使團隊中學生的精力主要用于空間推敲與重構、空間品質的提升設計上，節(jié)省了讀圖對圖的時間精力，同時提高了修改設計的聯(lián)動性、便利性．

2.3.3 多學科交叉性

開放多學科交叉工作室、專業(yè)內開展競賽等，作為設計課的補充拓展課程，縱深方向發(fā)展學生應用BIM技術的熟練度，乃至鼓勵學生探索嘗試自主開發(fā)與修復軟件相關程序，使高年級學生對BIM技術達到熟練的程度，完成CMA體系中的應用教學目標．

2.4 建設師資隊伍

CMA教學體系要求教師由填鴨式教學向教學相長的交互型教學方式轉變．一方面，專職教師要提高自身能力與時俱進不斷學習；另一方面，企業(yè)建筑師可作為兼職客座教授［13］，以聯(lián)合設計、共同培養(yǎng)、混合講評等形式，增強校企聯(lián)動，加快培養(yǎng)BIM技術人才，從而加快新型建筑工業(yè)化發(fā)展．

根據(jù)CMA體系的教學目標，建筑學高年級學生將與其他專業(yè)高年級學生一起，利用BIM技術共同完成同一課程設計課題或建筑項目；在項目協(xié)同設計過程中，不僅要求教師本專業(yè)知識水平過硬，同時要求教師具備與相關專業(yè)進行對話溝通的綜合業(yè)務知識和能力.這種教學模式不僅打破了學生的專業(yè)局限性，也打破了教師隊伍的線性分布現(xiàn)狀，促進了多學科交叉研究的可能性．

2.5 調整考核方式

由于教學成果由二維圖紙變成三維圖像，教學方式實現(xiàn)了交互協(xié)同，評價考核方式也將相應調整．對于建筑學這種綜合性學科而言，該體系下的教學成果評價原則為：學生綜合能力提高重于知識習得多寡，專業(yè)內學科知識平衡發(fā)展重于專項技能的掌握，項目設計節(jié)點成果重于終期成果．為保證教學過程質量，期終成績將消解于多個階段性成果評價和多方評價中．

3 建筑設計課CMA教學目標體系建構

針對建筑學低、中、高年級的建筑設計課程，基于BIM技術的CMA課程目標體系，是一個循序漸進式的課程目標體系，是對BIM技術進行認知（Cognitive）、掌握（Master）、應用（Application）的課程目標體系［9］．建構如圖1.

圖1 建筑設計課程CMA教學目標體系

4 結論

CMA課堂教學目標體系中，BIM技術作為“一種途徑，一種工具，一種思維方式，一種工作學習模式”［9］，服務于建筑設計課程課堂教學．通過BIM技術的應用，以課程設計或實體項目為立足點，從學生個體差異和現(xiàn)實條件出發(fā)，以人為本、因材施教，不忘建筑設計課程的課程目標之本，融會貫通各學科交叉點，最終達到建筑學畢業(yè)生設計水平和綜合能力的提高，這是CMA課程目標體系建立的初心，也將是教學成果反饋的底層邏輯．同時，CMA課程體系的教學方式多樣化還需深入挖掘并進行耦合，評價反饋機制的具體量化指標和框架搭建還需在實踐中進一步調整．