BIM背景下建筑模型制作課程改革

管佳佳

摘 要：教育部大力提倡新工科建設(shè)，鼓勵傳統(tǒng)工科專業(yè)建設(shè)引入新技術(shù)，促進其向新工科專業(yè)轉(zhuǎn)化。作為傳統(tǒng)工科專業(yè)，在科技高速發(fā)展的背景下，建筑學(xué)專業(yè)的教學(xué)也要積極引入新技術(shù)。作為新興的建筑設(shè)計、建造輔助手段，BIM實現(xiàn)了建筑全生命周期的信息集成，為各方人員協(xié)同工作、提高效率提供了有利條件，為建筑裝配化提供有力支持，在全球范圍內(nèi)建筑領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。在建筑模型制作課程的教學(xué)中引入BIM相關(guān)技術(shù)，可以培養(yǎng)學(xué)生將建筑領(lǐng)域的多個環(huán)節(jié)串聯(lián)起來的能力，讓學(xué)生對建筑生命周期內(nèi)的各個不同專業(yè)領(lǐng)域的分工合作深入了解，從而將學(xué)習(xí)與實踐結(jié)合起來。

關(guān)鍵詞：建筑模型制作;BIM;建筑裝配;3D打印

2017年，教育部在復(fù)旦大學(xué)召開的研討會上提出了新工科的建設(shè)，并先后形成了“復(fù)旦共識”“天大行動”“北京指南”，發(fā)布了《關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知》《關(guān)于推進新工科研究與實踐項目的通知》，積極推動新工科建設(shè)。建筑學(xué)是一門古老的學(xué)科，建筑學(xué)教育教學(xué)也同樣要敞開胸懷，擁抱新的技術(shù)，積極向新工科轉(zhuǎn)化。BIM技術(shù)即建筑信息模型，作為新興技術(shù)，其能夠?qū)⒔ㄖI(lǐng)域的多個環(huán)節(jié)串聯(lián)起來，實現(xiàn)建筑信息的集成，為各方人員協(xié)同工作、提高效率提供有利條件，為建筑裝配化提供有力支持，在全球范圍內(nèi)建筑領(lǐng)域得到越來越多的應(yīng)用。因此，在教學(xué)中引入BIM技術(shù)，是建筑學(xué)這門古老學(xué)科向新工科轉(zhuǎn)化的有力探索。

一、建筑模型制作課程教學(xué)現(xiàn)狀與改革意義

在建筑學(xué)的各門課程中，建筑模型制作課程著力于培養(yǎng)學(xué)生空間想象的能力以及表現(xiàn)能力，是建筑學(xué)專業(yè)中一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。制作建筑模型是建筑設(shè)計等多門專業(yè)課程任課教師與學(xué)生討論建筑方案、分析建筑空間與形體、推敲建筑細(xì)節(jié)的重要手段，它能夠幫助學(xué)生將建筑理念與實踐相結(jié)合，在實踐中體會建筑的平面、立面與空間之間的關(guān)系，突破傳統(tǒng)的、平面的、二維的表現(xiàn)形式的局限性。制作模型的過程是一個主動思考的過程，能夠拓展學(xué)生的思維，讓學(xué)生在動手中發(fā)現(xiàn)在繪圖階段難以發(fā)現(xiàn)的優(yōu)點和不足，提前從結(jié)構(gòu)、空間、造型等多個角度對設(shè)計成果進行檢驗。建筑模型制作對學(xué)生思維的發(fā)展、不同建筑設(shè)計方法的融會貫通有著重要的作用，是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)、掌握建筑設(shè)計方法的重要課程。關(guān)于建筑模型課的教學(xué)改革，國內(nèi)外也有較多研究，如顧大慶在《繪圖，制作，搭建和建構(gòu)——關(guān)于設(shè)計教學(xué)中建造概念的一些個人體驗和思考》一文中就詳細(xì)闡述了教學(xué)中的建造概念，從繪圖到模型制作，再到搭建、建構(gòu)，尺度的變化帶來的是更深入的設(shè)計概念和方法的學(xué)習(xí)。何雪鈺在《建筑學(xué)專業(yè)課程整合淺談——以建筑模型制作課程為例》一文中探討了建筑學(xué)專業(yè)的各個專業(yè)課程與建筑模型制作課程之間相互整合，合作培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計能力、提高學(xué)生素質(zhì)的方法及意義。

國家實施制造強國戰(zhàn)略，要求中國制造業(yè)在自主創(chuàng)新能力、資源利用效率、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)水平、信息化程度、質(zhì)量效益等方面轉(zhuǎn)型升級。新工科背景下的建筑學(xué)教育同樣要響應(yīng)國家這一戰(zhàn)略，培養(yǎng)能夠適應(yīng)國家這一戰(zhàn)略需求的人才，完成從中國制造到中國創(chuàng)造的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學(xué)生在新空間、新結(jié)構(gòu)、新材料以及新施工等方面的能力，提升學(xué)生的創(chuàng)新能力，提高建筑產(chǎn)業(yè)的信息化程度及質(zhì)量效益。建筑學(xué)與設(shè)計、施工、運營等方面多個專業(yè)都有著緊密的聯(lián)系，因此，建立大設(shè)計平臺，打通專業(yè)壁壘，融合建筑相關(guān)的不同專業(yè)及課程，打造新工科，培養(yǎng)多學(xué)科復(fù)合型人才，是建筑學(xué)教育教學(xué)改革的發(fā)展方向。其中，建筑模型制作課程在將不同的專業(yè)學(xué)科及教學(xué)內(nèi)容相互融合方面具有其獨特的優(yōu)勢。

在建筑模型制作課程中引入數(shù)字化、信息化、智能化技術(shù)，從BIM入手，同時使用3D打印技術(shù)，實現(xiàn)從模型到建造的過程轉(zhuǎn)變，引導(dǎo)學(xué)生理解智能建筑及智能施工。同時，實現(xiàn)從學(xué)習(xí)到工程實踐的無縫對接。

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》提出要培養(yǎng)學(xué)生勇于探索的創(chuàng)新精神和善于解決問題的實踐能力。這些能力是學(xué)生綜合素質(zhì)的組成部分，是學(xué)生未來職業(yè)可持續(xù)發(fā)展的核心。培養(yǎng)土建類專業(yè)人才不僅要注重培養(yǎng)學(xué)生運用設(shè)計理論和方法解決實踐問題的專業(yè)素質(zhì)，更要注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實踐能力。

高長征認(rèn)為我國高校長期受到“學(xué)院派”教育體系的影響，低年級的建筑設(shè)計課程往往側(cè)重于基本功的訓(xùn)練，是一種以類型為基礎(chǔ)的技能教育。從國內(nèi)部分高校調(diào)研情況看，建筑學(xué)專業(yè)課堂教學(xué)主要采用的教學(xué)模式是讓學(xué)生鉆研、分析大師作品，學(xué)習(xí)不同類型的典型民用建筑的設(shè)計方法及基本規(guī)律，是一種以類型為基礎(chǔ)的技能教育。模型制作課程的教學(xué)內(nèi)容為這種模式服務(wù)，多是要求學(xué)生制作建筑大師的建筑作品模型。制作方式多為使用模型板等模型制作材料制作盡可能逼真、精美的模型。對外立面和造型極盡雕琢，在一定程度上忽略了對設(shè)計過程的關(guān)注，對建筑的平面布局、流線設(shè)計、空間、結(jié)構(gòu)、施工技法等缺乏思考，造成與實際的建筑建造過程脫節(jié)的現(xiàn)象。漸漸地，模型制作課程也就退化成為相對獨立的、重復(fù)的手工訓(xùn)練。這種教學(xué)模式注重結(jié)果，忽視了過程，與建筑設(shè)計的其他專業(yè)課相互割裂，背離了制作模型最開始的目的，對建筑創(chuàng)作的意義也有一定程度的削弱。

二、建筑模型制作課程教學(xué)過程改革

（一）整合、建設(shè)建筑模型實驗室智能制作系統(tǒng)，借助BIM體系實現(xiàn)從圖紙到建筑工程全過程復(fù)演的模型制作實驗教學(xué)過程

BIM，即建筑信息模型（Building Information Modeling），是一種設(shè)計技術(shù)，是依托設(shè)計云平臺的三維智能設(shè)計方式。它是以三維圖形為主的電腦輔助設(shè)計工具，通過建立建筑三維模型，利用數(shù)字化技術(shù)，建立完整的符合實際的建筑工程信息庫，整合建筑全周期內(nèi)包括設(shè)計、施工、運營等各方信息，滿足建筑相關(guān)各方人員的信息交互需求。BIM的出現(xiàn)正在改變建筑項目參與各方的設(shè)計與協(xié)作方式。

在建筑模型制作課程的改革中，與其他建筑設(shè)計的主干課程相結(jié)合，學(xué)生借助建筑模型制作修改、完善自己的課程設(shè)計。同時，將BIM引入課程中，將建筑各個不同階段的工程信息，如圖紙、建筑材料（模型材料）等集成在一個BIM模型中。借助BIM體系，根據(jù)模型制作的需要，將一個建筑拆分出不同的建筑構(gòu)件，再利用計算機及多種制作工具，分別做出模型構(gòu)件，最后進行裝配拼裝，各個過程的邏輯關(guān)系如圖1所示。2016年，國務(wù)院出臺《國務(wù)院辦公廳關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見》，大力發(fā)展裝配式建筑。而在這個模型搭建的過程中，學(xué)生也可以對建筑的建造及裝配式建筑有一個比較深入的了解。

（二）多種方法制作建筑模型

BIM信息完善后，可以使用多種方式進行建筑模型的制作。比如，既可以使用電腦控制激光雕刻機進行雕刻切割，又可以使用3D打印機對一些異形構(gòu)件打印后拼裝。3D打印建筑是目前建筑行業(yè)的發(fā)展方向之一，與BIM系統(tǒng)相互配合。學(xué)生通過計算機控制，選用相應(yīng)的建筑材料進行打印，實現(xiàn)對復(fù)雜建筑形體、異形建筑模型的快速、有效制作，從而對復(fù)雜形體建筑、異形建筑的空間、形體有一個更為直觀的理解，輔助建筑設(shè)計。同時，讓學(xué)生了解建筑行業(yè)未來的不同發(fā)展方向，進行建筑實踐。

（三）改革考核模式，建立評價體系

現(xiàn)階段建筑模型制作課程的考核模式與普通課程并無過多不同——由任課教師根據(jù)成果給出相應(yīng)分?jǐn)?shù)?？己四Ｊ降母母镌谝酝鶈我挥山處熃o出成績的基礎(chǔ)上，不同的設(shè)計階段加入小組互評、教師評價、展示投票，形成多重評價體系。成果評價的內(nèi)容在單一的模型成果展示的基礎(chǔ)上加入建筑設(shè)計展示、作品分析報告、模型制作過程等各個階段的成果并進行答辯。最終的成果提交包括建筑設(shè)計圖紙、制作的模型成品、演示文稿、視頻及BIM制作的相關(guān)文件等內(nèi)容。在這個過程中，學(xué)生的任務(wù)不僅要制作精美的模型，還要在制作過程中對建筑進行思考，對自己設(shè)計、制作的作品有深入的理解及分析，了解其優(yōu)點與不足，制作出的模型與平面上的圖紙差距在哪里，杜絕將平面、立面與建筑整體割裂的設(shè)計現(xiàn)象。在答辯講解過程中，不同小組的成員之間互相提出問題，進行交流，可以使學(xué)生更加細(xì)致地從不同角度思考，加深對建筑的認(rèn)知。這個答辯過程不僅是互相交流學(xué)習(xí)的過程，而且也保證了成績評定的客觀公正。

（四）改革目標(biāo)

在建筑模型課程中引入BIM技術(shù)，并使用多種工具輔助模型制作，希望學(xué)生能夠掌握新的技術(shù)，對建筑設(shè)計能夠有更深入、全面的理解，學(xué)會以下三個方面：

第一，計算機輔助模型制作，建立BIM模型系統(tǒng)，與建筑工程實踐相結(jié)合。

第二，建立3D打印模型系統(tǒng)，實現(xiàn)從模型到建筑的對接。

第三，借助模型的制作及搭建過程，學(xué)習(xí)裝配式建筑的相關(guān)知識。

三、改革中遇到的關(guān)鍵問題

（一）需要解決的關(guān)鍵問題

首先，要根據(jù)改革目標(biāo)修訂建筑模型制作課程的教學(xué)文件，在教學(xué)計劃、教學(xué)大綱、考核方法、考核標(biāo)準(zhǔn)、評價標(biāo)準(zhǔn)等文件中體現(xiàn)BIM環(huán)境下的模型制作實訓(xùn)內(nèi)容和特點。其次，協(xié)調(diào)建筑模型制作課程與其他建筑專業(yè)課程之間的關(guān)系，將模型制作與建筑設(shè)計、建筑歷史等專業(yè)課程結(jié)合起來，通過課堂教授、交互授課等方式協(xié)同教學(xué)，以增加模型制作課程的實踐性、能動性、多樣性。最后，無論是計算機輔助模型制作，建立BIM模型，還是利用3D打印模型，都是建立在相關(guān)軟件的基礎(chǔ)上。因此，學(xué)校需要進行相應(yīng)軟件的開發(fā)，并進行BIM軟件培訓(xùn)。

（二）解決方案和方法

教學(xué)改革的順利實施和開展需要完善的思路和方案。只有深入教學(xué)一線，經(jīng)常和學(xué)生進行溝通，了解學(xué)生的實際需要和該課程實際存在問題，才能不斷改進和完善，最終實現(xiàn)學(xué)生綜合素質(zhì)的提高。

學(xué)校整合模型實驗室現(xiàn)有模型制作設(shè)備，按照BIM模型系統(tǒng)的相關(guān)要求建設(shè)改造實驗室。在現(xiàn)有設(shè)備條件下，結(jié)合建筑設(shè)計課程的進度，指導(dǎo)學(xué)生進行BIM模型系統(tǒng)的建立，使其在BIM模型系統(tǒng)的幫助下制作建筑模型，并借助建筑模型輔助建筑方案設(shè)計，學(xué)習(xí)建筑工程全過程的相關(guān)知識;進行BIM軟件培訓(xùn)，從設(shè)計理論、手法、技術(shù)等角度，教授BIM操作的相關(guān)知識，培養(yǎng)學(xué)生BIM體系設(shè)計的能力;與學(xué)科競賽相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的積極性，如與全國高等院校斯維爾杯BIM軟件建模大賽結(jié)合，為學(xué)生提供多種實踐途徑。

學(xué)校應(yīng)組織相關(guān)專業(yè)教師針對該門課程建設(shè)和改革提出意見和建議，并配合完成該門課程的改革和優(yōu)化;制訂教學(xué)方案，優(yōu)化考核評價體系并廣泛調(diào)研;與兄弟院校進行廣泛交流，了解其他高校針對建筑模型制作課程的教學(xué)方法，并汲取相關(guān)經(jīng)驗。

學(xué)校應(yīng)建立信息網(wǎng)絡(luò)交流及成果展示平臺。一個建筑模型的完成，需要各種資料的搜集，如相關(guān)建筑知識、項目信息、往屆作品參考、優(yōu)秀制作經(jīng)驗心得等。一個共享信息的交流平臺，可以為學(xué)生提供便捷有效的資料信息獲取途徑，幫助學(xué)生更快地進入實踐階段，而成果展示則可以給學(xué)生提供互相交流評價的平臺以及更直觀的參考。

通過對建筑模型制作課程的建設(shè)和改革，在建筑模型制作這門建筑學(xué)基礎(chǔ)課程的教學(xué)中引入BIM相關(guān)技術(shù)的使用，可以幫助建筑學(xué)專業(yè)的學(xué)生將建筑領(lǐng)域的多個環(huán)節(jié)串聯(lián)起來，使其對建筑生命周期內(nèi)的不同專業(yè)領(lǐng)域的分工合作進行深入了解，獲得多方面的知識技能。比如，建筑模型智能制作、BIM系統(tǒng)建筑模型建立、3D打印建筑、裝配式建筑等多方面的基礎(chǔ)知識和基本技能，得到較好的建筑設(shè)計、建造的訓(xùn)練和實踐，并最終實現(xiàn)理論知識和實際應(yīng)用的良好結(jié)合，提高學(xué)生的綜合能力，順利銜接日后的工作實踐。

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責(zé)編：艾 和