BIM虛擬建筑照明設(shè)計(jì)教學(xué)框架研究

周昊

摘要：針對傳統(tǒng)教學(xué)框架教學(xué)模式單一，導(dǎo)致學(xué)生完成虛擬建筑照明任務(wù)時(shí)間較長、成績不佳的問題，研究BIM虛擬建筑照明設(shè)計(jì)教學(xué)框架。在設(shè)定的教學(xué)周期內(nèi)，規(guī)劃BIM一體化教學(xué)分析流程。將理論知識與實(shí)踐任務(wù)處理為并行任務(wù)，設(shè)定虛擬建筑照明課程教學(xué)模式，綜合追蹤法、課后交流法、文獻(xiàn)研究法以及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)法，選取各種方式的優(yōu)點(diǎn)，搭建一個(gè)基礎(chǔ)的教學(xué)過程，依照教學(xué)的難易程度，依次搭建設(shè)計(jì)教學(xué)的框架。準(zhǔn)備運(yùn)載BIM技術(shù)的計(jì)算機(jī)后，調(diào)用建筑照明設(shè)計(jì)所需的插件，準(zhǔn)備兩種傳統(tǒng)教學(xué)框架與所設(shè)計(jì)的教學(xué)框架進(jìn)行測試，測試結(jié)果可知：所設(shè)計(jì)教學(xué)框架下的學(xué)生完成虛擬建筑照明任務(wù)時(shí)間最短且成績較好，適合實(shí)際教學(xué)使用。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);虛擬建筑;照明設(shè)計(jì);教學(xué)框架

中圖分類號：TU238+.9? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）06-0097-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

BIM培養(yǎng)目標(biāo)逐漸轉(zhuǎn)移到培養(yǎng)解決問題能力、創(chuàng)新建筑結(jié)構(gòu)的教學(xué)方向上來。在虛擬VR技術(shù)影響下，虛擬建筑照明設(shè)計(jì)要點(diǎn)向具有國際競爭力的高素質(zhì)人才培養(yǎng)上發(fā)展。在新工科理念的影響下，高校對BIM技術(shù)人才培養(yǎng)以新型人才作為培養(yǎng)理念，廣泛應(yīng)用課程教學(xué)在信息技術(shù)的實(shí)踐上[1]。BIM虛擬建筑的傳統(tǒng)教學(xué)模式主要集中在理論課程教學(xué)環(huán)節(jié)中，課程教學(xué)以介紹建筑電氣照明工程的設(shè)備、整體設(shè)計(jì)和施工方法的講解開始。在實(shí)際的教學(xué)過程中，配合不同規(guī)格的建筑設(shè)計(jì)圖紙，參照不同建筑風(fēng)格對照明工程的要求，建立專業(yè)化的照明練習(xí)，不斷加深學(xué)生對教學(xué)的記憶力。從當(dāng)下的教學(xué)框架來看，多數(shù)教學(xué)過程以理論知識為主，普遍缺乏現(xiàn)場認(rèn)知，在以往的教學(xué)過程中師生互動(dòng)較少，BIM教學(xué)過程常選定靜止風(fēng)格的表現(xiàn)形式。這樣一來，對于空間想象力弱的學(xué)生來講，很難將設(shè)計(jì)要點(diǎn)與教學(xué)理論聯(lián)系起來，減弱了學(xué)生對照明設(shè)計(jì)課程的學(xué)習(xí)積極性。從教學(xué)基礎(chǔ)上來看，BIM專業(yè)學(xué)生有著較為薄弱的理論知識，對于建筑空間的想象力較差，在單一的教學(xué)框架影響下，長此以往地累積學(xué)習(xí)消極情緒，影響學(xué)生的學(xué)習(xí)效果[3]。

在實(shí)際教學(xué)過程中，教師常常通過Unity、UE4等軟件及Augment、BIMVR等平臺可實(shí)現(xiàn)BIM數(shù)據(jù)信息的可視化虛擬表達(dá)[4]。在照明課程的教學(xué)中，可在運(yùn)用BIM技術(shù)描述、建立課程相關(guān)知識對象和教學(xué)過程模型的基礎(chǔ)上，將AR/VR技術(shù)作為支持，整合建筑專業(yè)課程與二三維信息模型的搭建，為學(xué)生群體搭建一個(gè)真實(shí)的教學(xué)環(huán)境，形成一個(gè)成熟的照明設(shè)計(jì)教學(xué)體系。在BIM虛擬建筑照明設(shè)計(jì)教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生對空間照明建筑的感知，通過重復(fù)式的虛擬訓(xùn)練，建立學(xué)生自身的沉浸體系，綜合上述教學(xué)現(xiàn)狀可知，研究BIM虛擬建筑照明設(shè)計(jì)教學(xué)框架是很有必要的[5]。

1 BIM虛擬建筑照明設(shè)計(jì)教學(xué)框架研究

1.1 規(guī)劃BIM一體化教學(xué)分析流程

BIM教學(xué)課程是一項(xiàng)周期性的教學(xué)過程，在設(shè)定的教學(xué)周期內(nèi)設(shè)定理論實(shí)踐以及典型工程驗(yàn)證作為課程教學(xué)的分析流程[6]，在構(gòu)建一體化教學(xué)流程時(shí)，設(shè)定的理論環(huán)節(jié)以及實(shí)踐環(huán)節(jié)如圖1所示：

在圖1設(shè)定的一體化教學(xué)分析流程下，理論教學(xué)過程中，綜合運(yùn)用BIM技術(shù)創(chuàng)建課程教學(xué)資源，建立BIM與AR技術(shù)的教學(xué)資源庫，對應(yīng)虛擬建筑照明課程，使用VR技術(shù)將教學(xué)課程知識點(diǎn)模擬為不同的VR場景，采用全方位的構(gòu)造細(xì)節(jié)，讓學(xué)生感受真實(shí)的建筑照明設(shè)計(jì)場景。在課后理論強(qiáng)化階段，引用典型的BIM仿真平臺，選定經(jīng)典的工程項(xiàng)目，針對照明設(shè)定節(jié)點(diǎn)，搭建仿真操作環(huán)境，為學(xué)生設(shè)定BIM與VR技術(shù)的綜合實(shí)踐任務(wù)。實(shí)際落實(shí)各個(gè)課程內(nèi)容時(shí)，采用Augment平臺，建立一個(gè)建筑模型，并采用立體的方式，對應(yīng)不同的照明點(diǎn)設(shè)計(jì)不同的建筑知識點(diǎn)，將虛擬與現(xiàn)實(shí)相互結(jié)合，增強(qiáng)學(xué)生在建筑設(shè)計(jì)過程中的空間感知能力，培養(yǎng)學(xué)生的建筑思維能力。在規(guī)劃一體化教學(xué)分析流程后，設(shè)定虛擬建筑照明課程教學(xué)模式。

1.2 設(shè)定虛擬建筑照明課程教學(xué)模式

虛擬建筑照明課程注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，所以在設(shè)定課程教學(xué)模式時(shí)，以實(shí)踐實(shí)驗(yàn)作為核心，采用合理的課程設(shè)計(jì)方式，采用與實(shí)際工程項(xiàng)目相關(guān)的實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，綜合實(shí)際工程環(huán)境內(nèi)的不安全因素，設(shè)定科學(xué)的規(guī)避方式，不斷培養(yǎng)學(xué)生處理具體工程中的實(shí)訓(xùn)問題的能力，在資金投入、維護(hù)成本以及學(xué)生安全之間，建立一個(gè)平衡式的學(xué)習(xí)環(huán)境，不斷創(chuàng)新實(shí)踐過程中所需的教學(xué)手段，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性?；蚴墙柚谔摂M仿真技術(shù)，設(shè)計(jì)創(chuàng)新教學(xué)手段，將虛擬建筑照明學(xué)習(xí)過程處理為一個(gè)虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的感官感受，將教學(xué)處理為一個(gè)學(xué)習(xí)信息處理反饋的學(xué)習(xí)過程。在具體的課程教學(xué)模式下，在不同的教學(xué)內(nèi)容內(nèi)，以實(shí)際的教學(xué)理論作為支持，采用理論與實(shí)踐結(jié)合嵌入式的結(jié)構(gòu)，在理論教學(xué)課堂上，BIM課程教師結(jié)合實(shí)際建筑照明模型展開理論講解，并在階段性的教學(xué)課程結(jié)束后，向?qū)W生下發(fā)典型的建筑教學(xué)案例，按照整體建筑照明設(shè)計(jì)方案要求，將建筑照明方案轉(zhuǎn)化為多個(gè)分項(xiàng)VR場景，或是采用動(dòng)畫微課的方式，讓學(xué)生佩戴場景顯示頭盔，連接模擬傳感器，讓學(xué)生們感受常規(guī)建筑構(gòu)造結(jié)構(gòu)，不斷學(xué)習(xí)設(shè)備的使用方式以及照明施工方法，滿足教師對BIM教學(xué)的目的。在設(shè)定虛擬建筑照明課程教學(xué)模式后，搭建教學(xué)框架。

1.3 搭建照明設(shè)計(jì)教學(xué)框架

在上述研究分析下，綜合追蹤法、課后交流法、文獻(xiàn)研究法以及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)法，選取不同處理方法的長處，使用綜合追蹤法檢驗(yàn)追蹤原有教學(xué)框架學(xué)習(xí)下學(xué)生知識的掌握情況，并檢驗(yàn)其驗(yàn)證結(jié)果是否符合所設(shè)計(jì)教學(xué)框架的預(yù)期目標(biāo)，在搭建基本教學(xué)過程后，建立一套客觀評價(jià)體系，并根據(jù)評價(jià)結(jié)果對教學(xué)框架提出改正意見。利用文獻(xiàn)、書籍以及網(wǎng)絡(luò)作為媒介，歸納并總結(jié)教學(xué)框架中存在的各項(xiàng)問題，針對現(xiàn)有發(fā)展問題與阻礙發(fā)展的現(xiàn)象，以傳承優(yōu)良框架作為基礎(chǔ)，在升華處理教學(xué)理論后，搭建BIM教學(xué)基地。將智能化掌握BIM技術(shù)作為教學(xué)主旨，以《新能源照明技術(shù)》作為核心教學(xué)課程，在理論教學(xué)環(huán)節(jié)和實(shí)踐教學(xué)上，配合不同難度等級的教學(xué)模塊，以難度依次遞增作為教學(xué)框架結(jié)構(gòu)，構(gòu)建得到一個(gè)成熟的教學(xué)框架體系。綜合上述分析處理過程，最終完成BIM虛擬建筑照明設(shè)計(jì)教學(xué)框架的研究。

2 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

準(zhǔn)備BIM技術(shù)所需的計(jì)算機(jī)環(huán)境，準(zhǔn)備已知參數(shù)的計(jì)算機(jī)作為教學(xué)實(shí)踐機(jī)器，使用計(jì)算機(jī)參數(shù)如表1所示：

在上表所示的計(jì)算機(jī)參數(shù)下，運(yùn)行Revit-MEP軟件，配合虛擬建筑照明過程中所需的軟件插件，使用的軟件插件工具如表2所示：

在上述插件各項(xiàng)參數(shù)控制下，實(shí)際驗(yàn)證所設(shè)計(jì)教學(xué)框架的性能時(shí)，準(zhǔn)備一個(gè)60人的班級，將其劃分為三組教學(xué)實(shí)驗(yàn)組，準(zhǔn)備兩種傳統(tǒng)的教學(xué)框架與所設(shè)計(jì)框架進(jìn)行實(shí)際教學(xué)，在教學(xué)結(jié)束后，設(shè)定Revit-MEP軟件的使用任務(wù)，記錄不同學(xué)生完成教學(xué)任務(wù)的時(shí)間，以一組教學(xué)框架學(xué)生的學(xué)習(xí)成績以及完成教學(xué)任務(wù)的時(shí)間作為教學(xué)框架的對比指標(biāo)，評定三組教學(xué)框架的性能。

2.2 結(jié)果及分析

基于上述實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，在三組教學(xué)實(shí)驗(yàn)組內(nèi)運(yùn)用不同結(jié)構(gòu)的教學(xué)框架，在結(jié)束階段性的教學(xué)后，設(shè)定BIM虛擬建筑照明要求，讓學(xué)生使用Revit-MEP軟件將傳統(tǒng)的二維制圖與建筑信息融合，創(chuàng)建建筑設(shè)備系統(tǒng)的可視化模型以及三維圖，在驗(yàn)證過程中，記錄不同學(xué)生個(gè)體完成學(xué)習(xí)任務(wù)的時(shí)間，并記錄三種教學(xué)框架下各位同學(xué)的學(xué)習(xí)成績，以三種教學(xué)班作為實(shí)驗(yàn)對比對象。統(tǒng)計(jì)并分析設(shè)定相同教學(xué)任務(wù)時(shí)，各個(gè)學(xué)生群體所使用的時(shí)間，教學(xué)任務(wù)完成時(shí)間，結(jié)果如表3所示：

在表3所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果下，在三種教學(xué)框架下，設(shè)定相同的教學(xué)驗(yàn)證任務(wù)，以學(xué)生完成教學(xué)驗(yàn)證任務(wù)時(shí)間作為對比指標(biāo)，由上表所示的時(shí)間結(jié)果，傳統(tǒng)教學(xué)框架1引導(dǎo)下的教學(xué)任務(wù)，完成教學(xué)任務(wù)的時(shí)間最長，平均完成時(shí)間在42min左右。傳統(tǒng)教學(xué)框架2引導(dǎo)下，學(xué)生平均完成教學(xué)任務(wù)的時(shí)間在32min左右，完成教學(xué)任務(wù)的時(shí)間較長。而設(shè)計(jì)的教學(xué)框架完成教學(xué)任務(wù)的平均時(shí)間在22min左右，與兩種傳統(tǒng)教學(xué)框架相比，所設(shè)計(jì)教學(xué)框架引導(dǎo)學(xué)生完成教學(xué)任務(wù)的時(shí)間最短，教學(xué)效果較佳。

保持上述實(shí)驗(yàn)環(huán)境不變，調(diào)用上述設(shè)定的教學(xué)任務(wù)，選定同一位評價(jià)教師評價(jià)學(xué)生完成上述的教學(xué)任務(wù)，以學(xué)生得分作為對比指標(biāo)，在三種教學(xué)框架引導(dǎo)下，學(xué)生的成績結(jié)果如表4所示：

在三種教學(xué)框架控制下，以統(tǒng)計(jì)時(shí)間的教學(xué)任務(wù)作為實(shí)驗(yàn)評價(jià)對象，在評判教師的評判下，傳統(tǒng)教學(xué)框架1最終的學(xué)習(xí)成績在65分左右，實(shí)際的教學(xué)效果較佳，而傳統(tǒng)教學(xué)框架2下的學(xué)生學(xué)習(xí)成績在88分左右，實(shí)際的教學(xué)效果較好，而所設(shè)計(jì)教學(xué)框架的學(xué)習(xí)成績在93分左右，與兩種傳統(tǒng)教學(xué)框架相比，所設(shè)計(jì)的教學(xué)框架的教學(xué)效果最好。

3 結(jié)束語

在經(jīng)歷不同時(shí)期建筑設(shè)計(jì)風(fēng)格后，BIM信息技術(shù)產(chǎn)生了質(zhì)的變化，不僅豐富了現(xiàn)代建筑的風(fēng)格，還為現(xiàn)代教學(xué)帶來了一定的壓力。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為新的教學(xué)技術(shù)，根據(jù)其特殊的教學(xué)特點(diǎn)以及實(shí)踐效果，為教學(xué)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)等級支持。經(jīng)研究驗(yàn)證，所設(shè)計(jì)的教學(xué)框架，符合BIM教學(xué)專業(yè)課程的教學(xué)要點(diǎn)，能夠增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。在了解、熟悉建設(shè)工程項(xiàng)目管理過程中，能夠綜合內(nèi)容、方法及具體措施中場景和業(yè)務(wù)知識點(diǎn)，扎實(shí)掌握課程要點(diǎn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，所設(shè)計(jì)的教學(xué)框架能夠改善傳統(tǒng)教學(xué)框架中存在的不足，為今后研究設(shè)計(jì)教學(xué)框架提供理論基礎(chǔ)。

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【通聯(lián)編輯：李雅琪】