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建筑设计与BIM相结合教学实践
2022-06-06

建筑学 周诣 BIM教学案例

一、教学改革的背景

信息化社会推动了建筑行业的脱胎换骨,BIM可谓是建筑工程行业的第二次科技革命,建筑行业对BIM人才的紧缺带来了建筑类高校的教学内容更新和改革。各类高校正在适时调整人才培养计划和教学内容以顺应市场经济发展。BIM作为引领建筑行业走向信息智能化、绿色低碳化的新技术,近年来已经进入了教学当中。

国内外许多建筑类高校为了培养出适应现阶段建筑行业发展的应用型技术人才,相继开设BIM相关课程。通过调查发现美国的工科高校中有70%已经将BIM融入教学中,而目前没有设置BIM课程的学校也有97%即将把BIM纳入其中。从2009年开始,国内各大高校也开始对BIM的人才培养模式进行了初步的探索,并且通过设置相关的基础理论课程让高校的学生对BIM有一个初步的认识和了解。如清华大学、华中科技大学、哈尔滨工业大学,都为中国在探索BIM的人才培养模式上的道路上提供了一个良好的开端。与此同时,许多企事业大型施工单位也都在积极开展与BIM相关的技能培训,加快BIM在企事业施工单位中的全面应用和覆盖。将 BIM教学推广各大建筑类高等院校刻不容缓,不仅能够为国家企事业单位节约大量人力物力资源,也可以让学生更早的接触和掌握在未来工作中应用到技术,更快更准确的投入到工作实践中去,为企业和社会创造价值以及财富。尽管国内许多高校已开始着手建立基于BIM的人才培养模式体系,但是大部分高校对BIM的应用以及BIM教学改革还处于探索阶段,在人才培养方案落地实施时难免会遇到诸多困难。师资力量不足,软硬件设施配套不齐全,课程体系建设不完善,没有针对性教材等都会导致学生无法系统的学习到相关知识,实习实践经历的不足也会让学生毕业后无法快速准确的投入到未来的工作以及社会实践中去。因此,对建筑学专业的建筑设计课程基于BIM的教学改革和课程建设具有非常重要的意义。

我校作为应用型本科,建筑学人才培养过程中,建筑设计课程是最主要的课程之一,从大二开始进行到大四共6个学期,分别对应建筑设计1-6,五年级为毕业设计,它基本贯穿建筑学整个大学5年,这门课程是所有知识的综合运用,BIM技术的渗入以及BIM设计思维的加入,对于BIM设计人才的培养至关重要。

二、以往建筑设计课程遇到的问题

(一)学生学习过程中的难点及原因

二年级同学在建筑设计课程中会有如下难点:难点一“一知半解的建筑知识难以应对实际设计问题”主要原因:先行课不足带来设计盲区,二年级开始进行建筑设计课程,建筑构造、建筑材料、建筑结构、建筑历史专业理论课程还未开课,小别墅、幼儿园、活动中心等类型建筑虽然规模在较小,但所有内容均有涉及。建筑构造、建筑结构、建筑材料以及建筑细部把握成为了学生设计中的难点,有时老师在抛出某些名词时候,学生不知所以然。例如在小别墅设计时,平屋顶的女儿墙问题,同学不懂其是什么,也不知道功能作用如何,在找到相关图片为基础讲解时,有些学生理解了,有些学生难以理解空间构造、位置,在作图过程中只是一味临摹,并不知道如何设计与应用。再例如楼梯设计,在楼梯空间以及剖面、平面转换问题上,几乎85%的同学都难以理解,同学们难以在头脑中形成三维成像。难点之二就是建筑造型过程中存在的二维、三维转换问题,即从平面、立面转换到透视后出现的问题,有时立面设计的很满意,但透视后,却差强人意,尤为突出的问题就是坡屋顶设计,从对121314级学生别墅设计草图辅导统计中发现:设计坡屋顶的学生,在草图设计时有57%屋顶立面、屋顶平面与三维透视不符,12%的学生设计不合理。难点之三在于空间感受及建筑语义的表达,成熟的设计者就不会存在这个困惑,因为他们有大量的知识积累以及丰富的空间阅历,而对于二年级初学设计者来讲,很少有同学能够做到建筑语义与建筑空间、造型完美的表达,在设计过程中,同学们只能通过透视草图以及平面进行空间设计,若能以直观三维以及动态的空间漫游来进行空间推敲则大有裨益,事半功倍。

三年级的设计内容有:图书馆、博物馆、艺术馆、多高层住宅、老年建筑、商业建筑等。同学在建筑设计课程中存在最大的问题是造型表达,以往二维设计软件及二维设计方法限制了同学们的创造力。遇到复杂、曲面等空间无法用表达,在现代博物馆、艺术馆、图书馆、商业建筑方案设计中会很多会出现曲面及复杂的造型,同学们此时会有两种选择,大多数选择作中规中矩的设计,少部分会继续深入,但在二维表达上会出现问题,无法定位,无法准确表达,只能借助三维模型协助完成,但准确度不精。另外,结构选型设计、建筑功能空间设计、流线设计等也是设计中的难点。

对于高年级的同学来讲,综合能力不足是最大的问题,其中的功能合理性、空间适用性以及消防分区是攻克的重中之重,除此之外还有结构问题以及水、暖、电等专业在建筑设计时应考虑注意的问题。以综合医院建筑为例,在消防分区及消防疏散上出现的问题为80%,而功能合理性问题为50%,空间问题由40%,在高层旅馆设计中,通风空调管道与层高、标间管道井设置与房间布局设计,78%的同学在最初设计中不加以考虑。在这个阶段如果配以基于BIM的多个专业协调设计,即可事半功倍,当然对于教师们的要求也是很高的。

(二)教师在指导中发现的问题

1、达意与领悟

   有效达意与准确领悟是指导过程中最好的交流模式。 但在指导过程中往往会出现无效达意和错误领悟的问题。在方案交流过程中,学生对专业名词的无知常常会出现词不达意造成对教师的误导,浪费了较多课堂辅导时间。例如:某同学想做“吹拔空间”,表达上下贯通的空间,但他不会用有效达意的词语表达,却表述成:“二楼什么也没有了”。老师自然领会成二楼是屋顶。同时,由于此时构造课还未开始,学生对某些构造前所未闻,会导致在某些构造设计上难以理解。如:在对11-14级学的统计来看,90%以上的学生在做平屋顶别墅设计时,不知道女儿墙是什么,更不会设计。

2、主动与被动

   主动思考、主动查找资料,主动完成草图以及主动与老师、同学沟通交流,是学生设计课程中应具备的学习素养。但从教学实践中发现,在别墅设计过程中,60%同学处于被动状态:只限于接受老师所讲容,不去拓展思考,仅被动地查找老师布置的资料。从对11-13级授课统计来看,主动完成草图作业情况较好,仅有5%的同学必须督促完成作业。“在与老师和同学交流草图意见方面,据对 11至13 级学生的统计中,发现3%的学生在辅导过程中,被动交流;80%学生完全接受老师的修改意见;仅有10%左右的学生能够与指导教师形成良好的互动,”既能够主动与老师沟通,又能够主动思考,自己提出修改方法,而不是一味等待老师来解决问题。

3、二维思维

在以往的设计过程中,学生的设计模式是:场地平面-各层平面-立面-剖面-效果图的流程,在以往的教师授课计划也是按照此顺序进行检查草图。无形中学生形成了先设计平面、在设计立面最后再做造型,再反过来修改平、立面。这是典型的二维思维设计。在大脑运作的整个过程中,只有最后完成透视效果图时候,才运用了基于平面设计求出三维造型,设计完成前并不知道三维什么样子。完全是用二维在表达三维的设计。花费较多时间,且效果不甚理想。

4、审美素养和造型能力参差不齐

审美素养和造型能力,个体差异很大,大家起点看似相同,但在设计过程中很快会显现能力差别。在短短的大学五年里,要培养建筑审美素养和造型能力,不但要老师在教学过程中潜移默化,还需要同学们在课下进行大量的自我探求。

三、基于BIM的建筑设计课程改革实践

   1、将BIM植入课程

BIM植入的建筑设计课程是在建筑设计课程内容基础上,对于不同年级差别化介入BIM内容,每个年级形成具有自己特色的小循环。在小循

 

 

环训练的基础上,做到建筑设计课程内容与BIM知识体系在大循环中共同提升。BIM的介入具体通过:BIM思维培养、BIM技术应用、BIM授课过程及BIM成果。

思维培养主要是在低年级,这阶段的学生,建筑理论知识掌握程度不深,对于新事物的接受能力很强,可塑性很好。在20142016、2017、2019建筑设计课程中阶段性进行了BIM设计思维模式教学实践。教学结构主要从空间功能、建筑环境、建筑材料、建筑造型等展开,通过课程中运用BIM技术对建筑的讲解,让同学们同时了解,功能对应的空间,空间塑造什么样的造型,以及建筑材料、建筑环境在造型、空间塑造中起到的作用。

 

 

BIM技术应用主要是教师的授课过程以及学生与教师的设计交流中,在建筑设计1-6中贯穿始终,最终达到学生和教师能够运用BIM进行交流设计。无论是在场地设计、功能、空间还是建筑造型、建筑技术设计中,都可以用BIM进行交流及模拟,尤其是相关建筑技术,如绿色建筑技术,可以借助BIM模型进行模拟运行,看起是否符合标准。同时对于声学设计,如影剧院等建筑,也可以利用BIM模型进行声学合理性模拟。

 

 

 

BIM授课及BIM成果贯穿整个6个建筑设计课,学习体系由浅入深,成果表达有简单到复杂。最终能达到运用BIM进行建筑设计的同时,能够学会多学科多专业的协同设计,为进入工作岗位打下坚实的协同工作能力基础,同时也为未来进入研究生阶段深造的同学,在深层次理论知识中埋下伏笔,在跨专业跨领域研究中,打下基础。

 

2、BIM师资培训

BIM与设计课程的结合最主要因素是建筑设计一线教师要懂BIM、会操作。在师资问题上,分两部分进行,一是校内培训,由校内BIM技术较好的教师对不会的教师进行培训,并利用大量课余时间互学自学,另外是进行是产学研合作,由企业出导师,对一线教师进行师资培训,并建立讨论机制,对热点问题进行讨论。下图为企业对教师BIM培训现场。

 

实践基地建设

  2019年与福建晨曦BIM公司建立了实践基地建设产学研合作,组织学生利用课余时间,进行线上企业BIM培训,学习实际案例及晨曦BIM软件。并在东北三省晨曦杯BIM大赛中获得较好的成绩。

在线课程

由于线下课程有限,在线下为学生讲解BIM技术及理论知识比较耗时,于是与2018年录制完成了BIM建筑及深化设计课程,辅助建筑设计课程,学生可利用假期及课余时间在线免费进行学习BIM知识及BIM软件,解决了学生无处学习的问题,课程主要讲解建筑设计中相关的BIM知识,同时涵盖相关辅助设计软件。开课以来学生踊跃学习,增加了学习兴趣。

4、对应教材

35DBD2019年出版《建筑设计BIM应用与实践》配套教材,教材针对基于BIM的建筑设计课程进行编写,涵盖了二年级、三年级、四年级及实际工程的BIM设计思维及设计过程。同时对建筑专业的同学还起到了BIM理论与软件工具书的作用。

5、BIM建筑设计课程外延

课程组还结合教师的科研进行了教学改革,利用BIM的可模拟优势,在绿色建筑设计以及被动式建筑设计研究上进行了教学与科研的结合,推广教师的科研成果绿色住宅建筑设计模式以及严寒地区被动房外墙热工性能研究在建筑设计上的应用。为学生在今后的研究阶段打下了较好的建筑设计研究基础。同学们在全国绿色建筑设计大赛多次中获得了二等奖、三等奖等,在全国BIM技术应用大赛绿色建筑设计中多次获得一等奖。

提高学习效率研究

在一系列改革中,课程趋于完善,学生可获得的资源越来越多,但在18、19级教学过程中发现,学生在掌握大量教学资源的同时,学习效率反而不如往届,课程组研究后,采用授之以渔的方式,教学过程中教会学生的是如何学习,取而代之只教其知识,在知识的获取中,使其采取主动学习的方式。教师对其难点进行引导及启发,让其学会主动学习。这一点在整个教学研究中是最难的。

BIM思维融入建筑设计课程中,不但是从设计思维、设计过程,再到设计手段,都可以运用BIM进行解决建筑设计问题。帮助学生更有效的战胜学习难点,辅助学生进行三维思维,能够利用软件优势,在设计过程训练不同设计的设计构思逻辑,同时高效建立教师与学生间的教学互动。

(二)基于BIM技术的实战教学实践及取得成果

1、建筑设计课程在2020年被评为吉林省高校一流本科课程。

2、完成了多专业协同联合BIM毕业设计,获得了校级优秀毕业设计。2016-2017进行了建筑、土木、能动、机电、水环等多个专业的联合BIM毕业设计。采用建筑设计4或5与其他专业毕业设计进行协同,建筑专业最先设计,联动后续的各个专业同时进行协同设计。在联合毕业设计过程中,锻炼的同学们的协作配合能力,同时对于跨专业知识的学习非常有效。为进入工作岗位提前演练。同时对于BIM的学习更加深入,培养出的毕业生完全符合了社会需求的BIM人才要求。下图分别为图书馆联合BIM毕业设计和商场联合BIM毕业设计。

3、广联达BIM毕业设计大赛,建筑设计参与的多专业BIM毕业设计大赛中分别获得了一等奖、二等奖以及优秀奖。

4、斯维尔杯BIM技能大赛2017-2020连续获得各类奖项,其中获得过全国BIM技能大赛全能一等奖、二等奖、三等奖;工程设计大赛一等奖、二等奖、三等奖;绿色建筑设计一等奖、二等奖等。基本囊括全部奖项。

5、全国绿色建筑设计竞赛 基于BIM的绿色建筑设计,是绿色建筑评价标准中重要的一项。在BIM与绿建同时融合的建筑设计教学过程中,不但要考虑绿色技术,更要考虑全生命周期的节能减排,高年级同学们在课程设计中,以BIM设计思维考虑,用BIM分析软件,进行绿建分析与设计,在竞赛中取得了二等奖、三等奖、优秀奖的好成绩。

6BIMVR设计极限挑战赛虚拟现实VR基于BIM设计的基础上,进行视觉与人机交互设计,在历时五天的竞赛中,同学们从BIM建筑设计再到VR交互设计,在竞赛中,同学们获得过特等奖、一等奖、优秀奖等的优异成绩。

四、总结

基于BIM的建筑设计课程教学改革始于2015年,14级是第一批进行实践的年级,从二年级BIM建筑设计到联合BIM毕业设计,完整进行了一轮BIM与建筑设计的融合,在实践过程中发现了得多问题,如学时不够、师资问题、教材问题、实践环节训练问题等,并在教学过程中不断进行完善改进,完成了国家教育部教研项目“BIM师资培训”以及“实践基地建设”,完成了针对性教材《建筑设计BIM应用于实践》的编写及“BIM建筑及深化设计”在线课程的录制与运行。16级设计课的教学过程中,针对性做了修正,在建筑设计的广度和深度上进一步提升,并减去了不必要的环节。17、19级的教学中则针对新出现问题继续进行了研究改革,增加对学生的学习效率提高方法的研究。

随着BIM技术的不断成熟更新,学习途径越来越多样化,学习手段不断变化,基于BIM的建筑设计课程也在与时俱进,不断进行改革变化,顺应时代、适用于学,为社会培养跟多的BIM人才。

 

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