基于BIM平台的集成化可持续建筑设计教学研究

解明镜，石磊，罗明

( 中南大学 建筑与艺术学院，湖南 长沙，410075)

基于BIM平台的集成化可持续建筑设计教学研究

解明镜，石磊，罗明

( 中南大学 建筑与艺术学院，湖南 长沙，410075)

通过对我国建筑设计教育现状的分析，指出基于线性设计模式和单一学科平台的教育模式已不能满足可持续建筑设计需求，基于集成化设计模式和跨学科设计平台的教学方式更适应社会的需求和学生设计能力的培养，而BIM平台能够为集成化设计模式提供软件平台，满足教学要求。通过在教学团队、教学方法、教学内容和教学时间上的改进与实践，教学改革收到良好效果，学生设计能力与专业内认可程度都有较大提高，在全国学科竞赛中成绩优异。

BIM；集成化设计；可持续建筑；教学改革

一、建筑设计教学现状

当前，我国土木建筑工程教育的现状特点是沿承前苏联的专业设置，划分较细。过细的专业教育体系中每个专业过分侧重于自身的基础，甚至有将专业自身的基础误认为是专业目标的倾向[1]。同时各专业之间也缺乏必要的联系，每一个专业都缺乏从土木建筑整体的高度来对学生进行教育的体系。

从建筑设计教学上看，由于目前建筑设计模式仍然是线性的设计模式[2]，建筑师以艺术形式和功能为目的完成建筑设计，然后交给结构与HVAC工程设计人员，导致建筑设计教学依然偏重于建筑的形式设计和功能设计，教师难以用集成化的设计模式指导学生从事建筑设计。

随着社会和科技的发展，可持续建筑逐步成为建筑设计的主流方向时，技术问题越来越复杂，现有的基于传统线性设计模式与单一学科平台的教学方法与知识结构，已经不能适应社会的对可持续建筑设计人才的需求。要改变这一落后的现状，就迫切的需要在教学方法、教学平台以及教学内容上进行系统的改革。

二、集成化可持续建筑设计与BIM平台

在建筑建造、使用过程中需要消耗大量的能源和资源，如何节约能源，是全社会，特别是建筑领域技术人员的任务。预计到2020年我国新增建筑面积将达300亿平方米。但我国能源严重短缺而利用效率很低。对此，政府鼓励发展可持续建筑，制定并强行推行更为严格的节能标准。建筑设计是可持续建筑推广和使用中最重要的环节，而传统的设计模式很难真正高效地利用各种节能建筑技术。要达到建筑节能的目标，要求不同专业的设计人员在不同设计阶段都能够在建筑全寿命周期能耗分析的基础上，共同对设计过程进行优化，以正确选择建筑材料、部件、技术和设备，达到最佳节能效果。

传统的建筑设计模式是线性化的工作模式：建筑师提供信息给其他专业的设计师，实现传统建筑目标（功能、美学和形式）。而集成化可持续设计模式需要各个专业的设计师同时工作，或者说必须采用环状的、基于双向信息反馈的协同工作模式（如图1）。这两种工作模式有本质上的差别，因此有必要对新的设计模式进行深入研究。新的设计模式将以传统的建筑目标和可持续性能为同等重要的双重目标，以集成设计思想为手段，保证不同专业设计人员紧密的合作。

集成化建筑设计要求各个专业在设计初期就进行配合，互相改进，达到同步优化。这种优化是需要进行定量评价的，否则将没有说服力和可信度。模拟仿真评价软件就是定量分析的工具。只有掌握并使用这种工具，才能促使建筑师和工程师寻找到合作的基点。习惯于使用传统设计模式和工具的设计人员很难掌握和使用此类模拟评价软件。基于传统设计模式进行培养的学生，在传统教学方法和内容下，同样也不具备进行集成化可持续建筑设计的能力，这都需要在教学中进行改变。

目前，国内外已经开发了不同专业的辅助设计和分析模拟软件、各类技术、产品和设备数据库，这些资源可能已经能够满足可持续建筑设计的需求，但在设计中如何适时有效地选择利用这些资源，就需要借用BIM平台，利用BIM平台对辅助设计软件与模拟评价软件进行集成，以获得最佳的设计性能。

图1 线性设计模式和集成化设计模式比较

建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)是近年来在建筑业出现的数字化建模新技术[3-4]。BIM是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立。它具有可视化，协调性，模拟性，优化性和可出图性五大特点。这些建筑模型的数据在建筑信息模型中的存在是以多种数字技术为依托，从而以这个数字信息模型作为各个建筑项目的基础，去进行各个相关工作。建筑工程与之相关的工作都可以从这个建筑信息模型中拿出各自需要的信息，即可指导相应工作又能将相应工作的信息反馈到模型中。

所有的传统辅助建筑设计软件所能达到的目标都可以通过BIM平台完成，同时BIM平台还能方便的将建筑设计模型数据提供给模拟评价软件进行分析。目前国际上已出现了一些BIM设计平台，包括建筑设计软件如 Revit Building、MicroStation TriForma、ArchiCAD 等等[5]。

可以看出，为了适应可持续建筑设计的行业趋势，加强建筑学专业学生的可持续建筑设计能力，就需要基于BIM平台，培养学生集成化设计思维与使用建筑性能模拟软件的能力，在教学方法、教学内容上进行较大范围的改革。

三、教学改革实践

建筑学专业本科教育为5年，具有建筑学学士专业学位，1-2年级为低年级，以培养学生对建筑的认识能力为主，同时逐步培养其对建筑设计的初步认知。3-5年级为高年级，主要培养符合社会需求的能独立从事建筑设计的人才为目标。3年级为学生真正开始接触建筑设计的关键年级，也是建筑设计能力培养与设计思维逐步定型的时期。因此，我们挑选了3年级作为教学改革的实验年级，在教学团队、教学方法、教学内容上进行了一系列的改革实践。

教学团队上：在建筑设计专业课程中构建了跨学科的包括建筑技术、建筑设计、建筑结构、建筑环境等多专业在内的教学小组，负责同时培养学生传统建筑设计能力和集成化建筑设计能力。建筑技术教师负责BIM平台的使用教学，建筑设计教师负责传统建筑设计能力培养，建筑环境教师负责建筑性能模拟评价软件使用的教学工作，建筑结构教师则专职培养学生的结构设计能力。通过跨学科的设计团队，在学生开始建筑设计学习之初，就构建跨学科的建筑设计相关知识结构，为后续发展提供坚实基础。

教学方法上：运用PBL（Problem based learning,问题导向型）教学方法，通过设计任务书的要求，在学生课程设计中提出以提高建筑可持续性能为主的设计目标，激发学生自主学习，探求设计中可能遇到的问题。同时鼓励学生参加国家级学科竞赛，以小组为主进行讨论交流，辅以老师参与指导，引导学生主动运用多学科知识结构和软件平台，分析解决设计问题的方法，以提高相应的设计能力。

教学内容上：相继参与或主持编撰了《可持续建筑技术》、《集成化建筑设计》两本教材，其中《可持续建筑技术》为国家十一五规划教材。以两本教材为基础，在教学上融入可持续建筑、集成化设计、BIM平台和建筑性能模拟软件的使用，同时不降低传统建筑教学上对建筑功能与美学设计的教学任务。

为了适应教学方法的改变和教学内容的增加所导致的教学时间较长、学生课堂学习时间较少的矛盾，我们将3年级建筑设计课程的教学时间从原来的64学时/学期调整了96学时/学期，保证足够的课堂教学时间。同时，增加课外单独辅导的时间，确定每周3下午为课外辅导期，所有教学团队教师都在固定地点解决学生设计中所遇到的问题。最后在每学期期末，开设为期2周的课程设计周，集中教学、集中设计、集中答疑，在最大限度发挥学生自主性的同时，确保教学质量和成效的巩固。

四、教学效果

为了检验教学效果，2011年教学团队在3年级学生中挑选几组同学参加全国性的可持续建筑设计竞赛，包括2011年REVIT杯全国大学生建筑设计竞赛、2011年全国绿色建筑设计竞赛等。就2011年参赛结果看，获得了全国二等奖1次、三等奖1次、佳作奖2次（图2为部分获奖作品），居全国同类院校前列。参赛的结果充分展示了基于BIM平台的教学方法在全面提高教学质量、提高设计效率等方面的优势，集成化可持续建筑设计方法在设计流程与设计应用上的价值，充分说明了本文提出的教学改革的有效性，在建筑学设计教学中具有一定的推广应用价值。

图2 部分参赛获奖作品

[1] 张国强，解明镜，徐 峰.中国可持续建筑领域教育的现状分析与改革[J].建筑学报，2009,(9):41-43.

[2] 徐 峰，解明镜，周 晋，等. 集成化建筑设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[3] 李建成，王 朔，杜 嵘. Revit Building建筑设计教程[M].北京：中国建筑工业出版社，2006.

[4] 李建成. 建筑信息模型与建筑学专业的教学[J].建筑学报，2007,(7): 100-101.

[5] 许 蓁，曲翠萃. 认知·思维·表达—— Autodesk Revit Building软件在建筑学教学中的应用[J].建筑学报，2007, (5): 99-101.

A Study of the Teaching of Integrated Sustainable Building Design Based on the BIM Platform

XIE Ming-jing, SHI Lei, LUO Ming
（School of Architecture and Art, Central South University, Changsha 410075, Hunan, China）

Based on the analysis of the status of architectural education, the liner design model and the singleness disciplinary educational model are founded unsuitable for the requirements of sustainable building design. The new teaching pattern, based on the integrated design model and multi-disciplinary design platform, is more effective for the design capacity training of undergraduates. BIM (Building information model) can afford the software platform for the integrated design model and meet the requirements of the society. By the improvements and practices on the teaching methodology, contents, teaching team and teaching time, the teaching reformation is successful. The design capacity of the undergraduates is improved, and many students win the awards from the national course contests.

building information model; integrated design; sustainable building design; teaching revolution.

G642

A

1673-9272(2012)03-0146-03

2012-03-16

湖南省教育科学十二五规划课题:“基于BIM平台的集成化建筑设计人才培养模式的研究”（编号：XJK011CGD047）；

湖南省普通高等学校

教学改革研究项目:“可持续建筑设计跨学科课程改革研究”（编号： 湘教通[2011]315号）。

解明镜(1980-)，男，山西汾阳人，中南大学建筑与艺术学院讲师，工学博士，研究方向：低碳建筑设计与传统民居经验科学化。

[本文编校：杨 灿]