模型在剪刀楼梯教学中的应用思考

艾学明

摘 要 随着现代信息技术的推广和普及，运用多媒体教学已经成为教学的一个重要手段。剪刀楼梯由于其特殊的构造组成，使其成为教学中的难点。如何应用专业软件建立剪刀楼梯的模型，制作剪刀梯的图片和动画视频，并将图片和视频应用到课堂教学，提高教学效果，达到我们的教学目标，这是我们亟待解决的问题。

关键词 剪刀楼梯 专业软件 建筑模型 空间思维 视频

中图分类号：G424文獻标识码：A

On the Application of Model in Scissors Stairs Teaching

AI Xueming

（School of Architectural Design and Decoration， Xuzhou， Jiangsu 221116）

Abstract With modern information technology and the popularization of the use of multimedia teaching has become an important means of teaching. Scissor stairs due to its special structure composed， making teaching difficult. How to use specialized software to establish scissors staircase model， making scissors ladder pictures and animated videos and pictures， and video applications to classroom teaching， improve teaching effectiveness， to achieve our goal of teaching， this is our problems need to be solved urgently.

Key words scissor stairs; professional software; building models; spatial thinking; vedio

0 概述

建筑中的楼梯是建筑物的垂直交通工具，建筑设计中的楼梯设计①是整个建筑方案成功与否的关键，而楼梯设计教学内容，更是贯穿在所有专业课程之中，从“建筑材料与构造”到“公共建筑设计”，从“建筑方案设计”到“建筑施工图设计”，②无不对楼梯设计重点关注。楼梯的组成一般包括梯段、平台和栏杆扶手三个部分，根据梯段的布置形式，建筑中的楼梯形式共有八种类型，其中最为常见的是平行双跑楼梯，而最容易被忽视的就是交叉（剪刀）楼梯。

在楼梯教学中，为了让学生更直观地了解楼梯的各组成部分，通常组织学生到现场参观，但由于受各种因素影响和条件限制，加上教师少，学生多，现场讲解难免能顾及到全部，特别是交叉（剪刀）楼梯，由于其楼梯井处通常设有防火墙分隔，两部相互交叉的楼梯不能透视，现场参观又无法看到整个楼梯的全貌。为了解决这一问题，可利用专业建模软件，建立交叉（剪刀）楼梯的空间模型，然后导出模型图片和模型动画视频，再对模型图片和模型动画视频进行加工处理，制作成教学课件在多媒体教学设备上播放。这种方法可以让学生在课堂上就能获得第一感性认识。

1 两种建模方法

利用专业建模软件建立交叉（剪刀）梯的模型有两种方法，第一种方法是应用“天正”软件建立楼梯模型，第二种方法是应用“SK”软件建立楼梯模型。第一种方法建模分三步，第一步，打开“天正”CAD，布置楼梯间的四周墙体，楼梯间的开间为3.6米，进深为8.0米，层高为3.0米;第二步，菜单“楼梯其他”>>“剪刀楼梯”，楼梯高度选3000，梯间宽度选3400，梯段宽度选1650，踏步数选18，其他参数中，勾选“内侧有栏杆”，点击“确定”，将剪刀梯插入到楼梯间;注意，此时的楼梯平台深度只有1.2米，并未填充到楼梯间的端墙，为使模型更加准确真实，需将整个剪刀梯移动至楼梯间的中间位置，并将楼梯平台深度的尺寸进行调整，使之延伸到楼梯间的端墙位置;第三步，菜单“视图”>>“三维视图”>>“左视”，将上述所有构件全选并复制到二层，层高3000，将底层的地面补平，将顶层悬空处增设栏杆扶手，至此，剪刀梯的模型已基本建好。如果剪刀梯的层高为4.5米，则按两个半层输入，即楼梯层高改为2250，踏步数选14，其余参数不变，点击确定，插入下半层剪刀梯，变换视角，全选复制到上半层，复制高度2250。如果是交叉楼梯，假定层高为4.8米，则菜单“楼梯其他”>>“交叉楼梯”，楼梯高度选4800，踏步总数选32，休息平台宽度1650，其他参数中，勾选“内外侧均有栏杆扶手”，点击“确定”，将交叉梯插入到楼梯间。

第二种方法，应用“SK”软件建立楼梯模型亦分三步。③首先打开“SketchUp 8”，点击菜单“绘制墙体”，绘制楼梯间的四周墙体，楼梯间的开间为3600，进深为8000，层高为2880;第二步，点击菜单“参数楼梯”，单跑高度为2880，单跑宽度为1600，踏高160，踏宽280，确保单跑步数不超过18步，平台深度不小于1600。类型选“Single”，插入一部带栏板的梯段，如果是栏杆，则需要对栏板进行修改;第三步，复制并调整位置，得到一交叉形状的剪刀梯。此时没有楼层平台板，需要另外补齐。至此，剪刀梯模型已建完。如果剪刀梯的层高为4.5米，则单跑高改为2250，其余参数不变，等插入第一个梯段后再调整并复制即可。

2 模型的导出

楼梯模型的导出可以有两种形式，一是图片格式（jpg格式），二是动画格式（avi等）。“天正”楼梯模型导出图片有三种方式，其中以打印输出最为快捷方便，具体操作分三步：第一步，菜单“视图”>>“视觉样式”，选择需要的视觉样式（建议选“概念”）;第二步，调整合适的视角（Shift + 鼠标滚轮）;第三步，菜单“文件”>>“打印”，选择打印机（jpg格式），“图纸尺寸”选项选择4000？000像素，用窗口框选所需的打印范围，打印比例勾选“布满图纸”，同时勾选“居中打印”选项，点击确定，并给定图片名称，这样就得到了第一个视角图片。如果需要，可通过改变视角得到更多的图片。“天正”楼梯模型导出动画视频，首先，创建一个相机和相机运动路径，为了全面完整地看到整个剪刀楼梯，需要将相机和相机路径的标高上调;第二步，菜单“视图”>>“运动路径动画”，勾选适当的选项，点击“确定”，得到第一个视频动画。可根据需要，通过调整“动画设置”中的参数，改变视频动画的片长和播放速度。

“SK” 楼梯模型导出图片，一般选择渲染方式，首先第一步，将各部件赋上材质，将窗口调整到需要的角度;第二步，菜单“插件”>> “V-Ray”>>“渲染设置”>>“输出”，将输出尺寸选为“1600？200”;第三步，渲染，菜单“插件”>> “V-Ray”>>“渲染”，将渲染完成的图片保存输出。“SK” 楼梯模型导出动画视频，第一步，设置动画参数，菜单“视图”>>“动画”>>“设置”，将“场景延迟”选为0秒;第二步，创建场景，菜单“视图”>>“动画”>>“添加场景”，模仿人的行走路线，设定若干场景;第三步，导出动画，默认格式为“AVI”格式。

上述两种软件在建模方式上和图像视频的导出，“天正”软件建模，尺寸准确，建模速度快，导出的图片清晰，容易进行后期处理，但是视频的导出较受限制，因为相机只能沿着设定在楼梯间外围的轨道运行，不易进到楼梯间内部。“SK”软件建模尺寸准确，方便快捷，导出的图片清晰，立体感强，尤其是制作动画视频时，视点可模仿行人行走到楼梯间内部，将剪刀梯的各个组成部件一览无余，所以，制作出的动画视频非常逼真。

3 模型图片和视频的应用

将楼梯模型图片和动画视频应用到教学中，通常是将模型图片和动画视频经过技术处理后，植入到常用软件PowerPoint，形成“PPT”课件，也可应用Flash等媒体进行编辑处理后，在多媒体教学设备上播放出来。因为是专业软件建模并导出的剪刀梯图片和动画视频，所以空间尺度准确，真实感强。特别是模仿行人上楼梯，仿佛身临其境。但在图片和视频进行处理时，一定要根据教学内容和要求增加标注，包括剪刀梯的各组成部件、材料、名称、尺寸高度等，如梯段板材料是钢筋混凝土，踏步的踏高和踏宽常用尺寸，平台梁截面的常用尺寸，栏杆扶手的常用材料和尺寸要求等。特别是当模仿行人处于两梯段斜板之间时，上下垂直净空高度要不小于2.2米，处于楼层平台和中间平台之间时，上下垂直净空高度要不小于2.0米，此时在图片和动画视频中加注提示标注，引起学生的注意，因而有利于学生对于知识点的理解和掌握，学习效果好。

建筑设计中，剪刀楼梯有两种布置形式，一是在同一个楼梯间交叉布置了两部直行单跑楼梯（图1），二是在同一个楼梯间交叉布置了两部平行双跑楼梯（图2），所以剪刀楼梯的最大特点是在同一空间布置了两部楼梯，疏散能力和空间利用率提高了1倍。④需要注意的是，由于是两部楼梯布置在同一空间，所以两部楼梯的出入口是在两个方向。根据楼梯设计要求，单跑梯段踏步总数不得超过18步，并且不同类型的建筑，对于楼梯踏步的踏高和踏宽均有不同要求，所以单跑梯段的总高度受到一定限制。对于第一种类型剪刀梯，由于楼层之间只有单跑梯段，受到总踏步数限制，楼层的最大高度不得超过3米。对于第二种类型剪刀梯，楼层之间布置了两跑梯段，所以楼层的最大高度不得超过6米。另外，由于第二种类型剪刀梯有中间平台，为了保证中间平台和楼层之间的净空高度不小于2米，所以楼层的最小高度不得小于4.5米。

由上述分析可知，剪刀楼梯对于建筑层高的要求有两种情况，一是层高不大于3米，亦不得小于2.4米，二是层高要大于4.5米而小于6米，这也是剪刀梯的应用范围。对于层高在4.5米到6米之间的商业建筑，如商场、超市等，就特别适合布置剪刀梯，既节省建筑面积，又能提高疏散能力，还能改变人流疏散方向。在楼梯教学中，剪刀楼梯设计是难点，剪刀楼梯的空间构成以及对于建筑层高的要求，学生往往难以理解，缺乏空间想象，设计尺寸把握不准确。通过精确建模，导出逼真的模型图片和模型动画视频，可以让学生全方位地观察整个剪刀梯，從而使学生比较容易地掌握剪刀梯的空间构成及设计尺寸。特别要注意的是，多媒体的应用虽然能扩大视觉和听觉途径，有效激发学生学习兴趣，⑤但也很容易导致学生转移注意力，只注重花哨的画面，而忽略了学习重点。所以在剪刀梯教学中，必须要灵活应用多媒体技术，尽可能做到课堂讨论和现场参观等多种手段的交替运用，切实提高教学效果。

4 结语

楼梯设计教学中，由于剪刀梯的特殊构成，使得它成了教学难点。应用专业软件建立剪刀梯模型，制作出生动风趣的教学图片和真实清晰的教学动画视频，不仅能活跃课堂气氛，提高教学效果，还能极大地激发学生的学习热情。这也意味着作为一名专业老师，不仅要有深厚的专业理论知识和丰富的实践技能，而且还要掌握多种专业软件和运用多种多媒体教学设备进行教学，这才是一名专业老师所具备的基本素质。

注释

① 王家芬.楼梯设计若干问题分析和建议[J].江西建材，2013（2）：46-47.

② 李燕，吕彩忠.基于岗位能力的建筑设计专业教学改革实践[J].教育教学论坛，2012（18）：198-200.

③ 马亮，韩高峰.SketchUp建筑制图教程[M].北京：人民邮电出版社，2012.

④ 白晶，武士杰，张雪梅.浅析剪刀楼梯的设计[J].科技创新导报，2012（11）：47.

⑤ 张伟.高等院校多媒体教学的现状及对策[J].信息技术，2014（1）：62-64.