数字技术下绿色建筑设计实践教学模式研究

（湖北工程学院建筑学院，湖北 孝感 432000）

20世纪中后半叶，在环境污染与能源危机纷纷爆发的社会背景下，绿色概念开始渗透到各行各业，并逐渐得到建筑设计领域的重视。所谓绿色建筑设计，即在不破坏环境生态平衡的前提下建立建筑空间体系。在构思方案的过程中，设计者不仅要关注建筑形式美和功能空间布局合理性等基本要求，还要不断审视建筑是否能够融入生态环境之中，是否对环境无害，是否能有效利用大自然赋予人类的自然资源等相关问题。绿色设计方法的提出，既能引入跨学科知识以推动建筑技术的发展，又能通过设计策略来尽量平衡人类建造活动与生态环境维持之间的矛盾，对于建筑业的未来发展和科学研究具有重大意义。

近年来，各建筑院校纷纷开设与之相关的跨学科专业课及设计实践，力求突破过于偏重形式美学和空间形态研究的传统设计教学模式，帮助学生从全新角度寻求灵感与创意，以增加设计内涵的深度和广度。然而，仅用常规分析图或计算结果的展示来评定建筑是否生态是十分困难的，学生难以通过常规方式直观判断设计成果的“绿色水平”，所谓的绿色设计常为各种技术的生搬硬套。随着数字技术的迅速发展，除绘图及建模软件外，如Ecotect、Fluent和Airpak等一批可将环境物理性能指标数据化、图像化和直观化的软件被逐渐应用于绿色建筑分析与设计过程［1］。采用适宜的数字化手段优化教学过程，能对声光热等物理性能状态做可视化程度高的模拟分析，为学生进行绿色建筑设计提供参考，这对培养学生的可持续建筑观具有重要的指导意义。

一、存在的问题

国内高校通常以开设软件教学和增设技术课等方式打造绿色建筑设计教学体系，这在一定程度上加深了学生对绿色生态概念的认知，但因课程设置维持传统教学模式等原因，这种方式严重阻碍了对学生绿色思维的训练与培养，其主要存在以下问题。

1.设计课的课题主要依据建筑类型来分类，从低年级的小茶室设计、住宅设计过渡到高年级的公共建筑设计，在对建筑的体量、面积和功能布局的考察上逐渐提高要求。这种方式有利于学生集中掌握各类型建筑的设计原理及方法，但节奏慢且效率较低，不同设计单元之间的重复性工作多。再加上教学过程与其他课程联系不够紧密，对技术问题的讨论主要基于已有设计成果中存在的问题展开，对学生在实践中是否及如何应用绿色生态策略和数字技术基本不做规定，从而导致“形式化操作”及“过分重视表现效果”等现象［2］。

2.技术类课程注重对概念和原理的阐述，与设计实践基本处于分离状态，教学中缺少“学以致用”的引导环节。由于在教学上缺少统筹规划，设计课主要针对建筑美学、形式结构和功能布局等方面进行考虑，导致学生忽视对建筑技术的应用［3］。学生通过死记硬背来应付作业和考试，难以将各种学科知识综合运用于绿色设计实践中。以建筑性能模拟软件的课程为例，课程讲解通常偏重对主要功能和命令的介绍，缺乏结合运用建筑物理进行分析的实践环节，这导致学生对此类软件的使用基本集中在设计后期的分析图制作上，所谓数字技术不仅没能辅助建筑设计，还沦为装饰图面效果的表现工具。

3.整个建筑教学课程体系常被分割成若干单元，教师按部就班讲完教材上的主要内容，各教学单位按期完成每学期的教学任务和考核任务。由于缺少有效的教学设计与交流，各学期的不同课程之间缺乏联系。在“学以致用”不能实现的情况下，学生基本是学完一门忘一门。

4.受传统教学体制的影响，我国高校建筑师基本素质的训练中往往忽视对学生分析研究能力的培养，重实践轻理论之风盛行。学生为求设计高分而不断追求建筑形式上的创新，却忽视了现代建筑体系的大发展都是建立在建筑技术的新发展、新研究和新理论基础上这一客观事实。严重的偏科现象使得学生缺乏从建筑结构、构造、材料到生态技术等各个层面的理论知识，从而直接影响到学生设计实践水平的提高和突破，各种奇形怪状却不符合逻辑性和绿色标准的设计作业层出不穷。

5.绿色建筑理论课程教学只局限于上课周期内，未能为学生打造课外再学习的氛围。课程结束后，针对某些知识的探讨便同时终结，学生对各绿色策略的研究浮于表面。由于绿色知识体系的复杂性，在缺少专业教师的指导和引导的情况下，学生若自主学习研究能力不足，便不能真正深入思考并建立完整的绿色知识体系，从而影响学生对所学知识的理解和应用水平。

二、实践教学模式

绿色建筑设计教学要突破原有格局，一是必须整合相关教学环节并将之串联成纵向培养目标，建立阶梯式的训练及实践模块，帮助学生逐步形成整体的生态设计观；二是要打破设计课与理论课之间相互独立设置的局面，充分挖掘数字技术的优势以拓展生态设计实践的范畴。因此，有必要以环境物理性能模拟分析的数字技术应用为核心，在现有的教育框架下增设以“学习—研究—设计”为主轴的立体式实践教学模式（图1）。教师根据各阶段教学目标设定若干研究主题和方向，整合相关课程形成系列课群，并设计合理的实践环节，在整个课程框架中由点及面地推进教学目标的实现。

图1 基于数字技术的绿色建筑设计实践教学模式

1.在技术课中增设数字化实践环节

（1）生动直观的教学演示。针对理论课中枯燥难懂的原理，教师可利用模拟软件直观表达的特点辅助课堂演示，在数字化实验中激发学生的学习兴趣与动力，加深学生对各类技术知识的感性认识。例如，在建筑设备课上，教师利用Ecotect具有的焓湿图策略分析功能，对各种主动式策略、被动式策略及组合方式进行模拟分析，结合图例讲解主被动式的相关概念；在场地设计课中介绍用Weather Tool分析场地气候条件的方法，通过生成的数据讨论场所中生态设计策略的选择；在建筑物理课中对某种特定环境进行采光模拟分析，让学生了解建筑外墙窗扇位置大小的变化对建筑室内光环境的影响。

（2）形式多变的实践练习。在布置课程练习时，教师应将软件学习与相关技术课配套，以案例分析、往年设计作业分析或环境改造设计等方式设置关于环境性能分析的作业，要求学生综合运用软件的制图、建模、环境性能模拟和动画制作等功能完成任务。练习分散布局于原有教学体系的各门相关课程中，可有效避免额外增加实践学时从而加大学生负担的问题。作业形式要灵活多样，难度则需逐步加大，从早期的“单一性能分析”与“单一策略应用”过渡到后期的“综合应用”与“研究”阶段，逐步提高对研究深度和实践应用水平的要求。例如，建筑物理课的光学环节可设置改造练习，教师提出教室采光与照明、办公建筑中庭采光和宿舍楼外窗遮阳等改造设计选题，学生选择一个研究方向，利用建模和环境性能模拟分析软件的辅助，从构造方式、材料选择和形状样式等各方面探讨改造策略，最后对设计研究成果做课堂汇报并撰写论文。教师应促进及强化技术课、数字技术课和设计课之间的互动，引导学生在循序渐进中实现从利用软件“分析数据”到“辅助设计”的过渡。

2.优化设计课的实践模式

（1）设置与技术课衔接的设计专题。可每学期开展一次概念设计，根据该学期技术课进度及内容要点来安排基于绿色生态技术应用的实践教学。过程中适当降低对图面效果的要求，重点考察设计概念和技术应用水平，引导学生更多地将注意力集中在技术应用层面，辅助学生将在课程实践中的研究成果应用于设计，完成设计课与技术类课程在教学内容、实践练习和分析研究上的真正接轨。

（2）加强设计教学单元之间的联系性和相关性。为提高学生对绿色建筑的整体认识水平，可以在不同阶段的设计主题之间相互衔接，形成循序渐进的教学环节，并设定每个步骤的具体研究内容和数字技术应用的要求（图2）。例如，在若干连续的设计课题中均以某种气候或地理环境作为特定研究对象进行考察，形成“主题式”连续性研究；又如，将整个设计流程划分为从城市规划、景观设计、建筑设计到建筑细部设计等不同尺度和不同研究主题的绿色设计实践［4］，邀请其他相关专业师生参与设计过程，并请专业教师作相关策略及技术的讲解等。

图2 绿色建筑设计主要教学环节

（3）利用数字技术应用串起设计课教学环节。鉴于数字技术辅助设计的强大功能，可考虑将原本独立的软件课课时分散置入到设计课教学的不同阶段中。前期用少量课时集中讲解软件应用的原理、方法和案例分析，中后期直接在设计环节中有针对性地介绍各种命令的使用方法，让学生在由简入繁的设计过程中逐步学习软件技术［5］。教师在设计课中要制定更为详尽的数字技术应用目标和评价标准，除完成教学任务外，还可提供一些附加的思考题，鼓励学生探索各类软件的综合应用方法。例如，引导学生尝试用数字手段“生成”绿色表皮，从日照、通风或采光等环境因素出发，分析建筑表皮的“绿色水平”与这些元素之间的关系，利用数字技术的计算模拟和参数化设计等功能寻求绿色答案。

（4）让绿色设计融入生活。在条件允许的前提下，可考虑将校园实际改造和新建项目纳入绿色设计教学实践中。如设置相关的课程设计，在建筑院系内举办基于某些校园建筑的局部改造设计竞标，鼓励学生开展实地调研，积极运用数字技术模拟分析建筑环境和估量设计概念的有效性，结合平时对这些生活和学习场所的实际使用体验来提出更具合理性的改造计划。课程后期邀请专家评判并展示优秀设计作业，从采纳设计者的概念到实际项目改造过程，将优化校园建筑和环境的项目与绿色设计课的内容相互结合。

3.开展以培养分析研究能力为导向的实践活动

针对绿色建筑设计过程的特点，教师要把与技术应用紧密相关的分析研究能力作为重要的教学目标，引入适宜的教学手段和方法，改善设计教学中过分偏重形式与功能的问题。

（1）在设计实践内容的制定上可尝试只给出研究的大方向，鼓励学生自主选择设计研究场所、对象及具体内容，通过调研、观察和分析的锻炼来强化学生自身的专业判断能力、自主学习能力与分析研究能力。过程中利用“导疑、导思、导创、导用”的原则设置有趣的课题内容［6］，让学生产生好奇并主动积极地调研和思考，从而为有效引导创造应用做好准备工作。

（2）通过第二课堂将科研与教学结合，通过启发式教学引导学生思考设计［7］，强调多问、多思、多试的重要性和必要性，组织学生参加各类相关科研活动与学科竞赛等，鼓励并辅导学生做更为深入的研究，在条件允许的情况下还应积极开展跨学科跨专业的师生交流与合作。例如，从2016年起，笔者所在院校便结合“谷雨杯全国大学生可持续建筑设计”等竞赛活动进行相关教学，一是用往年的竞赛要求开设具有针对性的绿色生态技术专题讲座，二是在三至四年级的本科生之间举行院系的生态建筑设计竞赛，三是选取优秀学生组队参与全国大学生绿色设计竞赛。这一系列活动很好地促进了绿色概念、数字技术与建筑设计的有机结合，学生对生态设计研究的活跃性明显提高，甚至开始在平时的建筑设计课程中展示自己对绿色策略的认知与应用，并积极运用数字技术辅助表达自己的设计概念。

（3）加大校企合作力度以有效提高专业人才实践能力和水平，通过实际工程和合作项目激发学生的学习研究兴趣和主观能动性［8］，让学生了解实际建设工程的基本流程、步骤和要求，认识到技术知识在建设过程的重要性，并在过程中引导学生综合应用数字技术与绿色策略，促进其完成学习目标。

三、结语

“学—研—产”的实践教学模式具备合理性、开放性、完整性和灵活性，将以环境物理性能模拟分析为主的数字技术应用融入建筑本科教学全过程，可以建立立体式交互网络结构的教学体系。在一系列实践过程的训练和引导下，学生能够逐渐掌握将相关绿色策略应用于建筑设计的方法，在课上课下的活动中锻炼自主发现、分析、研究和改造问题的能力，不断提高对可持续发展研究的认识水平，从而形成全面而完善的绿色建筑观。