基于BIM的建筑设计课程学习效率提高的方法研究

周 诣

(长春工程学院 建筑与设计学院，长春 130021)

引言

BIM(Building Information Modeling)以其在设计、施工到运维阶段的众多优势，在建筑行业中得到了广泛应用。与此同时，在建筑类高校中BIM也逐渐得到普及，在建筑学专业主干课《建筑设计》中，随着BIM技术融入教学的改革不断深入与开展，建筑设计的过程由平面的设计不断上升为空间的设计，涉及的知识领域更加广泛。对于学习建筑设计的学生而言，利用BIM进行设计，建筑空间可以直观地在电脑中构建，空间感增强，其立体思维，空间逻辑能力极大提高，绘图速度也大大提升，平面、立面、剖面、空间、造型随着设计过程的推进，同步完成，设计效率显著提高。BIM为设计课程带来诸多优势的同时，也伴随出现一些问题，如：有时会禁锢学生的设计思维，学生BIM技术掌握程度不同，很多复杂造型设计不会用BIM表达，多数学生不会执着于这一原因去主动探究BIM技术，而是选择简单形体的建模技术完成设计，导致设计作品失去了很多设计理念与创新性，影响了建筑设计课程的学习效率。

本研究意在找到现阶段“基于BIM的建筑设计”课程中存在的问题以及学生学习过程中效率不佳的原因，研究如何在教法和学法上提高该课程学习效率的方法，从而使BIM技术更好地和建筑设计课程相结合。

一、基于BIM的建筑设计课程学习效率现状分析

(一)学生BIM知识结构对建筑设计学习效率的影响

“BIM建模”“BIM建筑及深化设计”等BIM相关课程是从大二开始进行的公共选修课程，在开设“建筑设计”课程的学生中，选修率为30%—40%，“基于BIM的建筑设计课程”是在建筑设计课程中融入了BIM技术，即在设计过程中使用BIM相关软件进行方案探讨及空间结构等知识的讲解，同时学生运用BIM进行建筑设计。对于低年级学生来讲，对于BIM技术掌握不够，老师运用BIM讲解知识能够很容易理解，但运用BIM进行设计较难。高年级学生由于仅限于公选课或自学完成BIM相关知识，所以对于运用BIM技术于建筑设计之中，学习效率明显参差不齐。

(二)学生BIM学习资料掌握情况对学习效率影响

各建筑类高校将BIM应用于建筑设计课程之中，还处于起步与实践阶段，尚未完成系统成熟的针对性教材及视频教程，学习资料针对性弱。学生在建筑设计课程中，对BIM类学习资料，多数是采用“现用—现查找—现学习”的模式，通过对14级—17级的学生调查发现：20%学生采用书籍资料查找，20%学生询问学长及老师，20%网上查找视频资料，40%学生规避较难的BIM模型。图1是三年级同学学习资料掌握情况与设计成绩及学习效率的正态分布图，通过实证研究发现：对于BIM资料掌握较好，学习效率较高，成绩较好；反之亦然。所以，现学现用的方式，对于简单问题尚可，但对于中高年级的复杂设计题就直接影响了建筑设计的学习效率。

图1 BIM学习资料掌握情况与学习效率关系

(三)学习时间分配情况对学习效率的影响情况

通过对2014—2017级同学的教学实践、问卷及采访发现：基于BIM建筑设计课程学习时间分配不同年级略有不同，低年级同学设计思维及训练占该课程学习时间的80%。BIM软件学习时间为20%，由于成果图纸中可以手绘出图，大多数同学对于BIM的应用仅限于模型揣摩和透视效果的参考；高年级同学多数利用假期及课余时间来学习软件，软件花费时间较长，软件种类学习较多，在建筑设计课过程中，主要是用在设计草图、绘图及与教师沟通改图的时间较多，总体时间比例各占50%，学习效率较高；少数高年级同学课程进行中仍采用软件“现学现用”模式进行设计，学习时间较少，设计成果无法展现其设计想法，学习效率较差。

(四)学习方式对学习效率的影响

学习方式是指个体在进行学习活动时所表现出的具有偏好性的行为方式与行为特征。反映个体学习活动中的个体差异。[1]通过教师实践辅导发现：它对于学习效率有直接的影响。该课程的学生的学习方式主要分为：独立型和依赖型。独立型学习方式的学生能够充分利用课下学习相关BIM知识，积累设计知识及设计素材，学习的主动性和积极性较高，在课程进行中学习效率也较高，这类学生以高年级学生为主，低年级占比较少。依赖型学习方式主要以教师引导为主，学生按教师要求进行学习，这类学生没有主动性和自主性，依赖倾向较强，学习效率与个人智力水平成正比，能力弱者学习效率较低，能力强的，学习效率能够达到课程要求。

二、提高基于BIM的建筑设计课程的学习效率的教法研究

(一)课程模式设置及进度目标设定研究

根据BIM知识结构对学生建筑设计的影响的情况，采用低年级渗入、高年级应用活用的模式，分为高低年级不同的课程设置及进度目标安排，低年级开设BIM理论及相关建模课程，除已开设的BIM建筑级深化设计公选课外，在低年级建筑设计课程中渗入BIM相关理论及建模相关知识，在简单空间设计中，让学生尝试运用BIM技术进行设计、推敲设计等。在大三建筑设计课程中以应用BIM为主，BIM在这一阶段主要起到辅助设计的作用，学生能够快速建模，以及在模型中探讨、研究、修改设计，同时在BIM中渗入结构、暖通、电气等其他专业知识。高年级建筑设计课程中，对BIM的应用不再满足于进行单专业设计，同时还要进行多专业协同设计，并能够利用BIM模型进行模拟分析及其他应用。

(二)针对学习过程的教法研究

“基于BIM的建筑设计课程”学习过程主要分为三个阶段，即BIM设计能力培养阶段，BIM设计运用阶段以及BIM设计拓展阶段。针对三个阶段不同的学习特点，采用有针对性的不同教学方法。

1.演示讲解法

第一阶段主要是应对初学BIM建筑设计的学生，基于BIM的建筑设计课程先行课有：《建筑概论》《建筑设计基础》以及《BIM建模基础》等，所以在课程之初，学生对BIM建筑设计是有一定认识的，但不具备系统完整的设计能力，即“有意识—无能力”状态。第一阶段课程设置中，设计任务选择约束较少、可发挥余地较大的小型建筑，教师在课程讲解中利用BIM技术及相关BIM展示为学生答疑解惑相关逻辑、空间、结构、比例、尺度等问题。在草图一对一辅导过程中，采用讲解教学方法及举例演示等方法，主要讲解学生遇到的不同BIM问题以及建筑空间设计问题。针对性较强，学生接受较快，效率较高，能够触类旁通，对于设计能力的培养效果较好。由于成果不要求BIM表达，学生BIM实践操作技能提高不显著，但由于过程中教师利用BIM进行教学及相关展示讲解，学生潜移默化对其产生兴趣，69%的学生能够利用课余时间进行BIM的进一步学习。

2.讨论法

第二阶段主要针对大三年级、对BIM技术已有一定基础的学生，设计任务选择略有难度的公共建筑如博物馆、商场、图书馆，以及具有针对性代表性的居住建筑如住宅、老年公寓等。任务中限制较多，不但涉及空间、流线、功能等要求，还必须满足规范、防火、疏散等的要求。在设计课程中主要培养学生解决综合问题的能力，满足各种条件的同时，做到最合理以及带有个人创意的设计。学生的主要问题更多集中在建筑合理性及创意上，教师在这一阶段辅导过程中，主要是利用BIM技术的优势解决设计中存在的问题，采用讨论的教学方法，形成“教师—单个学生”一对一讨论，学生之间“一对多”小组讨论，以及“师生间”全班大讨论等模式，激发学生的创新性和学习兴趣。这一阶段的学生是“有意识—有能力”阶段，教师在本阶段主要培养学生运用BIM解决设计问题的能力。46%学生会有意识地延伸学习相关辅助软件如：lumion、V-ray等增加表现感的软件，4%的学生结合VR软件推敲空间如：Fuzor、光辉城市等，在学生有兴趣和灵感驱动的基础上，学习效率显著提高。

3.任务驱动法

第三阶段主要是针对高年级学生，也是BIM设计拓展阶段，学生在大四阶段主要进行的是技术性较强的建筑设计，如：高层建筑、影剧院建筑、医院建筑、相关设计竞赛以及多专业的联合设计。学生在技术性较强的建筑设计中会涉及声学、光学、力学、节能等合理性分析，学生可以利用BIM模型即相关分析软件进行合理性设计分析，辅助设计。这时学生是“无意识—有能力”状态，设计素质已经基本具备，利用BIM解决问题能力已然形成，这一阶段主要培养的是学生独立“发现问题—解决问题”的能力，在设计任务中，能够结合自己的创意，找到设计中存在的问题，自学相关解决问题的方法来解决问题。教师起到引导及帮助找到自身问题的作用。教师采用的是任务驱动法教学，教师布置相关设计任务，由学生自己查阅资料、总结整理，提出问题、分析问题，通过小组讨论研究或个人分析研究来解决问题。对于竞赛及多专业联合设计训练的是合作能力、团队意识以及交流沟通能力等。这一阶段学习效果主要取决于学生自学能力及主动性。

三、提高基于BIM的建筑设计课程的学习效率的学法研究

学习效率高低不单取决于教学方法，更重要的取决于学习主体本身的主观能动性，本研究历经4年，通过对开设这门课程的学生的调查问卷反馈、对成绩好及不好的学生进行单独访谈、集体讨论总结出以下提高学习效率的学习方法：

(一)兴趣法

对于学习“基于BIM的建筑设计”课程，兴趣非常重要，通过对2014—2017级不同年级、不同班级开设这门课程的学生进行调查研究发现，学习成绩优秀或学习效率较高的学生100%是对建筑设计或BIM技术都有着浓厚的兴趣。这类同学共同点是能够主动学习，主动发现问题，并积极通过不同途径寻求解决方案。而不及格的同学80%是对这门课没有兴趣，而导致没兴趣的因素主要有：(1)对图形及设计逻辑类知识排斥；(2)设计基础知识不会；(3)不喜欢创造性思维。

柏拉图曾经说过“良好的开端是成功的一半”，兴趣就是最好的开始。兴趣是学习效率最好的驱动，对该门课程知识感兴趣，就会对相关知识点主动求解，并会做到举一反三，精益求精，加快效率。因此对这门课程感兴趣是学生提高学习效率的重要方法。

(二)借鉴法

借鉴法在学习这门课程中，主要指两方面：(1)学习实际的建筑案例，或是大师作品及成功案例；(2)在教师对其他学生一对一辅导过程中，借鉴别人的优点或缺点，优点可以借鉴，缺点在自己的设计中不出现。通过教师组的教学及与学生的座谈中，发现70%的学生在学习过程中主动采用这种方法，30%处于被动采用。

借鉴法在设计课程学习中可以起到事半功倍的作用，在借鉴大师作品的学习过程中，可学到大师的设计处理手法，同时激发自己的设计能力，在大师的基础上进行修改及添加自己的设计思想；对同类型已有建筑的参观调研，可以体会建筑空间的好坏及使用中可以改进的地方。而对于课堂上老师在讲解其他学生方案过程中，可以学到同一题目的解题思路以及要注意的问题。

(三)讨论法

讨论法分为：师生讨论和学生讨论。学习过程中的讨论非常重要。在师生讨论过程中，教师可以更清楚了解学生的疑惑，帮助他解决问题，改进其教学；学生在讨论过程中能够答疑解惑，获得解决问题的途径及办法。通过对不同年级学生的调查问卷中发现：成绩为优秀的学生90%选择师生讨论方法学习，成绩良好的学生70%选择师生讨论，成绩为中等的80%选择学生讨论，而不及格的学生，极少选择讨论方法。

讨论法随着科技的发展及手机学习软件的应用，不再有时间和空间的限制，学生可以通过诸如“学习通”等软件与教师和同学进行互动讨论，可以完成一对一师生讨论、一对多师生讨论以及集体讨论的形式。在解决问题上效率较高。

(四)预习法

预习法在“基于BIM的建筑设计”课程中，主要体现在两方面，即设计相关软件熟练掌握方面，设计素质的积累及养成方面。据问卷调查显示数据，成绩优良的学生，95%都有提前学习相关软件，学习为“中等、及格”的学生30%左右提前学习多种BIM相关软件。提前学习相关软件，在时间上争取了最大的优势。而设计素质积累包括：阅读相关书籍、参观建筑、了解建筑相关知识，培养自己艺术素养及建筑师素养。多数学生能够在上学期间做到设计素质培养，但程度有所不同，80%以上学生能够随着年级的增长，素质不断提高。

“工欲善其事，必先利其器”，用在学习上就是提前做好预习，预习法不但能够锻炼学生的学习能力，还能够有效提高课程的学习效率。

四、结语

“基于BIM的建筑设计”课程从2016年起开始分别在建筑学、城乡规划学不同年级、班级进行实践教学，与同年级未融入BIM的建筑设计课程班级对比优势显著。在人才培养计划并未有BIM相关课程加入的实际情况中，学生和教师都在不断探索与实践提高学习效率的方法与途径。在研究与实践中发现：师与生在教与学中，有效沟通是最好的相互提高效率的方法；而认真努力、求真务实的态度是唯一的途径。

随着建筑信息化不断深入建筑行业，BIM相关课程也将不断融入建筑学人才培养计划中。该研究为现阶段“基于BIM的建筑设计”课程提供了提高学习效率的教法与学法，同时也为将来BIM更深一步融入的教学体系中提供了实践经验及参考数据。