BIM背景下建筑模型制作课程改革

管佳佳

摘 要：教育部大力提倡新工科建设，鼓励传统工科专业建设引入新技术，促进其向新工科专业转化。作为传统工科专业，在科技高速发展的背景下，建筑学专业的教学也要积极引入新技术。作为新兴的建筑设计、建造辅助手段，BIM实现了建筑全生命周期的信息集成，为各方人员协同工作、提高效率提供了有利条件，为建筑装配化提供有力支持，在全球范围内建筑领域得到越来越广泛的应用。在建筑模型制作课程的教学中引入BIM相关技术，可以培养学生将建筑领域的多个环节串联起来的能力，让学生对建筑生命周期内的各个不同专业领域的分工合作深入了解，从而将学习与实践结合起来。

关键词：建筑模型制作;BIM;建筑装配;3D打印

2017年，教育部在复旦大学召开的研讨会上提出了新工科的建设，并先后形成了“复旦共识”“天大行动”“北京指南”，发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》《关于推进新工科研究与实践项目的通知》，积极推动新工科建设。建筑学是一门古老的学科，建筑学教育教学也同样要敞开胸怀，拥抱新的技术，积极向新工科转化。BIM技术即建筑信息模型，作为新兴技术，其能够将建筑领域的多个环节串联起来，实现建筑信息的集成，为各方人员协同工作、提高效率提供有利条件，为建筑装配化提供有力支持，在全球范围内建筑领域得到越来越多的应用。因此，在教学中引入BIM技术，是建筑学这门古老学科向新工科转化的有力探索。

一、建筑模型制作课程教学现状与改革意义

在建筑学的各门课程中，建筑模型制作课程着力于培养学生空间想象的能力以及表现能力，是建筑学专业中一门重要的专业基础课程。制作建筑模型是建筑设计等多门专业课程任课教师与学生讨论建筑方案、分析建筑空间与形体、推敲建筑细节的重要手段，它能够帮助学生将建筑理念与实践相结合，在实践中体会建筑的平面、立面与空间之间的关系，突破传统的、平面的、二维的表现形式的局限性。制作模型的过程是一个主动思考的過程，能够拓展学生的思维，让学生在动手中发现在绘图阶段难以发现的优点和不足，提前从结构、空间、造型等多个角度对设计成果进行检验。建筑模型制作对学生思维的发展、不同建筑设计方法的融会贯通有着重要的作用，是培养学生学习、掌握建筑设计方法的重要课程。关于建筑模型课的教学改革，国内外也有较多研究，如顾大庆在《绘图，制作，搭建和建构——关于设计教学中建造概念的一些个人体验和思考》一文中就详细阐述了教学中的建造概念，从绘图到模型制作，再到搭建、建构，尺度的变化带来的是更深入的设计概念和方法的学习。何雪钰在《建筑学专业课程整合浅谈——以建筑模型制作课程为例》一文中探讨了建筑学专业的各个专业课程与建筑模型制作课程之间相互整合，合作培养学生设计能力、提高学生素质的方法及意义。

国家实施制造强国战略，要求中国制造业在自主创新能力、资源利用效率、产业结构水平、信息化程度、质量效益等方面转型升级。新工科背景下的建筑学教育同样要响应国家这一战略，培养能够适应国家这一战略需求的人才，完成从中国制造到中国创造的转变，培养学生在新空间、新结构、新材料以及新施工等方面的能力，提升学生的创新能力，提高建筑产业的信息化程度及质量效益。建筑学与设计、施工、运营等方面多个专业都有着紧密的联系，因此，建立大设计平台，打通专业壁垒，融合建筑相关的不同专业及课程，打造新工科，培养多学科复合型人才，是建筑学教育教学改革的发展方向。其中，建筑模型制作课程在将不同的专业学科及教学内容相互融合方面具有其独特的优势。

在建筑模型制作课程中引入数字化、信息化、智能化技术，从BIM入手，同时使用3D打印技术，实现从模型到建造的过程转变，引导学生理解智能建筑及智能施工。同时，实现从学习到工程实践的无缝对接。

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》提出要培养学生勇于探索的创新精神和善于解决问题的实践能力。这些能力是学生综合素质的组成部分，是学生未来职业可持续发展的核心。培养土建类专业人才不仅要注重培养学生运用设计理论和方法解决实践问题的专业素质，更要注重培养学生的创新思维和实践能力。

高长征认为我国高校长期受到“学院派”教育体系的影响，低年级的建筑设计课程往往侧重于基本功的训练，是一种以类型为基础的技能教育。从国内部分高校调研情况看，建筑学专业课堂教学主要采用的教学模式是让学生钻研、分析大师作品，学习不同类型的典型民用建筑的设计方法及基本规律，是一种以类型为基础的技能教育。模型制作课程的教学内容为这种模式服务，多是要求学生制作建筑大师的建筑作品模型。制作方式多为使用模型板等模型制作材料制作尽可能逼真、精美的模型。对外立面和造型极尽雕琢，在一定程度上忽略了对设计过程的关注，对建筑的平面布局、流线设计、空间、结构、施工技法等缺乏思考，造成与实际的建筑建造过程脱节的现象。渐渐地，模型制作课程也就退化成为相对独立的、重复的手工训练。这种教学模式注重结果，忽视了过程，与建筑设计的其他专业课相互割裂，背离了制作模型最开始的目的，对建筑创作的意义也有一定程度的削弱。

二、建筑模型制作课程教学过程改革

（一）整合、建设建筑模型实验室智能制作系统，借助BIM体系实现从图纸到建筑工程全过程复演的模型制作实验教学过程

BIM，即建筑信息模型（Building Information Modeling），是一种设计技术，是依托设计云平台的三维智能设计方式。它是以三维图形为主的电脑辅助设计工具，通过建立建筑三维模型，利用数字化技术，建立完整的符合实际的建筑工程信息库，整合建筑全周期内包括设计、施工、运营等各方信息，满足建筑相关各方人员的信息交互需求。BIM的出现正在改变建筑项目参与各方的设计与协作方式。

在建筑模型制作课程的改革中，与其他建筑设计的主干课程相结合，学生借助建筑模型制作修改、完善自己的课程设计。同时，将BIM引入课程中，将建筑各个不同阶段的工程信息，如图纸、建筑材料（模型材料）等集成在一个BIM模型中。借助BIM体系，根据模型制作的需要，将一个建筑拆分出不同的建筑构件，再利用计算机及多种制作工具，分别做出模型构件，最后进行装配拼装，各个过程的逻辑关系如图1所示。2016年，国务院出台《国务院办公厅关于大力发展装配式建筑的指导意见》，大力发展装配式建筑。而在这个模型搭建的过程中，学生也可以对建筑的建造及装配式建筑有一个比较深入的了解。

（二）多种方法制作建筑模型

BIM信息完善后，可以使用多种方式进行建筑模型的制作。比如，既可以使用电脑控制激光雕刻机进行雕刻切割，又可以使用3D打印机对一些异形构件打印后拼装。3D打印建筑是目前建筑行业的发展方向之一，与BIM系统相互配合。学生通过计算机控制，选用相应的建筑材料进行打印，实现对复杂建筑形体、异形建筑模型的快速、有效制作，从而对复杂形体建筑、异形建筑的空间、形体有一个更为直观的理解，辅助建筑设计。同时，让学生了解建筑行业未来的不同发展方向，进行建筑实践。

（三）改革考核模式，建立评价体系

现阶段建筑模型制作课程的考核模式与普通课程并无过多不同——由任课教师根据成果给出相应分数。考核模式的改革在以往單一由教师给出成绩的基础上，不同的设计阶段加入小组互评、教师评价、展示投票，形成多重评价体系。成果评价的内容在单一的模型成果展示的基础上加入建筑设计展示、作品分析报告、模型制作过程等各个阶段的成果并进行答辩。最终的成果提交包括建筑设计图纸、制作的模型成品、演示文稿、视频及BIM制作的相关文件等内容。在这个过程中，学生的任务不仅要制作精美的模型，还要在制作过程中对建筑进行思考，对自己设计、制作的作品有深入的理解及分析，了解其优点与不足，制作出的模型与平面上的图纸差距在哪里，杜绝将平面、立面与建筑整体割裂的设计现象。在答辩讲解过程中，不同小组的成员之间互相提出问题，进行交流，可以使学生更加细致地从不同角度思考，加深对建筑的认知。这个答辩过程不仅是互相交流学习的过程，而且也保证了成绩评定的客观公正。

（四）改革目标

在建筑模型课程中引入BIM技术，并使用多种工具辅助模型制作，希望学生能够掌握新的技术，对建筑设计能够有更深入、全面的理解，学会以下三个方面：

第一，计算机辅助模型制作，建立BIM模型系统，与建筑工程实践相结合。

第二，建立3D打印模型系统，实现从模型到建筑的对接。

第三，借助模型的制作及搭建过程，学习装配式建筑的相关知识。

三、改革中遇到的关键问题

（一）需要解决的关键问题

首先，要根据改革目标修订建筑模型制作课程的教学文件，在教学计划、教学大纲、考核方法、考核标准、评价标准等文件中体现BIM环境下的模型制作实训内容和特点。其次，协调建筑模型制作课程与其他建筑专业课程之间的关系，将模型制作与建筑设计、建筑历史等专业课程结合起来，通过课堂教授、交互授课等方式协同教学，以增加模型制作课程的实践性、能动性、多样性。最后，无论是计算机辅助模型制作，建立BIM模型，还是利用3D打印模型，都是建立在相关软件的基础上。因此，学校需要进行相应软件的开发，并进行BIM软件培训。

（二）解决方案和方法

教学改革的顺利实施和开展需要完善的思路和方案。只有深入教学一线，经常和学生进行沟通，了解学生的实际需要和该课程实际存在问题，才能不断改进和完善，最终实现学生综合素质的提高。

学校整合模型实验室现有模型制作设备，按照BIM模型系统的相关要求建设改造实验室。在现有设备条件下，结合建筑设计课程的进度，指导学生进行BIM模型系统的建立，使其在BIM模型系统的帮助下制作建筑模型，并借助建筑模型辅助建筑方案设计，学习建筑工程全过程的相关知识;进行BIM软件培训，从设计理论、手法、技术等角度，教授BIM操作的相关知识，培养学生BIM体系设计的能力;与学科竞赛相结合，激发学生的积极性，如与全国高等院校斯维尔杯BIM软件建模大赛结合，为学生提供多种实践途径。

学校应组织相关专业教师针对该门课程建设和改革提出意见和建议，并配合完成该门课程的改革和优化;制订教学方案，优化考核评价体系并广泛调研;与兄弟院校进行广泛交流，了解其他高校针对建筑模型制作课程的教学方法，并汲取相关经验。

学校应建立信息网络交流及成果展示平台。一个建筑模型的完成，需要各种资料的搜集，如相关建筑知识、项目信息、往届作品参考、优秀制作经验心得等。一个共享信息的交流平台，可以为学生提供便捷有效的资料信息获取途径，帮助学生更快地进入实践阶段，而成果展示则可以给学生提供互相交流评价的平台以及更直观的参考。

通过对建筑模型制作课程的建设和改革，在建筑模型制作这门建筑学基础课程的教学中引入BIM相关技术的使用，可以帮助建筑学专业的学生将建筑领域的多个环节串联起来，使其对建筑生命周期内的不同专业领域的分工合作进行深入了解，获得多方面的知识技能。比如，建筑模型智能制作、BIM系统建筑模型建立、3D打印建筑、装配式建筑等多方面的基础知识和基本技能，得到较好的建筑设计、建造的训练和实践，并最终实现理论知识和实际应用的良好结合，提高学生的综合能力，顺利衔接日后的工作实践。

参考文献：

[1]顾大庆.绘图，制作，搭建和建构——关于设计教学中建造概念的一些个人体验和思考[J].新建筑，2011（4）：10-14.

[2]何雪钰.建筑学专业课程整合浅谈——以建筑模型制作课程为例[J].长江大学学报（社会科学版），2008（6）：247-248.

[3]高长征.建筑模型制作课程教学模式改革探讨[J].华北水利水电学院学报（社科版），2012（2）：184-187.

[4]刘骜，蒋山，唐瑜.基于建筑业BIM体系的建筑学专业教学建设初探[J].建筑与文化，2017（11）：64-66.

责编：艾 和