BIM数字建造实践教学探议

孙皓　邹贻权

[摘 要]BIM数字建造实践课程的目的是探讨BIM实践教学方法以及BIM核心技术在公共空间设计中的应用。针对BIM设计特点，结合行业BIM设计应用人才要求，实践课题教学研究从课题选择、实践组织、教学方法、成果形式几方面相应采取有效的教学对策;这是对尚处BIM运用初级阶段的公共空间设计的一次有成效的尝试，实践成果为BIM教学与应用积累了经验。

[关键词]数字建造 实践教学 BIM设计 族样板 族的参数化

[中图分类号] TU17[文献标识码] A[文章编号] 2095-3437（2015）06-0107-03

引言

当前，国内计算机辅助设计正转向数字信息化模型（Building Information Modeling，以下简称BIM）技术，国内的一些高校建筑学专业计算机辅助设计课程的教学改革，取得了一些较好的经验，值得我们认真学习。例如：华南理工大学计算机辅助设计已经全面展开BIM技术教学，形成完整的教学体系和教学模式，在专业教学上突出BIM技术的教学应用;同济大学建筑学在计算机辅助设计这方面，加强了“可生成性”在教学板块的权重，相关教学团队已经将教学从计算机辅助设计的工具应用，转向整个设计过程的数字全息化呈现过渡。

西方各大建筑学院中经历了多年的BIM技术教育的实践，已形成了各自的教学特色。例如：美国加州理工大学建筑和环境设计学院的计算机辅助设计，将BIM纳入课程中，并于2007年起开始在核心课程中采用BIM软件;亚琛工业大学开设计算机辅助设计课程分为BIM基础选修课（建筑学专业学士学位）和BIM专业选修课（建筑学专业硕士学位）两大类。基础类课程面向设计，高级类课程注重实践。

湖北工业大学的BIM设计教学最先在土木工程与建筑学院建筑学专业开展，由于起步较早，积累了丰富的教学与项目设计经验，BIM在建筑设计中的应用处在较为前沿的水平。

就目前建筑行业的发展来看，BIM在建筑设计应用发展较为迅速，在一些专业应用相对成熟，如水电、暖通设计以及碰撞检查。建筑设计BIM应用也带动了与之密切相关的专业设计，如室内设计。因此，以建筑为主导的BIM设计对于人才的需求呈现一种增长趋势。普及和提高BIM整体应用水平是大学计算机辅助设计教学改革的一个新方向。何关培的研究表明，BIM应用分为三个层级，即个人应用、企业应用、行业应用，其中个人应用的普及是提高BIM整体水平的基础。

在室内设计领域对高级BIM设计人才需求的缺口很大，许多大型的公共建筑在项目设计全面应用BIM技术，室内设计时也要求使用BIM技术。由于目前BIM在室内设计应用研究方面处在初级阶段，公共建筑室内设计往往缺少BIM合作团队的支持，因此，从提高行业水平和拓宽应用范围角度讲，BIM设计教育前景很广。鉴于此，本次实践课题定位于公共建筑的室内空间设计研究，以BIM技术应用为核心，从课题的选择、实践的组织、实践教学方法、实践教学成果等方面进行一些教学尝试，具体内容如下所述。

一、课题的选择

实践教学要做好选题工作。选题好坏直接影响最后的实践成果质量。

选题方向依据湖北工业大学本科“721人才培养模式改革的基本原则”为指导思想，基本原则中的第二条提到“主动适应国家重大战略需求、学科专业相关的行业需求、区域经济需求和紧缺急需人才需求，具有一定的前瞻性”，初步确定数字建造实践教学选题定位在BIM技术还未涉及的室内设计领域，尤其是公共空间设计。

从以往的实践教学经验总结来看，控制好实践课题的难度是一个关键问题，课题的难度与施工技术有很大关联，施工技术是选题要考虑的首要因素之一。其次，选题充分考虑参加实践的学生人数、专业方向和学年层次;再次，考虑假期实践教学周期和实践设备的安排等综合因素;最后，考虑课题的代表性、典型性和相对的完整性，保证学生在较短的实践周期内在BIM建造层面和建造装饰构造层面得到有效的训练。指导教师根据以上四点原则确定实践课题为某公共空间的卫生间数字化建造。公共空间的卫生间作为BIM数字建造课题，具体考虑如下：首先，公共空间的卫生间的装饰构造技术标准性强，技术成熟，普及率高，相关技术学生在“建筑装饰材料构造”课程中有所接触，学生能很快掌握数字建造对应的构造技术，可以把更多精力投入到BIM数字建造技术上，以确保利用教学周期的时限出成果。其次从面积上考虑，公共空间的卫生间面积比厅堂类空间小，学生在数字建造时易于控制模型，其模型数据运算也是现有硬件条件的极限。从最后的实践成果来看，这次实践活动选题难度适中，达到了预期效果。

二、实践的组织

团队的组织。本次实践活动团队成员来自建筑学、室内设计、景观设计三类专业，团队按照设计院项目组的模式组织，团队成员共4人，其中1人为团队负责人。团队负责人的选拔主要从两方面考虑：一是具有扎实的专业知识，二是已经具备一定的经验，熟悉BIM数字技术，且由一位高年级的同学担任。负责人主要组织日常的工作，如给小组成员安排任务、制订实践进度、协调设备使用等;模块任务分配也由负责人与成员一起协商确定。此外，负责人还有一项重要的工作，即组合各子系统的模块，形成完整的模型体系。模拟设计院项目组的机制能最大限度地实现学生的自我管理，有效保障课题任务的顺利实施;同时模拟设计院工作模式也利于发挥团队成员各自的专业优势，使学生熟悉BIM协同作业的工作流程。

实践内容的组织。为使学生在较短的实践时间内完成数字模型的建造，教师一定要有针对性地拟出本次数字建造使用的重点技术提纲，学生围绕提纲展开研习，少走一些弯路。技术提纲主要包括两方面：施工技术方面，体现为节点构造，如天棚龙骨构造、墙体围护构造等;BIM在本次课题中的核心技术，如族模型技术、参数化设计技术等。合理的实践内容组织，有利于学生掌握数字建造中必备的专业知识。

三、实践教学方法

实践注重能力的培养，展开研究性学习。指导教师在实践教学中扮演引路人的角色，不宜采用灌输性质的教学，也不应采用师傅带徒弟的传统方式。实践教学活动不能停留在认知和学技术层面，而应注重培养学生研究问题、解决问题的能力。以下是在BIM数字建造实践教学实施中采取的几点措施：

（一）案例分析

案例教学以BIM设计思维为切入点。由于BIM突破了传统设计工作中的重复劳动过程（人脑思考空间关系通过透视及正投影来描述）。BIM设计思考过程的逻辑是，直接在三维环境下进行设计推敲，能更加有效提高本职工作的价值，提高工作质量。因此，首先比较BIM设计案例与传统数字化设计中设计状态的差异，剖析传统技术思维更多的是一种“画设计”，设计多半是在二维图纸状态下完成，而BIM则不同，BIM的设计状态处在三维虚拟建造状态，三维状态下的设计成果以直观方式即时呈现。其次展开案例分析，案例分析的目的并不是要学生“照”着做，而是要让学生树立正确的技术思维观念，案例分析教学以采用BIM设计的实际项目为基础，一是分析建筑室内空间围护系统的组成，以及不同的系统采用的不同结构技术，如天棚系统的龙骨分布方式、龙骨组合方式、饰面材料安装方式;二是结合项目结构层面的内容与BIM设计层面的内容对应分析，明确BIM设计中的技术思路，引导学生从系统建造角度应用BIM技术;三是明确数字建造策略。实际项目设计有渐进性特点，设计不可能一开始就达到详细设计的深度，因此要求学生在数字建造过程中遵循从总体数字模型建造、子系统数字模块建造、数字化模块组合的设计流程，并根据数字建造流程采用不同的数字建造策略。

（二）指导研究性学习

实践教学的主体是学生，独立性是主体性的最突出的体现，实践教学就是要培养学生在研习中掌握BIM数字建造技术。

构造技术的学习。构造技术首先是要求小组成员熟悉国家相关的技术规范;其次了解材料的性能、尺寸（在BIM中需要对模型进行属性的定义），熟悉各子系统具体的构造方式;再次是了解施工工艺和施工程序。本次数字建造的主要构造归纳起来有悬吊类的顶棚轻钢龙骨构造、贴面类的墙地面构造、门窗构造等。指导教师提出指导性学习策略：总体了解，分系统深入学习。即小组成员都需要了解本次课题中设计采用材料与构造，负责各模块制作的成员必须深入学习本模块的构造技术，一定要达到熟练的程度。成员掌握实际的构造技术程度对BIM数字模型建造、二维图纸的深度产生很大影响，这就是前文提到的“画设计”和数字建造的本质差别。

BIM技术的学习。由于国内室内公共空间设计应用BIM技术尚处在刚刚起步的初期阶段，可借鉴的项目案例很少。因此，指导教师为团队提供有效的学习资源是课题完成的基础保障。具体来讲，根据实践项目的技术需要，指导教师应有针对性地为学生提供BIM外文设计案例资料。学生也发挥学习的主动性，采取了一些具体有效的做法，例如：将BIM案例资料翻译成中文以便于小组成员学习交流、归纳案例中使用的BIM技术、总结案例的设计流程等。经过初步的案例学习后，学生们结合实践课题展开讨论，并运用所学知识做了一些小型的建模实验，检验前期的讨论总结出建模方法。这种边学边练的方式大大提高了BIM建模技术的学习效率，学生的建模思路逐步清晰，为后续的数字模型建造打下良好的基础。

（三）问题讨论与解决

通过讨论集思广益，通过试验解决问题。在数字建造的每个阶段都会产生一些问题阻滞课题的进度。为了突破瓶颈，指导教师与小组成员共同选择阶段的核心的、共性的问题展开小组讨论。在讨论中教师从不同方向展开引导，小组成员集思广益，不断发散思维，各抒己见，找出产生问题的各种可能，梳理解决问题的切入点，通过大量试验找出解决问题的关键技术。下面举例说明。

问题一：模型没有传达建造中必要的数据和信息，只用Revit技术来建立粗糙的建筑模型。这属于认识层面的问题，一般产生于实践操作的初级阶段。问题根源在于对BIM信息模型认识粗浅。针对这一问题，指导教师加强构造知识的学习，提出“建立模型主体框架，逐步层层深化”的建模思路。从最终成果看，BIM研究小组建立的模型达到了施工图要求的深度。

问题二：“基于天花板的常规模型”的族文件无法载入项目文件。这个问题看似为一个子系统的问题，但实际上会影响到模型整体数据的运算。小组成员经讨论和大量的操作性实验终于找出问题的关键：建模过程中没有合理运用“族”样板。虽然建立的模型体积不大，但模型中存在许多的连接细小构建，这使得单个模型的面数量急剧增加，导致模型虽小运算量仍然十分巨大的结果，造成族文件导入项目文件中无法生成模型。找到问题根源后，小组成员提出了优化解决方案：先将一个模型复制到剪切板上，然后新建一个“基于面的常规模型”的族，并从剪贴板上将模型粘贴到“基于面的常规模型”族样板中。将作为“基于面的常规模型”的一整个族导入此模型所在的系统。调整好位置后，再将“基于天花板的常规模型”导入项目，正常地生成模型。通过问题的解决，小组成员对BIM中“族与族之间的层级关系”的重要性有了更深刻的理解。

问题三：无法构建可以编辑成为体系的自定义族。这属于典型的参数建模问题，即“族的参数化”建模。由于现有的资料还不足以支持对问题的解决，小组成员先从“族参数”着手摸索流程的设置，在“添加参数”这一环节遇到瓶颈，模型设计总是无法正确设定参数。在陆续试验中大家发现参数设置与参照平面有着密切的联系，于是从“参照平面”的属性设置着手，但也没成功。虽然采用上述方法没有达到目的，但试验的范围在缩小，最终得出“族的参数化”与标注有着密切的联系的结论。经过大量试验的累积，小组成员得出了族参数化设置的主要流程：先对已建模型的参照平面进行标注，然后设置标注的性质，选择“添加参数”对族的参数进行设置，设置完族的参数后导入项目，便可以对模型展开自定义编辑。至此问题得到解决，小组成员掌握了“族的参数化”建模技术要点，提高了建模工作效率。问题的研讨有利于深入展开研究性学习，不断试验的工作方法，一方面促使学生们掌握并应用BIM核心技术;另一方面，极大提高了学生们实践的研究能力。

（四）实践教学成果的形式

三维信息化模型是这次BIM数字建造实践核心教学成果，为更好地验证实践活动的效果，更好地促进实践教学和实际应用，我们以三维信息化模型基础出版了电子图纸，编制了电子教程。

出版电子图纸。电子图纸涉及信息模型的图纸转换。室内公共空间无论采用何种方式设计，设计的结果最终要以规范的图纸形式用于指导项目施工，所以二维的施工图是本次数字建造的重要成果之一，即是否能将数字信息模型转换为二维图纸，这也是检验实践水平的一个重要标准。从图纸转换新情况看，平面图、立面图、剖面图反映的信息完善，节点大样图详细深入，如填充材料的图示准确，详细结构的组合关系层次清晰，文字、尺寸标注信息完整等，在一些细节上的表达都比较理想，达到了能实际应用的要求。

编制电子教程。以课题的信息模型为基础编制应用教程。编制教程的目的是总结设计经验、优化设计技术、推广BIM信息技术在室内设计领域的教学和实际项目应用。基于此思路，我们采取的做法为：在设计每个环节的建模过程都做了相关图像保存，同时配上必要的文字说明。按照BIM设计流程，将各个模块的建模步骤、建模思路以及每个模块使用的关键技术以图文结合的方式编制成电子教程。这也为实践教学与交流提供了实用的案例，为以后的深入研究打下良好的基础。

四、结语

总之，建立在“学科专业相关的行业需求、区域经济需求和紧缺急需人才需求”的BIM实践教学活动，就是要学生通过实践掌握“真刀实枪”的前沿的设计技术，熟练运用各种施工构造，不断提高研究性学习的能力。同时该实践项目也是对计算机辅助设计课程教学延展的一个有益尝试，所采用的教学方法已初见成效。通过该实践项目，我们将进一步探索切实可行的、符合课程特点的实践教学方法，为BIM教学与应用走向成熟积累经验。

[ 参 考 文 献 ]

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[4] 李建成.建筑信息模型与数字化建造[J].时代建筑，2012（5）：64-67.

[5] 段培永.应用型创新人才培养的研究性教学模式探析[J].山东建筑大学学报，2012（4）：440-443，450.

[责任编辑：覃侣冰]

[收稿时间]2014-12-26

[基金项目]本文为湖北省教育厅教研项目《校企协同下的BIM创新人才培养模式研究与实践》研究成果之一（课题编号：省2012274）。

[作者简介]孙皓（1969-），男，江苏南通人，硕士，湖北工业大学土木工程与建筑学院建筑艺术系讲师，研究方向：建筑学、风景园林设计基础教学及理论研究。