| 标题 | BIM技术融入高校环境设计专业本科教学的研究 |
| 范文 | 孙奥 汤常鸣 王玮 摘要：将BIM的思维与技术作为课程与实践项目应用于环境设计的本科教学。通过在环境设计课程中引入BIM技术、提升教师的BIM技术能力以及搭建校企合作的实践平台，对学生进行有关BIM的教学。学生通过了解设计市场当前的人才需求，进行BIM课程的学习与实践，并能够应用该技术进行实际项目的设计。通过在环境设计课程中引入BIM技术与理念，顺应设计市场发展趋势，培养BIM设计人才，也提高了高校环境设计专业的教学质量。 关键词：BIM技术 环境设计 教学方法 教学改革 软件应用 中圖分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1003-0069（2020）06-0130-03 Abstract： To apply BIM thinking and technology as a curriculum and practicalproject in the undergraduate teaching of environmental deoign BIM technology wa。introduced into the course of environmental design， teachers' BIM technical abilitywas improved， and a practical platform for school-enterprise cooperation was built toteach students about BIM.students learn and practice BIM courses by understandingthe current talent demand of the deoign market and can apply this technology tothe deoign of practical projects by introducing BIM technology and concept intothe course of environmental design， it conforms to the development trend of designmarket， traino BIM deoign talents， and improves the teaching quality of environmentaldesign major in colleges and universities Keywords： BIM rechnology Environment design Teaching methods Teachingreform Software application 一、BIM技术的概述 （一）BIM的概念 BIM的全称为Building Information Modeling即建筑信息模型，是一种基于三维模型的设计思路与方法，也是一个能够将其中信息进行共享的资源集合体，其中包含几何与非几何的信息描述，对设计中物理和功能特性数据进行集中整合进行数字化表达，并依次进行设计、施工、运营的及过程和结果的总称。 （二）BIM技术在国内外发展与应用的现状 美国是最早推广BIM技术的国家，也是最早颁布BIM技术标准的国家，最初BIM技术应用在与军事相关的大型项目之中，随后对威斯康星州针对一定造价的公共建筑也提出了要使用BIM技术的要求。新加坡与澳大利亚同样很早开始在国内建筑业推广使用BIM技术进行建设。 同时在2010年前后，更多的国家也开始逐渐颁布自己国家与建筑信息相关的标准。希望该项技术能够优化现有设计，提高效率以及减少建筑浪费。 BIM概念在国内第一次被引入是在2003年，随后出版了国内第一批介绍BIM及其理论与实践的系列丛书。并且在国内的建设工程项目中也开始应用BIM技术来进行建筑设计，例如2008年建成的国家游泳中心，该项目借助BIM技术快速有效地解决了复杂的钢结构问题。在随后的上海世界博览会以及上海中心大厦等项目上，都在设计过程中应用了BIM技术。住房和城乡建设部也在2011年发布了《2011～2015年建筑信息化发展纲要》，明确指出在施工阶段开展BIM技术的研究与应用，推进BIM技术设计阶段向施工阶段的延伸。从此拉开了BIM技术在国内应用的序幕。在近几年，BIM技术也被广泛应用到建筑工程外的其他设计领域，例如包含着室内设计、景观设计等内容在内的环境设计领域之中。 （三）BIM技术人才的市场需求 随着BIM概念在2003年在国内引入之后，国内各大城市，更多企业也开始在更多的设计项目中使用并推动BIM技术的发展。其技术价值也被越来越多的人所了解：帮助设计项目减少错误，缩短项目周期;可以精准预测建设成本和时间;提高施工安全指数;节约建设成本。同时BIM技术的应用具有广度和深度，即各类设计项目都可以使用BIM技术，也有多种职业人员可能应用高该项技术。 综上两点，随着BIM技术的不断发展与成长，被更多的人所认可，BIM技术的发展与人才需求也在不断增加，有很高的市场需求。 二、环境设计教学的现状 （一）高校环境设计专业的概述 环境设计专业不同于纯艺术类的专业，除了学习美术相关等理论基础课程，也需要学习能够解决实际设计问题的技术课程。且环境设计专业本科教学毕业生的就业去向主要为建筑及装饰装修相关的设计公司，学校通过各类课程的设置教学，使学生具备一定的艺术审美及设计表达能力，使学生能够顺利毕业并具备进入相关行业工作的能力。 （二）环境设计教学的现状 环境设计是一门综合学科，所以在本科阶段的教学中包含的内容十分广泛，所学的专业内容主要分为两部分即史论课程以及专业课程，专业课程中包括室内设计、景观设计、空间设计等多个方向的专业课程。环境设计教授学生的方式也主要以理论与实践相结合的形式为主，通过对常用设计软件的使用与学习实现对自身设计思路的表达，即通过专业理论的学习后布置题目来进行模拟的设计练习。 （三）传统环境设计教学的缺点 1.设计表达片面化 环境设计中的课程例如室内设计，在学习的过程中会包含其相关历史课程以及软件表达的技术课程。课程作业很大程度上只关注艺术的形式，例如色彩，空间造型的关系等。而忽略了设计项目的全周期内容，例如在设计中的物理环境背景、造价问题等。导致设计内容只停留在想法，而不能很好地与现实相链接。 2.设计思想及变现手法陈旧 教学内容陈旧并与其他课程联系不足。在信息技术飞速发展的今天，新事物产生的速度远远超过事物被验证的实践，一些本科教学中关于设计的思维方式与技术表达的内容难以满足当今社会的设计市场需求。 传统的环境设计理论不能满足如今个性化审美需求的表述，传统设计表达多以手绘、CAD、3dMax等软件为主。当前的设计软件表现不能够满足日趋个性化的设计需求。 三、BIM技术在环境设计中的应用 （一）室内设计中的应用 现代室内设计是从建筑与环境科学中独立出来的专业，所以室内设计的学习内容既包括建筑设计的内容，也会受到新兴科技与艺术的影响。所以BIM在室内设计课程中应用的方面主要体现在以下几方面。 1可视化 可视化简单说就是设计的内容是可见的，区别于以往室内设计课程中要求的二维图纸表达方式，BIM技术将以往的CAD_维图纸可以创建为三维的立体图形呈现在眼前，并在其中可以看到室内设计中所应用的家具、陈设、材料、灯光等内容，让设计表达更加完整、准确、清晰。以Revit为例，还可以对当前模型根据需求划分精细度来显示，以满足不同视觉下需求信息的要求。 2.参数化设计 参数化建模是指通过参数与约束建模的方法。BIM中每个图元以构建的形式出现，通过参数的调整来确定构件之间的差异。同样，在构件之间通过参数的变更，也会引起其他构建实时的相应变化。并且这种变化在所有视图中都可以双向进行，无需对每个构建进行单独修改，保证了图纸的一致性，也能够提高工作效率与质量。 参数化构建的简单例子，如在室内空间内放置两张桌子，而这两款桌子只在长度上有区别，其他的数据都相同。在传统设计软件中我们需要做两个不同长度的桌子模型，而在BIM软件中，我们只需要将桌子这个构件的长度进行约束设置，建立一个参数化模型而在使用时修改长度即可表现出两款桌子的构建模型。 3.协同化设计 室内设计脱离不了建筑以及其他专业设计而存在，在实践解决问题的过程中，个人并不能完成所有的设计内容，运用BIM技术可以使室内设计、MEP等不同专业的设计人员通过同一设计平台开展工作，且设计数据保存在同一平台上。这样在设计团队内部搭建了有效的专业沟通平台，成功实现信息有效共享。对于室内设计人员来说可以及时了解到建筑的原始空间、水暖电的管线铺设等内容，了解现有建筑构件以及管道设置，并可以随时根据其他设计内容的修改而进行完善，减少重复检查模型来回传递的过程，实现信息共享，形成可以相互协调沟通的有机设计体系。这样在设计过程中就可以避免碰撞，减少设计的错误，提高设计效率。 同时在此基础上，也可以将工作平台与客户、材料供应商等人员分享，使参与者都能够得到被共享的信息，让客户了解到设计的进度，或是在施工过程能够反映出现实状况，促进人员之间相互的沟通与交流，方便进行管理，从而保证设计内容高效协调且顺利地进行。 4.性能与优化设计 大型的室内设计空间对物理环境也有一定的要求，例如声、光、电以及热环境。在BIM设计中可以对设计好的构件添加各种物理数据，例如灯光构件可以精确设置其功率以及瓦数。并将这些数据输出到具体的分析软件中，为设计呈现的最终效果增加确定性与真实性。 同时在BIM中，数据的不断改进都是在帮助整体设计的优化。室内具体空间的多方案化设计可以为客户的选择提供更多可能，使设计最终呈现能够更加契合其需求与心理预期;对于异形构建的设计，通过正式施工前的多次模拟，也可以降低错误的发生概率;视图中的漫游与可视也能够及时检查到设计中存在的问题并进行及时修改。诸如此类设计都是其优化的体现。 5.设计管理统计 室内设计在设计结束以后也需要统计设计项目在施工中实际需要的成本内容，例如门窗表、设计的面积与体积信息、所布置的装饰构件数量等内容。在传统设计中这些内容信息可能需要反复核对与计算，而BIM技术本身就是一种信息集合，能够精确对整个模型内的这些信息进行统计，有效对设计内容进行数据管理，保证设计成本的可控性。 （二）景观设计课程中的应用 景观设计指风景与园林的相关设计，包含自然景观与人工景观，主要服务于城市、居住区、风景区等场地。景观设计同室内设计一样，都是基于人的尺度来进行设计，在其额外之处BIM技术在课堂上的应用主要体现在以下方面： 1.可操作性分析 景观设计对外部自然环境也有一定的要求，在设计之初，需要对地理信息、土壤信息、水源信息等进行调研、取样评估。利用BIM技术将调研来的信息整理分类，了解并模拟设计外部环境，进行科学的、有依据的可操作性判断。 2.地形设计 地形设计使景观设计与建设的基础与骨架，对后续的设计有着重要的影响，所以在设计过程中也需要优先解决场地的有关内容。通过BIM技术，可以对地形调查的数据进行统计与整合导入软件构筑三维地形图，进行分析及计算，并根据设计的具体要求展开土方計算，对地形中坡度、地形朝向、水环境等内容进行人工设计。 （三）绿色建筑设计中的应用 随着世界大环境的不断发展与变化，人们开始进行绿色的、可持续化探索，建筑作为人工建造的环境，必然也进行相关方面的探索，在二十世纪九十年代首个绿色建筑标准发布及推广后，绿色建筑逐渐成为了建筑设计的发展方向，国内近些年也在积极推进绿色建筑。 绿色建筑是指在建筑的全寿命周期内，最大限度地节约资源（节能、节地、节水、节材）、保护环境、减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑。在环境设计中，绿色建筑的要素可以体现在对所设计内容的风环境、光环境、雨水环境以及能耗等内容。 这些内容可以通过BIM技术同时系统的解决，为同一模型设计提供多种分析，从设计流程可以用BIM软件将有关绿色建筑的数据导出再模拟，最后再根据模拟出的最佳数据进行设计。通过以上方面的分析，可以帮助所设计的内容寻找到最佳的场地位置，以满足室内外空气的流畅与自然通风、以及是否需要开设天窗增加自然照明进行采光优化等内容。 （四）智慧设计中的应用 随着现代网络信息技术以及物联网的不断发展与兴起，对环境设计的要求也在逐渐提高。这些方面不仅体现在设计内容中，也体现在设计的表达与最终呈现之中，BIM技术所贯彻的环境设计项目，可以实现设计全过程的信息化与智能化，在设计阶段，可以通过三维模型进行直观的可视化模拟展示，同时还可以对照明等内容的表达进行最大程度的真实处理;在设计造价过程中，通过对模型内部信息数据化管理计算，使结果更加精确;在施工阶段，BIM技术则可以对其过程进行预先模拟，在实际建设过程中提供精细的数据化支撑;在运维阶段则可以为管理者提供完整的建筑模型信息，降低管理成本与风险， 环境设计的范围也可以拓展到城市发展的整体环境中，近些年国内开始逐步建设智慧城市，智慧城市是指利用信息技术，将城市的系统与服务链接集成。BIM技术可以应用到其建设中去，即对城市内的智能建筑与资源供给的信息共享，营造可持续的发展环境。同时在城市的发展建设中运用BIM技术将各构筑物的信息集合起來，对城市运转信息进行监测与规划引导。同时在对城市建筑的维护上可以借助BIM技术，利用信息化系统自动维护，能够及时发现并解决出现的问题，有效促进城市的良性发展。 四、BIM技术在环境设计教学中的应用方法与成果 （一）在环境设计课程中加入BIM课程 设计市场当下发展过程中需要BIM技术的相关人才，随着市场对这种技术的逐渐认可与广泛使用，其人才的需求也不断增加。为了配合市场需求，高校对于BIM技术也开始进行相关教学与研究。所以，为了培养与社会需求紧密相关的人才，在环境设计教学中引入BIM技术教学。 在学生入学之初可以通过讲座为学生引入BIM技术的理念，环境设计专业学生入学的第一学期，可以通过在与学科发展趋势的相关课程中向学生们介绍BIM技术的相关理论与概念，BIM的相关历史以及当前应用的状态。使学生及时了解数字化、信息化下的设计现状，进而使学生对BIM相关课程产生兴趣，为其以后的学习应用打下基础。在教学中可以讲授BIM技术相关设计表达软件，让学生可以对其操作上有所了解，在随后的课程中也对软件进行应用，提高实战技能。 BIM技术的相关软件按功能可以分为建模软件、分析软件与协同平台三部分。以欧特克公司的Revit与Navisworks软件的使用最为主流，同时国内的鲁班与广联达也拥有BIM系列相关软件，除此之外，活跃于市场的还有ArchiCAD、CATIA等BIM相关软件。 以东北大学的环境设计专业培养计划为例，在专业概论与职业发展的24学时（每学时50分钟）学习中，选取其中的4学时，请有BIM技术的前端人才来做BIM相关的介绍讲座;在学生结束大二春季学期的课程之后，在随后的夏季学期实践周中加入环境设计BIM技术为期两周的课程，同时增加在第七学期的毕业实习周数。 在设计周实践课程中，围绕环境设计专业中所需要学的简述设计、室内设计、景观涉及等课程，通过学习Revit、Fuzor、UE4等设计软件机工具，了解BIM技术应用流程中的建模、对模型的碰撞检查以及VR展示与图片输出功能。BIM建模、VR展示与输出。这样做可以在设计周集中学习BIM软件，并在大三学习办公空间设计、室内公共空间设计等课程的过程中运用已学习的BIM技术完成课程中部分作业与任务，在专业设计课程的学习中强化了技术的表达能力，强化并延续了教学的完整性，让BIM技术融入设计课程之中。 （二）提高环境设计教师自身的教学素养 随着社会上对BIM知识相关人才的需求增加，高校也相应承担起培养相关人才的重任，而老师作为传授学生技能与知识的职业存在，也应及时提高自身专业能力的提升，通过进修、校内培训以及与企业合作实践等多种途径，提升自己的专业能力以及教育理念更好地引导学生学习环境设计这门专业。 鼓励教师与学生一同参与实践课程，参与课程的规划与建设;参与实践教学基地的建设并根据实践基地的实际情况对学生进行指导;同时将实践过程的内容进行整理，制作相关课件与网络课程;针对实践课程以及实习过程中的案例，围绕BIM技术，收集并创建BIM设计过程及完成模型，出版相关教材。通过以上内容，让教师具备实践、教学与传授等全面技能，有效提高自身的教学素养。 （三）引入校企合作的教学模式 将学校内的专业教学与BIM公司实践教学相结合的培养模式进行教学，以专业实践为出发点，构建校外实习实践教学基地。一方面可以安排学生到BIM合作教学基地观摩参观，通过相关企业导师的讲解以及实地参观，具体有效地了解到BIM在现在设计中的应用方式与工作流程，另一方面针对实践课题，成立学生课题工作小组，通过真题真做、虚题拟做等形式，拓展BIM技术理论教学与实践教学的应用。强化学生实践中的团队合作精神以及BIM技术能力的综合提升。 通过这种与BIM相关企业共同搭建的实践教学平台，完善了BIM课程的教学内容，也培养了学生的实践与创新能力，有效地提高了学生学习与应用BIM技术的能力。 （四）BIM在环境设计专业中实践教学成果 以东北大学所构建的实践教学为例，环境设计专业已经与相关企业联合建立了大学生环境设计技术实践教学基地，与企业共建BIM技术交流平台。 东北大学艺术学院与企业的BIM技术中心共同整合资源共同教学，其成果主要表现为：通过教学与实践，共同完善BIM的模型与模块的构建，填充了环境设计专业下的模型库，也能够与企业共同建设BIM数字化模型创新云平台，为城市建设而共同努力;师生能够与一线BIM设计师进行交流，接触到实际项目，完成实践教学，培养了学生的专业与综合实践能力，也提升了其创新实践的能力;在一系列教学与实践的过程中，增强了学生对相关企业的认识程度，了解就业，推动了技术型人才培养的教学改革，能够使教学与应用之间的关系更加密切，有效提高学生的就业率与就业能力。 五、总结 BIM技術在国内引入到如今也只有十几年的时间，技术的成熟需要时间，在为设计人员带来便利的同时，对设计人员的附加设计能力的要求也在提高。随着近年来BIM技术在各种设计领域中的应用，相关设计单位以及科研院校等也都开始重视并推广BIM技术，因此，在环境设计教学中引入开设BIM课程，教授学生具有其相关知识，搭建校企合作平台，培养具有BIM知识与实践应用能力的建设人才，不仅可以有效进行课程改革，同时对于培养满足当前市场需求的人才也起着非常重要的作用。 基金项目：东北大学本科教育教学改革专项项目——实际设计项目融入环境设计专业课程教学方法改革研究。 参考文献 [1]李晓霞绿色建筑设计在建筑设计中的应用思考[J]设计2018（17）：70-72 [2]杨小军以校企联动为导向的环境设计创新人才培养模式探讨[J]设计2017（17）：67-69 [3]谢军风景园林设计+BIM技术的应用[J]建材与装饰，2017（29）：80-81 [4]缪盾基于BIM的建筑工程制图教学体系构建[J]图学学报，2016，37（06）：826-830 [5]姬文瑞艺术设计实践教学模式改革的研究与实践 以环境艺术设计专业为例[J]设计2016（18）：130-131 [6]赵红红信息化建筑设计：Autodesk Revit[M]北京：中国建筑工业出版社，2005 [7]叶雯，路浩东建筑信息模型（BIM）概论[M]重庆：重庆大学出版社2017 [8]黄兰BIM应用[M]北京：北京理工大学出版社2018 |
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