董騰，張穎，程美玉，孫冰，唐小林

（1.南華大學(xué)土木工程學(xué)院，湖南衡陽 421001；2.南華大學(xué)設(shè)計(jì)藝術(shù)學(xué)院，湖南衡陽 421001）

房屋建筑學(xué)是土木工程專業(yè)重要的一門專業(yè)課程，該課程教學(xué)質(zhì)量關(guān)系到后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)。由于在建筑構(gòu)造教學(xué)環(huán)節(jié)，由于使用二維平面圖紙教學(xué)，難以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生對(duì)構(gòu)造的認(rèn)識(shí)較為片面。這些問題給教學(xué)和學(xué)習(xí)帶來了瓶頸，虛擬仿真技術(shù)綜合了計(jì)算機(jī)制圖、可視化、系統(tǒng)仿真等技術(shù)，使學(xué)生能夠直觀地感受建筑空間結(jié)構(gòu)，彌補(bǔ)空間想象力不足。

將虛擬仿真平臺(tái)引入房屋建筑學(xué)教學(xué)逐漸成為一種趨勢(shì)，一些高校進(jìn)行了探索。 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)[1]從實(shí)訓(xùn)課程設(shè)置和實(shí)訓(xùn)課程的管理模式兩個(gè)方面，探索了結(jié)合虛擬仿真平臺(tái)，建立了“創(chuàng)新式課堂教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、課外活動(dòng)反哺教學(xué)”的全方位、立體式實(shí)踐課程教學(xué)體系。山東科技大學(xué)[2]通過對(duì)虛擬平臺(tái)才建筑材料模擬單元、工程造價(jià)計(jì)價(jià)單元、施工模擬單元的建設(shè)，探索了土木工程仿真模擬平臺(tái)基本架構(gòu)建設(shè)。廣西科技大學(xué)[3]的相關(guān)教研教改重點(diǎn)放在了仿真環(huán)節(jié)中的實(shí)訓(xùn)計(jì)劃與生產(chǎn)操作環(huán)節(jié)上，突出模擬與實(shí)際的結(jié)合，這種模式對(duì)傳統(tǒng)實(shí)踐課程較為適用。 而將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)引入房屋建筑學(xué)課程的改革上不多，值得深入探討。

1 房屋建筑學(xué)教學(xué)存在的問題

1.1 章節(jié)銜接不緊密

房屋建筑學(xué)是研究建筑與環(huán)境和建筑構(gòu)造關(guān)系的一門學(xué)科，綜合性強(qiáng)。當(dāng)前房屋建筑學(xué)的教學(xué)體系主要分為兩大塊，一塊是建筑空間設(shè)計(jì)，另一塊是建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)。對(duì)土木工程專業(yè)學(xué)生而言，建筑空間的設(shè)計(jì)要求不高，教學(xué)重點(diǎn)集中在了建筑構(gòu)造。建筑的構(gòu)造通常劃分為墻體、樓地層、屋面、基礎(chǔ)、樓梯、門窗等部分。當(dāng)前房屋建筑學(xué)教學(xué)時(shí)，各章節(jié)分開講授，忽略了章節(jié)之間的銜接。這對(duì)學(xué)生而言，難以形成對(duì)建筑整體的有機(jī)認(rèn)識(shí)，不利于后期建筑結(jié)構(gòu)等專業(yè)課程的學(xué)習(xí)。

1.2 建筑構(gòu)造教學(xué)缺少直觀展示

在房屋建筑學(xué)教學(xué)中，建筑構(gòu)造在課堂上的講述主要以構(gòu)造圖來展示。這種教學(xué)存在兩個(gè)問題：第一是學(xué)生學(xué)習(xí)不夠直觀，由于學(xué)生初次接觸施工圖，在構(gòu)造教學(xué)時(shí)，學(xué)生讀圖存在一些障礙，這就降低了教學(xué)效果。第二是教師講解時(shí)較為枯燥，由于沒有直觀實(shí)例講解起來很難深入。

1.3 與其他專業(yè)課結(jié)合不緊密

房屋建筑學(xué)是土木工程專業(yè)重要的一門專業(yè)課程，該課程教學(xué)質(zhì)量關(guān)系到后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)。而當(dāng)前教學(xué)中往往忽略了這門課程的基礎(chǔ)性，與后續(xù)相關(guān)專業(yè)課結(jié)合不夠緊密。以《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》為例，學(xué)生在進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，需要對(duì)柱網(wǎng)進(jìn)行布置，對(duì)柱子、梁的尺寸進(jìn)行估算，然后進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，并與建筑尺寸進(jìn)行協(xié)調(diào)。如果學(xué)生對(duì)建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)沒有一定的認(rèn)識(shí)，在尺寸估算時(shí)，往往會(huì)走很多彎路。

2 仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)

仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)是當(dāng)前解決客觀實(shí)踐條件不足，實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)難以落實(shí)等難題的有效解決途徑。當(dāng)前一些高校對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)與應(yīng)用進(jìn)行了有效探索。仿真工程模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)具有透明性、資源共享性、互動(dòng)操作性、用戶自主性、擴(kuò)展性以及安全性等特點(diǎn)，其優(yōu)勢(shì)是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室和實(shí)習(xí)實(shí)踐方式無法比擬的，在教學(xué)、科研中的應(yīng)用前景廣闊。

對(duì)房屋建筑學(xué)而言，基于BIM 技術(shù)的專業(yè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)具有三維可視化、協(xié)調(diào)性和模擬性這三方面的優(yōu)勢(shì)。最具價(jià)值的是可視化功能，建筑工程專業(yè)學(xué)生沒有經(jīng)過空間思維訓(xùn)練，在學(xué)習(xí)建筑平面設(shè)計(jì)時(shí)，難以想象出三維空間，這也限制了功能分區(qū)的設(shè)計(jì)，在仿真平臺(tái)對(duì)建筑空間進(jìn)行建模，可以直觀看到功能分區(qū)的規(guī)劃是否合理。 同時(shí)在交通規(guī)劃中，可視化意義重大。

3 仿真實(shí)驗(yàn)在房屋建筑學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

南華大學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建立于2013年，可以為房屋建筑工程、巖土工程、道路與橋梁工程、工程造價(jià)等專業(yè)提供仿真實(shí)驗(yàn)課程，仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建立，很好地解決了土木工程學(xué)科專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)場(chǎng)地受限、 成本消耗高、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師不足等困難。

3.1 仿真平臺(tái)在課堂教學(xué)中的應(yīng)用

三維圖像的引入是房屋建筑學(xué)教學(xué)的一個(gè)創(chuàng)新，但是必須與二維圖形進(jìn)、板書和多媒體教學(xué)結(jié)合，一味地使用三維圖像容易讓學(xué)生產(chǎn)生依賴。 仿真平臺(tái)聯(lián)網(wǎng)使用，課時(shí)實(shí)時(shí)展現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容。房屋建筑學(xué)研究建筑與環(huán)境的關(guān)系，而這一點(diǎn)由于傳統(tǒng)手段難以展現(xiàn)，教學(xué)中往往會(huì)忽略，仿真平臺(tái)通過模塊的調(diào)取，具體地向?qū)W生展示建筑與環(huán)境的關(guān)系。 仿真平臺(tái)可以通過案例直觀展示建筑物理特性，幫助學(xué)生掌握建筑物理有關(guān)知識(shí)。仿真平臺(tái)的引入能夠達(dá)到更優(yōu)的教學(xué)效果。

3.2 仿真平臺(tái)在課后輔導(dǎo)中的應(yīng)用

房屋建筑中的構(gòu)造知識(shí)通常難以用文字表達(dá)，如果用圖例表達(dá)，對(duì)學(xué)生要求較高，作業(yè)量變大，難度增加。借助仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是解決這個(gè)難題的有效方法。仿真平臺(tái)能直觀展現(xiàn)空間的組合，協(xié)助學(xué)生進(jìn)行空間設(shè)計(jì)與優(yōu)化。因此教師在指導(dǎo)學(xué)生課程設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)強(qiáng)調(diào)平面功能空間設(shè)計(jì)的組合，讓學(xué)生形成空間概念，并可以反復(fù)練習(xí)，深入體會(huì)。

交通組織設(shè)計(jì)關(guān)系到建筑的使用和安全疏散，在以往課程設(shè)計(jì)中，由于時(shí)間有限，交通流線組織往往被忽略掉。 而BIM 技術(shù)可以直觀地展現(xiàn)空間之間的交通流線，展示了各功能空間的組織邏輯，使人們對(duì)建筑整體有更直觀的感受。BIM 模型建立后，學(xué)生可以對(duì)模型進(jìn)行選擇，使用漫游工具深入建筑空間內(nèi)部，實(shí)景感受到交通流線帶來的空間變化，直觀地觀察人員疏散的方向。通過這些練習(xí)，學(xué)生可以深入地推敲其要表達(dá)的重要空間效果，并評(píng)價(jià)其所創(chuàng)造的空間是否與周圍的環(huán)境產(chǎn)生良好的關(guān)系，確保學(xué)生能夠更準(zhǔn)確地表達(dá)設(shè)計(jì)思想。

3.3 仿真平臺(tái)在課程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

房屋建筑學(xué)課程設(shè)計(jì)是房屋建筑學(xué)課程的重要組成部分，主要考查學(xué)生的實(shí)踐能力。施工圖紙是房屋建筑學(xué)提交的主要成果，在傳統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)中占去了學(xué)生的絕大部分時(shí)間。 在設(shè)計(jì)過程中，建筑平面，構(gòu)件尺存等都需要調(diào)整，這些內(nèi)容的調(diào)整最終會(huì)反映在圖紙上，因此二維圖紙的繪制工作量大，重復(fù)工作多。 BIM技術(shù)施工圖由程序自動(dòng)生成，因此只需調(diào)整模型信息就可完成施工圖的改動(dòng)，大大減輕了學(xué)生繪圖壓力，提高了設(shè)計(jì)效率，給學(xué)生更多的時(shí)間去思考設(shè)計(jì)問題。

3.4 仿真平臺(tái)在認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)中的應(yīng)用

仿真平臺(tái)將房屋建筑認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)從對(duì)工地的依賴中解放出來，但具體應(yīng)用仍需探索。實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)主要依據(jù)BIM 平臺(tái)進(jìn)行，不同于課程教學(xué)中的構(gòu)造演示，認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)更強(qiáng)調(diào)與實(shí)際的結(jié)合。 尤其是標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件模型庫(kù)的構(gòu)建，讓學(xué)生在實(shí)習(xí)前可以瀏覽當(dāng)前主流構(gòu)件構(gòu)造，大大提高教學(xué)效率。 在撰寫認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)報(bào)告時(shí)，應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)實(shí)習(xí)項(xiàng)目運(yùn)用仿真平臺(tái)進(jìn)行建模。 認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)BIM 操作的目的主要有兩個(gè)，一個(gè)是加深學(xué)生對(duì)實(shí)習(xí)項(xiàng)目的認(rèn)識(shí)，另一個(gè)是為學(xué)生BIM 建模奠定一些基礎(chǔ)。因此操作實(shí)習(xí)主要是以信息讀取為主，如讀取墻體信息、樓地層信息，讀取結(jié)構(gòu)信息。

4 結(jié)語

基于筆者的實(shí)踐探索，得出以下結(jié)論：當(dāng)前房屋建筑學(xué)教學(xué)存在章節(jié)銜接不緊密，建筑構(gòu)造教學(xué)缺少直觀展示，與其他專業(yè)課結(jié)合不緊密的問題。仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以形象地展示建筑空間組合，建筑構(gòu)造，幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)房屋建筑學(xué)。 同時(shí)仿真平臺(tái)的應(yīng)用于課程設(shè)計(jì)能強(qiáng)化學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的深入理解，應(yīng)用于實(shí)踐教學(xué)可解決客觀條件不足等問題。