高小宇　胡瑩　吳珊珊　孫嘉麟

［摘 要］面對信息技術(shù)日新月異的發(fā)展和國家戰(zhàn)略新部署，建筑設(shè)計(jì)產(chǎn)、學(xué)、研各個(gè)環(huán)節(jié)都在尋求轉(zhuǎn)型和突破，其中教學(xué)思維、內(nèi)容、手段的滯后使得教改迫在眉睫。在城市更新戰(zhàn)略背景下，教學(xué)團(tuán)隊(duì)將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和智能建造技術(shù)積極應(yīng)用于建筑學(xué)專碩的設(shè)計(jì)課題中，重點(diǎn)在體驗(yàn)和建造層面探索新技術(shù)應(yīng)用的可能性和模式路徑，拓展傳統(tǒng)教學(xué)和設(shè)計(jì)的維度，激發(fā)學(xué)生的探索欲和積極性。

［關(guān)鍵詞］建筑學(xué)；設(shè)計(jì)課程；城市更新；增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)；智能建造

［中圖分類號］G642［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］A［文章編號］2095-3437（2024）04-0080-05

近年，我國城市發(fā)展由“增量擴(kuò)張”向“存量挖潛”模式轉(zhuǎn)變。“城市更新”的首次提出是在2019年12月召開的中央經(jīng)濟(jì)工作會議上，并于2021年寫入了當(dāng)年的政府工作報(bào)告和“十四五”規(guī)劃文件之中，由此上升至國家戰(zhàn)略高度。黨的二十大報(bào)告指出，要“實(shí)施城市更新行動，加強(qiáng)城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，打造宜居、韌性、智慧城市”。

2021年11月，蘇州入選住建部發(fā)布的全國首批城市更新試點(diǎn)名單，重點(diǎn)探索城市更新統(tǒng)籌謀劃機(jī)制，探索城市更新可持續(xù)模式及探索建立城市更新配套制度政策等。蘇州科技大學(xué)（以下簡稱蘇科大）作為具有優(yōu)勢建筑類學(xué)科的高校，正積極以“智庫”身份研究城市更新、參與城市更新，同時(shí)推進(jìn)相關(guān)教學(xué)改革。學(xué)校以較為靈活的建筑學(xué)研究生課程為教改試點(diǎn)，增加了城市更新類設(shè)計(jì)課題的比重，并重點(diǎn)探索前沿技術(shù)在設(shè)計(jì)課程中的應(yīng)用，取得了良好的教學(xué)效果。

一、教學(xué)問題與改革方向

（一）課程概況

蘇科大建筑學(xué)專碩的課程（環(huán)節(jié)）分學(xué)位課（環(huán)節(jié)）和非學(xué)位課（環(huán)節(jié)）兩類。學(xué)位課（環(huán)節(jié)）分為公共課、基礎(chǔ)理論和專業(yè)技術(shù)課、實(shí)踐教學(xué)三個(gè)部分，其中，實(shí)踐教學(xué)包含3個(gè)課程設(shè)計(jì)（建筑與城市設(shè)計(jì)課程）和1個(gè)專業(yè)實(shí)踐（半年校外實(shí)習(xí)）。課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)是近年教學(xué)改革的重點(diǎn)，也是新教學(xué)方法、新行業(yè)技術(shù)應(yīng)用的試驗(yàn)田。

（二）教學(xué)難點(diǎn)

1.傳統(tǒng)教學(xué)思維慣性較強(qiáng)

蘇科大從事研究生設(shè)計(jì)課教學(xué)的教師皆承擔(dān)本科生的設(shè)計(jì)課教學(xué)工作，本科一年級為建筑設(shè)計(jì)基礎(chǔ)A（一、二），二到四年級為建筑設(shè)計(jì)（一～五）和居住區(qū)規(guī)劃與住宅設(shè)計(jì)、城市設(shè)計(jì)。教學(xué)任務(wù)和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)較固定，空間、形式、建構(gòu)、場地關(guān)系等建筑設(shè)計(jì)本體問題是教學(xué)的重點(diǎn)，建筑設(shè)計(jì)類型多為常見的民用建筑，多以傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)選型（鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)等）作為基礎(chǔ)的新建建筑設(shè)計(jì)手法。建筑設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程以物質(zhì)空間意識培養(yǎng)為導(dǎo)向，多關(guān)注從較簡單的環(huán)境條件和任務(wù)出發(fā)，通過復(fù)雜建筑形態(tài)、空間等本體要素從無到有的生成訓(xùn)練，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維，以及空間想象力、關(guān)聯(lián)性分析和邏輯推導(dǎo)能力[1]，以及動手低技營建能力[2]。長期從事本科教學(xué)工作的教師在研究生設(shè)計(jì)課程中有較強(qiáng)的思維慣性，在任務(wù)書的制訂和教學(xué)方法上大多延續(xù)本科程式化教學(xué)的思維，沒有根據(jù)新需求進(jìn)行充分的調(diào)整轉(zhuǎn)變。

2.教學(xué)與社會需求脫節(jié)

建筑學(xué)雖然是一門古老的學(xué)科，但學(xué)科知識的發(fā)展也應(yīng)與社會需求緊密結(jié)合。建筑行業(yè)在瞬息萬變的市場大環(huán)境下不斷調(diào)整變化，設(shè)計(jì)教學(xué)也應(yīng)當(dāng)推陳出新，以增強(qiáng)學(xué)科和畢業(yè)生的市場競爭力。但目前教學(xué)改革明顯滯后于時(shí)代發(fā)展，傳統(tǒng)關(guān)注建筑本體、三維實(shí)體二維表達(dá)、靜態(tài)化、抽象化的設(shè)計(jì)教學(xué)已經(jīng)很難滿足日新月異的社會需求。特別是想基于建筑設(shè)計(jì)跨學(xué)科發(fā)展的學(xué)生，在開展相關(guān)專業(yè)深造或相近行業(yè)工作時(shí)普遍發(fā)現(xiàn)所學(xué)的本專業(yè)知識過窄、過舊，延展性不足。

隨著經(jīng)濟(jì)增速放緩、新建項(xiàng)目銳減、建筑整體行業(yè)下行以及新興產(chǎn)業(yè)崛起，若教師還繼續(xù)傳授過時(shí)的學(xué)科知識，忽視前沿技術(shù)與建筑行業(yè)的對接融合，忽視激發(fā)學(xué)生探索新事物的好奇心和積極性，那么學(xué)生學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的狀態(tài)和就業(yè)競爭力必然每況愈下。

（三）改革方向

蘇科大建筑學(xué)專碩實(shí)踐教學(xué)中的“建筑與城市設(shè)計(jì)（一、二）”課程為學(xué)科統(tǒng)一組織的設(shè)計(jì)課程，由設(shè)計(jì)指導(dǎo)小組統(tǒng)一授課、輔導(dǎo)與評分，內(nèi)容為建筑設(shè)計(jì)、城市設(shè)計(jì)。筆者所在的教學(xué)團(tuán)隊(duì)于2021—2022學(xué)年和2022—2023學(xué)年分別進(jìn)行了“建筑與城市設(shè)計(jì)（一、二）”的教學(xué)改革，以國家戰(zhàn)略需求為導(dǎo)向[3]，充分研究我國城市化趨勢和城市更新需求，分析新技術(shù)在傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀和擴(kuò)展可能性，并在體驗(yàn)和建造兩個(gè)方面制訂了改革方案。

在環(huán)境體驗(yàn)方面，基于蘇州古城保護(hù)的常規(guī)內(nèi)容（整體風(fēng)貌控制、建筑肌理存續(xù)、歷史建筑活化等），鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用AR技術(shù)增加設(shè)計(jì)維度，從實(shí)體空間體驗(yàn)向元宇宙體驗(yàn)拓展，探索創(chuàng)新技術(shù)、創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)助力古城保護(hù)向“活保護(hù)”和有機(jī)更新轉(zhuǎn)變的方法和路徑。在建筑建造方面，以第九屆“紫金獎(jiǎng)·建筑及環(huán)境設(shè)計(jì)大賽”為契機(jī)組織教學(xué)改革，鼓勵(lì)學(xué)生在京杭運(yùn)河濱水空間中運(yùn)用新型建造方式、結(jié)構(gòu)形式，以微介入的城市更新方式塑造當(dāng)代文化空間，推動世界文化遺產(chǎn)保護(hù)。兩個(gè)課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)既相互獨(dú)立又相互聯(lián)系。

二、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用

（一）課程目標(biāo)

課題“蘇州古城49號街坊南園河以北區(qū)域城市設(shè)計(jì)”選址于蘇州古城東南部的49號街坊內(nèi)，基地內(nèi)傳統(tǒng)民居、老舊住區(qū)眾多，又有大量玉石產(chǎn)業(yè)街區(qū)整體搬遷后留存的存量空間。本課題旨在引導(dǎo)學(xué)生通過城市更新的方式，營造古城“未來社區(qū)”，構(gòu)建完整居住社區(qū)和多樣化場景內(nèi)核，使其能夠更好地滿足人們的生活與精神需求；探索社區(qū)作為社會賦能引擎的可能性；嘗試跳出傳統(tǒng)設(shè)計(jì)工具和思維限制，創(chuàng)造出智慧、綠色、生態(tài)、和諧、人文、便利和安全的未來生活圖景。

（二）城市更新中的AR技術(shù)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，簡稱AR）技術(shù)是一種將虛擬信息疊加到真實(shí)環(huán)境中的技術(shù)，可為建筑設(shè)計(jì)提供新的視覺體驗(yàn)和交互方式。AR主要包含三個(gè)特征：虛擬與現(xiàn)實(shí)結(jié)合、實(shí)時(shí)互動、基于三維的定位[4]。AR技術(shù)可以在設(shè)計(jì)領(lǐng)域通過虛擬空間對現(xiàn)實(shí)空間進(jìn)行擴(kuò)展、再定義，可以增加使用者的體驗(yàn)維度，提升設(shè)計(jì)效率。

目前，由硬件、底層算法、應(yīng)用平臺、場景等組成的AR產(chǎn)業(yè)鏈逐漸成熟，并在廣告、游戲、社交、制造業(yè)等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化的應(yīng)用，但是在城市更新中目前尚未對其進(jìn)行系統(tǒng)化的技術(shù)探索和商業(yè)模式普及。在教學(xué)方面，同濟(jì)大學(xué)于2015年初開始建設(shè)國家級“建筑規(guī)劃景觀虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心”，以“內(nèi)容制作”為中心，觸及了大量的本科與研究生教學(xué)環(huán)節(jié)[5]。

在城市更新中，可利用AR技術(shù)智慧化提升基礎(chǔ)設(shè)施和公共服務(wù)設(shè)施水平，并引入AR相關(guān)創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)入駐社區(qū)，激活存量空間。同時(shí)，結(jié)合AR技術(shù)的特點(diǎn)對體驗(yàn)路徑、公共空間、建筑內(nèi)部空間進(jìn)行梳理、整合設(shè)計(jì)，并利用AR三維測量技術(shù)輔助逆向設(shè)計(jì)，即數(shù)字化處理復(fù)雜的現(xiàn)場環(huán)境，生成供設(shè)計(jì)的環(huán)境幾何模型，從而省去城市更新前期大量的現(xiàn)場調(diào)研和環(huán)境復(fù)現(xiàn)工作。

（三）教學(xué)內(nèi)容和環(huán)節(jié)

教學(xué)內(nèi)容由兩部分組成，一是對實(shí)體空間的更新改造，二是基于AR技術(shù)的虛擬空間設(shè)計(jì)，這也是教學(xué)環(huán)節(jié)的前后部分。

實(shí)體空間更新改造的教學(xué)內(nèi)容主要包括古城風(fēng)貌保護(hù)與延續(xù)的建筑類型學(xué)方法，以及建筑改造再利用、功能分區(qū)、交通組織、公共空間營造等有機(jī)更新策略，旨在形成新舊共融的整體風(fēng)貌，促進(jìn)街區(qū)功能環(huán)境的整體提升。同時(shí)，研究信息時(shí)代下古城未來社區(qū)新需求催生出的新設(shè)施、新空間，為AR的應(yīng)用架構(gòu)出一套新的實(shí)體空間場景?；贏R的虛擬空間設(shè)計(jì)的教學(xué)主要包括智能互動裝置系統(tǒng)展示、虛擬世界框架搭建、虛擬漫游路徑和虛擬交流系統(tǒng)交互設(shè)計(jì)等，鼓勵(lì)學(xué)生跳出傳統(tǒng)CAD+SU/Rhino工具框架，學(xué)習(xí)Unity等新工具。

在題為《智享生活·賽博游歷》（作者：文澤華、王恒毅、嚴(yán)雪羽）的學(xué)生作業(yè)中，針對原場地內(nèi)部環(huán)境不佳、基礎(chǔ)設(shè)施落后、立面陳舊、共享區(qū)域不足、老齡化嚴(yán)重等問題，建設(shè)地下軌道、空中軌道，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)優(yōu)化社區(qū)智能物流系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、信息系統(tǒng)，并利用AR技術(shù)使有限面積的社區(qū)變成兩重社區(qū)，一為現(xiàn)實(shí)世界的社區(qū)（表世界），二為虛擬世界的社區(qū)（里世界），由此加大了場地深度。學(xué)生們設(shè)置了空中探索、游園、商業(yè)、濱河路徑等虛擬漫游路徑，在重要節(jié)點(diǎn)設(shè)置了全息投影互動裝置、交流小站等模塊，并發(fā)掘蘇州歷史文化和城市記憶元素，構(gòu)建豐富的角色信息和故事情節(jié)，對應(yīng)居民與游客對當(dāng)?shù)亍俺鞘幸庀蟆钡牟煌兄焉鐓^(qū)服務(wù)信息傳遞給居民、商戶，提供社區(qū)內(nèi)外人員的交互信息世界，創(chuàng)造了可享、可玩、可游的未來智能社區(qū)（見圖1）。

在城市更新的教學(xué)中，實(shí)體空間的物質(zhì)更新為AR提供了現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)，虛擬空間的介入又拓展了實(shí)體空間的設(shè)計(jì)內(nèi)容和維度。AR技術(shù)通過交互終端（AR眼鏡/頭顯）和AR app，為使用者帶來了非靜態(tài)、多元、可自由選擇的體驗(yàn)世界，賦予了存量空間更多的內(nèi)涵。

三、智能建造技術(shù)的應(yīng)用

（一）課程目標(biāo)

本課題圍繞競賽主題“千年運(yùn)河·活力家園”進(jìn)行教學(xué)研究。學(xué)生可自主選擇京杭大運(yùn)河沿岸的合適地塊進(jìn)行城市更新設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)條件較為靈活，所要解決的問題及其思路也較為開放。面對文化豐富且生態(tài)敏感的濱水空間，教學(xué)團(tuán)隊(duì)鼓勵(lì)學(xué)生在設(shè)計(jì)中采用智能建造相關(guān)技術(shù)，以明確的建構(gòu)模式回應(yīng)開放的選題，加大設(shè)計(jì)理念落地生根的可能性，促進(jìn)學(xué)生對建筑本體要素的理解。本課題既是前一個(gè)課題的延續(xù)，又與前一個(gè)課題相互補(bǔ)充，虛實(shí)結(jié)合。

（二）城市更新中的智能建造技術(shù)

智能建造技術(shù)是指利用BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）、3D打印、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)建筑策劃、設(shè)計(jì)、制造、施工、運(yùn)維等過程數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、自動化、智能化的技術(shù)，對于提升建設(shè)水平、推動建筑業(yè)高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。根據(jù)《關(guān)于推進(jìn)江蘇省智能建造發(fā)展的實(shí)施方案（試行）》，不同類型企業(yè)的技術(shù)側(cè)重點(diǎn)不同，設(shè)計(jì)企業(yè)側(cè)重“BIM+數(shù)字一體化設(shè)計(jì)”，施工企業(yè)側(cè)重“智能施工管理+智慧工地”，總承包企業(yè)側(cè)重“基于BIM平臺的設(shè)計(jì)+施工”，部品部件生產(chǎn)企業(yè)側(cè)重“部品部件智能生產(chǎn)線”。城市更新涉及各類型企業(yè)全周期的工作，在智能設(shè)計(jì)階段主要有如下應(yīng)用場景：

一是建筑信息模型。數(shù)字化是實(shí)現(xiàn)智能建造的關(guān)鍵，而BIM是建設(shè)領(lǐng)域數(shù)字化建模的支撐，也是行業(yè)大數(shù)據(jù)積累的唯一途徑[6]。設(shè)計(jì)人員可利用BIM存儲、可視化既有建筑和場地的信息，并模擬采光、通風(fēng)等環(huán)境情況；在設(shè)計(jì)過程中，BIM可實(shí)時(shí)反映建筑、結(jié)構(gòu)、水電等多個(gè)專業(yè)的信息，可以實(shí)現(xiàn)多工種在一個(gè)平臺上協(xié)同設(shè)計(jì)；新舊構(gòu)件、管線之間可利用BIM軟件進(jìn)行碰撞檢測，同時(shí)各構(gòu)件的參數(shù)信息也可集成于BIM并可快速輸出，提升了工程設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。

二是裝配式建筑體系。裝配式建筑是指把建筑用的構(gòu)件和配件在工廠預(yù)制完畢，運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，通過可靠的連接方式裝配安裝形成的建筑。本課題期望學(xué)生運(yùn)用輕型裝配式技術(shù)快速建造，低強(qiáng)度、低成本開發(fā)濱水空間，并實(shí)現(xiàn)功能的靈活轉(zhuǎn)換。從讓·布維（Jean Prouve）到今天的朱競翔、謝英俊等建筑師對相關(guān)技術(shù)做了諸多探索，而深圳梅麗小學(xué)騰挪校園就是采用輕型鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑體系的優(yōu)秀城市更新案例[7]，為學(xué)生提供了參考和借鑒。

（三）教學(xué)內(nèi)容和環(huán)節(jié)

教學(xué)內(nèi)容包括前期分析（基地選址、問題發(fā)掘、案例分析、解決路徑等）、基于裝配式技術(shù)的更新設(shè)計(jì)策略、方案生成與表達(dá)方式（Revit等BIM相關(guān)軟件的使用、機(jī)器人建造等操作性教學(xué)內(nèi)容）。前、中、后各環(huán)節(jié)的比重分配為3∶5∶2，以提升學(xué)生分析問題、設(shè)計(jì)研究和使用現(xiàn)代工具的能力。

基于裝配式技術(shù)的更新設(shè)計(jì)策略是本課題的重點(diǎn)，其又可分解為標(biāo)準(zhǔn)化和濱水空間再生兩個(gè)子課題。標(biāo)準(zhǔn)化（包括部品部件的標(biāo)準(zhǔn)化、建模方法的標(biāo)準(zhǔn)化、模型成果的標(biāo)準(zhǔn)化）是裝配式建筑發(fā)展的必要條件，BIM可以為標(biāo)準(zhǔn)化提供技術(shù)支撐，二者相互促進(jìn)[8]；濱水空間再生涉及大運(yùn)河沿岸的歷史文化發(fā)掘、建筑景觀等各門類設(shè)計(jì)、生態(tài)修復(fù)等內(nèi)容，需要結(jié)合前期問題分析和裝配式技術(shù)手段予以綜合回應(yīng)。

在學(xué)生正式進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，教學(xué)團(tuán)隊(duì)以阿爾多·凡·艾克（Aldo van Eyck）及其所代表的結(jié)構(gòu)主義建筑流派的作品為案例開端，逐漸過渡到當(dāng)下輕型裝配式建筑體系的介紹，讓學(xué)生明白標(biāo)準(zhǔn)化單元與多元空間塑造、工程技術(shù)與文化體驗(yàn)之間不是相互矛盾而是辯證統(tǒng)一的關(guān)系。在題為《恍若隔世——基于符號互動論的碼頭市集重塑》（作者：馮浩宇、孫錦培、王涵宇、李源鑫）的學(xué)生作業(yè)（見圖2）中，學(xué)生首先基于調(diào)研和文獻(xiàn)研究，總結(jié)出基于人群互動的文化空間類型；然后以符號學(xué)的方法提煉出若干標(biāo)準(zhǔn)化的功能模塊（零售、餐飲、書店、兒童娛樂、樓梯等），并開發(fā)出標(biāo)準(zhǔn)化的材料、構(gòu)件清單，設(shè)計(jì)、建模工作始終在Revit軟件里進(jìn)行；最后在學(xué)院數(shù)字建造實(shí)驗(yàn)室用機(jī)械臂模擬裝配整個(gè)建筑，實(shí)現(xiàn)從標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)到信息化模型再到裝配式建造的無縫銜接。最重要的是，通過智能建造手段讓更新后的濱水建筑環(huán)境友好而又富有當(dāng)?shù)孛褡屣L(fēng)情，功能多樣且靈活可變，大運(yùn)河沿岸得以創(chuàng)意再生。

四、結(jié)語

“產(chǎn)—學(xué)—研”一體化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是中間的“學(xué)”，它是前沿技術(shù)向市場化落地的試驗(yàn)田和訓(xùn)練場。本文中的兩個(gè)課題利用尚未全面普及的前沿技術(shù)拓展了城市更新的手段和維度，既相互獨(dú)立又相互聯(lián)系。AR和BIM本就密不可分，它們的融合可以在設(shè)計(jì)中讓模型數(shù)據(jù)與真實(shí)世界深入交疊，在虛擬空間中與建筑工地實(shí)時(shí)交互，完成施工效果預(yù)演；在施工中又可以幫助工人和技術(shù)人員精準(zhǔn)施工、實(shí)時(shí)檢測、實(shí)時(shí)查看現(xiàn)場進(jìn)度與計(jì)劃進(jìn)度的對比偏差等。

本次教改探索結(jié)合技術(shù)發(fā)展和市場需求，初步建立了城市更新類設(shè)計(jì)教學(xué)的新框架（見圖3），拓展了學(xué)生學(xué)習(xí)的視野和深度，并實(shí)現(xiàn)了一定的模式積累，是未來蘇科大系統(tǒng)性實(shí)施高水平建筑設(shè)計(jì)教學(xué)改革的有益探索。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

[1］ 薛濱夏，周立軍，于戈.從真實(shí)到概念：“建筑設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課教學(xué)中空間意識培養(yǎng)[J].建筑學(xué)報(bào)，2011（6）：29-31.

[2］ 劉剴.建筑設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程1∶1營建教學(xué)[J].建筑學(xué)報(bào)，2013（2）：110-114.

[3］ 儲召生，高毅哲.深入學(xué)習(xí)宣傳貫徹二十大精神? 辦好人民滿意的教育：訪教育部黨組書記、部長懷進(jìn)鵬[J].新教育，2023（1）：4-6.

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