数字技术对传统建筑教育体系的影响初探

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  【摘要】:在当前数字时代的观念与技术的冲击下,传统建筑教育体系已经显得越来越不适应,很多高校纷纷开始探索改革的方向,但往往只抓住计算机辅助设计等一两门课进行改革,其效果并不明显。我们应该借助数字技术发展的东风抓住机遇,推动建筑教育体系的整合,以寻求新的发展之路。
  【关键词】:数字技术建筑信息模型(BIM) 建筑教育体系改革
  
  中途分类号: G642文献标识码:A文章编号:
  1.前言
  一提到建筑数字技术教育,首先想到的可能是一系列的软件,除了传统的AutoCAD,3Dmax,Sketchup等,还有基于建筑信息模型BIM技术的Revit 等,另外擅长曲面造型的Rhino,诚然,这些软件的教学能让学生掌握更多表达建筑的方法或提供更好的建筑设计的思考途径,但是由于在教学过程中大多侧重软件使用方面的讲授,忽视了与设计课的结合,同时其他专业基础课与设计课在数字技术的衔接方面也不成体系,因此很难达到预期的效果。在2007年全国高等学校建筑院系建筑数字技术教学研讨会上提出的改革思路的一个重要方面就是将建筑数字技术课程与建筑设计教学结合起来,原本专业基础课程的学习就应该服务于设计课,更好的将个专业基础课与设计课达到无缝衔接的程度才是建筑学专业教学的目的。数字技术的应用是渗透到整个建筑行业中的,因此建筑学专业教学体系应抓住数字技术革新的契机,对各个课程的教学内容和教学方法做出相应的改革,建立更紧密围绕设计课为主的教学体系,让学生更加适应数字时代的到来!
  2.建筑数字技术教学改革的现状
  随着计算机、网络、数字技术的发展,给建筑教学带来了翻天覆地的变化。首先,网络让教学交流更容易。比如,班级一般都建有QQ群,任课老师经常被邀请加入群里,讨论作业、设计等,在更轻松、平等的网络氛围下的师生交流更愉快,教学效果更好。此外,学生还把作业放到ABBS等建筑论坛上请求点评,在论坛上经常会碰到名师还有设计经验丰富的建筑师,学生反映收获很大。除了增进与老师的交流以外,学生與其他院校的同学交流也增多了,通过网络他们了解了其他院校的同学都在学什么,怎么学,而且同龄人之间交流学习心得的效果比老师在课堂上反复强调要好。其次,实现了多媒体教学普及和精品课程资源共享。一般理论课教学都利用了多媒体教室,老师通过图片、三维动画、视频资料辅助教学,学生更容易接收。更重要的是多媒体教学也让精品课程库的建立成为可能,让不少一般院校的学生也能通过精品课程库享受到优质教学资源,对提高老师的教学质量也有很大的帮助。最后,三维软件的学习,增强了学生的空间思维和创新能力。绝大多数院校在大一下学期安排Sketchup软件的教学,然后在接下来的设计课中马上利用Sketchup建模并推敲方案,学生普遍都表现出比用手工模型推敲方案更高的热情,他们对方案中内部空间的布置和外部环境的营造以及对建筑的材质、颜色的推敲显得更细致入微。此外,几乎所有重点高校,如清华大学、重庆大学、同济大学等,以及部分普通高校,如湖北工业大学、河南工业大学,他们进行了数字技术教育改革的脚步较早,除了Sketchup,他们更安排了Revit、Rhino等三维软件的教学或专题讲座,让不少学生使用Grasshopper体验了参数化设计这种全新的设计思维,大大开阔了空间设计的思路创新。
  3.建筑数字技术教学改革中存在的问题
  建筑数字教学改革中存在的最重要的问题就是与设计课结合的不紧密。主要表现在以下两个方面,第一,虽然在建筑数字教学中增加了大量的课时,但是大多普通院校主要用于讲授新的软件的使用方法,对数字建筑本身的意义和重要性对学生交待的不清楚,最后学生把兴趣放在软件的学习上,激动于软件带来的感官刺激,比如用rhino创建的自由形体让学生激动不已,导致过分强调外部造型而忽视了设计最本质的东西比如空间的组合。目前除了一少部分院校开始讲授基于BIM技术的Revit 以外,大部分院校三维软件教学以讲授Sketchup和3DMax为主,其它软件推荐学生自学,因此有的学生在草图构思阶段也会受到软件的限制,比如草图大师不擅长曲面,学生在构思阶段有意避开曲线构图,或有想法也坚持不到最后。其实数字技术对设计的影响之大远远超出我们现在可以想象到的。比如在2011年CAADRIA(亚洲计算机辅助建筑设计协会)年会上SASADA奖最佳论文奖的冠军奖励给一个使用弯曲传感器和记忆合金实现现实中的织物曲面形态和计算机中的曲面模型之间互动的研究,它使得建筑师对曲面形态的创作可以脱离计算机图形界面而在物理世界中进行。
  第二,专业理论课的教育对数字技术的反应太慢。正如建筑业对科技的反应比其它专业如机械、航天、导弹等等专业都慢很多一样,专业理论课对设计课的支持也总是慢一拍。三维建模出现后,特别是基于建筑信息模型的软件出现后,还有不少学生甚至老师还认为那只是类似或比3DMax高级的三维软件,并没有意识到BIM模型可以应用于整个建筑周期,从方案设计到施工图设计,并整合结构、机电等,再到施工、物业管理等阶段都有用武之地。比如Revit和ArchiCAD等三维软件建立的模型或组件可以用于建筑构造课程,从整体到局部到节点构造均有比较精细的组件模型,而且利用这些软件进行理论课的教学让学生倍感亲切,和设计联系的也愈加紧密。又如Ecotect软件本来可以提供很好的对建筑物理环境声、光、热全面分析,但大多数学生面对大量的数据设定望而生畏,然而,如果在建筑物理理论课的教学中在声、光、热三方面分别以小例子来讲解相应的使用方法和分析途径,学生也会对建筑物理这门本来比较难又略显枯燥的课程更感兴趣。因此在理论课上及时利用或补充数字技术方面的相关知识并与设计结合讲解可能是数字技术带给建筑教育课程体系的一个契机。
  。4.建筑数字技术教学改革的探讨
  建筑学教育本来就是一个完整的体系,被人为的分成若干课程,最终通过设计课程来实现知识的整合。数字技术的发展特别是BIM技术,为学科的整合方式带来的新的契机,通过BIM技术构建一些历史的、现代的、著名建筑模型,并建立一个基础数据库,这个库可以提供给各个课程分别引用,并根据知识侧重点不同增添新的信息,然后成为这门课程的模型数据库。因此借助数字技术的手段推动建筑学教育体系中知识的整合度,让学生将各课程所学融会贯通于设计课程应该成为数字计算教学改革的重点。具体来讲数字技术与各门课程之间的整合构想如下。
  4.1数字技术与计算机辅助设计课的整合
  大多院校虽然开设计算机辅助设计课已经有十多年历史了,但通常把计算机作为绘图工具取代手工绘图,充其量达到“无纸化设计”的程度。近几年来受大量外来数字建筑作品的冲击,国内建筑师开始从创作思维层面上利用数字技术,重点建筑院校也开始探讨数字技术教学改革的新模式。而要从创作思维层次上利用数字技术必须有有计算机图形学的基本知识,但对于建筑学专业学生来说,基本的图形学算法已经令人望而生畏,更不用说参数化设计这类需要总结设计的生成规则并转化成算法的,更是让人举步维艰。但清华大学已迈出了第一步,开设了计算机图形学课程,在参数化设计课题上做出不少有益的探索。因此普通院校在开设计算机图形学课有难度的情况下,在计算机辅助设计课中增加相关的计算机图形学知识是可行的。
  4.2数字技术与建筑历史课的整合
  建筑历史课教学宜从古建筑制式的介绍和现代建筑的数字设计方法两个层次来结合数字技术。第一,利用数字技术建立古建筑模型库,特别是基于BIM技术的三维模型。比如我国古代木结构建筑都有严格的等级划分,而划分的规律多以柱径尺寸或斗拱中斗口的尺寸来控制,通过参数化设计,整个古建筑木结构模型一目了然,而且模型中各个部件均可以添加名称和细部尺寸信息,学生只需更改参数即可查询各种等级不同制式的古建筑,而且构件名称、尺寸以及安装方法等信息均可查询。虽然很多学校在这方面都做了不少有益的探索,但是,如果能够在常用软件中有准确的三维模型,那将对历史教学和设计课程的有机结合有很大帮助。另一方面,将数字技术的发展现状作为教学内容。如果在介绍现代建筑时,结合其使用的数字技术进行分析,将在提高建筑历史课的学习热情同时开拓学生创新思维能力。
  4.3数字技术与建筑构造课的整合
  建筑构造课教学宜从构造节点信息和建造方法两方面结合数字技术。一方面,利用通过BIM技术建立的模型库添加细部信息,比如楼板、复合墙体、防水层的构造信息。这样学生可以方便查询,毕竟学校不可能在构造实验室把所有的构造节点收集齐全。但是模型库可以通用,构造节点只需在原有数据库的基础上添加详细的节点信息。另一方面,可尝试整合相关的CAM知识作为教学内容。因为学生在感叹独特的空间曲面造型的同时往往会有疑问这样的造型怎么做。CAM是计算机辅助建造的缩写,在汽车和航空领域的应用广阔,目前建筑业也有应用的实例。如ONL设计的IWEB项目,一个类似太空飞船的造型,从设计到构件生产建造到施工组装完全用三维数字技术,建立了从三维设计到钢材制造的直接联系。如果学生对空间曲面造型的构造更清晰会增加他们利用数字技术设计的信心。
  4.4数字技术与建筑物理课的整合
  建筑物理课教学应该补充讲授如何利用数字技术进行各种物理环境的分析。学生提到物理课往往比较头疼的,因为目前的教育侧重概念介绍和计算,真正能运用于设计中的一般就是一些定性的知识。但如果利用数字技术对物理环境做足分析,可以为方案提供强有力的数据支持。对于如草图大师上的日照分析,学生都非常乐意运用,但对于如Ecotect等专业分析软件,大多数院校的学生都苦于自学难度很大,面对大量物理数据的设定无从下手,而且对分析结果如何指导设计改进也充满困惑。在这方面,重庆大学已经做了不少探索,而且在新编的建筑物理教材中增加了Ecotect应用部分,为教学提供很大的方便。因此,结合设计案例讲解软件的使用方法,以及通过分析结果改进设计方案的手段是有必要的。
  4.5数字技术与建筑设计课的整合
  建筑設计课教学既要鼓励学生在设计中运用所学的新软件,还要提醒他们不要被软件左右设计思想。近几年“非线性设计”、“建筑设计生成法”、“参数化设计”新的概念层出不穷,学生一边向往这些新概念带来的视觉冲击,一边又害怕困难,没有把握去尝试,往往放弃或半途而废。设计课上老师应该鼓励学生在大学设计课程中至少做一个非线性设计的方案,课堂上对于想法很好,但建模有困难的同学可以做一部分示范,帮助他建立一部分模型,正如建筑表现课上给学生做示范一样。这方面,东南大学、清华大学、同济大学都开始了教育改革实践取得了相当喜人的成绩。但对于有些软件基础好的学生,他们虽然能很快结合设计,但容易沉迷于软件带来的新奇造型,欲罢不能,反而忘记了设计的本质,对他们则应正确引导,提醒数字技术是工具,要为设计服务而不是成为它的奴隶。
  5.结语
  总之,无论对于走在改革前列的重点院校,还是正准备迈出改革步伐的普通院校,要实现各课程之间的整合工作量相当大,教师培训、教材编写都需要付出大量心血,但是,借助数字技术的改革推动建筑学教育体系的整合是必然趋势,随着数字技术的发展,建筑教育体系必将同步发展、与时俱进。
  
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