BIM+VR模式在高职建筑类专业教学中的应用

李重 于淼

关键词：BIM;VR;教学实践

当今社会，随着科学技术进步、经济飞速发展，在国家大力推动产业升级、调整结构的大背景下，传统建筑业弊端凸显，我国建筑业终将打破传统，逐渐向工业化、信息化、智能化方向发展。在此大环境下，高职院校建筑类专业如何调整人才培养模式，以适应当今信息化智能化社会，是目前急需解决的问题。

一、传统高职院校建筑类专业教学模式特征及缺陷

高职院校建筑类专业的传统教学模式多以黑板配合多媒体的方式，向学生灌输理论知识，学生被动吸收，实践教学占比并不乐观。研究表明，高职院校的学生文化基础薄弱，对纯理论的知识兴致不高，但是高职院校的学生具有较强的动手能力，喜欢新鲜的事物，对新事物具有很强的适应性。传统教学模式并未成功地立足高职院校学生特点，将学生学习知识的方式由被动转换为主动，究其原因有以下几点：首先，师资队伍建设未能跟上当下建筑行业发展的步伐。高职院校建筑类专业教师大多缺乏一线设计、施工实践经验;多数高职院校也未能对建筑类专业教师定期进行一线设计、施工培训。在实际教学环节中，教师只能重理论轻实践。其次，实践教学条件落后。大多数高职院校对建筑类专业实训室、实训设备、软件的投入远远不足，校外实训基地不能满足众多学生的实践需求，有待进一步提升改造。第三，教学方式较为落后。多数高职院校教学手段仍停留在黑板、多媒体等被动灌输式的教学方式，未能将建筑信息模型（BIM）、虚拟现实技术（VR）、三维仿真技术、网络移动教学平台等信息化技术有效地引入到教学中，激发学生学习的兴趣，将对知识的获取逐渐从被动式转换为主动式，从而达到提高教学质量的目的。

二、BIM技术

BIM技术即建筑信息模型（Build-ingInformationModeling），它基于三维数字，将建设工程全寿命周期中的各个环节（主要包括可行性研究、初步设计、技术设计、施工图设计、招投标、施工、竣工移交、运营等）集合在一起，形成该建设工程的数字化三维模型。

随着科学技术的发展，BIM技术日趋成熟，在建筑业中得到广泛的应用，越来越多的高校意识到BIM技术对未来建筑业的意义，逐渐将BIM技术引入到教学当中。有研究表明，美国将BIM技术引入到教学中的高校数量已占全部高校数量的70%，而97%的高校也会将BIM纳入其课程中。BIM技术可以将抽象的教学内容以三维信息模型这种立体可视化的形式向学生展示，从而实现二维图形与三维模型的实时关联对应，有助于学生理解复杂的建筑空间，对学生空间思维、建设工程全寿命周期的认识等方面的培养极为有利，为后面的课程学习打下夯实的基础。

三、VR技术

虚拟现实（virtual Reality）简称VR，是一种模拟体验虚拟世界的交互式仿真系统，它可以创建和体验虚拟世界（virtual World），利用计算机系统生成的交互式三维环境，可以使参与者感受到景物或模型十分逼真地存在，同时可以对参与者的运动和操作做出实时准确的响应。虚拟现实技术是一种综合性极强的高新信息技术，在最近十几年得到了飞速的发展，在建筑、工业、军事、能源、医学、艺术、教育培训、城市规划等很多领域都得到了广泛的应用。由于其特有的仿真特性，如，沉浸感、时实交互性、想象力和三维图形等，它正在成为解决工程问题的一种重要方法，也是实现计算机辅助教学的一个重要手段。

四、BIM+VR模式

BIM技术是利用计算机与互联网技术将建筑平面图纸转成可视化的多维度数据模型。它是所有建筑信息数据的集成模型，实现数据信息的应用。BIM不但可以完成建筑全生命周期内所有信息数据的处理、共享与传递工作，更具备三维可视化的特点，非专业人士也更容易看懂建筑、读懂建筑。BIM模型可以达到模拟的效果，但与VR相比，在视觉效果上还有很大差距，VR能弥补视觉表现真实度的短板。VR目前的发展主要在硬件设备的研究上，缺乏丰富的内容资源使得VR难以表现虚拟现实的真正价值，VR内容的模型建立与内容调整上更需投入大量成本，新技术存在落地难的困境。而BIM本身就具有了模型与数据信息，可为VR提供极好的内容与落地应用的真实场景。

BIM已在建造方式上改变了传统的施工方法，VR的诞生给人们带来了不一样的感知交互体验，两者的结合势必会提高相互领域间的技术层次。

五、BIM+VR模式在高职院校建筑类专业教学中的应用

（一）建筑工程技术专业

1、建筑结构。当今建筑设计与之前20年的相比，设计风格日趋多样化，中规中矩的建筑盒子也变成了造型复杂或者异形曲面的建筑形式。例如，国家体育场（鸟巢）、中央电视台新址大楼、玛丽莲·梦露大厦、银河SOHO等建筑。建筑结构亦会随建筑形式的变化而变化。造型复杂或者异型曲面的建筑形式，建筑结构较中规中矩的建筑盒子要复杂很多，如此复杂多样的建筑结构，往往需要经过大量的数据统计、计算、分析。只有通过大量的实验数据，才能分析出结构的稳定性、抗剪能力等性能。如此庞大的实验数据、复杂多样的建筑结构，对于高职院校的学生来说，学习起来无疑困难重重，会严重打击学生的学习积极性。

现如今，建筑行业在分析复杂多样的结构时，多借助BIM技术和VR技术进行分析。在建筑结构课程中如果将BIM技术和VR技术相结合，在为学生讲解复杂多样的建筑结构时，会使课堂更加生动。BIM技术可分析大量的实验数据，通过分析可以确定结构的稳定性以及抗剪能力，当遇到结构不适应建筑形式时，通过BIM可以修改模型，直到找到最佳方案。BIM建立的模型可采用交互的形式在VR设备中展示，学生们通过头盔、3D眼镜等设备可直观地观察模型，可使课堂中讲解的模型更加形象，使学生更易理解复杂的建筑结构、建筑形式，使教学效果更好。

2、建筑施工技术。建筑施工技术是系统介绍建筑工程中施工技术的基础理论、基本知识和基本施工方法的科學，涉及多种复杂的实践工程，如土方工程、地基处理及桩基工程、结构工程、砌筑工程、安装工程等。建筑施工技术在教学过程中，需要多个实践环节，由于涉及到学生的人身安全，很多工地并不愿意接纳学生到工地参观、实践学习。传统的建筑施工技术课程主要通过图片、ppt等形式向学生介绍建筑施工技术，这种形式学生动手能力较少，很难全面掌握多种建筑施工工艺;有些有条件的高职院校会安排学生到实训场进行某项工种施工实训，由于场地、实验耗材等多种因素的影响，学生实训只能进行某一项或者某两三项施工工艺实训，其他施工知识主要依靠传统教学方式。针对此种情况，在建筑施工技术课程中不妨通过BIM+VR形式克服，对于不能到实训场、施工工地实践的施工工艺可以通过BIM技术进行仿真模拟，再通过VR技术呈现模拟的场景、施工工艺，通过观察发现施工中可能存在的问题，通过BIM技术进行修改，直至找到最优方案。

BIM+VR形式在建筑施工技术课程中的应用，可以使学生更加直观地了解多种施工工艺，对于学生全面掌握多种施工技术提供更大的可能性。

（二）建筑装饰工程技术专业

1、建筑装饰设计。在传统的建筑装饰设计教学中，主要使用Auto-CAD、中望CAD等二维软件完成建筑装饰平面图、立面图、剖面图、大样图等二维图形的绘制，再通过3dMax、SketchUp、PhotoShop等软件完成建模、效果图的绘制。在设计过程中，根据设计、变更要求不断调整、修改方案，直至最终确定。这种教学流程是典型的将二维图形转换为三维立体图形的过程，要求学生具有一定的空间想象能力，尤其是在调整过程中，需要在脑海中不断想象设计的空间是否合理，这种教学方式对于高职院校的学生来说具有一定的难度。

建筑装饰设计是一个充满变化、高活力与挑战性的行业，随着建筑工业化、信息化的到来，建筑装饰设计行业面临转型，目前已有不少开发商采用虚拟样板间的形式让客户体验房屋建成后的效果，这种形式可以突破空间的局限，使客户能相对真实地互动体验到楼间距、层高、房屋的使用面积、采光情况等。这种虚拟样板间的形式主要通过BIM+VR的形式来完成。如果将这种形式引入到高职建筑装饰设计教学中，学生可以通过BIM技术，将二维图形与三维模型进行转换，再通过VR技术对三维模型进行预演，可以使设计的方案得到直观的表达，使同学们感受到设计的空间是否合理、建筑材料与构造做法是否满足需求，并及时发现问题并做出调整，确定最优方案。

2、建筑装饰施工技术。建筑装饰施工技术课程有信息量大，实践性强，牵涉到的施工过程、施工工艺环节多，逻辑性强等特点。在传统教学中，为在有限的课时内把知识和技能传授给学生，常用的就是利用图片、视频、动画等教学手段，直接向学生展示建筑装饰施工的过程、现场情况等。此种教学手段虽能让学生了解部分建筑装饰施工的实际工作环境和工作状态，但是在建筑装饰施工逻辑性上的表达明显不足。

目前BIM+VR模式在建筑装饰施工中得到诸多应用，如果可以将BIM技术和VR技术引入到教学过程中，学生可以利用BIM模型对现场进行临设布置，通过VR技术观察模型。建筑装饰构造多由基层、龙骨、各种构配件、面层等元素组成，这些元素在建筑装饰三维模型中均有所体现，BIM技术根据建筑装饰三维模型可以生成满足施工需求的施工图、大样图、表格数据等技术图表，这些图纸、图表都是基于建筑装饰三维实体模型，成相互关联之势，对于因不同视图而导致出现的技术图表无法实时相关联的现象起到很好的规避效果。在观察审核相关模型、图纸的过程中，需要对设计进行改动，采用BIM+VR模式，无论在哪个视图中进行改动，相对应的施工图、大样图、表格数据等技术图表也会跟着改动，这种模式便于讨论和修改，大大减轻了工作量，提高了工作效率。

学生可以利用三维模型对施工方案进行预演，使各项方案得到一个直观的表达，可让学生掌握各项施工方案是否能达到施工要求，并及时发现问题作出调整。通过施工方案的模拟，选择最优方案。

（三）工程造价专业

1、建筑工程识图。建筑工程识图是高职院校工程造价专业的核心课程，主要培养学生领会设计任务书或设计变更文书，熟练与准确识读土建专业施工图及配套文本文件的能力，同时也是工程造价专业需要侧重培养的技能。

传统高职院校建筑工程识图课程主要通过图片、幻灯片、视频等形式给学生传授知识，这种形式简单易操作，但是需要学生有较高的空间想象能力，学生能够准确识读实际工程图纸需要经过长时间的培训，效率较低。

工程造价专业与科学技术的发展需紧密联系，BIM技术、VR技术的兴起，为工程造价人才培养工作带来了新思路。在建筑工程识图课程中可以选取具体项目任务，项目的选取要着重培养学生的识图、图形算量、计价能力。例如，在建筑设计中可将楼梯的搭建过程作为BIM建模的对象，并完成相应的剖析任务，建模完成后通过VR技术观察模型，VR逼真的视觉效果可以使学生更清楚地了解楼梯各部分的相关知识，使建筑工程识图课程更生动有趣。

2、工程造价管理。工程造价管理课程传统的教学方式主要是黑板加多媒体，学生被动地学习相关知识，对于工程造价管理涉及的决策阶段、设计阶段、施工阶段、竣工阶段等过程，学生全面掌握的难度较大。在工程造价管理课程中充分应用BIM技术，可以使学生更全面掌握工程造价管理的多个过程。例如，决策阶段可以采用BIM技术对多个投资方案进行比较，选出最佳方案，同时可以对整个项目的总体造价进行估算;设计阶段将CAD图纸与BIM技术相结合，可以很直观地做项目概预算，使造价更具稳定性;施工阶段运用BIM技术可以使工程整体管理质量和管理水平得到全面的提高……不管是决策阶段、设计阶段、施工阶段還是竣工阶段运用BIM技术都可以提高学习、工作效率，加深学生对工程造价管理的理解与认识。

本文首先介绍了BIM技术、VR技术，接着从建筑工程技术、建筑装饰工程技术、工程造价三个专业探讨BIM+VR模式在建筑类专业教学中的应用，探索建筑类专业课程新的教学思路和方法。通过探讨发现BIM+VR模式不仅能打破传统黑板配合多媒体的形式，还能使建筑类专业课程丰富多彩，增加教学资源。针对高职院校学生的特点，BIM+VR模式可以提高学生主动学习的兴趣，从而实现学生从被动式学习向主动式学习的转变，提高学习效率。在高职建筑类专业教学中，培养学生运用BIM+VR技术解决实际问题，为高职学生毕业后步人工作岗位打下坚实的基础。