建筑信息模型在“风景园林建筑设计”课程教学中的应用

刘利刚　胡　越

(北京林业大学园林学院，北京　100083)



建筑信息模型在“风景园林建筑设计”课程教学中的应用

刘利刚胡越

(北京林业大学园林学院，北京100083)

摘要：建筑信息模型是建筑准确的、三维的、包含各项几何与物理参数的模型，它适用于与建筑结合紧密的“风景园林建筑设计”课程的教学，在国外已经得到广泛的应用。“风景园林建筑设计”课程教学目前主要采取以二维案例为主的授课方式，难以直观展示园林建筑空间信息，难以使学生迅速理解建筑空间与造型的关系，因而也难于培养学生的学习兴趣。针对“风景园林建筑设计”课程教学中存在的问题，探讨了建筑信息模型在“风景园林建筑设计”课程教学中应用的途径。首先，利用建筑信息模型将二维教学变为三维乃至带有时间维度的四维教学；其次，利用建筑信息模型变对园林建筑的定性研究教学为定量研究教学；第三，利用建筑信息模型加强对园林建筑营造过程与技术的教学；第四，利用建筑信息模型加强对园林建筑历史变迁的教学；第五，利用建筑信息模型加强对园林与园林建筑关系的教学。在教学实践中，建筑信息模型已经开始辅助“风景园林建筑设计”的课程教学，并取得良好的效果。

关键词：风景园林建筑设计；建筑信息模型；教学研究

一、“风景园林建筑设计”课程教学现状

“风景园林建筑设计”是风景园林专业的骨干设计课程，也是北京林业大学园林学院风景园林专业学生的必修课。“风景园林建筑设计”课程在大二学年开设，历时两个学期，每学期有64学时，是风景园林专业最早开设的设计课程。作为其他后续设计课程设的基础，“风景园林建筑设计”课程的教学效果对其他后续设计课程有着直接的影响。

“风景园林建筑设计”课程主要讲授建筑设计的理论与方法，由艺术家住宅、会所、博物馆以及中国传统园林建筑设计4个单元的建筑设计组成。风景园林设计与建筑设计是人居环境设计的一体两面，风景园林设计偏重室外环境，建筑设计偏重建筑造型与室内空间设计，而优秀的中国传统园林建筑则是风景园林与建筑设计的杰出代表，既是园林不可或缺的有机组成部分，又是优秀的建筑设计作品[1]。

二、“风景园林建筑设计”课程教学存在的问题

目前“风景园林建筑设计”课程教学包含3个教学环节，一是二维的案例教学，二是制作小比例的经典建筑三维实体模型，三是课程中经典建筑案例的实地参观实习。这3个环节都存在各自的特点与急待解决的问题。

(一)二维案例教学难以全面展示园林建筑的空间信息

传统的二维案例教学主要围绕园林建筑总平面、单体园林建筑平面、立面、剖面等角度，展开研究与教学，这种授课方式难以把抽象的建筑二维图纸与鲜活的三维建筑空间结合起来，无法直观展示园林建筑的空间信息，学生学起来比较枯燥乏味。而对中国传统园林以及园林建筑的欣赏是一个带有时间维度的四维体验过程，仅对单一建筑平面或者单栋建筑进行研究，难以让人对园林的设计意匠以及园林全貌有一个较为直观与全面的认识。

(二)制作小比例经典建筑实体模型的教学环节较为枯燥且耗时，容易导致对建筑空间信息研究的忽视

在制作小比例经典建筑实体模型的教学环节中，学生通过制作小比例的经典建筑实体模型，可以借此对建筑空间与建筑造型进行仔细的推敲。但由于制作实体建筑模型耗时较长，在漫长而枯燥的模型制造过程中，学生往往容易陷入对制作工艺细节的推敲中，忽视了对建筑空间信息的研究。制作一个经典建筑的实体模型，如建筑大师柯布西耶的萨伏伊别墅，大概需要30个学时，而一学期仅有63学时。如果课上指导学生制作模型，势必占用大量讲授建筑设计理论的时间，得不偿失；若安排学生课下制作模型，又会使学生疲惫不堪。经过一个学期的探索，笔者发现能否制作一个优异的实体模型，更多地取决于学生是否具有较高的手工制作能力，而不是建筑空间想象力，而这恰恰与安排这项课程内容的初衷大相径庭。

(三)通过参观实习难以形象地了解园林与建筑的历史变迁

课程教学实习应当在学生掌握了足够的理论知识基础上进行，否则只是走马观花，难以领会丰富多样的园林空间信息。以苏州的私家园林为例，其园林空间设计丰富多样，园林与建筑完美结合。然而，仅仅通过单纯的现场考察，学生难以迅速理解与把握园林建筑的风貌大局。据带队实习的教师反映，只有反复多次带队实习，教师才能初步把握园林的空间设计信息，而学生的课程实习只有一次，所以实习效果就可想而知了。

(四)通过课程教学实习难以全面地了解中国传统园林建筑的发展历程

中国传统园林建筑的建设是一个历史悠久的营造过程。在漫长的历史发展过程中，园林建筑往往经过多次维修、扩建甚至重建。而在“风景园林建筑设计”课程教学实习中，学生只能看到园林建筑现在的样貌，看不到园林建筑鼎盛时期的样貌和变迁过程。

三、建筑信息模型应用于“风景园林建筑设计”课程教学的必要性

目前，建筑设计方式正在经历巨大的变革，由传统的二维设计逐步走向三维设计。在三维设计中，无论是建筑设计过程，还是建筑设计成果都以三维的方式呈现。建筑设计的成果不再是传统的二维图纸，而是三维的建筑信息模型，可以随时导出建筑的施工图纸。

建筑信息模型简称BIM(building information model)，是参数化的3D建筑模型。在这个模型中，除了包含建筑各构件几何方面的信息外，还包含建筑构件准确的物理方面(质量、材质、力学性能)的信息以及场地的三维信息[2]。因此它是建筑准确的、三维的、包含各项几何与物理参数的模型。20世纪90年代中后期，建筑信息模型在建筑设计教学中开始应用，如美国的哥伦比亚大学、麻省理工大学、英国的建筑联盟学院等院校均设置了建筑信息模型的相关课程来辅助“建筑设计”课程的教学。

建筑信息模型在工程设计中主要应用在具有极端复杂形体的建筑设计中，它的应用极大地提高了建筑设计的工作效率和施工的精确度。极端复杂形体的建筑往往难以通过传统二维的设计方法(平面、立面、剖面以及效果图设计)来准确描述建筑的形态与构成，二维的设计图纸也难以指导复杂建筑结构的工厂化加工。而建筑信息模型则在建筑设计前期能高效地生成复杂形态的建筑模型，并可以通过参数进行反复推敲修改；在建筑设计中期，参数化设计能进一步增强方案的细节构建，并着手建造与施工方共享的模型参数，对建筑中的建材与材料尺寸进行优化处理；在施工阶段，参数化的建筑信息模型可以直接导出建筑施工图纸[3]。建筑信息模型导出的建筑设计图纸能直观展示所有跟建筑相关的细节，施工方与设计方无需反复协调。建筑信息模型可以导出建筑各个视角效果图，数量不受限制，可直接输出到相关软件中准确地评估建筑性能。应用建筑信息模型的典型建筑设计案例包括德国慕尼黑的宝马博物馆、奔驰博物馆等形体极端复杂的建筑。

因此，在“风景园林建筑设计”课程教学中引入建筑信息模型，可以使学生提前适应将来工作中势必用到的三维设计工具，可以更加直观、准确地推敲自己的课程设计，从中感悟建筑之道。建筑信息模型参与的建筑设计与传统建筑设计的区别见表1。

表1　传统建筑设计与运用建筑信息模型的建筑设计的比较

四、建筑信息模型在“风景园林建筑设计”课程教学中的应用

蔡凌豪[4]认为建筑信息模型最有可能应用在功能复杂、尺度较大或与建筑结合紧密的风景园林项目与教学中。中国传统园林建筑正好符合这个特点。中国传统园林建筑的特点使其适于用建筑信息模型的描述和讲解。首先中国传统园林建筑的典型组成部分(包括屋顶、墙体和台基)都具有相对复杂的形体与装饰。这些部分都由几种典型的类型构成，类型之间具有明确的等级关系，例如屋顶的等级序列，从低到高共分硬山屋顶、悬山屋顶、歇山屋顶、庑殿屋顶4个基本类型，屋顶还有单檐和重檐的变化。这些程式化的建筑构件都便于被参数化的建筑信息模型所描述。而且建筑信息模型可以准确地构建建筑及场地的三维模型，甚至详细到植物、岩石，便于对园林与园林建筑的整合研究。

(一)利用建筑信息模型变二维教学为三维乃至四维教学

将建筑信息模型引入“风景园林建筑设计”课程教学可以将传统的二维案例讲授变为三维乃至四维的教学。利用三维建筑信息模型，学生可以感受到建筑中每一个点的实际空间效果、逼真的模拟效果、使学生在课堂上有身临其境之感，增大了课程的容量，易于培养学习兴趣。目前已有利用sketch up等软件制作中国传统园林建筑三维分件拼装模型的成功案例，如董璁制作的中国园林古建筑教学案例库，其中包括近春园中的亭廊、枇杷园中园林建筑的三维模型。虽然建筑分件模型可以形象地展示园林建筑完整的施工过程，但是由于它不是建筑信息模型，建筑分件模型只有建筑空间信息，没有建筑构件质量、密度、材质、物理性能等其他信息，因此难以据此模型科学地对园林建筑进行性能评价。而建筑信息模型由于是建筑准确的、三维的、包含各项几何与物理参数的模型，所以能够科学地对园林建筑进行性能评价。

(二)利用建筑信息模型在讲授有关园林建筑的定性内容的基础上增加定量的内容

目前对园林建筑的研究中定性的讲授居多，定量的研究与教学偏少。通过建筑信息模型的建构，将建筑的几何与物理信息直接导入模型，可以进一步通过绿色建筑评价软件和建筑能耗模拟软件对传统园林建筑的热工性能、通风环境、热舒适度等进行量化的评价。建筑信息模型有利于科学、客观地评价中国传统园林建筑的优势与不足，能够帮助教师更加客观、准确、科学地讲授园林建筑。

(三)利用建筑信息模型加强园林建筑营造过程与技术方面的教学

目前对园林建筑的研究与教学多集中于历史考据、人文历史、设计意匠等理论方面的研究，而直面建筑营造过程与营造技术的研究相对较少。因此任课教师可以将传统建筑的研究手段与较为先进的技术手段相结合，利用建筑的参数化手段与建筑信息模型准确、直观、三维地展示建筑的营造过程，使学生从整体上理解园林建筑的结构、构造和施工过程。

(四)利用建筑信息模型加强园林建筑历史变迁方面的教学

中国传统园林建筑的建设是一个历时较长的过程，往往要经过多次维修、扩建甚至重建的过程。目前学生参观的只是其当前的状态，不能反映其建造的复杂历程，现在的样貌往往也不是园林与建筑最美、最成熟的阶段，不能充分体现设计者的创作理念。而采用建筑信息模型可以建立一座园林在不同年代的建筑模型库，能准确反映园林与建筑在初建、盛期、现状期的形态，充分展示园林与建筑全寿命周期各个历史阶段的风貌以及建造过程。有了建筑信息模型可以方便地输出动画，为学生详尽地展示园林与建筑的营建与变迁过程。

(五)利用建筑信息模型加强有关园林与园林建筑关系的教学

园林与园林建筑实际上是相辅相成的关系，彼此依存。园林对建筑有遮阳、降温、提升空气品质等功用。通过建筑信息模型可以对此进行较为深入的分析，也有助于教师将建筑设计与景观设计、植物造景设计的研究与教学进行较好的结合。

五、建筑信息模型在“风景园林建筑设计”课程教学中的应用效果

建筑信息模型在“风景园林建筑设计”课程教学中的应用是立足于北京林业大学风景园林专业对中国传统园林与建筑有着较为深厚的研究基础上的。目前建筑信息模型已经开始辅助“风景园林建筑设计”课程第二学期的教学，尤其在中国传统建筑设计研究和南方园林与建筑参观实习中得到广泛应用。据学生反映，建筑信息模型辅助建筑设计理论与案例的讲授，较以往二维案例的讲授更为生动，对园林建筑的分析具有更强的科学性与说服力。

2013年，在全国大学生设计竞赛中，北京林业大学园林学院学生带有中国传统园林特色的建筑设计方案获得3等奖。同时笔者在“风景园林”期刊上发表了一篇有关“风景园林建筑设计”课程教学的研究性论文。

参考文献

[1]刘利刚.对风景园林学科建筑设计教育的思考[J].风景园林，2014(5)：152.

[2]徐卫国，徐丰，尹志伟，等.参数化设计——访徐卫国及XWG工作室成员[J].城市环境设计，2009(8)：12-15.

[3]高岩.参数化设计——更高效的设计技术和技法[J].世界建筑，2008(5)：28-33.

[4]蔡凌豪.风景园林数字化规划设计概念谱系与流程图解[J].风景园林，2013(1)：48-57.

(责任编辑王伟)