云技术辅助建筑设计教学构想

高建华

[摘 要]云技术是指在网络上将硬件、软件、网络等一系列资源统一起来，实现数据的存储共享、计算、处理的技术。结合高校建筑设计课程教学和管理特点，高校可以使用云技术来辅助建筑设计教学，并初步构建高校建筑设计教学云平台，以加强国内外建筑院系的资源共享、合作学习，优化教学体系、培养目标、培养方法、课程设置等，为国家、为社会培养出优秀的建筑设计人才。

[关键词]云技术；云计算；建筑设计课程教学；云平台

[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2018）11-0044-03

随着信息技术的迅猛发展，计算机辅助（CAI）教学模式已经在高校各个专业中得到广泛、深入的应用，借助于计算机辅助手段，教师的教学理念、教学方法、教学效果都得到了更新和优化。而云计算技术的发展和普及，必将挑战现有的高校建筑设计教学方式方法。2017年发布的《国家教育事业发展“十三五”规划》指出，要全力推动信息技术与教育教学深度融合，学校要综合利用信息技术创新教学管理方式，探索未来教育教学新模式，提升教学水平。本文具体分析了建筑设计教学的特点，结合云技术的应用，提出了云技术辅助建筑设计教学的手段与方法，论述了云技术应用在建筑设计教学各个环节及教学管理中的可操作性。

一、 云技术在教学中的应用现状

（一）云技术概念及范畴

目前唯一得到广泛认同和支持的云计算的定义是由美国国家标准与技术研究所（NIST）的Peter Mell 和Tim Grance所提出的：云计算是一种按使用量付费的模式，这种模式提供可用的、便捷的、按需的网络访问，进入可配置的计算资源共享池（资源包括网络、服务器、存储、应用软件、服务），这些资源能够被快速提供，只需投入很少的管理工作，或与服务供应商进行很少的交互[1]。云技术是指在网络上将硬件、软件、网络等一系列资源统一起来，实现数据的存储共享、计算、处理的技术，它的五大核心技术是高效的分布式编程模型、海量数据的分布式存储技术、海量数据的处理技术、虚拟技术和云平台管理技术。云技术的核心技术为云平台服务提供了保障，云平台的主要服务形式有SaaS（软件即服务）、PaaS（平台即服务）、IaaS（基础设施即服务）。

（二）云技术在高校教学中的应用现状

近年来，谷歌、微软、IBM、阿里等公司都在积极探索云技术在教育行业的应用，云计算技术在教育行业的应用有云存储、私有云、云视频、云会议等。云存储是指将互联网中各种不同类型的存储设备通过应用软件集合起来，对海量数据统一进行存储和管理；私有云是将相关机构或企事业单位的软硬件资源用防火墙保护起来，只提供内部的公共云服务；云视频融合了超大规模的分布存储、智能并行分布处理技术、动态实时分布转码技术等技术，将客户端的计算任务转移到云服务器端，使得用户的操作最大限度的简单化；云会议是一种高效、便捷、低成本的会议模式，通过云技术支持，分布在世界各地的用户可以实时进行语音、数据文件及视频的交换。

目前云技术平台在高校中的应用还处于调试阶段，在建筑学教学领域，哈佛大学、巴特莱特建筑学院、AA 建筑联盟学院等院校都在积极思考如何将建筑类课程教学方法、教学目标及设计过程、项目管理等借助云技术来进行管理[2]。国内大多数高校的教学管理模式和授课方式还是传统型的，其存在的问题有：教学资源库不能对外开放并且信息冗余、重叠，本学科的教学资源不仅不能和同一学校的相关学科互通有无，与其他建筑类高校也不能共享优秀教学资源[3]；数据的存储基本上都是本地服务器模式；数据交流交换仅限于校园网内；教学数据更新缓慢；教学管理人员、教师、学生三类人员之间沟通不畅等。构建教学服务云平台后，这些问题将得到彻底解决。

二、建筑设计教学特点

（一）建筑学教学大纲分析

《全国高等学校建筑学专业本科（五年制）教育评估标准》中指出，建筑学专业本科教育中必须达到的智育要求有：具备建筑设计能力、掌握建筑相关知识、掌握建筑技术知识、参与教学实践环节、有一定的外语基础。五年制建筑学本科课程设置如图1所示：

（二）建筑设计课程特色

1.建筑设计课程在整个课程体系中具有主导地位。建筑设计课程所耗学时数大约占了建筑学专业学生在校学习总学时的一半以上；在长达五年的本科教学学制中，建筑设计课程贯穿始终，从一、二年级的建筑设计基础到三、四年级的建筑设计课程设计再到五年级的毕业设计。很多专业基础课程也是围绕着建筑設计课程展开的。

2.建筑设计教学采用师傅带徒弟的言传身教、单独指导交流的上课模式。除课内学时数外，学生在课外一般需要保证课内两倍以上的时间用于方案思考推敲，所以加班熬夜习以为常，但平常时间学生有问题很难有机会与教师讨论，课后交流较难。

3.建筑设计课程教学没有教科书，但是其以有海量的参考书和资料，以及高精度的图像文件多为特征。建筑学院或建筑系一般设立独立于学校图书馆以外的专门图书资料室以应付师生随时查阅的需要，但是也很难保证通宵开放。

4.建筑设计教学不需要工科专业通常使用的各类实验室，但是会有模型室和VR实验室，通过模拟的立体的形象教学建立学生三维空间概念，还要经常去实地参观同类建筑物实体，以取得图纸形象与实物的统一思维。

5.建筑设计需要合作与交流，互动性强，教学形式多样；多校联合设计教学，国内外名师合作指导学生设计等活动纷纷开展，需要设计团队实时沟通，不断地交流想法，调整思路，最终完成设计。

6.教学成果评价。建筑课程设计的成果是学生的设计方案，对方案的优劣评判会有个人的主观成分，而且不能生硬地统一标准，这就可能产生不认同和矛盾，目前经常采用教师间交叉评图来增加客观性。鉴于成本，校际交叉评价方案并未通行。

7.学生作业管理。每年都会有大量优秀学生作业被作为范图留下，此外学校为了应付专业评估，通常都将超过五年的学生全部作业作为档案保留备查，所以每个建筑系都会有个庞大的图档室，用于保存纸质图纸作业。学生作业的归档管理是件烦琐的工作。

三、建筑设计教学中云技术的切入点

云计算技术的广泛应用给建筑设计教学指明了新的发展方向，将云计算技术应用到建筑设计教学中，结合建筑设计课程与教学管理特点，必定能够促进建筑设计教学模式和方法的变革、更新。

（一）云计算技术降低教学成本，提高效率

当前，建筑设计教学需要引进生态、节能、低碳等可持续发展的理念和技术，建筑设计科学技术化趋势越来越明显[4]。BIM（Building Information Modeling）是传统的建筑模型实验课程和三维数字技术的融合。建筑模型课程的设置贯穿整个本科教学进程，建筑模型也是建筑设计、建筑创作的重要表达方式，借助于计算机虚拟仿真技术和3D建模技术，学生在搭建模型的过程中对建筑方案能有更深的理解，对空间能有更直观的表现。

建筑数字模型的建立对用户硬件设备要求比较高，构建院系云计算平台，借助于云计算，所有的数字模型的建立、修改、渲染都可以在云服务器端运行，作为用户的客户端不需要任何高端处理器和显卡，就能完成建模。云计算技术计算能力非常强，不仅能解决海量模型的存储问题，还能提高建筑建模的效率。

通过VR技术，建筑设计教学可实现对世界各地建筑实例的远程访问参观，增加了学生的实际项目学习机会。

（二）分布式云存储平台实现教学软硬件共享

建筑设计专业的基础理论课程有建筑历史、建筑材料、建筑技术等，此类课程的特点是概念、原理、理论性比重较大，需要记忆的内容多，教师的授课偏向于传统模式，在授课的过程中需要进行大量知识点的灌输。不同的高校此类课程的大纲、内容和教授形式差别不大。

设有建筑学专业的本科院校可以通过云技术建设课程数据共享平台，提供建筑基础理论类课程相关资源的管理和动态配置。

通过云存储的分布式文件系统功能，将各个高校建筑基础理论课程的大纲、教学课件、知识要点等集中到公共云平台中，由云平台对文件进行保护和管理，对不同的用户设置不同的访问和操作权限，相关用户可以根据需要访问、创建、删除、读写、修改文件。云平台系统通过统一的应用接口对外提供服务，用户不必关心系统的架构和数据的传输方式，只要设备接入网络，就可以访问、管理共享文件，甚至共享其他院校的硬件设备。云存储技术为教学资料的收集整理、教学内容的保护更新搭建了有利的平台，促进了教学水平的不断提升。

各个高校建筑系建立在云平台上的数字图书资料，可以不限时间段提供给学生在建筑设計过程中所需要的参考资料。

（三）云会议、云视频技术使得联合教学更加方便、快捷

建筑设计课程是建筑学专业的核心课程，设计类课程旨在培养学生综合性整体设计的能力及与其他各专业的协调能力。当前，建筑设计联合教学已逐渐成为国内建筑学专业教学过程中的重要环节和一种常态化的教学模式[5]。联合设计教学既有国内院校的交流与合作，也有国际沟通和学习。云会议技术是云技术的应用之一，参与联合设计的师生通过互联网界面，就可以运用云会议与国内外其他院校的师生同步分享语音、视频、数据。云会议效率高，使用简单便捷，联合设计前期的选题、中期的专题讲座、后期的成果汇报都可以借助云会议技术来实现。此外，云视频还可以帮助学生与专业课教师在正常课时之外进行实时辅导与交流。

在后期的教学成果评价体系上，借助于云技术，可实现远程校际交叉评图，提高评价的客观性，以实现优势互补。

云视频技术的特点有分布式存储规模大、并行分布处理能力强、能够动态实时分布转码等，借助于云视频，各大院校在联合设计过程中，可以随时随地进行讨论和交流，及时解决设计过程中遇到的瓶颈问题，而不需要选定共同时间共同地点来集中讨论，很好地解决了各个院校的及时沟通问题，推动联合设计顺畅有序地进行。

（四）云存储技术管理教学图书资料

建筑设计专业的图书资料存储是个大问题，每个建筑学院系都必须配备图档室，用于存放大量的学生作业、图纸资料、国内外文献等，图档室占地面积大，资料数量多且复杂，查阅调用不方便，还需要有专人管理。云存储的功能是实现海量数据的存储和管理，将图书资料进行云存储，不仅能够解决建筑院系图书资料存储问题，而且管理方便，可以对图书资料进行分权限查阅、借读、归还等操作。另外，云存储实效性长、存储量大、通用性强，高校之间通过各自的云存储平台可以实现图书资料的共享，大大优化了图书资料管理工作。

四、适合于建筑设计教学的云技术应用开发

基于建筑设计教学的特点，笔者构想了辅助建筑设计教学的云技术平台雏形（图2）。

通过互联网和虚拟化技术整合各个建筑院系的物理资源，为各院系师生提供云平台服务，帮助广大师生管理存储教学资源、图书资料、文档、音频、视频等；构建强大的计算环境和分布式交流平台，使得各个院系的师生之间的合作交流不受时间和环境的影响；为师生提供个性化的邮箱服务，具有安全快速、管理简单、方便快捷等特点；为建筑学教学管理者构建教学管理系统，在共享平台上为教学服务。

五、结语

目前，国内的建筑学教学偏重于工程技术类，以应用为主，培养目标面向设计单位。国内建筑师的需求量较大，对建筑学专业毕业生的要求较高。云技术的蓬勃发展为传统教育带来新的活力。借助于云技术来辅助建筑设计教学，将信息技术手段与传统建筑设计教学方法进行整合，构建建筑教学云平台，必定能够加强国内外建筑院系的资源共享、合作学习，优化教学体系、培养目标、培养方法、课程设置等，为国家、为社会培养出优秀的建筑设计人才。

[ 参 考 文 献 ]

[1] Mell P，Grance T.The NIST Definition of Cloud Computing[M].National Institute of Standards and Technology，2011.

[2] 夏翔.现代建筑教学思想对设计教育的启示[J].南京艺术学院学报（美术与设计），2016（5）：161-164.

[3] 刘爱华，朱昱.基于云技术的高校数字化教学资源共享研究[J].教育与职业，2015（8）：98-100.

[4] 王毅，王辉.转型中的建筑设计教学思考与实践——兼谈清华大学建筑设计基础课教学[J].建筑教育，2013（3）：125-127.

[5] 邓蜀阳，龙灏.联合中的跨界与多元——建筑学联合设计教学的启迪与思考[J].西部人居环境学刊，2013（1）：28-32.

[责任编辑：刘凤华]