产教融合背景下基于“一模多用”的绿色建筑技术课程教学研究

杨 修，何 江，倪轶兰， 王 丽

(1.广西大学土木建筑工程学院，广西 南宁 ;2.广西防灾减灾与工程安全重点实验室，广西 南宁 530004)

1 引言

当前，我国建筑行业顺应世界能源发展的趋势，不断的推进绿色建筑的研究与落实，绿色建筑设计已经是目前建筑行业的热点之一。绿色建筑的重要性不言而喻，国内各重点高校的绿色建筑教学的改革及探索已经在大力开展。清华大学、同济大学、东南大学、天津大学、西安建筑科技大学、华南理工大学等高校从绿色设计理论、工程实践、国内外竞赛、毕业设计等方面不断进行绿色建筑设计教学实践。

笔者所在高校的建筑学专业也从2012级开始开设了绿色建筑技术课程，经过与软件企业的深化合作，不断的尝试、探索和总结经验教训，教学方法得到完善，教学效果也稳步提升，逐渐形成了以计算机数字化模拟来辅助绿色建筑设计的教学思路。

经过历年的课程教学实践，笔者所在教学团队发现，在产教融合的背景下，“一模多用”的绿色建筑解决方案更加能够保证学生课程学习的连续性，提高学习效率。本文针对该教学方案在绿色建筑技术课程中的应用进行回顾和总结，介绍教学过程的各个阶段并提出了一些教学方面的思路和建议。

2 基于“一模多用”的绿色建筑解决方案

从20世纪60年代开始，各国学者便开始建筑环境的模拟技术研究，经过多年的发展，取得了很大的进步，涌现出多种类型的软件[1]。笔者在以往课程中采用了多种设计软件，以节能设计为例，常用的软件有Doe-2、Energyplus、Dest、Ecotect，但是经过课程实践发现，学生在应用环节还是将大部分的精力花在建模上，致使学习和工作效率低下。

针对这个问题，软件企业开展了新模式的研发，比较著名的有斯维尔、PKPM、广联达等公司，他们与各高校一起合作想方设法破解这一难题。笔者所在教学团队经过与软件企业的多次合作及多方考虑，与斯维尔公司共同拟定了“一模多用”的教学方案，其核心理念就是一次建模可进行多项数据模拟，解决了学生、建筑师很反感的反复建模问题。在最近一次绿色建筑技术课程中采用了该教学方案，方案中包含了建筑节能设计、日照分析、采光分析、风环境分析和噪声计算等软件的使用，其最大的特点是基于BIM技术实现了同一个模型可以进行多项模拟运算及导出模拟报告书，大大提高了工作效率。

课程教学方案的设想是在建筑设计的各个阶段中让学生运用相关的模拟软件对方案模型进行性能模拟，使设计方案不断趋于合理。在场地分析阶段，运用通风、日照软件进行建筑形体的推敲；在建筑平面布局阶段采用采光、节能、通风软件进行平面优化分析；在建筑节能设计阶段，采用节能、噪声软件进行性能运算调整，以满足各项规范要求。设计与模拟过程不存在固定的顺序关系，应根据具体情况协同进行。

3 绿色建筑技术课程教学实践

广西大学建筑学专业从2012年开始在教学培养计划中构建绿色建筑课程体系，绿色建筑技术课程是最为重要的一个环节，需要运用数字技术手段进行绿色建筑项目课程设计，已开设过的题目有“绿色学生活动中心项目”、“绿色教学楼项目”等，依托实际工程项目，任务书合理设置建筑规模及平面功能，有利于学生开展场地分析、多方案比较、技术手段深化，同时支持学生参加台达杯国际太阳能建筑设计竞赛、斯维尔全国高校绿色建筑设计竞赛等国内外竞赛项目。

3.1 课程设计阶段绿色建筑性能模拟分析

在基础学习阶段，在完成基础知识的授课后，教师对国家标准《绿色建筑评价标准》GB/T 50378-2014进行了介绍，并且要针对设计性能模拟应用的日照、采光、通风、节能等部分在课程设计阶段与建筑设计相关的条款进行解读，分析控制项及得分项的特点，详见表1。课程还简要介绍了美国LEED评价体系，帮助学生深入了解绿色建筑评价标准。

表1 课程设计阶段绿色建筑评价标准涉及建筑设计性能模拟及使用软件条款一览

在实际性能模拟过程中，一般情况下采用CAD/REVIT软件来建模，再采用对应的软件来模拟计算。在规划布局方面，4.1.4、4.2.6、4.2.7条需要采用日照、通风、热环境等软件进行模拟；在平面功能布置方面，8.2.5、8.2.6、8.2.7、8.2.10、8.2.11等条款需要采用采光、通风软件进行模拟；在节能及噪声方面，8.1.5、8.1.6、5.2.3、8.2.1、8.2.2条款需要采用节能和噪声软件进行相应的模拟。各阶段均可导出dwg、3ds等模型，采用sketch up软件导入后，学生即可借助UE4、MARS等软件进行VR转换，利用简单的工具进行沉浸式体验。由于课程学时的原因，表1仅选择部分与建筑规划方面相关的条款进行分析，其他专业的内容随着教改的不断深入逐步纳入课程计划中。

3.2 “一模多用”方案的教学应用实践

3.2.1 软件学习阶段

在软件介绍及学习阶段，课程开始前由技术人员在机房安装相应的软件，同时提供账号密码、软件视频等资料，教师对软件进行实操讲解，强调本软件系统的特点：同一个模型，可以通过不同的软件进行性能分析模拟，不需重复建模即可进行相关的性能模拟与报告输出。

软件安装方面，假如采用多种不同软件，学生还得花费大量的时间来安装不同平台的安装包及插件，而本方案仅需要一次安装调试即可，节省了大量的时间和精力。在软件学习方面，教师可以布置任务现场操作，基于任务式的教学也将改善高校教室中出现的“低头族”等不良现象[3]。

3.2.2 方案深化阶段

经过现场调研及资料整理，在软件学习阶段开始同步进行体量模型方案比选的工作，在整个指导过程中不断强调以绿色建筑为出发点，在此基础上进行方案的深化，尽可能使设计方案更加符合当地的气候环境特点。经过前期收集的气候环境条件，得出建筑地点的相关气候因素：湿度、降水、云、风、气温、最佳朝向等资料。学生以此为基础进行方案体量建模，通过日照、通风的效果对多方案比较，经过这些分析，学生的设计布局更加趋于合理。

在体量型搭建完成后，学生可以使用VENT软件对模型进行室外风环境的模拟，同时也可以使用SUN软件进行日照环境的模拟；体量建模经过整理还可以进行热环境方面的模拟。其次，在建筑平面布置阶段形成的模型，统一进行模型检查处理后，可以使用BECS软件进行节能(能耗、隔热、结露等)的性能模拟，可以使用DALI软件进行采光计算、视野分析模拟，还可以使用NoiseSystem软件进行建筑隔声的计算模拟。在方案设计的3个阶段完成了体量模型、深化模型及渲染模型等模型文件，目前课题组利用现有的资源鼓励学生将模型进行整理转换，在软件公司的帮助下进行VR沉浸式方案体验，在方案的前期、中期、后期都得到更真实的体验。

从操作程序来看，组合软件运用方案则首先得采用不同的软件，而且经历导入、调整、彩图及文字方面的编辑等较复杂的程序才能完成模拟报告书，成果质量也难以保证。相较而言，一模多用方案具有工作流程减少、节省时间的优点。模型建立及调整后可以完成多项模拟并输出模拟报告书。流程的简化可以让学生把注意力集中在方案设计上面。方案流程详见图1。

3.2.3 方案出图阶段

任务书在本阶段不仅要求学生完成正常建筑设计的基本内容，还应该把通过不同的模拟得到的日照、通风、节能、采光、噪声等模拟彩色分析图图文并茂地整理在设计文本内。同时，按行业要求模拟报告书也应打印出来作为附件。一模多用方案的优点就是直接输出模拟报告书，文本编制亦可直接采用报告书内的材料。在课程设计阶段，学生在没有能够掌握足够专业深度的情况下，由软件自行完成模拟报告书绝对是一项非常节省时间的方法。

4 结语

(1) 教学培养计划中开设的建筑物理、建筑设备、建筑数字技术、数字化建筑设计与模拟等绿色建筑相关课程的开设为本次课程提供了良好的基础，学生基本上掌握了操作软件的使用方法，同时容易接受新的知识。

(2) 一模多用的理念需要更深入的研发，如在统一平台软件内实现多种分析结果的显示，用户通过模拟可以更加直观的了解设计方案存在的问题，就能以此为依据，更合理的进行方案的调整。在校企合作的基础上加强与企业之间的沟通与合作，实现产教融合。

(3) 建筑模型的VR转换及演示在实际课程中已经可以实现，但是受到时间、器材等客观因素的限制，仅有部分学生能完成，建议课程方案在虚拟现实方面提出更简易的方法，如购买简易的VR眼镜设备，购置成本将远低于大型穿戴式设备，而且可直接使用自己的手机进行体验。

(4) 绿色建筑技术毕竟是基于工程实践的一门实用性强的课程，学生除了在课堂上完成相应的练习，还应与学校实践基地多沟通，为学生创造条件去实际工程项目现场体验和参与绿色建筑项目的机会，还可以邀请行业专家多到学校进行实地教学指导，让课程更加具有现实的意义。

(5) 本课程的完成将给学生打下一个扎实的基础，除了能够在下一阶段的设计院实习中担任绿色建筑相关的工作，还可以为最后的毕业设计提供绿色建筑项目题目的可能性。作为绿色建筑课程体系中最重要的一个环节，本课程通过不断的尝试和积累，逐步得到完善。

以上是对绿色建筑技术课程实践的初步探索，还需要做更多的教改研究，同时也要关注国内外相关领域的研究动态，加强与高校的交流，使课程更加具有实用性，发挥其应有的作用。