BIM虚拟建筑照明设计教学框架研究

周昊

摘要：针对传统教学框架教学模式单一，导致学生完成虚拟建筑照明任务时间较长、成绩不佳的问题，研究BIM虚拟建筑照明设计教学框架。在设定的教学周期内，规划BIM一体化教学分析流程。将理论知识与实践任务处理为并行任务，设定虚拟建筑照明课程教学模式，综合追踪法、课后交流法、文献研究法以及经验总结法，选取各种方式的优点，搭建一个基础的教学过程，依照教学的难易程度，依次搭建设计教学的框架。准备运载BIM技术的计算机后，调用建筑照明设计所需的插件，准备两种传统教学框架与所设计的教学框架进行测试，测试结果可知：所设计教学框架下的学生完成虚拟建筑照明任务时间最短且成绩较好，适合实际教学使用。

关键词：BIM技术;虚拟建筑;照明设计;教学框架

中图分类号：TU238+.9      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）06-0097-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

BIM培养目标逐渐转移到培养解决问题能力、创新建筑结构的教学方向上来。在虚拟VR技术影响下，虚拟建筑照明设计要点向具有国际竞争力的高素质人才培养上发展。在新工科理念的影响下，高校对BIM技术人才培养以新型人才作为培养理念，广泛应用课程教学在信息技术的实践上[1]。BIM虚拟建筑的传统教学模式主要集中在理论课程教学环节中，课程教学以介绍建筑电气照明工程的设备、整体设计和施工方法的讲解开始。在实际的教学过程中，配合不同规格的建筑设计图纸，参照不同建筑风格对照明工程的要求，建立专业化的照明练习，不断加深学生对教学的记忆力。从当下的教学框架来看，多数教学过程以理论知识为主，普遍缺乏现场认知，在以往的教学过程中师生互动较少，BIM教学过程常选定静止风格的表现形式。这样一来，对于空间想象力弱的学生来讲，很难将设计要点与教学理论联系起来，减弱了学生对照明设计课程的学习积极性。从教学基础上来看，BIM专业学生有着较为薄弱的理论知识，对于建筑空间的想象力较差，在单一的教学框架影响下，长此以往地累积学习消极情绪，影响学生的学习效果[3]。

在实际教学过程中，教师常常通过Unity、UE4等软件及Augment、BIMVR等平台可实现BIM数据信息的可视化虚拟表达[4]。在照明课程的教学中，可在运用BIM技术描述、建立课程相关知识对象和教学过程模型的基础上，将AR/VR技术作为支持，整合建筑专业课程与二三维信息模型的搭建，为学生群体搭建一个真实的教学环境，形成一个成熟的照明设计教学体系。在BIM虚拟建筑照明设计教学中，培养学生对空间照明建筑的感知，通过重复式的虚拟训练，建立学生自身的沉浸体系，综合上述教学现状可知，研究BIM虚拟建筑照明设計教学框架是很有必要的[5]。

1 BIM虚拟建筑照明设计教学框架研究

1.1 规划BIM一体化教学分析流程

BIM教学课程是一项周期性的教学过程，在设定的教学周期内设定理论实践以及典型工程验证作为课程教学的分析流程[6]，在构建一体化教学流程时，设定的理论环节以及实践环节如图1所示：

在图1设定的一体化教学分析流程下，理论教学过程中，综合运用BIM技术创建课程教学资源，建立BIM与AR技术的教学资源库，对应虚拟建筑照明课程，使用VR技术将教学课程知识点模拟为不同的VR场景，采用全方位的构造细节，让学生感受真实的建筑照明设计场景。在课后理论强化阶段，引用典型的BIM仿真平台，选定经典的工程项目，针对照明设定节点，搭建仿真操作环境，为学生设定BIM与VR技术的综合实践任务。实际落实各个课程内容时，采用Augment平台，建立一个建筑模型，并采用立体的方式，对应不同的照明点设计不同的建筑知识点，将虚拟与现实相互结合，增强学生在建筑设计过程中的空间感知能力，培养学生的建筑思维能力。在规划一体化教学分析流程后，设定虚拟建筑照明课程教学模式。

1.2 设定虚拟建筑照明课程教学模式

虚拟建筑照明课程注重理论与实践相结合，所以在设定课程教学模式时，以实践实验作为核心，采用合理的课程设计方式，采用与实际工程项目相关的实训环节，综合实际工程环境内的不安全因素，设定科学的规避方式，不断培养学生处理具体工程中的实训问题的能力，在资金投入、维护成本以及学生安全之间，建立一个平衡式的学习环境，不断创新实践过程中所需的教学手段，充分调动学生的学习积极性。或是借助于虚拟仿真技术，设计创新教学手段，将虚拟建筑照明学习过程处理为一个虚拟学习环境，充分调动学生的感官感受，将教学处理为一个学习信息处理反馈的学习过程。在具体的课程教学模式下，在不同的教学内容内，以实际的教学理论作为支持，采用理论与实践结合嵌入式的结构，在理论教学课堂上，BIM课程教师结合实际建筑照明模型展开理论讲解，并在阶段性的教学课程结束后，向学生下发典型的建筑教学案例，按照整体建筑照明设计方案要求，将建筑照明方案转化为多个分项VR场景，或是采用动画微课的方式，让学生佩戴场景显示头盔，连接模拟传感器，让学生们感受常规建筑构造结构，不断学习设备的使用方式以及照明施工方法，满足教师对BIM教学的目的。在设定虚拟建筑照明课程教学模式后，搭建教学框架。

1.3 搭建照明设计教学框架

在上述研究分析下，综合追踪法、课后交流法、文献研究法以及经验总结法，选取不同处理方法的长处，使用综合追踪法检验追踪原有教学框架学习下学生知识的掌握情况，并检验其验证结果是否符合所设计教学框架的预期目标，在搭建基本教学过程后，建立一套客观评价体系，并根据评价结果对教学框架提出改正意见。利用文献、书籍以及网络作为媒介，归纳并总结教学框架中存在的各项问题，针对现有发展问题与阻碍发展的现象，以传承优良框架作为基础，在升华处理教学理论后，搭建BIM教学基地。将智能化掌握BIM技术作为教学主旨，以《新能源照明技术》作为核心教学课程，在理论教学环节和实践教学上，配合不同难度等级的教学模块，以难度依次递增作为教学框架结构，构建得到一个成熟的教学框架体系。综合上述分析处理过程，最终完成BIM虚拟建筑照明设计教学框架的研究。

2 验证实验

2.1 实验准备

准备BIM技术所需的计算机环境，准备已知参数的计算机作为教学实践机器，使用计算机参数如表1所示：

在上表所示的计算机参数下，运行Revit-MEP软件，配合虚拟建筑照明过程中所需的软件插件，使用的软件插件工具如表2所示：

在上述插件各项参数控制下，实际验证所设计教学框架的性能时，准备一个60人的班级，将其划分为三组教学实验组，准备两种传统的教学框架与所设计框架进行实际教学，在教学结束后，设定Revit-MEP软件的使用任务，记录不同学生完成教学任务的时间，以一组教学框架学生的学习成绩以及完成教学任务的时间作为教学框架的对比指标，评定三组教学框架的性能。

2.2 结果及分析

基于上述实验准备，在三组教学实验组内运用不同结构的教学框架，在结束阶段性的教学后，设定BIM虚拟建筑照明要求，让学生使用Revit-MEP软件将传统的二维制图与建筑信息融合，创建建筑设备系统的可视化模型以及三维图，在验证过程中，记录不同学生个体完成学习任务的时间，并记录三种教学框架下各位同学的学习成绩，以三种教学班作为实验对比对象。统计并分析设定相同教学任务时，各个学生群体所使用的时间，教学任务完成时间，结果如表3所示：

在表3所示的实验结果下，在三种教学框架下，设定相同的教学验证任务，以学生完成教学验证任务时间作为对比指标，由上表所示的时间结果，传统教学框架1引导下的教学任务，完成教学任务的时间最长，平均完成时间在42min左右。传统教学框架2引导下，学生平均完成教学任务的时间在32min左右，完成教学任务的时间较长。而设计的教学框架完成教学任务的平均时间在22min左右，与两种传统教学框架相比，所设计教学框架引导学生完成教学任务的时间最短，教学效果较佳。

保持上述实验环境不变，调用上述设定的教学任务，选定同一位评价教师评价学生完成上述的教学任务，以学生得分作为对比指标，在三种教学框架引导下，学生的成绩结果如表4所示：

在三种教学框架控制下，以统计时间的教学任务作为实验评价对象，在评判教师的评判下，传统教学框架1最终的学习成绩在65分左右，实际的教学效果较佳，而传统教学框架2下的学生学习成绩在88分左右，实际的教学效果较好，而所设计教学框架的学习成绩在93分左右，与两种传统教学框架相比，所设计的教学框架的教学效果最好。

3 结束语

在经历不同时期建筑设计风格后，BIM信息技术产生了质的变化，不仅丰富了现代建筑的风格，还为现代教学带来了一定的压力。虚拟现实技术作为新的教学技术，根据其特殊的教学特点以及实践效果，为教学提供了强有力的技术等级支持。经研究验证，所设计的教学框架，符合BIM教学专业课程的教学要点，能够增强学生的学习能力。在了解、熟悉建设工程项目管理过程中，能够综合内容、方法及具体措施中场景和业务知识点，扎实掌握课程要点。根据实验验证，所设计的教学框架能够改善传统教学框架中存在的不足，为今后研究设计教学框架提供理论基础。

参考文献：

[1] 杨龙龙，王会，丁海燕.基于BIM技术的绿色公共建筑虚拟现实系统设计研究[J].现代电子技术，2020，43（6）：137-139，143.

[2] 邢雪娇，钟波涛，骆汉宾，等.基于BIM的建筑专业设计合规性自动审查系统及其关键技术[J].土木工程与管理学报，2019，36（5）：129-136.

[3] 王凡，李鐵军，刘今越，等.基于BIM的建筑机器人自主路径规划及避障研究[J].计算机工程与应用，2020，56（17）：224-230.

[4] 刘濠，洪洁茹，章梦霞，等.结合BIM与二维码技术的装配式建筑信息管理方法研究[J].施工技术，2020，49（2）：110-114，118.

[5] 马国丰，宋雪.基于BIM的办公建筑智能化运维管理设计研究[J].科技管理研究，2019，39（24）：170-178.

[6] 王宁，楼岱，陈大庆，等.基于“BIM+GIS”技术的建筑垃圾精准管控信息管理平台研究初探[J].环境工程，2020，38（3）：46-50.

【通联编辑：李雅琪】