BIM 技术在建筑遗产保护课程中的教学应用探析

文／李 珂

引言

近些年来，我国建筑遗产由于自然环境的侵蚀以及人为因素的破坏逐渐消失或减少，造成了巨大的精神文明损失，国家文物局以及相关部门据此多次发出保护建筑遗产的倡议。社会各界以及高校建筑人才应对建筑遗产的保护和传承作出积极举动。然而，高校在开展建筑遗产保护课程中存在教学方法和技术落后的现象，对此类人才的培养以及开展建筑遗产保护和传承造成了一定阻碍。BIM 技术既是一种技术软件，也是一种建筑信息模型，国际上将BIM 技术视为对建筑遗产进行保护的重要技术手段。因此，将BIM 技术应用建筑遗产保护教学中，对革新建筑遗产保护教学模式，培养建筑遗产专业人才以及开展建筑遗产的保护和传承大有助益。

1 BIM 技术概述

BIM 技术（Building Information Modeling）即建筑信息模型，是一种依据建筑工程的各项信息数据来建立建筑模型，并通过数字信息仿真模拟建筑真实信息的技术。该技术通过对建筑的数据化、信息化模型进行整合，在建筑的全生命周期过程中进行信息共享和传递，使工作人员能够对各项建筑信息做出准确理解，并为各项决策提供可靠依据。BIM 技术的优势在于它具有信息完备性、一致性和关联性、模拟性、协调性以及可视性[1]。通过BIM技术可以完整记录建筑遗产的建构和空间信息、还原建筑本貌，以数字化的形式将建筑信息存储于计算机系统中。此外，工作人员还可以基于BIM 进行协同工作，有效提高工作效率。

2 传统建筑遗产保护教学中存在的问题

传统的建筑遗产保护课程多以现场调研、测绘、制图和基本的模型研究为主[2]。教学内容较为陈旧乏味，教学模式比较单一，无法激起学生的学习兴趣。此外，由于先进教学技术和手段以及双师型教师的缺乏，导致教学结果不理想，培养的学生达不到相应的技能标准，学生毕业后无法满足建筑遗产保护单位对人才的需求。

2.1 教学内容枯燥，学生学习兴趣低

建筑遗产保护开设的相关课程包括建筑遗产测绘课程、古建筑修缮、古建筑制图、仿古建筑设计以及古建筑彩绘技术、古建筑木作工程等，课程设置较多，理论知识繁杂。教学内容较为陈旧、不易学，学生缺乏体验感和代入感，加之缺乏生动性和时代性色彩，导致学生的学习意愿和动力较为低下。

2.2 教学模式落后，教学成效不佳

建筑遗产保护课程目前仍采用传统的教学模式，以教师的讲授为主，重理论轻实践，学生缺乏去建筑遗产地点实地考察和学习的机会。在测绘方面采用亲自动手测量的旧有模式，缺乏测量精准度。在识图教学中仍用绘制的图纸向学生展示，对于师生之间教与学的沟通造成不便。对于BIM 技术和虚拟现实技术的教学引入较为有限，学生不能借助先进的技术充分感知古建筑的具体架构、工艺和管道处理等细节，达不到理想的学习效果。

2.3 师资力量薄弱，双师型教师缺乏

由于建筑遗产专业开设时间较短，全国高校范围内开设专业较少，多数教师缺乏系统的建筑遗产理论知识和相应的实践技能，在教学方面有所欠缺。此外，由于BIM技术的操作有一定的难度系数，部分教师在运用BIM 软件进行建模等具体运用时缺乏熟练性。双师型教师的缺乏阻碍着建筑遗产保护课程的有力开展，也制约着对建筑遗产保护人才的培养进度[3]。

3 BIM 技术在建筑遗产保护教学中的优势

在建筑遗产保护教学中运用BIM 技术可以充分发挥该技术的信息完备性、模拟性、协调性和可视性等特点，提升教学效果和学生学习体验感，激发学生主动学习的热情，并通过资源共享性拓宽学生学习渠道。

3.1 提升教学效果

传统的建筑遗产保护课程在教学中往往采用二维图纸展示建筑遗产模型，不能生动直观地展示出建筑遗产的立体构造。通过BIM 技术可以对建筑遗产进行建模，将二维平面图转化为立体三维模型，使学生能够看到建筑遗产的整体结构和具体构建，对建筑细节以及需要掌握的知识点有更清晰的认知和把握。除此之外，还可以运用BIM 技术在建筑遗产信息模型的基础上进行修缮、改良等模拟化操作，以动态的形式呈现出模拟操作后的效果。如果操作后的方案仍需改进，还可以向学生展示在此基础上进一步修改和完善的过程。用一种虚拟的方式引领学生将理论和实践相结合，使学生融入到学习中，提升教学质量。

3.2 增强学习体验

通过BIM 技术将建筑遗产以可视化的立体形式生动地展现在学生面前，能更好地吸引学生的注意力，增强他们的学习兴趣。此外，将遗产信息模型的数据导入到VR 设备中，可以实现与虚拟现实技术的结合，使学生融入到建筑遗产的模拟情境中，为其带来身临其境的体验。学生通过这种虚拟体验，可以几近真实地领略建筑遗产在建造、设计和装饰等方面的工艺和技巧，掌握具体构建、彩绘、管道等细节的处理。此外，学生通过领略建筑遗产的美观与精妙，体会到这些建筑遗产的珍贵和不可再生性，将自发地喜欢和珍惜这些建筑遗产，在遗产保护课程中转被动学习为主动求知。

3.3 共享数据资源

BIM 是一项可以实现知识、信息和资源共享的技术，不仅可以添加建筑遗产模型相应的属性信息，还能够储存建筑遗产从测绘、数据处理、建模再到修缮和管理的全生命周期信息，并共享这些数据信息等。通过BIM 软件，学生可以根据已经建立的建筑遗产信息模型进行学习、模拟修缮和改造设计。这些改造信息会储存其中以便于查看或再次修改，也可以实现师生和同学间的共同协作，避免了利用二维图纸教学造成的信息错漏以及不能实时共享等不便。此外，学生还可以通过该技术打破时间和空间的限制，享受其他高校分享的建筑遗产学习资源，拓宽优质资源的学习路径。

4 BIM 技术应用于建筑遗产保护教学的探索

BIM 技术在建筑遗产保护中的应用主要体现在建筑遗产信息采集、建筑遗产模型构建、建筑遗产属性信息录入、建筑遗产情境VR 虚拟展示以及建筑遗产修复施工辅助等方面。BIM 技术可以实现教学模式和教学演示的革新，并且有利于资源和信息的整合，打造数字信息平台。此外，要将BIM技术良好地运用到建筑遗产保护教学中，对于同时具备BIM 技术和建筑遗产保护知识的教师的培训以及双师型教师队伍也至关重要。

4.1 改进教学模式

在建筑遗产保护教学时，可以在传统授课模式的基础上采用线上线下的教学模式。首先，在线上共享一些基础的建筑遗产的理论知识，使学生可以利用课余时间基本掌握。然后在课堂上讨论遇到的难题，并集中解决。在教学中可以利用BIM 技术对建筑遗产进行全生命周期的解读，使学生课下学习中不能领会的知识点，在课堂上能够融会贯通。还可以通过BIM 与VR 技术的结合，实现学生身临建筑遗产地点的感受，增强学习和观摩体验感，帮助其发挥自身的想象力和创造力。

要真正革新教学模式，最重要的是让学生真正接触到建筑遗产。在学生对BIM 技术有一定掌握的基础上，带领学生到建筑遗产地点，利用地面激光扫描或倾斜摄影技术对建筑遗产进行测绘和数据收集。数据收集以后，运用点云技术进行数据处理，这时可以采用历史建筑信息建模（Heritage Building Information Model，HBIM）充当插件进行辅助，最后教学生进行模型建构，让学生以实训的形式完成整个建模的学习过程，实现理实结合。

教师还可以通过BIM 技术建立一个建筑遗产保护项目，把所有建筑遗产保护课程的内容整合到一个完整的建筑遗产信息模型中，将碎片化的知识形成一个完备的知识体系。通过项目制把学生带入到真实的建筑遗产保护情境中，使学生能够对建筑遗产保护项目的各个环节有清晰的认知，为以后的建筑遗产保护工作打下良好基础[4]。

4.2 创新教学演示

BIM 技术可以在教学演示中充分发挥可视性和模拟性的特点。在建筑遗产保护课程中最基础的内容是测绘和识图。教师可运用BIM 技术对建筑遗产进行建模，使学生更直观地观看古建筑从整体到局部的构造，并通过对建筑物进行各个角度的旋转和切换，使学生能够全方位地观察古建筑的屋面、门窗、柱、梁、枋、垫板、斗拱、椽子、望板以及工艺和装饰等各个细节，加深对建筑遗产结构和构造间的联系以及对运用材料的认知[5]。

此外，教师可以在教学中根据建筑信息模型进行各项模拟操作，比如向学生演示根据点云处理的数据进行建模的过程以及对建筑遗产的修缮模拟。在模拟对建筑遗产的维修时，利用BIM 技术进行预演来分析修缮方案的可行性。同时通过对维修的模拟，使学生清晰地把握在此过程中的重点和难点，还可以在原修缮方案的基础上进行改善，以提高维修的安全性和成功率。通过这种崭新的教学演练方式，学生可以运用该技术对古建筑修缮进行仿真训练，弥补无法真正实践的不足。

4.3 实现数字信息共享

建筑遗产保护最重要的是勘察和记录建筑信息。BIM 技术在建筑遗产信息的收集、处理、保存和传递方面具有重要价值。利用BIM 技术可以对建筑遗产的构建方法、材料和工艺等属性信息进行录入。如在建筑信息模型上注入对建筑遗产墙体的属性信息，这样学生点击墙体就可以得到墙体的高度、宽度和厚度等三维尺寸信息以及墙体的砌筑方式和材料的选用。此外，对某一处信息的修改也可以同步更新，极大地提高教学效率。

使用BIM 技术可以实现对建筑遗产全生命周期各个层次信息的归档管理，以数字化的形式保存建筑遗产信息，避免了二维图纸归档、检索和整理中出现的信息错误和缺失等问题[6]。通过BIM 创建的信息模型还可以和与其他数据信息相联结，形成开放、互联的数据库，为学生提供丰富的学习资源。

4.4 培养双师型教师

双师型教师队伍的培养，是提高建筑遗产保护教学的必要条件。高校要加强对跨学科教师的培养，注重对任课教师的专业能力深造。加大与企业、科研机构以及其他开设类似专业的高校合作，相互切磋。充分利用科研单位的力量为建筑遗产保护的任课教师提供足够的实践平台，丰富理论与实践知识，以便更好地将相关知识和技能传递给学生。另外，举办讲座、邀请建筑遗产保护的专业人士到校内进行建筑遗产保护的前沿知识探讨也十分必要。最后，建筑遗产保护课程的任课教师要强化对BIM技术的学习，在加强自身运用BIM 技术保护建筑遗产的同时，打磨将BIM技术运用到教学中的技能。

结语

目前，我国的建筑遗产保护已经到了十分紧迫的地步，然而相应保护课程的滞后教学模式以及专业人才的缺乏极大制约着建筑遗产保护事业的进展。随着BIM 技术的发展和不断改进，该技术在国内外开展建筑遗产保护中起到了十分重要的作用。对于建筑遗产保护教学而言，将BIM 技术引入其中是一种创新性的教学模式，既为学生高效学习建筑遗产保护的专业知识提供支撑，也为学生日后运用BIM 技术进行建筑遗产的测绘、修缮和保护打下基础。随着该技术的不断升级进步，BIM 技术将在建筑遗产保护中起到越来越突出的作用。