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建筑學(xué)需要在設(shè)計圖紙上體現(xiàn)較好的創(chuàng)意和較深的藝術(shù)造詣，才能得到業(yè)主的認可，反映在圖學(xué)課程上，就是其它專業(yè)的圖紙每個學(xué)生畫出來基本是一致的，而建筑學(xué)的學(xué)生作業(yè)則各不相同。同樣的內(nèi)容不同的人畫，會有不同的構(gòu)圖和制圖方式，甚至很多建筑師的制圖也體現(xiàn)其設(shè)計水平和能力。由此可見，建筑學(xué)的圖學(xué)教育不能照搬一般工程類學(xué)科的教學(xué)范式，需要根據(jù)課程體系的特點，作更多的思索。武漢大學(xué)城市設(shè)計學(xué)院建筑系所設(shè)課程有較多在教學(xué)中與圖學(xué)緊密相關(guān)，圖學(xué)及其數(shù)字技術(shù)可以或多或少地加入到教學(xué)中，但相關(guān)的程度和方式相互有所不同，如表1所示。目前數(shù)字圖學(xué)技術(shù)在建筑學(xué)教學(xué)中有以下3個使用層次：1）輔助設(shè)計，提高設(shè)計表現(xiàn)能力。主要應(yīng)用在建筑設(shè)計、專題設(shè)計、建筑設(shè)計基礎(chǔ)等課程中。在這些課程中，圖學(xué)主要起到設(shè)計表現(xiàn)、場景虛擬、空間表達等作用。學(xué)生主要使用圖學(xué)的軟件，對建筑的平面、立面、三維造型進行描述，代替徒手表達，展現(xiàn)設(shè)計思想，用以跟老師交流方案。2）輔助思維，促進創(chuàng)意生成。主要應(yīng)用在建筑藝術(shù)表現(xiàn)、模型制作等課程，在第一層次的設(shè)計類課程中也有應(yīng)用。利用目前比較前沿的參數(shù)化數(shù)字設(shè)計等軟件來進行形體塑造、空間設(shè)計。設(shè)計者不再像以往在大腦中想好一個形式，再將其在電腦上表現(xiàn)出來，更多的是設(shè)計者制定符合某種邏輯過程的設(shè)計思路，將基本形體單元數(shù)字化后，按照這種邏輯編程來進行進一步演化。最終形成的形體完全由計算機生成，設(shè)計者可能在前期都不能完全想象出最后形體的圖學(xué)表現(xiàn)形式。這種數(shù)字圖學(xué)方法尤其適合于創(chuàng)造新型形體、復(fù)雜形體的設(shè)計。在這個層次中，計算機深入到建筑造型的過程中來，把以往不可能實現(xiàn)的型體利用計算機數(shù)字設(shè)計方式進行表現(xiàn)。3）輔助評估，完善全壽命周期及建筑環(huán)境評價。目前的建筑學(xué)要求在設(shè)計中能考慮到建筑全壽命周期的評價，并更多地考慮節(jié)能、環(huán)境保護等全方位知識體系的結(jié)合。比如建筑師在設(shè)計階段就要分析建筑所使用的原材料的節(jié)能特性、建筑設(shè)計中對環(huán)境、運行成本等問題的思考。以往的數(shù)字圖學(xué)技術(shù)僅僅只是作圖功能，無法滿足更深層次的要求。圖學(xué)的新一代數(shù)字技術(shù)中整合了這些評價模塊或是軟件，使得建筑師在設(shè)計階段完成數(shù)字建模后，就可以模擬了解到建筑建成后的物理環(huán)境和能源消耗，如基于ECOTECT的物理環(huán)境模擬軟件、基于PHOENICS的通風條件模擬軟件等[5]。通過這些新型的圖學(xué)數(shù)字技術(shù)，可以在教學(xué)中指導(dǎo)學(xué)生了解整個建筑從材料設(shè)計施工，到建筑長時間運行的狀況，全面評估自己的設(shè)計，使學(xué)生更好地滿足現(xiàn)代建筑學(xué)對可持續(xù)發(fā)展的要求。

數(shù)字圖學(xué)技術(shù)的教學(xué)原則和方式

可以看到，建筑學(xué)與圖學(xué)之間的聯(lián)系緊密而有層次，甚至可以在大部分領(lǐng)域和設(shè)計階段起到非常重要的作用。但建筑學(xué)類的圖學(xué)課程教學(xué)如何進行，怎樣把現(xiàn)代數(shù)字圖學(xué)技術(shù)融入到已有專業(yè)課程體系中，需要進一步思考和認識，也需要更好地發(fā)揮教師和學(xué)生的創(chuàng)造力。首先，現(xiàn)有的傳統(tǒng)圖學(xué)教學(xué)方式需要進行改革。學(xué)生比較反感手把手式教學(xué)，上課過程中通過簡單羅列講授出來的指令集也很難記憶，希望學(xué)習能有一定的自主性。他們一直和軟件打交道，學(xué)習能力很強，上課也經(jīng)常以電腦作圖作為主要交流的方式。因此，在數(shù)字軟件的學(xué)習上比較主動，更希望能夠自己選擇適合的數(shù)字方法。另外，學(xué)生特別喜歡與設(shè)計相結(jié)合的教學(xué)方式，希望在解決問題中學(xué)習。通過解決一到兩個實際數(shù)字案例，從中熟練掌握相應(yīng)的應(yīng)用軟件?！皦υ趺串嫛⑶€怎么畫”等純粹基礎(chǔ)的軟件教學(xué)，難以引起學(xué)生的學(xué)習興趣，教學(xué)效果較差。這就要求教師在實際教學(xué)中掌握學(xué)生的特點，謹慎尋找能夠較大程度的覆蓋軟件主要功能的案例。在此基礎(chǔ)上，進一步對未涉及的教學(xué)內(nèi)容進行補充。其次，在制圖中需要考慮建筑學(xué)的技術(shù)內(nèi)容。建筑學(xué)不僅需要制圖來表達設(shè)計思想和空間特點，也需要表達對建筑特定技術(shù)問題的處理方式。建筑學(xué)存在著較多的專業(yè)門類，這些知識也需要借助圖學(xué)的方法，進行表達和與學(xué)生交流。因此，要求圖學(xué)可以進行帶有較強技術(shù)性的環(huán)境分析。數(shù)字技術(shù)在其中是一個重要的媒介和評估平臺。例如目前的圖學(xué)軟件也已經(jīng)與環(huán)境設(shè)計問題的相關(guān)軟件整合起來，能夠?qū)崟r評估環(huán)境的狀態(tài)。比如設(shè)計一座房間，將其數(shù)字模型導(dǎo)入相關(guān)軟件中即可以獲得相應(yīng)的建筑物理指標分析報告。如果設(shè)計師對房間的性能不太滿意，還可以改變參數(shù)。當條件改變時，相關(guān)的環(huán)境狀態(tài)和物理指標會發(fā)生相應(yīng)的改變。最終在設(shè)計階段就能在體型、結(jié)構(gòu)、材料等方面對建筑方案有一個完整的設(shè)計，避免了學(xué)生設(shè)計只注重外觀，而忽視實際建筑性能的問題，使其符合現(xiàn)代設(shè)計師高水準的培養(yǎng)需要。再者，圖學(xué)應(yīng)考慮支持建筑學(xué)的特色設(shè)計領(lǐng)域的教學(xué)。建筑是以圖說話的學(xué)科，把諸如歷史保護設(shè)計、景觀設(shè)計等專業(yè)的領(lǐng)域和相關(guān)知識體系轉(zhuǎn)化為數(shù)字化圖形語言，就能最大化發(fā)揮圖學(xué)的作用，如在建筑歷史教學(xué)中，讓學(xué)生用數(shù)字化方式將歐洲古典柱式、中國傳統(tǒng)屋頂，用電腦作圖的方式畫出來，具有一舉多得的作用。既訓(xùn)練了學(xué)生數(shù)字化制圖的能力，又利用制圖過程讓學(xué)生體會了歷史經(jīng)典建筑構(gòu)件的建造比例關(guān)系，同時了解其內(nèi)在設(shè)計邏輯和結(jié)構(gòu)受力特點。由此讓學(xué)生既進行了圖學(xué)的訓(xùn)練，又能夠增進對建筑歷史領(lǐng)域的深入理解。最后，教師需要在建筑學(xué)設(shè)計課程教學(xué)中把圖學(xué)作為重要的交流作用來使用，幫助學(xué)生進行形象化的空間設(shè)計。在以往的教學(xué)中，并沒有將數(shù)字軟件的應(yīng)用考慮到其中，教師與學(xué)生通過手繪圖進行交流。這種方式歷史悠久，固然有其合理的方面，但表達不準確，常常是手稿畫好了，而輸入電腦正式制圖時又出現(xiàn)新的問題。更重要的是數(shù)字圖學(xué)技術(shù)應(yīng)用到設(shè)計中，特別是用以設(shè)計復(fù)雜的形體，這就不是光用手稿就可以很好地進行交流。比如參數(shù)化設(shè)計等方式，一定需要專用數(shù)字軟件，按照制圖邏輯來形成方案，傳統(tǒng)的交流手段無法進行準確的圖面交流。但是新的數(shù)字技術(shù)則可以打破上述界限。例如使用REVIT平面繪圖軟件，在畫平面圖的時候就同時生成立體空間的情況，學(xué)生在完成平面圖繪制以后就可以得到立體空間的數(shù)字化模擬狀況，極大地方便學(xué)生和老師的交流。修改和進一步完善設(shè)計也很方便，平面上的修改可以實時地反映在立面和三維圖上，避免了將精力浪費在簡單重復(fù)的修改設(shè)計之上。而且以往的設(shè)計制圖中，往往將平立面分別完成，但是修改的時候會因為遺忘或是對修改內(nèi)容的錯誤理解而導(dǎo)致平立剖面出現(xiàn)不同的表達內(nèi)容。現(xiàn)在的REVIT軟件，自動進行立面和剖面的修改，避免了人為造成的錯誤。這也是圖學(xué)數(shù)字化發(fā)展的新趨勢——交互式設(shè)計方式。將其應(yīng)用在教學(xué)中，將極大的提高課堂教學(xué)效率，讓師生的交流更多的集中到設(shè)計本身，也讓制圖表達更加準確和規(guī)范。

數(shù)字圖學(xué)教學(xué)實例

武漢大學(xué)建筑學(xué)專業(yè)三年級本科生必修課程《建筑物理》課作業(yè)，要求學(xué)生在自己的設(shè)計作品中選擇一個典型的房間。利用數(shù)字圖學(xué)軟件分析其光學(xué)性能，并對光學(xué)設(shè)計不合理的地方進行修改。作業(yè)所選擇的軟件為ECOTECT，是一款建筑物理評估軟件，提供了交互式研究手段，集成了熱、光、聲等物理環(huán)境的綜合分析，并具有數(shù)據(jù)格式適應(yīng)性好、環(huán)境評估過程完整、結(jié)果圖像化等特點[6]。該軟件可以像傳統(tǒng)數(shù)字圖學(xué)軟件一樣，畫出建筑的三維模型，再進行建筑物理環(huán)境指標的模擬并以直觀的圖示方式表達出來。課程中，根據(jù)學(xué)生反饋的情況，在原來的設(shè)計過程中，多是從美觀等設(shè)計角度出發(fā)，并未考慮到室內(nèi)光學(xué)環(huán)境是否達到國家標準，因此，普遍存在室內(nèi)采光不足或采光過量的情況。利用軟件發(fā)現(xiàn)問題以后，學(xué)生著手利用軟件本身進行修改。采光不足的房間增加開窗的數(shù)量或增大窗戶面積；對于采光過量的房間，采用設(shè)置遮陽板、降低窗戶玻璃透明度等方式進行改變。經(jīng)過修改后的數(shù)字模型再進入模擬階段進行光學(xué)環(huán)境的模擬。經(jīng)過這種修改后，顯示其建筑的光環(huán)境性能得到了很好地改善，在這個過程中，學(xué)生掌握了ECOTECT軟件，并脫離了只會操作命令的初步階段，更多的學(xué)會了利用數(shù)字圖學(xué)軟件深入修改自己的方案，并用以指導(dǎo)設(shè)計。同時，也通過這個過程，加強了學(xué)生對采光系數(shù)、窗地比等建筑物理概念的理解，了解了它們在實際設(shè)計中的重要作用。另一個嘗試是安排在研究生課程《綠色建筑技術(shù)》中。要求研究生使用ECOTECT軟件完成能耗分析圖，并用以指導(dǎo)設(shè)計，如圖1所示。分析圖模擬建筑在建成以后的熱物理性能，并對節(jié)能設(shè)計方案進行重新模擬，分析其耗能的改善程度。完成的學(xué)生主要為建筑設(shè)計方向的研究生，其節(jié)能設(shè)計方案包括更改墻體材料、改變房間能耗類型、設(shè)置屋頂形式等方面，通過模擬的情況再結(jié)合設(shè)計選擇最適合的節(jié)能手段。在這樣的一個作業(yè)過程中，通過圖學(xué)軟件的學(xué)習過程，學(xué)生深刻了解了上述這些節(jié)能方式對建筑能耗改善的重要影響。

發(fā)展方向探討

數(shù)字圖學(xué)技術(shù)始終處于加速發(fā)展的過程中，因此，把握數(shù)字圖學(xué)技術(shù)未來發(fā)展方向，提出與建筑專業(yè)教學(xué)結(jié)合的新方式，非常迫切和需要。1）擺脫純粹制圖工具的定位。傳統(tǒng)工程圖學(xué)主要以制圖和表現(xiàn)為主，主要是滿足圖形圖像的需要。圖學(xué)數(shù)字化在相當長的歷史時期起到了重要的作用，擺脫了設(shè)計師的手工圖紙作業(yè)、人為的誤差和修改的繁瑣，也使工程類圖紙更加精確、修改更便捷，對推動圖學(xué)相關(guān)專業(yè)的進步起到了重要的作用。隨著社會的發(fā)展，要求現(xiàn)代圖學(xué)能夠更好地為各類學(xué)科服務(wù)。因此，不僅是設(shè)計思路的表達，更多的是幫助繪圖人員擴展思路，更好地激發(fā)靈感。圖學(xué)不再是單純的畫圖工具，更多的應(yīng)該帶有輔助設(shè)計的特點，幫助建筑師完善不成熟的設(shè)計創(chuàng)意，對不合理的設(shè)計進行修改。2）圖學(xué)軟件應(yīng)該更加智能化、交互化。圖學(xué)的應(yīng)用多年來一直是單向的表達與圖像繪制。但是在目前信息化的大背景下，越來越強調(diào)制圖軟件的交互化和智能化。通過交互的方式，能夠更好地反映制圖人的需要，而智能化的需要則是使圖學(xué)軟件更好的滿足繪圖人員的創(chuàng)意，尤其是對特殊的制圖部位，制圖軟件能夠很好地理解設(shè)計師的意圖，并按照制圖人的想法去實現(xiàn)。3）數(shù)字圖學(xué)技術(shù)要將最新的圖學(xué)手段和建筑技術(shù)融入教學(xué)中。隨著科技的日新月異，越來越多的新設(shè)計手段都在以數(shù)字的方式表現(xiàn)出來。比如更符合人腦思維方式的數(shù)字虛擬技術(shù)、將語法結(jié)構(gòu)作為過程邏輯的ShapeGrammar設(shè)計方法[7]、還有作參數(shù)設(shè)計的Rhino等軟件[8]。這些數(shù)字方法并不僅僅只是表達制圖的需要，更代表了一種設(shè)計思想或是方法論，因此，具有更為重要的意義。對學(xué)生開展的這類教學(xué)，也是通過圖學(xué)的作用讓學(xué)生了解了建筑前沿領(lǐng)域所探索的方向和內(nèi)容。4）圖學(xué)的教學(xué)不是純軟件的教學(xué)。而是以相關(guān)的軟件為媒介，讓學(xué)生理解數(shù)字圖學(xué)在自己專業(yè)學(xué)習中的作用，學(xué)習這些軟件可以在哪些方面能夠起到提高設(shè)計能力、改變思維方式的效果。要培養(yǎng)學(xué)生明白不能單純?yōu)榱藨?yīng)用某種軟件而去無端地應(yīng)用，或者僅僅以會用某種軟件為最終目的，而要選擇適合的數(shù)字技術(shù)作為自己的有效設(shè)計工具。

小結(jié)

由此可見，發(fā)揮好數(shù)字圖學(xué)技術(shù)的作用，與建筑的設(shè)計過程緊密結(jié)合，可以對建筑學(xué)專業(yè)的學(xué)生培養(yǎng)發(fā)揮重要的作用。圖學(xué)發(fā)展迅猛，教學(xué)體系和教師難以在短時間內(nèi)連續(xù)進行適應(yīng)和調(diào)整。圖學(xué)是否能夠起到較好的輔助設(shè)計的作用，并達到改善教學(xué)質(zhì)量的效果，也是需要不斷進行調(diào)查研究，這有待建筑和圖學(xué)教育工作者進一步思考。

作者：李鹍單位：武漢大學(xué)城市設(shè)計學(xué)院