建筑電氣專業(yè)工程設(shè)計類課程教學(xué)應(yīng)用

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摘要：針對目前建筑電氣與智能化專業(yè)工程設(shè)計類課程教學(xué)效果欠佳的問題，提出引入BIM技術(shù)輔助教學(xué)，分析了BIM技術(shù)在課程教學(xué)應(yīng)用上的優(yōu)勢，建議應(yīng)合理使用BIM技術(shù)融入課程教學(xué)、強化師資力量的培養(yǎng)、增加教學(xué)資源的投入、實現(xiàn)多方合作協(xié)同育人，以提升教師的教學(xué)效果和學(xué)生的工程實踐創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：建筑電氣與智能化；BIM；工程設(shè)計

1引言

近年來，隨著智能建筑、智慧城市的快速發(fā)展，以及社會對專業(yè)人才的需求急速上升，建筑電氣與智能化專業(yè)于2005年由教育部批準設(shè)置并獲得迅速發(fā)展。建筑電氣與智能化專業(yè)主要研究建筑物內(nèi)電能的傳輸、變換、分配和利用，以及建筑物內(nèi)信息的發(fā)送、傳輸、接收和處理，是多學(xué)科交叉融合后形成的新專業(yè)[1]。作為新組建專業(yè)，建筑電氣與智能化專業(yè)在經(jīng)過十余年的發(fā)展后，雖然越來越注重學(xué)生工程實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，但是對于以《建筑電氣工程設(shè)計》《電氣施工》等為代表的工程設(shè)計類課程來說，教學(xué)效果卻并不是很理想。主要是因為實際工程項目大多采用的是二維CAD圖紙，雖然教師在教學(xué)過程中可以通過PPT或者視頻來展示，但由于缺乏實際工程經(jīng)驗，使得學(xué)生掌握起來具有較大的難度。

2BIM技術(shù)簡介

作為一種新技術(shù)，建筑信息模型（BuildingInformationMod⁃eling，簡稱BIM）是以建筑工程項目中的各種數(shù)據(jù)信息為基礎(chǔ)，利用參數(shù)化的3D幾何建立模型，串聯(lián)起整個建筑生命周期，再通過三維立體的形式模擬建筑物的各種信息[2]。自誕生之日起，BIM技術(shù)就憑借其高度信息化的特點獲得了廣泛關(guān)注，目前在西方發(fā)達國家已得到普遍應(yīng)用。我國引入BIM技術(shù)相對較晚，但是近些年隨著智能建筑、智慧城市的發(fā)展，BIM技術(shù)已經(jīng)在建筑行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，并取得了一定的成績。比如國家會展中心、蘇州中南中心以及中國河口國際會展中心等多個重要建筑項目，在建筑過程中都用到了BIM技術(shù)。

3BIM技術(shù)在高校教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

BIM技術(shù)的出現(xiàn)可以徹底打破原有的教學(xué)模式，將電氣設(shè)計圖紙以三維模型展現(xiàn)，能夠極大地豐富教學(xué)內(nèi)容并促使教學(xué)方法的改進。同時，BIM模型是一個信息庫，在授課過程中能夠引導(dǎo)學(xué)生快速建立起工程數(shù)據(jù)觀和信息觀，使得學(xué)生的視野更加寬闊，有利于培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)行業(yè)變革的能力[3]。針對BIM技術(shù)在教學(xué)應(yīng)用中的優(yōu)勢，國內(nèi)外眾多高校都選擇將BIM技術(shù)引入教學(xué)過程中。以美國為代表的西方發(fā)達國家早在十余年前就開始逐步將BIM技術(shù)引入高校教學(xué)過程中，比如斯坦福大學(xué)、卡耐基梅隆大學(xué)等。相對來說，國內(nèi)高校對BIM技術(shù)的關(guān)注較晚。目前公認的國內(nèi)最早開展BIM研究的高校是清華大學(xué)，其軟件學(xué)院在2009年建立了BIM標準研究課題組，這一事件標志著國內(nèi)高校開始啟動BIM技術(shù)研究。隨后越來越多的高校開始了BIM相關(guān)課題的研究，如表1所示[4]。

4BIM技術(shù)應(yīng)用

在建筑電氣專業(yè)工程設(shè)計類課程教學(xué)中的優(yōu)勢下面從建筑供配電與照明、建筑電氣工程設(shè)計、電氣施工、公共安全技術(shù)、智能化系統(tǒng)設(shè)計與集成等五門課程的教學(xué)，分別介紹BIM技術(shù)在建筑電氣與智能化專業(yè)工程設(shè)計類課程教學(xué)應(yīng)用上的優(yōu)勢。

4.1建筑供配電與照明課程教學(xué)

在建筑供配電與照明課程的教學(xué)中，教師可以通過BIM軟件的可視化功能，將一個三維立體的配電和照明系統(tǒng)展現(xiàn)給學(xué)生，讓其更好的觀察房間內(nèi)燈具布置是否合理、眩光值及照度是否符合國家標準規(guī)定、供配電線路是否完善等。這樣可以根據(jù)各個房間的虛擬設(shè)計效果，較容易地找出設(shè)計不合理問題，從而加深學(xué)生對知識點的理解和掌握，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

4.2建筑電氣工程設(shè)計課程教學(xué)

作為建筑供配電與照明課程的后續(xù)課程，建筑電氣工程設(shè)計課程一般開設(shè)于第7學(xué)期，課程教學(xué)目的在于學(xué)生工程設(shè)計能力的培養(yǎng)。教師首先講解建筑電氣設(shè)計流程及設(shè)計要求，而后指導(dǎo)學(xué)生通過BIM軟件對工程實例進行建模，將設(shè)計的三維立體模型與二維CAD圖紙進行對比，更能直觀地展現(xiàn)設(shè)計成果，獲得身臨其境的學(xué)習(xí)體驗，極大地提高了學(xué)生的空間設(shè)計能力。采用BIM軟件進行教學(xué)，還可以對建筑工程全生命周期進行模擬，使得學(xué)生對建筑工程進度的了解更加透徹，培養(yǎng)學(xué)生對建筑工程項目流程的認知和掌握能力[5]。

4.3電氣施工課程教學(xué)

在以往的電氣施工課程教學(xué)中，教師一般只能通過錄制的視頻或者PPT向?qū)W生講授課程內(nèi)容，而又缺乏實際工程項目經(jīng)驗，往往只能靠學(xué)生個人的想象感知現(xiàn)場的施工技術(shù)，容易產(chǎn)生厭學(xué)情緒，達不到預(yù)期的教學(xué)效果。在電氣施工課程的教學(xué)中引入BIM技術(shù)，教師不僅可以將建筑工程現(xiàn)場在課堂中直接呈現(xiàn)給學(xué)生，還可以通過BIM軟件的4D模擬施工技術(shù)，將現(xiàn)實中漫長的施工周期和動態(tài)的施工過程濃縮進課堂教學(xué)。通過讓學(xué)生主動參與模擬建筑工程項目的設(shè)計及施工進度計劃的編制，學(xué)習(xí)如何將實際施工中用到的人力、物力以及施工設(shè)備進行配置，進而為建筑電氣施工提供最適合的方案[6]。通過營造出這種身臨其境的課堂氛圍，使得教學(xué)過程更加生動形象，能夠極大地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，對建筑電氣與智能化專業(yè)學(xué)生工程實踐能力的培養(yǎng)方式和方法產(chǎn)生了革命性的影響。

4.4公共安全技術(shù)課程教學(xué)

公共安全技術(shù)課程主要講解建筑智能化領(lǐng)域的公共安全系統(tǒng)，包括火災(zāi)自動報警、安全技術(shù)防范和應(yīng)急響應(yīng)等內(nèi)容。在教學(xué)過程中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生將BIM軟件與數(shù)據(jù)分析、系統(tǒng)集成等技術(shù)結(jié)合，對公共安全各獨立子系統(tǒng)進行組合提升，實現(xiàn)以建筑物BIM空間信息、設(shè)備信息為核心，以視頻監(jiān)控系統(tǒng)為紐帶，集成現(xiàn)有視頻監(jiān)控、防盜報警、出入口控制、保安巡更、停車場管理等子系統(tǒng)，建立建筑物全方位的綜合安全管理體系。不僅可以增強各知識點之間連貫性，還極大地增強了學(xué)生的綜合實踐能力。

4.5智能化系統(tǒng)設(shè)計與集成課程教學(xué)

對于智能化系統(tǒng)設(shè)計與集成課程的講授，應(yīng)使得學(xué)生能夠結(jié)合各所需被設(shè)系統(tǒng)，分析找出設(shè)計重點與所用技術(shù)，并根據(jù)各系統(tǒng)集成需求，分析給出實現(xiàn)集成的技術(shù)手段。通過引入BIM技術(shù)，教師引導(dǎo)學(xué)生首先確定系統(tǒng)集成目標，而后基于系統(tǒng)集成理論對建筑智能化系統(tǒng)進行架構(gòu)設(shè)計，確保智能建筑各子系統(tǒng)在統(tǒng)一的三維可視化集成平臺上能實現(xiàn)信息共享以及快速聯(lián)動響應(yīng)，實現(xiàn)建筑的智能化集成管理。使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中能夠更好地熟悉建筑智能化系統(tǒng)的主要設(shè)計規(guī)范與標準，掌握設(shè)計與集成的主要應(yīng)用技術(shù)，以提高學(xué)生的就業(yè)競爭力。總之，在建筑電氣與智能化專業(yè)工程設(shè)計類課程中引入BIM技術(shù)輔助教學(xué)，相較于傳統(tǒng)教學(xué)模式有很大的優(yōu)勢，使學(xué)生對實際建筑工程項目產(chǎn)生更直觀的了解，大大提升了教學(xué)效果，不僅有利于建筑電氣與智能化專業(yè)學(xué)生工程實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，還有助于學(xué)生工程數(shù)據(jù)觀和信息觀的建立和擴展。

5BIM技術(shù)應(yīng)用在建筑電氣專業(yè)工程設(shè)計類課程教學(xué)中的建議

5.1合理使用BIM技術(shù)融入課程教學(xué)

在建筑電氣與智能化專業(yè)工程設(shè)計類課程的教學(xué)過程中，BIM技術(shù)應(yīng)當(dāng)只是作為一種輔助手段使用，切忌喧賓奪主，將課堂完全變成BIM軟件的使用介紹。因而教師在利用BIM技術(shù)進行知識點講解時，要以學(xué)生為中心，充分發(fā)揮BIM技術(shù)的優(yōu)勢，創(chuàng)新課堂教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。教師在課前應(yīng)充分備課，挑選來自工程現(xiàn)場的最新電氣設(shè)計圖紙，利用BIM軟件生成可視化虛擬圖以便學(xué)生學(xué)習(xí)電氣設(shè)計內(nèi)容。在課堂講解過程中，教師可以將課程中一些涉及工程實踐的知識點，利用BIM技術(shù)通過課前準備的電氣設(shè)計圖紙展示出來。比如在綜合布線系統(tǒng)的教學(xué)中，通過三維模型的搭建，學(xué)生可以更直觀地學(xué)習(xí)各管線的走向和屬性，便于掌握電氣管線的布線規(guī)則，還可以利用BIM軟件的管道碰撞功能，及時調(diào)整管線布置，使得電氣設(shè)計更加合理。同時在課堂教學(xué)中要注重師生之間、生生之間的互動，最大限度地讓學(xué)生參與BIM課堂教學(xué)。課后適當(dāng)布置一定的BIM建模作業(yè)及復(fù)習(xí)內(nèi)容，讓學(xué)生參與到建筑電氣設(shè)計的工程案例中，不僅有利于與加深學(xué)生對建筑電氣工程設(shè)計課程知識點的掌握，增強其工程設(shè)計能力，還可以培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)成就感，更好的激發(fā)學(xué)習(xí)興趣[7]。

5.2強化師資力量的培養(yǎng)

BIM技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展不僅給建筑電氣與智能化專業(yè)工程設(shè)計類課程的教學(xué)提供了新的機遇，也對教師的專業(yè)知識水平提出了更高的要求。由于種種原因，國內(nèi)多數(shù)高校的專業(yè)教師學(xué)習(xí)BIM的時間相對較晚，對BIM的認知只停留在理論層面，極度缺乏實際工程實踐經(jīng)驗，極大地制約了BIM在高校的推廣使用。教學(xué)效果的優(yōu)劣在很大程度上取決于教師的教學(xué)水平，這就要求教師需要通過不斷學(xué)習(xí)來擴充知識面、創(chuàng)新教學(xué)方式。針對于此，應(yīng)通過“引進來，走出去”的策略來加速BIM教學(xué)團隊的培養(yǎng)。一方面，通過聘請企業(yè)的專業(yè)技術(shù)人才到學(xué)校來兼職教學(xué)，彌補高校BIM教學(xué)團隊師資力量不足。另一方面，通過多渠道培養(yǎng)BIM教學(xué)人才。定期組織專業(yè)教師去相關(guān)企業(yè)或兄弟院校的BIM工程中心進行培訓(xùn)，提升教師的教學(xué)能力及工程實踐能力。在教學(xué)和科研項目申報時，鼓勵并適當(dāng)增加BIM技術(shù)課題研究的項目進行立項建設(shè)。

5.3增加教學(xué)資源的投入

要想真正實現(xiàn)BIM技術(shù)在建筑電氣專業(yè)工程設(shè)計類課程中的應(yīng)用，提升教學(xué)質(zhì)量，需要高校切實增加教學(xué)資源的投入，為課程教學(xué)的開展提供良好的保障。首先，目前大部分BIM軟件對計算機配置要求較高，而不少高校多媒體教室的計算機都是使用多年的“老爺機”，只能運行低版本的CAD及PPT等軟件，導(dǎo)致教師上課時只能攜帶個人筆記本電腦進行教學(xué)，不利于教學(xué)活動的開展。這就要求相關(guān)部門需要購置一批軟硬件配置較高的計算機并預(yù)裝各種必要的教學(xué)軟件對其進行替換。其次，為了提升實踐教學(xué)質(zhì)量，需要進行BIM實驗室的建設(shè)，便于教師在實踐課程中指導(dǎo)學(xué)生進行BIM實踐操作，在掌握建筑電氣專業(yè)工程設(shè)計類課程理論知識的基礎(chǔ)上，提升學(xué)生的實踐動手能力。比如安徽建筑大學(xué)在2019年成立了安徽省BIM工程中心。為便于開展工作，該中心與校內(nèi)其他二級學(xué)院平級，主要服務(wù)于安徽省BIM技術(shù)研發(fā)、應(yīng)用和推廣。這樣不僅有利于學(xué)校土建類各專業(yè)教學(xué)活動的開展，也可以將中心科研項目的成果反哺于教學(xué)活動。

5.4多方合作協(xié)同育人

教師可以通過定期邀請其他高校、企業(yè)的BIM研究人員或工程師來校舉辦講座，向?qū)W生講解BIM技術(shù)的最新發(fā)展及工程案例，讓學(xué)生了解到BIM技術(shù)的前沿知識，創(chuàng)造良好的學(xué)習(xí)氛圍。同時學(xué)校也應(yīng)創(chuàng)造條件積極鼓勵學(xué)生參加各類BIM大賽，并提供場地和經(jīng)費支持，提高學(xué)生的參賽積極性，以便充分鍛煉其工程實踐操作能力。深化校企合作，與企業(yè)共建BIM研究中心，實現(xiàn)資源共享、優(yōu)勢互補，充分利用企業(yè)的工程實踐資源，完善課程教學(xué)改革和人才培養(yǎng)方案的修改，推動實踐教學(xué)，實現(xiàn)校企協(xié)同育人。學(xué)生畢業(yè)后也可以進入該企業(yè)工作，定點為企業(yè)培養(yǎng)人才，實現(xiàn)高校、學(xué)生和企業(yè)多方共贏。

6結(jié)束語

針對BIM技術(shù)在現(xiàn)代建筑工程行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用的背景下，論文在分析了BIM技術(shù)在高校教學(xué)過程中的現(xiàn)狀之后，提出將BIM技術(shù)引入建筑電氣與智能化專業(yè)工程設(shè)計類課程教學(xué)中，以解決傳統(tǒng)課程教學(xué)效果不佳的問題。首先分析了BIM技術(shù)在建筑電氣與智能化專業(yè)工程設(shè)計類課程教學(xué)應(yīng)用上的優(yōu)勢，隨后提出了應(yīng)合理使用BIM技術(shù)融入課程教學(xué)、強化師資力量的培養(yǎng)、增加教學(xué)資源的投入、實現(xiàn)多方合作協(xié)同育人等四點建議，以提升教師的教學(xué)效果以及學(xué)生的工程實踐創(chuàng)新能力。

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作者:張鴻愷 肖連軍 謝陳磊 伍超 單位:安徽建筑大學(xué)電子與信息工程學(xué)院 合肥學(xué)院人工智能與大數(shù)據(jù)學(xué)院