“建筑設(shè)備自動化”課程建設(shè)探索

摘要：“建筑設(shè)備自動化”是建筑電氣控制類專業(yè)的專業(yè)課程，對相關(guān)專業(yè)的學(xué)生就業(yè)具有很強(qiáng)的指導(dǎo)作用。介紹了鄭州輕工業(yè)學(xué)院“建筑設(shè)備自動化”課程建設(shè)中的理論講授和實(shí)踐教學(xué)方法，對具體實(shí)施方法進(jìn)行了闡述。采用這些方法的目的是加深學(xué)生對實(shí)際工程項(xiàng)目的理解，提高學(xué)生的實(shí)踐動手能力，為其就業(yè)打下理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：建筑設(shè)備自動化；暖通空調(diào)系統(tǒng)；課程建設(shè)

中圖分類號：TP29 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）23-0112-02

“建筑設(shè)備自動化”（BAS）是鄭州輕工業(yè)學(xué)院建筑電氣與智能化、建筑環(huán)境等專業(yè)的專業(yè)課程，課程涵蓋建筑安裝工程的水、電、暖通空調(diào)、消防安防、照明控制、智能化系統(tǒng)等大部分專業(yè)設(shè)備的檢測、控制、連鎖保護(hù)等自動化監(jiān)控技術(shù)和方法。課程內(nèi)容范圍廣，信息量大，設(shè)備種類多、控制方式復(fù)雜。通過課程學(xué)習(xí)，學(xué)生可以了解掌握上述系統(tǒng)的基本概念與自動化監(jiān)測、控制及安裝施工方法，熟悉建筑設(shè)備的智能化控制技術(shù)和控制策略，了解或熟悉BAS系統(tǒng)中傳感器的選型、設(shè)備安裝技術(shù)與安裝方法、控制器的組成和智能控制技術(shù)的應(yīng)用、控制策略和調(diào)節(jié)方法，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類型、作用和控制原理，為學(xué)生從事建筑安裝工程控制系統(tǒng)的研究、設(shè)計、安裝施工及監(jiān)理打下基礎(chǔ)。筆者從事多年該課程教學(xué)和科研工作，下面對該課程建設(shè)進(jìn)行探討。

一、教學(xué)體系建設(shè)

1.抓好與前序課程的銜接

“建筑設(shè)備自動化”中講述的主要內(nèi)容是對建筑內(nèi)安裝的各種設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測控制，課程涉及傳感器技術(shù)、控制理論與控制技術(shù)、電子技術(shù)、暖通空調(diào)技術(shù)、熱力學(xué)、現(xiàn)場總線技術(shù)、DDC（直接數(shù)字控制）、PLC（可編程控制）和單片機(jī)控制技術(shù)、工程安裝工程施工技術(shù)以及金屬材料、機(jī)械加工知識。在課程講授過程中，前序課程知識會貫穿到教學(xué)始終，因此，學(xué)生學(xué)好前序課程十分重要。比如：傳感器技術(shù)要學(xué)好傳感器的種類、測量范圍和安裝方法；控制技術(shù)要使用PID等調(diào)節(jié)控制技術(shù)、串級控制方法等；電氣系統(tǒng)的監(jiān)測控制就要具有供配電系統(tǒng)的繼電保護(hù)及各電量的測量、控制、保護(hù)知識，暖通空調(diào)和給排水系統(tǒng)的監(jiān)控要用到熱力學(xué)、流體力學(xué)等。此外，電子技術(shù)、總線技術(shù)、建筑設(shè)備安裝施工技術(shù)（含傳感器、控制器、執(zhí)行器等）、編程技術(shù)等專業(yè)知識也是課程中要涉及應(yīng)用的。因此，在學(xué)生進(jìn)行入校專業(yè)介紹時，要對學(xué)生灌輸相關(guān)的知識信息，使學(xué)生重視課程體系的連續(xù)性。

2.與學(xué)生就業(yè)的銜接

本課程講解了水電暖通和各類智能化（弱電）系統(tǒng)的監(jiān)測、控制、連鎖及控制系統(tǒng)的組成、控制策略及施工組織與技術(shù)，實(shí)驗(yàn)室購買和自制了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，學(xué)生的認(rèn)識實(shí)習(xí)和專業(yè)見習(xí)，也參觀觀摩了實(shí)際設(shè)備的運(yùn)行和監(jiān)控情況，使學(xué)生對建筑設(shè)備控制系統(tǒng)的設(shè)計、編程、施工、運(yùn)行管理不再陌生，對建筑設(shè)備節(jié)能、智能控制方法及相關(guān)實(shí)際控制模塊和組態(tài)軟件有一定了解。在以后工作中，不論采用何種控制技術(shù)廠家的控制模塊，其課程中學(xué)習(xí)的基本控制思想、控制方法都可以應(yīng)用到其系統(tǒng)中去，從而很快地融入實(shí)質(zhì)性工作，對學(xué)生畢業(yè)后得到社會的認(rèn)可有很大幫助。

3.與先進(jìn)控制技術(shù)的銜接

暖通空調(diào)、電氣控制、弱電控制與組網(wǎng)技術(shù)等都隨著時代的進(jìn)步而不斷發(fā)展，特別是控制技術(shù)、控制策略和控制設(shè)備，發(fā)展速度更是居于各學(xué)科的發(fā)展前沿，有很多新技術(shù)和設(shè)備可以應(yīng)用到控制系統(tǒng)中去，如現(xiàn)場總線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、視頻技術(shù)、無線傳感和控制技術(shù)、模塊化控制單元、組態(tài)軟件、直接數(shù)字控制技術(shù)等，在建筑設(shè)備控制中發(fā)揮越來越大的作用。課程通過對這些技術(shù)在建筑設(shè)備中的應(yīng)用情況的介紹和部分技術(shù)在實(shí)際實(shí)驗(yàn)過程中的應(yīng)用，使學(xué)生熟悉了解較為前沿的應(yīng)用技術(shù)。

二、教學(xué)方法實(shí)施

1.實(shí)物、圖紙（片）、參觀、演示相結(jié)合

“建筑設(shè)備自動化”課程實(shí)踐性強(qiáng)，涉及的大型設(shè)備種類多、系統(tǒng)復(fù)雜，比如HVAC系統(tǒng)的冷熱源（制冷機(jī)組和鍋爐、換熱器等）、冷凍水、冷卻水及其補(bǔ)水、新風(fēng)機(jī)組、全空氣空調(diào)系統(tǒng)的末端裝置；電力系統(tǒng)的設(shè)備工作狀態(tài)、開關(guān)的狀態(tài)、電流電壓值、功率因數(shù)及照明的時間控制方法；消防的檢測與聯(lián)動、安防設(shè)備監(jiān)視系統(tǒng)；電梯工作狀態(tài)監(jiān)測，以及其他弱電系統(tǒng)監(jiān)控。對小型設(shè)備的測量控制可以購買或自制實(shí)驗(yàn)裝置；對于大型設(shè)備，由于教學(xué)條件和實(shí)際實(shí)驗(yàn)室條件的限制，一般難以建立與實(shí)際相符合的大型實(shí)驗(yàn)中心來容納大量的系統(tǒng)設(shè)備。因此，對系統(tǒng)整體上的理解就必須通過參觀實(shí)際現(xiàn)場并在課件中加入圖紙、圖片、動畫或者通過設(shè)備的實(shí)物展示進(jìn)行演示與觀摩。在教學(xué)組織過程中，需要查閱各種設(shè)備資料，在多媒體教學(xué)課件中引用大量圖紙、圖片說明設(shè)備的外形、型號、規(guī)格、使用情況，以及在實(shí)際工程中的應(yīng)用，并通過案例說明其系統(tǒng)組成和測試、使用方法。

鄭州輕工業(yè)學(xué)院建筑電氣與智能化專業(yè)設(shè)立以來購置了多臺套HVAC系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)、電力設(shè)備與照明監(jiān)測控制系統(tǒng)、消防、安防系統(tǒng)的監(jiān)測等實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備，通過這些系統(tǒng)的模擬運(yùn)行使學(xué)生對實(shí)際的BAS控制設(shè)備有比較深入的了解，配合校外實(shí)際場地中的認(rèn)識實(shí)習(xí)，使得BAS講述的知識和實(shí)際設(shè)備建立認(rèn)識上的聯(lián)系，并且通過觀摩設(shè)備及控制系統(tǒng)的運(yùn)行情況深入了解和剖析現(xiàn)場控制系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況及各控制系統(tǒng)存在的優(yōu)缺點(diǎn)。

比如：在課件中加入了各專業(yè)的實(shí)際施工圖紙，對系統(tǒng)的設(shè)備布局、管道配置、線路走向、線路選型與智能化控制方法、施工方法、工程預(yù)算進(jìn)行實(shí)物講解，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生從感性上充分了解實(shí)際系統(tǒng)的組成和圖紙中設(shè)備、設(shè)施的設(shè)計方法。

2.對典型的BAS總線系統(tǒng)和典型的控制廠商的控制模塊及組態(tài)軟件進(jìn)行介紹

建筑設(shè)備自動化與現(xiàn)場總線技術(shù)結(jié)合緊密，目前主要的建筑方面的現(xiàn)場總線技術(shù)包括BACNET、Lonworks等，實(shí)驗(yàn)設(shè)備中采用了部分總線技術(shù)，也應(yīng)用了一些廠家如力控的組態(tài)軟件。

BAS的控制設(shè)備可以是DDC控制、PLC控制或單片機(jī)控制。在BAS中一般以DDC控制為主進(jìn)行介紹，但是，在一般實(shí)際控制場合，PLC和單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用卻更加廣泛。因此，在講授課程和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)的過程中，要求學(xué)生復(fù)習(xí)前序的PLC控制，以及在實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)過程中對常用的DDC和PLC器件進(jìn)行適度介紹，并購置單獨(dú)的DDC實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行模擬試驗(yàn)，以便和實(shí)際控制系統(tǒng)接軌。

幾本比較典型的教材中對設(shè)備的程序控制涉及較少，而這又是對設(shè)備自動化有深入理解的關(guān)鍵，因此，需要加入一些程序設(shè)計方面的知識介紹。

三、實(shí)驗(yàn)體系建設(shè)

1.HVAC（暖通空調(diào)）系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的設(shè)置

暖通空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備比較多，國內(nèi)很多廠商都推出了自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，比如杭州、北京、華中、東北等一些學(xué)校和企業(yè)。這些實(shí)驗(yàn)設(shè)備通過對暖通空調(diào)系統(tǒng)的模擬，讓學(xué)生對暖通空調(diào)的控制方法有一定了解。但是，實(shí)驗(yàn)設(shè)備規(guī)格型號較小，不能模擬實(shí)際空調(diào)的實(shí)際運(yùn)行情況，實(shí)際工程中的一些設(shè)備不能安裝，比如大多數(shù)的設(shè)備安裝有模擬蝶閥（新風(fēng)、回風(fēng)、排風(fēng)用）、過濾器、盤管（冷凍水）、風(fēng)機(jī)等，但這些模擬設(shè)備與實(shí)際設(shè)備差別很大，運(yùn)行效果和實(shí)際設(shè)備基本不吻合，只能給學(xué)生提供概念上的感性認(rèn)識。其他空調(diào)常用設(shè)備，如靜壓箱、消音器、實(shí)際的彎頭、三通、四通等無法在系統(tǒng)中體現(xiàn)出來，驗(yàn)證不了空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行效果，達(dá)不到空調(diào)系統(tǒng)對氣流組織、溫度場分布等要求的技術(shù)效果，控制系統(tǒng)也顯得簡陋。因此，如果利用實(shí)驗(yàn)室的場地條件安裝比較成套的實(shí)際空調(diào)系統(tǒng)，對學(xué)生了解實(shí)際工程情況、開展建筑節(jié)能技術(shù)研究和驗(yàn)證是很有用處的。

我專業(yè)已經(jīng)將在實(shí)驗(yàn)室安裝實(shí)際空調(diào)系統(tǒng)提出方案并進(jìn)行了預(yù)算。將相鄰的幾個實(shí)驗(yàn)室組成一個小型空調(diào)系統(tǒng)，安裝實(shí)際工程使用的空調(diào)設(shè)備，組成和工程實(shí)際相符合的實(shí)際通風(fēng)、供冷供熱冷熱水系統(tǒng)（模擬兩管制、三管制、四管制系統(tǒng)），安裝與工程實(shí)際一樣的檢測控制設(shè)備，讓學(xué)生通過檢測實(shí)際的空調(diào)運(yùn)行參數(shù)，根據(jù)參數(shù)選擇監(jiān)控方式，以期鍛煉學(xué)生處理實(shí)際工程能力，為其就業(yè)打下基礎(chǔ)。

我們在現(xiàn)有的電力配電、弱電（消防、安防、綜合布線）、暖通空調(diào)實(shí)驗(yàn)室之間安裝小型空調(diào)系統(tǒng)，在三個實(shí)驗(yàn)室分別布置風(fēng)機(jī)盤管、空調(diào)機(jī)組、VAV變風(fēng)量末端系統(tǒng)，通過風(fēng)道、水管連接形成比較符合實(shí)際的空調(diào)系統(tǒng)。冷源采用小型冷水機(jī)組，熱源采用熱水器和小型板換，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)構(gòu)成兩管制系統(tǒng)。冷凍水、冷卻水系統(tǒng)也有相關(guān)的小型設(shè)備，既可以讓學(xué)生對系統(tǒng)有直觀了解，也可以結(jié)合課程講授的內(nèi)容進(jìn)行控制策略的驗(yàn)證，還可以為教師和學(xué)生的科研提供實(shí)際的系統(tǒng)支持。

2.水循環(huán)模擬系統(tǒng)的設(shè)置及驗(yàn)證

我們將消防給水系統(tǒng)和生活給水系統(tǒng)結(jié)合起來，模擬實(shí)際的高位水箱給水系統(tǒng)、壓力給水系統(tǒng)和二級泵給水系統(tǒng)。通過測量流量、壓力、溫度等參數(shù)，讓學(xué)生利用實(shí)際控制模塊制定控制策略模擬系統(tǒng)的運(yùn)行，達(dá)到理論聯(lián)系實(shí)際的效果。

四、智能化算法與技術(shù)的應(yīng)用研究

本專業(yè)名稱為建筑電氣與智能化。智能化是重要的教學(xué)環(huán)節(jié)。因此，在教學(xué)過程中和課后學(xué)生自習(xí)時，讓其閱讀相關(guān)課外知識，以期提高其就業(yè)競爭力。

比如，我們通過組織學(xué)生參加全國大學(xué)生節(jié)能減排大賽，在做系統(tǒng)方案時適當(dāng)介紹AHP算法、shaply值法、topsis方法、粒子群算法等在控制方面的應(yīng)用，將參數(shù)對實(shí)際控制結(jié)果的情況進(jìn)行分析，綜合考慮各方面權(quán)重對控制效果的影響，在制訂HVAC和水系統(tǒng)控制策略時綜合考慮溫度、流量、壓力、風(fēng)速、管道附件對系統(tǒng)的影響權(quán)重，達(dá)到系統(tǒng)優(yōu)化控制的目的。

五、總結(jié)

建筑設(shè)備自動化課程講授的知識多、系統(tǒng)復(fù)雜，理論性、實(shí)踐性都很強(qiáng)，只有理論結(jié)合實(shí)際，將各系統(tǒng)的工程原貌講解展示給學(xué)生才能鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力，提高學(xué)生處理實(shí)際工程問題的能力，為國家建設(shè)培養(yǎng)合格的大學(xué)畢業(yè)生。

（責(zé)任編輯：王祝萍）