天正電氣和Dialux在建筑電氣技術(shù)教學(xué)改革中的應(yīng)用

張利欽，史源平，張文娟，張俊彥，袁 莉

（石家莊學(xué)院 機(jī)電學(xué)院，河北 石家莊 050035）

0 引言

建筑電氣技術(shù)是一門(mén)綜合性、實(shí)踐性較強(qiáng)的一門(mén)課，是集繼電保護(hù)、施工技術(shù)、通信、電路、電力系統(tǒng)分析等為一體的學(xué)科，知識(shí)面較廣，所學(xué)內(nèi)容可直接應(yīng)用到工程實(shí)踐中[1]. 目前本課程采用的教學(xué)方法主要是項(xiàng)目式教學(xué)法，在每個(gè)教學(xué)模塊中以基礎(chǔ)理論為先導(dǎo)，以實(shí)際項(xiàng)目為操作對(duì)象，培養(yǎng)學(xué)生扎實(shí)專(zhuān)業(yè)理論的同時(shí)鍛煉其動(dòng)手解決問(wèn)題的能力[2]. 近幾年通過(guò)對(duì)學(xué)生實(shí)習(xí)中的表現(xiàn)以及眾多畢業(yè)生和用人單位的反饋，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)許多電氣元件只有書(shū)面認(rèn)識(shí)，沒(méi)有直觀認(rèn)識(shí)，對(duì)所有計(jì)算只懂得理論而不會(huì)應(yīng)用，對(duì)最基本的CAD 軟件命令非常生疏，根本不具備基本的繪圖能力，實(shí)操能力差. 而在教學(xué)培養(yǎng)過(guò)程中，教師忽視了培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和實(shí)踐操作能力[3]，導(dǎo)致學(xué)生沒(méi)有樹(shù)立起工程應(yīng)用意識(shí)，缺乏對(duì)自身專(zhuān)業(yè)的認(rèn)識(shí)度，以至于學(xué)生不能在實(shí)際工作中對(duì)各種問(wèn)題作出積極、有效的反應(yīng).

教學(xué)改革的最終目的是適應(yīng)社會(huì)發(fā)展對(duì)人才的需求[4]. 經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)企業(yè)工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、管理、預(yù)算等大多數(shù)企業(yè)都需要專(zhuān)業(yè)軟件的支持，尤其是CAD、天正電氣（TElec）、Revit、Dialux 等電氣專(zhuān)業(yè)相關(guān)軟件. 將軟件技術(shù)融入現(xiàn)代建筑電氣技術(shù)專(zhuān)業(yè)課程體系改革中，才能保證真正地實(shí)施項(xiàng)目化教學(xué)[5]，使學(xué)生更符合企業(yè)發(fā)展需求，提高就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力. 在教學(xué)改革中加強(qiáng)對(duì)這些專(zhuān)業(yè)軟件的學(xué)習(xí)和操作，學(xué)生將來(lái)在工作崗位上就不會(huì)遇到問(wèn)題而束手無(wú)策[6].

1 軟件介紹

天正電氣軟件是由北京天正工程軟件有限公司開(kāi)發(fā)，由于軟件可免費(fèi)使用，并且官網(wǎng)有視頻教程，學(xué)習(xí)起來(lái)方便簡(jiǎn)單，因此在市場(chǎng)中得到廣泛的應(yīng)用. 該軟件必須在AutoCAD 安裝完成后再安裝，不能單獨(dú)使用，是專(zhuān)門(mén)針對(duì)建筑行業(yè)的設(shè)計(jì)軟件. 天正電氣具有豐富的元件庫(kù)，使用者可以直接使用，拖出即可，并且替換修改方便，計(jì)算功能豐富，簡(jiǎn)便快捷的繪圖能力使電氣工程圖紙的繪制變得簡(jiǎn)單模塊化.

Dialux 是一款德國(guó)的照明軟件，能夠滿足目前室內(nèi)、室外、道路、景觀幾乎所有的照度設(shè)計(jì)及計(jì)算的要求，已成為歐美各國(guó)的設(shè)計(jì)師實(shí)現(xiàn)“完美照明”與“精準(zhǔn)設(shè)計(jì)”最佳的輔助工具，是當(dāng)前最強(qiáng)大的照明分析軟件之一. 該軟件還支持建筑信息模型（BIM）技術(shù)，可以在BIM 之間導(dǎo)入Dialux，同Revit 軟膠有點(diǎn)相似，可以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目中的優(yōu)化協(xié)調(diào)，未來(lái)發(fā)展?jié)摿Σ蝗莺鲆? 利用Dialux 可以進(jìn)行三維立體實(shí)景模擬，并能輸出形象逼真的視覺(jué)立體化渲染結(jié)果，而所有的照明數(shù)據(jù)也都以圖表化的方式清楚地列出來(lái). Dialux 還可以對(duì)每一個(gè)設(shè)計(jì)空間生成對(duì)應(yīng)的照明等照度曲線和偽色圖，具有操作方法簡(jiǎn)單易學(xué)、形象有趣、可視化、交互性、模擬性信息協(xié)作共享等特點(diǎn)[7].

2 軟件應(yīng)用

2.1 平面設(shè)計(jì)

建筑電氣技術(shù)課程中涉及許多電氣元件，如變壓器、斷路器、接觸器、熒光燈、白熾燈、火災(zāi)探測(cè)器、按鈕等，在工程項(xiàng)目圖紙繪制時(shí)，這些元件要用國(guó)標(biāo)通用電氣圖形符號(hào)表示，這也是學(xué)生需要掌握的難點(diǎn). 同時(shí)，熟悉圖形符號(hào)也是學(xué)生學(xué)習(xí)初期看圖識(shí)圖的第一步，天正電氣有豐富的元件庫(kù)，如燈具庫(kù)、開(kāi)關(guān)庫(kù)、插座庫(kù)、動(dòng)力庫(kù)、消防庫(kù)等，如圖1 所示.

圖1 天正電氣元件庫(kù)

模塊庫(kù)中所有元件大部分比較貼近生活，但是實(shí)物和圖形符號(hào)之間還是相差甚遠(yuǎn)的. 對(duì)話框中的元件可以直接拖動(dòng)插入，也可以進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、查找、替換、修改、旋轉(zhuǎn)等操作. 也可以自建圖庫(kù)，把缺少的元件補(bǔ)充進(jìn)去，以便以后使用. 庫(kù)中元件都是以模塊形式存在的，是一個(gè)整體，每一個(gè)模塊都定義了自己的名稱(chēng)及對(duì)應(yīng)的模塊編號(hào)，方便以后的材料統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果可作為工程預(yù)算的參考數(shù)據(jù). 同一類(lèi)模塊都在一個(gè)圖層上，比如，所有的開(kāi)關(guān)燈具都統(tǒng)一在EQUIP-照明層，具有相同的顏色；所有的探測(cè)器、報(bào)警按鈕、報(bào)警電話等位于EQUIP-消防圖層. 工程項(xiàng)目不同則圖層個(gè)數(shù)也不同，簡(jiǎn)單的工程一般有幾十個(gè)圖層，大型復(fù)雜工程則多達(dá)上百個(gè)圖層，好在天正電氣下所有圖層不需要學(xué)生自己設(shè)置，相比CAD 下每個(gè)圖層都要單獨(dú)設(shè)置所有屬性簡(jiǎn)化了很多，使學(xué)生用起來(lái)更好接受. 通過(guò)對(duì)施工圖紙的繪圖練習(xí)，學(xué)生不斷地熟悉圖形符號(hào)而不必死記硬背，既加強(qiáng)了知識(shí)點(diǎn)的吸收，又提高了學(xué)習(xí)的興趣，使學(xué)習(xí)輕松化，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單化.

建筑電氣技術(shù)平面設(shè)計(jì)包括照明平面、插座平面、動(dòng)力平面、弱電平面、防雷接地平面等. 教材在每一部分里只有理論計(jì)算和相關(guān)的規(guī)范要求，沒(méi)有針對(duì)不同建筑工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)措施. 所以，必須利用軟件通過(guò)項(xiàng)目實(shí)施才能讓學(xué)生深入掌握和理解. 以照明平面為例，照明平面設(shè)計(jì)包括光源燈具、開(kāi)關(guān)、連線、根數(shù)標(biāo)注等工作，燈具的布置通常采用均勻性布置，天正電氣下可以矩形均勻布燈、弧形均勻布燈、任意布燈，選定設(shè)計(jì)的房間和光源燈具，只需要輸入燈具行數(shù)和列數(shù)即可，徹底解決了手繪無(wú)法實(shí)現(xiàn)的最大困難. 開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)也非常簡(jiǎn)潔，根據(jù)設(shè)計(jì)的控制方式選取開(kāi)關(guān)，一般每個(gè)房間內(nèi)至少設(shè)1 個(gè)開(kāi)關(guān)，位置通常放置在門(mén)的開(kāi)啟側(cè)，與邊框距離為15～20 mm. 天正電氣可以自動(dòng)識(shí)別門(mén)模塊，只要選定開(kāi)關(guān)元件可整體進(jìn)行框選，所有開(kāi)關(guān)均布置在給定的位置，無(wú)需逐一放置，充分體現(xiàn)了天正電氣的快速性和準(zhǔn)確性，照明平面布置圖如圖2 所示.

圖2 照明平面圖

插座平面的設(shè)計(jì)也是每個(gè)工程項(xiàng)目必備的，常用的插座有兩孔插座、三孔插座、四孔插座、防水插座等多種類(lèi)型，通常距地高度為0.3 m，空調(diào)插座距地1.8 m 以上. 根據(jù)房間功能選擇合適的插座進(jìn)行布置，天正電氣下有沿墻布置、穿墻布置、任意布置等選項(xiàng). 利用軟件繪制出來(lái)的插座平面圖美觀整齊，插座平面布置圖如圖3 所示.

圖3 插座平面圖

天正電氣的引入使建筑電氣技術(shù)課本上生硬的概念、圖形符號(hào)、計(jì)算、規(guī)范等眾多教學(xué)知識(shí)，通過(guò)具體項(xiàng)目變得簡(jiǎn)單易懂、靈活實(shí)用，學(xué)生不必硬背同樣可以熟練掌握，從而使學(xué)生在愉悅中學(xué)習(xí)，很好地培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和創(chuàng)新精神以及自主解決綜合實(shí)際問(wèn)題的能力.

2.2 計(jì)算應(yīng)用

建筑電氣技術(shù)課程中涉及到的強(qiáng)電計(jì)算主要有照度計(jì)算、負(fù)荷計(jì)算、年雷擊數(shù)、短路電流、無(wú)功補(bǔ)償、電壓損失等，弱電部分涉及的復(fù)雜計(jì)算較少[8]. 在這些計(jì)算中，年雷擊數(shù)相對(duì)計(jì)算量較小，其他幾種計(jì)算任務(wù)量大，尤其照度計(jì)算、短路電流計(jì)算. 照度計(jì)算是照明設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵的一步，結(jié)果影響著照明質(zhì)量和照明效果，也是評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)優(yōu)劣的重要指標(biāo). 每一個(gè)計(jì)算都涉及到查閱很多原始資料數(shù)據(jù)，比如照度計(jì)算與許多因素有關(guān)，首先所選光源的型號(hào)、光通量、配光曲線等不同的廠家參數(shù)不同，需要根據(jù)廠家提供的資料手冊(cè)來(lái)確定；其次不同的工程項(xiàng)目由于房間功能不同照度標(biāo)準(zhǔn)要求也不同，如辦公室照度要求通常在300 lx 左右，教室照度為200 lx，臥室照度為100 lx；最后還要考慮各房間環(huán)境的清潔程度及地面、頂棚、墻面的反射系數(shù). 課本上提供的數(shù)據(jù)非常有限，僅依靠課本根本無(wú)法滿足各類(lèi)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的需要，單純地依靠人工查閱資料完成，通過(guò)手算則過(guò)程比較繁雜，會(huì)造成學(xué)生枯燥無(wú)聊，最終會(huì)失去學(xué)習(xí)激情.

天正電氣擁有強(qiáng)大的計(jì)算功能，以照度計(jì)算為例，居住建筑、辦公建筑、學(xué)校等幾乎每個(gè)工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中必有的計(jì)算，也是建筑電氣技術(shù)這門(mén)課的重點(diǎn)內(nèi)容. 該部分中，通過(guò)不同類(lèi)型的工程項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)踐練習(xí)，由于居住建筑是最基礎(chǔ)的，通常以此類(lèi)項(xiàng)目引入，循序漸進(jìn)，由住宅樓到辦公樓再到商業(yè)建筑，逐漸增加難度. 天正電氣的照度計(jì)算操作簡(jiǎn)單，只需要用鼠標(biāo)選定設(shè)計(jì)的房間，軟件會(huì)自動(dòng)讀取房間長(zhǎng)、寬等參數(shù)，房間高度需要手動(dòng)輸入，其他相關(guān)的利用系數(shù)、光源、單燈具光源數(shù)、墻面地面頂棚反射比等要自己選定，選擇界面如圖4 所示. 所有參數(shù)選擇完成后點(diǎn)擊計(jì)算，就會(huì)顯示當(dāng)前的照度值、建議安裝的燈具個(gè)數(shù)和照度校驗(yàn)值，并且可以導(dǎo)出詳細(xì)的Word 版計(jì)算書(shū).

圖4 照度計(jì)算功能圖

利用天正電氣主要進(jìn)行的是二維平面設(shè)計(jì)，實(shí)際設(shè)計(jì)中的各點(diǎn)的照度是否滿足標(biāo)準(zhǔn)，單從二維平面無(wú)法確定. 在照明設(shè)計(jì)中，為了提升設(shè)計(jì)效果和準(zhǔn)確度，進(jìn)一步引入了Dialux 軟件進(jìn)行計(jì)算仿真[9]，通過(guò)該軟件的三維模擬功能可視化地檢驗(yàn)設(shè)計(jì)是否合理，從而進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)方案. 圖5 是某住宅臥室和陽(yáng)臺(tái)的燈光模擬偽色圖及等照度曲線，天正電氣設(shè)計(jì)的臥室平均照度為75 lx，閱讀區(qū)照度為150 lx，從效果圖中可以清楚地看出臥室各點(diǎn)的具體照度值、地面上各點(diǎn)照度分布和墻面上的燈光效果.圖5 顯示臥室最低照度為25 lx，低照度區(qū)域主要分布在房間四角，最高照度為204 lx，主要分布在光源直射區(qū)范圍內(nèi)，最小照度與平均值之比為0.33，根據(jù)照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)GB50034-2013，該值在0.7 以上認(rèn)為滿足照度均勻性要求，視覺(jué)效果較好，不會(huì)產(chǎn)生眩光. 為了達(dá)到更好的設(shè)計(jì)效果，可以根據(jù)模擬結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計(jì)方案的調(diào)整，再次模擬，直到結(jié)果最佳為止.

圖5 （a）臥室；（b）陽(yáng)臺(tái)的燈光模擬偽色圖和等照度曲線

天正電氣其他計(jì)算功能操作相對(duì)簡(jiǎn)單，不再一一舉例. 通過(guò)引入軟件并結(jié)合具體工程項(xiàng)目可以使計(jì)算變得更容易、更直觀，而且學(xué)習(xí)過(guò)程圖文并茂，立體再現(xiàn)，學(xué)生感到很新奇、很獨(dú)特，從而提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性[10].

2.3 系統(tǒng)生成

建筑電氣技術(shù)中系統(tǒng)圖的設(shè)計(jì)與繪制是一大難點(diǎn)，系統(tǒng)圖涉及到的知識(shí)點(diǎn)比較多，如導(dǎo)線截面積、敷設(shè)方式、穿管管徑、斷路器開(kāi)關(guān)型號(hào)和配電方式等的設(shè)計(jì)，技術(shù)性核心問(wèn)題都在該部分，這部分內(nèi)容與繼電保護(hù)、工廠供電、建筑電氣施工技術(shù)等課程關(guān)聯(lián)緊密，也是課程改革中的難點(diǎn). 建筑工程項(xiàng)目系統(tǒng)圖包括強(qiáng)電系統(tǒng)圖和弱電系統(tǒng)圖，其中強(qiáng)電系統(tǒng)圖主要有照明系統(tǒng)圖、動(dòng)力系統(tǒng)圖，弱電系統(tǒng)圖主要有有線電視、消防、視頻監(jiān)控、門(mén)禁對(duì)講等系統(tǒng)圖. 在所有強(qiáng)電平面和弱電平面設(shè)計(jì)完成后，才能繪制相應(yīng)的系統(tǒng)圖.

以照明系統(tǒng)生成為例，學(xué)生將燈具、開(kāi)關(guān)、插座、配電箱、連線等布置完成后，直接利用天正電氣左側(cè)工具欄中的系統(tǒng)生成，進(jìn)入自動(dòng)生成系統(tǒng)圖對(duì)話框，可手動(dòng)輸入回路編號(hào)及相序，也可選取從平面圖中讀取，回路確定的同時(shí)進(jìn)行負(fù)荷統(tǒng)計(jì)，配電箱總的功率因數(shù)、利用系數(shù)、計(jì)算電流都會(huì)在系統(tǒng)圖中給出，如圖6 所示. 系統(tǒng)圖顯示出了該配電箱的回路個(gè)數(shù)、導(dǎo)線的根數(shù)和截面積、敷設(shè)方式（FC 頂棚或埋地暗敷、CC 沿墻暗敷）、斷路器的極數(shù)和整定電流. 在整個(gè)工程項(xiàng)目中每個(gè)配電箱都要繪制系統(tǒng)圖，工程越復(fù)雜建筑面積越大的項(xiàng)目配電箱的數(shù)目就會(huì)越多，系統(tǒng)圖出圖量就會(huì)越大，當(dāng)然復(fù)雜的工程項(xiàng)目在課程學(xué)習(xí)期間僅靠1 人很難完成，必須通過(guò)小組合作的形式，將一個(gè)項(xiàng)目分解來(lái)完成. 通過(guò)天正電氣軟件繪制系統(tǒng)圖，提高了設(shè)計(jì)效率，減輕了設(shè)計(jì)工作量.

圖6 系統(tǒng)圖繪制

3 結(jié)論

為進(jìn)一步深化建筑電氣技術(shù)課程改革的實(shí)施，在課程教學(xué)中引入了天正電氣、Dialux 等專(zhuān)業(yè)軟件. 讓學(xué)生自己動(dòng)手操作，親身體會(huì)所學(xué)理論知識(shí)在工程項(xiàng)目中的實(shí)際應(yīng)用，將行業(yè)發(fā)展新產(chǎn)品、新標(biāo)準(zhǔn)、新規(guī)范、新技術(shù)等有機(jī)融合到整個(gè)教學(xué)過(guò)程中. 通過(guò)軟件的引入可以強(qiáng)化學(xué)生的設(shè)計(jì)能力和繪圖能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)成就動(dòng)機(jī)，促進(jìn)學(xué)生自主探索學(xué)習(xí)，全面提高學(xué)生綜合能力，從而極大提升了教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量.