基于BIM的建筑電氣專業(yè)工程設(shè)計(jì)類課程教學(xué)應(yīng)用研究

張鴻愷 肖連軍 謝陳磊 伍超

摘要：針對(duì)目前建筑電氣與智能化專業(yè)工程設(shè)計(jì)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(shì)，建議應(yīng)合理使用BIM技術(shù)融入課程教學(xué)、強(qiáng)化師資力量的培養(yǎng)、增加教學(xué)資源的投入、實(shí)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(shí)踐創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：建筑電氣與智能化;BIM;工程設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G642? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）30-0263-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

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(huì)對(duì)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(zhǔn)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(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，但是對(duì)于以《建筑電氣工程設(shè)計(jì)》《電氣施工》等為代表的工程設(shè)計(jì)類課程來說，教學(xué)效果卻并不是很理想。主要是因?yàn)閷?shí)際工程項(xiàng)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(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，使得學(xué)生掌握起來具有較大的難度。

2 BIM技術(shù)簡(jiǎn)介

作為一種新技術(shù)，建筑信息模型（Building Information Modeling，簡(jiǎn)稱BIM）是以建筑工程項(xiàng)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(gè)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(diǎn)獲得了廣泛關(guān)注，目前在西方發(fā)達(dá)國(guó)家已得到普遍應(yīng)用。我國(guó)引入BIM技術(shù)相對(duì)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(jī)。比如國(guó)家會(huì)展中心、蘇州中南中心以及中國(guó)河口國(guó)際會(huì)展中心等多個(gè)重要建筑項(xiàng)目，在建筑過程中都用到了BIM 技術(shù)。

3 BIM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(jì)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(jìn)。同時(shí)，BIM模型是一個(gè)信息庫(kù)，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(duì)BIM技術(shù)在教學(xué)應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)，國(guó)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(guó)為代表的西方發(fā)達(dá)國(guó)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(duì)來說，國(guó)內(nèi)高校對(duì)BIM技術(shù)的關(guān)注較晚。目前公認(rèn)的國(guó)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(biāo)準(zhǔn)研究課題組，這一事件標(biāo)志著國(guó)內(nèi)高校開始啟動(dòng)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]。

4 BIM 技術(shù)應(yīng)用在建筑電氣專業(yè)工程設(shè)計(jì)類課程教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)

下面從建筑供配電與照明、建筑電氣工程設(shè)計(jì)、電氣施工、公共安全技術(shù)、智能化系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)類課程教學(xué)應(yīng)用上的優(yōu)勢(shì)。

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(gè)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定、供配電線路是否完善等。這樣可以根據(jù)各個(gè)房間的虛擬設(shè)計(jì)效果，較容易地找出設(shè)計(jì)不合理問題，從而加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)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(jì)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(jì)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(jì)能力的培養(yǎng)。教師首先講解建筑電氣設(shè)計(jì)流程及設(shè)計(jì)要求，而后指導(dǎo)學(xué)生通過BIM軟件對(duì)工程實(shí)例進(jìn)行建模，將設(shè)計(jì)的三維立體模型與二維CAD圖紙進(jìn)行對(duì)比，更能直觀地展現(xiàn)設(shè)計(jì)成果，獲得身臨其境的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，極大地提高了學(xué)生的空間設(shè)計(jì)能力。采用BIM軟件進(jìn)行教學(xué)，還可以對(duì)建筑工程全生命周期進(jìn)行模擬，使得學(xué)生對(duì)建筑工程進(jìn)度的了解更加透徹，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)建筑工程項(xiàng)目流程的認(rèn)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(shí)際工程項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，往往只能靠學(xué)生個(gè)人的想象感知現(xiàn)場(chǎng)的施工技術(shù)，容易產(chǎn)生厭學(xué)情緒，達(dá)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(chǎng)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(shí)中漫長(zhǎng)的施工周期和動(dòng)態(tài)的施工過程濃縮進(jìn)課堂教學(xué)。通過讓學(xué)生主動(dòng)參與模擬建筑工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)及施工進(jìn)度計(jì)劃的編制，學(xué)習(xí)如何將實(shí)際施工中用到的人力、物力以及施工設(shè)備進(jìn)行配置，進(jìn)而為建筑電氣施工提供最適合的方案[6]。通過營(yíng)造出這種身臨其境的課堂氛圍，使得教學(xué)過程更加生動(dòng)形象，能夠極大地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，對(duì)建筑電氣與智能化專業(yè)學(xué)生工程實(shí)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(dòng)報(bào)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(duì)公共安全各獨(dú)立子系統(tǒng)進(jìn)行組合提升，實(shí)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(bào)警、出入口控制、保安巡更、停車場(chǎng)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(qiáng)各知識(shí)點(diǎn)之間連貫性，還極大地增強(qiáng)了學(xué)生的綜合實(shí)踐能力。

4.5 智能化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與集成課程教學(xué)

對(duì)于智能化系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)重點(diǎn)與所用技術(shù)，并根據(jù)各系統(tǒng)集成需求，分析給出實(shí)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(biāo)，而后基于系統(tǒng)集成理論對(duì)建筑智能化系統(tǒng)進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計(jì)，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(tái)上能實(shí)現(xiàn)信息共享以及快速聯(lián)動(dòng)響應(yīng)，實(shí)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(jì)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，掌握設(shè)計(jì)與集成的主要應(yīng)用技術(shù)，以提高學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

總之，在建筑電氣與智能化專業(yè)工程設(shè)計(jì)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(shì)，使學(xué)生對(duì)實(shí)際建筑工程項(xiàng)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(shí)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(kuò)展。

5 BIM 技術(shù)應(yīng)用在建筑電氣專業(yè)工程設(shè)計(jì)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(jì)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(jìn)行知識(shí)點(diǎn)講解時(shí)，要以學(xué)生為中心，充分發(fā)揮BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，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(chǎng)的最新電氣設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)踐的知識(shí)點(diǎn)，利用BIM技術(shù)通過課前準(zhǔn)備的電氣設(shè)計(jì)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(shí)調(diào)整管線布置，使得電氣設(shè)計(jì)更加合理。同時(shí)在課堂教學(xué)中要注重師生之間、生生之間的互動(dòng)，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(jì)的工程案例中，不僅有利于與加深學(xué)生對(duì)建筑電氣工程設(shè)計(jì)課程知識(shí)點(diǎn)的掌握，增強(qiáng)其工程設(shè)計(jì)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(qiáng)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(jì)類課程的教學(xué)提供了新的機(jī)遇，也對(duì)教師的專業(yè)知識(shí)水平提出了更高的要求。由于種種原因，國(guó)內(nèi)多數(shù)高校的專業(yè)教師學(xué)習(xí)BIM的時(shí)間相對(duì)較晚，對(duì)BIM的認(rèn)知只停留在理論層面，極度缺乏實(shí)際工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，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(kuò)充知識(shí)面、創(chuàng)新教學(xué)方式。針對(duì)于此，應(yīng)通過“引進(jìn)來，走出去”的策略來加速BIM教學(xué)團(tuán)隊(duì)的培養(yǎng)。一方面，通過聘請(qǐng)企業(yè)的專業(yè)技術(shù)人才到學(xué)校來兼職教學(xué)，彌補(bǔ)高校BIM教學(xué)團(tuán)隊(duì)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(jìn)行培訓(xùn)，提升教師的教學(xué)能力及工程實(shí)踐能力。在教學(xué)和科研項(xiàng)目申報(bào)時(shí)，鼓勵(lì)并適當(dāng)增加BIM技術(shù)課題研究的項(xiàng)目進(jìn)行立項(xiàng)建設(shè)。

5.3 增加教學(xué)資源的投入

要想真正實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)在建筑電氣專業(yè)工程設(shè)計(jì)類課程中的應(yīng)用，提升教學(xué)質(zhì)量，需要高校切實(shí)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(duì)計(jì)算機(jī)配置要求較高，而不少高校多媒體教室的計(jì)算機(jī)都是使用多年的“老爺機(jī)”，只能運(yùn)行低版本的CAD及PPT等軟件，導(dǎo)致教師上課時(shí)只能攜帶個(gè)人筆記本電腦進(jìn)行教學(xué)，不利于教學(xué)活動(dòng)的開展。這就要求相關(guān)部門需要購(gòu)置一批軟硬件配置較高的計(jì)算機(jī)并預(yù)裝各種必要的教學(xué)軟件對(duì)其進(jìn)行替換。其次，為了提升實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量，需要進(jìn)行BIM實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，便于教師在實(shí)踐課程中指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行BIM實(shí)踐操作，在掌握建筑電氣專業(yè)工程設(shè)計(jì)類課程理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，提升學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)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(jí)學(xué)院平級(jí)，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(dòng)的開展，也可以將中心科研項(xiàng)目的成果反哺于教學(xué)活動(dòng)。

5.4 多方合作協(xié)同育人

教師可以通過定期邀請(qǐng)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(shí)，創(chuàng)造良好的學(xué)習(xí)氛圍。同時(shí)學(xué)校也應(yīng)創(chuàng)造條件積極鼓勵(lì)學(xué)生參加各類BIM大賽，并提供場(chǎng)地和經(jīng)費(fèi)支持，提高學(xué)生的參賽積極性，以便充分鍛煉其工程實(shí)踐操作能力。

深化校企合作，與企業(yè)共建BIM研究中心，實(shí)現(xiàn)資源共享、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，充分利用企業(yè)的工程實(shí)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(dòng)實(shí)踐教學(xué)，實(shí)現(xiàn)校企協(xié)同育人。學(xué)生畢業(yè)后也可以進(jìn)入該企業(yè)工作，定點(diǎn)為企業(yè)培養(yǎng)人才，實(shí)現(xiàn)高校、學(xué)生和企業(yè)多方共贏。

6 結(jié)束語

針對(duì)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(jì)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(jì)類課程教學(xué)應(yīng)用上的優(yōu)勢(shì)，隨后提出了應(yīng)合理使用BIM技術(shù)融入課程教學(xué)、強(qiáng)化師資力量的培養(yǎng)、增加教學(xué)資源的投入、實(shí)現(xiàn)多方合作協(xié)同育人等四點(diǎn)建議，以提升教師的教學(xué)效果以及學(xué)生的工程實(shí)踐創(chuàng)新能力。

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【通聯(lián)編輯：唐一東】