董昭 陳鑫 周巖 李閩 周麗 劉清

（武漢商學院機電工程學院 湖北·武漢 430000）

0 引言

美國國家標準對BIM解釋是：創(chuàng)建一個共享知識資源，用數(shù)字化方法表達一個設(shè)施的物理功能特性，通過分享這個設(shè)施相關(guān)信息，達到這個設(shè)施在整個生命周期中為所有對策提供可靠依據(jù)。同時在設(shè)施建設(shè)的不同階段，讓各個參與者在設(shè)施模型中嵌入、提取、更新和修改信息，以支持參與者各自職責的協(xié)同作業(yè)。它具有模擬性、協(xié)調(diào)性、可視化、優(yōu)化性、可出圖性等特點。

目前，BIM技術(shù)在國外許多國家得到廣泛應(yīng)用。在美國建筑業(yè)中，BIM應(yīng)用率從2007年的28%達到了2012年的71%。[1]與之相呼應(yīng)的是，BIM技術(shù)在高校教學中的應(yīng)用研究也在不斷發(fā)展與完善。超過70%的美國高校將BIM技術(shù)納入到課程教學中。如：奧本大學在施工專業(yè)開設(shè)BIM課程，學生各項能力得到顯著的提高；[2]薩爾福大學也開設(shè)了BIM相關(guān)課程，幫助學生提高作業(yè)的完成速度和效率。[3]

我國建筑行業(yè)使用BIM技術(shù)較晚，但BIM技術(shù)在建筑行業(yè)推廣的速度極快，造成了大量的BIM人才崗位空缺。國內(nèi)許多高校也開始意識到將 BIM 技術(shù)融入課堂教學中，培養(yǎng)新出適應(yīng)建筑行業(yè)發(fā)展的復合型人才。[4]如清華大學與廣聯(lián)達公司共同成立BIM研究中心，以培養(yǎng)學生BIM軟件實踐操作能力[5]；大連理工大學將BIM設(shè)計融入畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)，提高了學生實踐能力；[6]哈爾濱工業(yè)大學開設(shè)BIM創(chuàng)新實踐課與BIM實驗選修課程，提高了學生學習熱情。[7]從總體上看，BIM技術(shù)融入課堂教學正在引起國內(nèi)各大高校的注意，但在教育領(lǐng)域中應(yīng)用的深度與廣度還不夠，高校教學人才培養(yǎng)方式已經(jīng)滯后于行業(yè)發(fā)展，為扭轉(zhuǎn)這一局面，亟須改革現(xiàn)有的課程體系教育模式[8]。

1 融入BIM技術(shù)的通風與空調(diào)工程課程的意義

（1）該課程內(nèi)容枯燥，冷負荷計算公式繁多，學生理解困難。利用BIM技術(shù)，通過圖文并茂，并用相應(yīng)的DEST軟件，直接輸入條件即可得出結(jié)果。該方法方便快捷，能節(jié)省不少繁重計算時間，同時能幫助學生理解負荷計算內(nèi)容。

（2）該課程側(cè)重于理論，部分內(nèi)容內(nèi)已經(jīng)很難適應(yīng)前沿技術(shù)的發(fā)展。利用BIM技術(shù)，結(jié)合前沿技術(shù)，可幫助學生重新構(gòu)建模型，鍛煉學生創(chuàng)新思維，提高學生創(chuàng)新能力。

（3）以往教學只通過習題來強化學習，與實際應(yīng)用聯(lián)系不夠，學生只能獲得感性認識，訓練效果不佳。通過BIM技術(shù)，如將氣流組織計算模擬在三維模型中，更能強化知識的認知。

（4）建環(huán)專業(yè)與給排水、電氣專業(yè)聯(lián)系緊密，學習BIM技術(shù)，有助于拓展學生眼界與思路，為今后深入的學習和研究打下基礎(chǔ)。

（5）BIM技術(shù)在施工設(shè)計行業(yè)逐級推廣，對畢業(yè)生要求亦愈來愈高；將BIM技術(shù)與專業(yè)課程對接，可實現(xiàn)專業(yè)知識與企業(yè)要求無縫對接，為該專業(yè)良性發(fā)展和學生就業(yè)前景提供良好保障。

2 BIM技術(shù)在教學中的應(yīng)用

在通風與空調(diào)工程課程教學中，BIM主要應(yīng)用在空調(diào)負荷的計算，通風管道、空調(diào)冷水、冷凝水管道的布置及碰撞檢查，空調(diào)風、水系統(tǒng)的水力計算，室內(nèi)的氣流組織設(shè)計以及機房的設(shè)備的選型與置。在教學過程中，通過課堂傳導，有意識的將BIM技術(shù)融入課程體系中，幫助學生理解相關(guān)知識框架與結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)出具備理論性、創(chuàng)新性等能力[9]。

2.1 BIM教學內(nèi)容分析

2.1.1 空調(diào)負荷的確定

根據(jù)國家節(jié)能規(guī)范要求要求，空調(diào)負荷必須按照房間單元逐時計算。大型建筑內(nèi)部分區(qū)較多、功能復雜，靠CAD二維圖形計算負荷，過程復雜且精度不夠。而專業(yè)的BIM空調(diào)設(shè)計軟件，可以將建筑模型數(shù)據(jù)通過三維圖形呈現(xiàn)出來，并可以將相關(guān)數(shù)據(jù)直接輸入到負荷計算軟件中，并進行計算。此外，我國地區(qū)較多，氣候環(huán)境復雜，相應(yīng)的地方標準不盡相同，有的BIM自帶負荷計算模塊并沒有包含相應(yīng)的氣候參數(shù)，需要用戶自身調(diào)整相關(guān)參數(shù)，同時也要設(shè)定相應(yīng)的圍護結(jié)構(gòu)參數(shù)。在后期的設(shè)計中，通過建模，可以進行能耗模擬，計算全年空調(diào)能耗，看是否符合地方節(jié)能標準要求。

2.1.2 空調(diào)水管、風管的布置與碰撞檢查

空調(diào)設(shè)計中水管、風管的管徑選取與布置除了要滿足水力平衡要求外，還要盡可能的保證安裝方便。在傳統(tǒng)的教學過程中，往往只滿足水力平衡條件，簡單粗暴地體現(xiàn)在CAD圖紙中即可。但在實際施工現(xiàn)場中，安裝條件嚴苛，往往出現(xiàn)管道打架的情形。因此，在教學過程中引入BIM建模，將管道連接、升降、爬坡、閥件彎頭的布置鏈接到一起進行集成，通過設(shè)置碰撞實驗條件，進行碰撞模擬，檢查管路碰撞情況，然后不斷調(diào)整交叉碰撞管路參數(shù)，直至符合要求。BIM模型可以多角度旋轉(zhuǎn)觀察，還可以進行勾踐拆分，在教學過程中完全可以摒棄二維圖紙進行講解，通過對三維視角的講解，學生學習效率和教學效果將獲得大力提升。

2.1.3 空調(diào)系統(tǒng)水力計算

根據(jù)水力計算方法結(jié)合碰撞實驗，將模型數(shù)據(jù)輸入軟件中，根據(jù)最不利環(huán)路比摩阻，計算確定管徑，并對整個并聯(lián)回路進行阻力平衡分析與調(diào)整，使之滿足水利平衡要求。

2.1.4 氣流組織的確定

在通風章節(jié)中，傳統(tǒng)的PPT講授只能局限在一般的計算過程，對計算后的結(jié)果合理性無法進行驗證，最終學生對氣流組織相關(guān)知識無法深刻理解。采用BIM可視化功能，將氣流組織計算結(jié)果進行模擬，可以很好地驗證所得結(jié)果是否合理。例如，在驗證貼附射流氣流狀況時，可以根據(jù)計算結(jié)果，不斷調(diào)整貼附射流風口個數(shù)、高度以及出口風速等參數(shù)，在軟件中模擬室內(nèi)的氣流狀況，分析不同設(shè)計對室內(nèi)空氣流動的影響。在噴口送風中，可以調(diào)整噴口角度，模擬出整個空間空氣流場分布情況，得出最佳的噴射角度。這些能幫助學生理解各種因素對室內(nèi)氣流組織的影響，也能夠幫助學生深刻理解到速度場對維持房間參數(shù)的恒定起著至關(guān)重要的作用。

2.1.5 機房設(shè)備的布置與設(shè)計

傳統(tǒng)的教學方式中，教師都是使用二維圖紙來表達機房設(shè)備之間的空間關(guān)系，這種方式抽象難懂，有些空間能力不強的學生不能很好理解，無法表達出設(shè)備之間的作用以及內(nèi)部的工作原理。將BIM引入教學中，利用BIM軟件建模，可以使得模型與真實設(shè)備外觀一致，通過構(gòu)建及族的拆解，為學生展示內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理，甚至可以通過動畫的方式演示整個系統(tǒng)的運行過程。在教師利用三維模型講授空調(diào)系統(tǒng)原理，空調(diào)系統(tǒng)形式如何根據(jù)機房特點進行選擇這些知識時，無形中就把相關(guān)的空調(diào)設(shè)計過程傳授給學生，這種潛移默化過程中，加深對知識點的理解、聯(lián)系與遷移。

2.2 教學改革

2.2.1 教學手段改革

隨著BIM技術(shù)不斷引入課堂，勢必要對課程大綱，教學目標進行改動。在滿足教學計劃的前提，在課堂授課中，增加必要的BIM環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)可以利用課后大作業(yè)的方式，讓學生以小組或者團隊完成。例如針對氣流組織章節(jié)，可提前劃分幾個小組，針對某個用戶環(huán)境，每個小組做不同類型的氣流組織方案模擬，以抽簽的方式讓他們計算并模擬出貼附送風、散流器送風、孔口送風、噴口送風過程，并得出最后得結(jié)論。通過這種聯(lián)系，加深對BIM技術(shù)的應(yīng)用能力，既可以提高學生學習興趣，又可以提高學生動手能力，培養(yǎng)學生團隊協(xié)作以及解決工程實際問題的能力。

2.2.2 考核方式的改革

針對學生實踐環(huán)節(jié)，對平時成績進行調(diào)整，削減部分考試環(huán)節(jié)比例，增加實踐環(huán)節(jié)分數(shù)，具體方案可以采用平時考勤加課堂表現(xiàn)占比10%；實踐環(huán)節(jié)采用設(shè)計作品的形式，其分值占比30%；期末考試采用線上加線下模式，線下為理論知識考試，占比30%；線上完成相關(guān)BIM某個環(huán)節(jié)操作，如氣流組織設(shè)計中出調(diào)整最優(yōu)風口設(shè)置，碰撞檢查實驗等，該分數(shù)占總比30%。

2.2.3 教學平臺建設(shè)

我校與廣聯(lián)達公司在工程造價課程建設(shè)過程中有過合作，可以借助契機，進一步加強合作。企業(yè)提供培訓服務(wù)，為教師或者學生做好相關(guān)培訓。同時通過校企合作方式，與就業(yè)企業(yè)聯(lián)合人才培養(yǎng)模式，企業(yè)為學校投資，建立相應(yīng)的實訓室，學校和企業(yè)共享開放平臺。

2.2.4 用學科競賽促進教學

本校建環(huán)專業(yè)學生之前主要參加的是“全國機械創(chuàng)新大賽”，“全國大學生節(jié)能減排大賽”等，在BIM領(lǐng)域還未涉及。因此，可以鼓勵學生參加BIM大賽，學生自由組隊，指導老師帶隊指導的方式，激勵學生主動學習，既豐富學生的理論知識，又培養(yǎng)了學生的實踐創(chuàng)新能力。

3 結(jié)語

通過將BIM技術(shù)融入通風與空調(diào)工程課程中，使得整個教學過程更加形象、全面，能夠讓學生學習效率更高。另外還可以借助翻轉(zhuǎn)課堂，建立線上和線下混合式教學，讓學生獲得足夠的訓練，鍛煉學生綜合創(chuàng)新能力。同時，還可以推廣到相關(guān)課程，可以形成一個教學系統(tǒng)，整體提高教學質(zhì)量。其他與建筑相關(guān)專業(yè)也可以根據(jù)自己的特色，還可以適當借鑒引用，進而提高整體的教學效果。