天正電氣和Dialux在建筑電氣技術教學改革中的應用

張利欽，史源平，張文娟，張俊彥，袁 莉

（石家莊學院 機電學院，河北 石家莊 050035）

0 引言

建筑電氣技術是一門綜合性、實踐性較強的一門課，是集繼電保護、施工技術、通信、電路、電力系統分析等為一體的學科，知識面較廣，所學內容可直接應用到工程實踐中[1]. 目前本課程采用的教學方法主要是項目式教學法，在每個教學模塊中以基礎理論為先導，以實際項目為操作對象，培養學生扎實專業理論的同時鍛煉其動手解決問題的能力[2]. 近幾年通過對學生實習中的表現以及眾多畢業生和用人單位的反饋，發現學生對許多電氣元件只有書面認識，沒有直觀認識，對所有計算只懂得理論而不會應用，對最基本的CAD 軟件命令非常生疏，根本不具備基本的繪圖能力，實操能力差. 而在教學培養過程中，教師忽視了培養學生的思維能力和實踐操作能力[3]，導致學生沒有樹立起工程應用意識，缺乏對自身專業的認識度，以至于學生不能在實際工作中對各種問題作出積極、有效的反應.

教學改革的最終目的是適應社會發展對人才的需求[4]. 經過市場調查，發現企業工程項目的設計、管理、預算等大多數企業都需要專業軟件的支持，尤其是CAD、天正電氣（TElec）、Revit、Dialux 等電氣專業相關軟件. 將軟件技術融入現代建筑電氣技術專業課程體系改革中，才能保證真正地實施項目化教學[5]，使學生更符合企業發展需求，提高就業競爭能力. 在教學改革中加強對這些專業軟件的學習和操作，學生將來在工作崗位上就不會遇到問題而束手無策[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發，由于軟件可免費使用，并且官網有視頻教程，學習起來方便簡單，因此在市場中得到廣泛的應用. 該軟件必須在AutoCAD 安裝完成后再安裝，不能單獨使用，是專門針對建筑行業的設計軟件. 天正電氣具有豐富的元件庫，使用者可以直接使用，拖出即可，并且替換修改方便，計算功能豐富，簡便快捷的繪圖能力使電氣工程圖紙的繪制變得簡單模塊化.

Dialux 是一款德國的照明軟件，能夠滿足目前室內、室外、道路、景觀幾乎所有的照度設計及計算的要求，已成為歐美各國的設計師實現“完美照明”與“精準設計”最佳的輔助工具，是當前最強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，可以在BIM 之間導入Dialux，同Revit 軟膠有點相似，可以實現項目中的優化協調，未來發展潛力不容忽視. 利用Dialux 可以進行三維立體實景模擬，并能輸出形象逼真的視覺立體化渲染結果，而所有的照明數據也都以圖表化的方式清楚地列出來. Dialux 還可以對每一個設計空間生成對應的照明等照度曲線和偽色圖，具有操作方法簡單易學、形象有趣、可視化、交互性、模擬性信息協作共享等特點[7].

2 軟件應用

2.1 平面設計

建筑電氣技術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、火災探測器、按鈕等，在工程項目圖紙繪制時，這些元件要用國標通用電氣圖形符號表示，這也是學生需要掌握的難點. 同時，熟悉圖形符號也是學生學習初期看圖識圖的第一步，天正電氣有豐富的元件庫，如燈具庫、開關庫、插座庫、動力庫、消防庫等，如圖1 所示.

圖1 天正電氣元件庫

模塊庫中所有元件大部分比較貼近生活，但是實物和圖形符號之間還是相差甚遠的. 對話框中的元件可以直接拖動插入，也可以進行統計、查找、替換、修改、旋轉等操作. 也可以自建圖庫，把缺少的元件補充進去，以便以后使用. 庫中元件都是以模塊形式存在的，是一個整體，每一個模塊都定義了自己的名稱及對應的模塊編號，方便以后的材料統計，統計結果可作為工程預算的參考數據. 同一類模塊都在一個圖層上，比如，所有的開關燈具都統一在EQUIP-照明層，具有相同的顏色；所有的探測器、報警按鈕、報警電話等位于EQUIP-消防圖層. 工程項目不同則圖層個數也不同，簡單的工程一般有幾十個圖層，大型復雜工程則多達上百個圖層，好在天正電氣下所有圖層不需要學生自己設置，相比CAD 下每個圖層都要單獨設置所有屬性簡化了很多，使學生用起來更好接受. 通過對施工圖紙的繪圖練習，學生不斷地熟悉圖形符號而不必死記硬背，既加強了知識點的吸收，又提高了學習的興趣，使學習輕松化，設計簡單化.

建筑電氣技術平面設計包括照明平面、插座平面、動力平面、弱電平面、防雷接地平面等. 教材在每一部分里只有理論計算和相關的規范要求，沒有針對不同建筑工程項目的設計措施. 所以，必須利用軟件通過項目實施才能讓學生深入掌握和理解. 以照明平面為例，照明平面設計包括光源燈具、開關、連線、根數標注等工作，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，選定設計的房間和光源燈具，只需要輸入燈具行數和列數即可，徹底解決了手繪無法實現的最大困難. 開關設計也非常簡潔，根據設計的控制方式選取開關，一般每個房間內至少設1 個開關，位置通常放置在門的開啟側，與邊框距離為15～20 mm. 天正電氣可以自動識別門模塊，只要選定開關元件可整體進行框選，所有開關均布置在給定的位置，無需逐一放置，充分體現了天正電氣的快速性和準確性，照明平面布置圖如圖2 所示.

圖2 照明平面圖

插座平面的設計也是每個工程項目必備的，常用的插座有兩孔插座、三孔插座、四孔插座、防水插座等多種類型，通常距地高度為0.3 m，空調插座距地1.8 m 以上. 根據房間功能選擇合適的插座進行布置，天正電氣下有沿墻布置、穿墻布置、任意布置等選項. 利用軟件繪制出來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課本上生硬的概念、圖形符號、計算、規范等眾多教學知識，通過具體項目變得簡單易懂、靈活實用，學生不必硬背同樣可以熟練掌握，從而使學生在愉悅中學習，很好地培養了學生的團隊協作精神和創新精神以及自主解決綜合實際問題的能力.

2.2 計算應用

建筑電氣技術課程中涉及到的強電計算主要有照度計算、負荷計算、年雷擊數、短路電流、無功補償、電壓損失等，弱電部分涉及的復雜計算較少[8]. 在這些計算中，年雷擊數相對計算量較小，其他幾種計算任務量大，尤其照度計算、短路電流計算. 照度計算是照明設計非常關鍵的一步，結果影響著照明質量和照明效果，也是評價設計優劣的重要指標. 每一個計算都涉及到查閱很多原始資料數據，比如照度計算與許多因素有關，首先所選光源的型號、光通量、配光曲線等不同的廠家參數不同，需要根據廠家提供的資料手冊來確定；其次不同的工程項目由于房間功能不同照度標準要求也不同，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境的清潔程度及地面、頂棚、墻面的反射系數. 課本上提供的數據非常有限，僅依靠課本根本無法滿足各類項目設計的需要，單純地依靠人工查閱資料完成，通過手算則過程比較繁雜，會造成學生枯燥無聊，最終會失去學習激情.

天正電氣擁有強大的計算功能，以照度計算為例，居住建筑、辦公建筑、學校等幾乎每個工程項目設計過程中必有的計算，也是建筑電氣技術這門課的重點內容. 該部分中，通過不同類型的工程項目進行設計實踐練習，由于居住建筑是最基礎的，通常以此類項目引入，循序漸進，由住宅樓到辦公樓再到商業建筑，逐漸增加難度. 天正電氣的照度計算操作簡單，只需要用鼠標選定設計的房間，軟件會自動讀取房間長、寬等參數，房間高度需要手動輸入，其他相關的利用系數、光源、單燈具光源數、墻面地面頂棚反射比等要自己選定，選擇界面如圖4 所示. 所有參數選擇完成后點擊計算，就會顯示當前的照度值、建議安裝的燈具個數和照度校驗值，并且可以導出詳細的Word 版計算書.

圖4 照度計算功能圖

利用天正電氣主要進行的是二維平面設計，實際設計中的各點的照度是否滿足標準，單從二維平面無法確定. 在照明設計中，為了提升設計效果和準確度，進一步引入了Dialux 軟件進行計算仿真[9]，通過該軟件的三維模擬功能可視化地檢驗設計是否合理，從而進一步優化設計方案. 圖5 是某住宅臥室和陽臺的燈光模擬偽色圖及等照度曲線，天正電氣設計的臥室平均照度為75 lx，閱讀區照度為150 lx，從效果圖中可以清楚地看出臥室各點的具體照度值、地面上各點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范圍內，最小照度與平均值之比為0.33，根據照明設計標準GB50034-2013，該值在0.7 以上認為滿足照度均勻性要求，視覺效果較好，不會產生眩光. 為了達到更好的設計效果，可以根據模擬結果進行相應設計方案的調整，再次模擬，直到結果最佳為止.

圖5 （a）臥室；（b）陽臺的燈光模擬偽色圖和等照度曲線

天正電氣其他計算功能操作相對簡單，不再一一舉例. 通過引入軟件并結合具體工程項目可以使計算變得更容易、更直觀，而且學習過程圖文并茂，立體再現，學生感到很新奇、很獨特，從而提高了學生的學習積極性[10].

2.3 系統生成

建筑電氣技術中系統圖的設計與繪制是一大難點，系統圖涉及到的知識點比較多，如導線截面積、敷設方式、穿管管徑、斷路器開關型號和配電方式等的設計，技術性核心問題都在該部分，這部分內容與繼電保護、工廠供電、建筑電氣施工技術等課程關聯緊密，也是課程改革中的難點. 建筑工程項目系統圖包括強電系統圖和弱電系統圖，其中強電系統圖主要有照明系統圖、動力系統圖，弱電系統圖主要有有線電視、消防、視頻監控、門禁對講等系統圖. 在所有強電平面和弱電平面設計完成后，才能繪制相應的系統圖.

以照明系統生成為例，學生將燈具、開關、插座、配電箱、連線等布置完成后，直接利用天正電氣左側工具欄中的系統生成，進入自動生成系統圖對話框，可手動輸入回路編號及相序，也可選取從平面圖中讀取，回路確定的同時進行負荷統計，配電箱總的功率因數、利用系數、計算電流都會在系統圖中給出，如圖6 所示. 系統圖顯示出了該配電箱的回路個數、導線的根數和截面積、敷設方式（FC 頂棚或埋地暗敷、CC 沿墻暗敷）、斷路器的極數和整定電流. 在整個工程項目中每個配電箱都要繪制系統圖，工程越復雜建筑面積越大的項目配電箱的數目就會越多，系統圖出圖量就會越大，當然復雜的工程項目在課程學習期間僅靠1 人很難完成，必須通過小組合作的形式，將一個項目分解來完成. 通過天正電氣軟件繪制系統圖，提高了設計效率，減輕了設計工作量.

圖6 系統圖繪制

3 結論

為進一步深化建筑電氣技術課程改革的實施，在課程教學中引入了天正電氣、Dialux 等專業軟件. 讓學生自己動手操作，親身體會所學理論知識在工程項目中的實際應用，將行業發展新產品、新標準、新規范、新技術等有機融合到整個教學過程中. 通過軟件的引入可以強化學生的設計能力和繪圖能力，激發學生學習成就動機，促進學生自主探索學習，全面提高學生綜合能力，從而極大提升了教學效果和教學質量.