基于BIM的建筑電氣專業工程設計類課程教學應用研究

張鴻愷 肖連軍 謝陳磊 伍超

摘要：針對目前建筑電氣與智能化專業工程設計類課程教學效果欠佳的問題，提出引入BIM技術輔助教學，分析了BIM技術在課程教學應用上的優勢，建議應合理使用BIM技術融入課程教學、強化師資力量的培養、增加教學資源的投入、實現多方合作協同育人，以提升教師的教學效果和學生的工程實踐創新能力。

關鍵詞：建筑電氣與智能化;BIM;工程設計

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）30-0263-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1 引言

近年來，隨著智能建筑、智慧城市的快速發展，以及社會對專業人才的需求急速上升，建筑電氣與智能化專業于2005年由教育部批準設置并獲得迅速發展。建筑電氣與智能化專業主要研究建筑物內電能的傳輸、變換、分配和利用，以及建筑物內信息的發送、傳輸、接收和處理，是多學科交叉融合后形成的新專業[1]。作為新組建專業，建筑電氣與智能化專業在經過十余年的發展后，雖然越來越注重學生工程實踐創新能力的培養，但是對于以《建筑電氣工程設計》《電氣施工》等為代表的工程設計類課程來說，教學效果卻并不是很理想。主要是因為實際工程項目大多采用的是二維CAD圖紙，雖然教師在教學過程中可以通過PPT或者視頻來展示，但由于缺乏實際工程經驗，使得學生掌握起來具有較大的難度。

2 BIM技術簡介

作為一種新技術，建筑信息模型（Building Information Modeling，簡稱BIM）是以建筑工程項目中的各種數據信息為基礎，利用參數化的3D幾何建立模型，串聯起整個建筑生命周期，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技術就憑借其高度信息化的特點獲得了廣泛關注，目前在西方發達國家已得到普遍應用。我國引入BIM技術相對較晚，但是近些年隨著智能建筑、智慧城市的發展，BIM技術已經在建筑行業中得到了廣泛應用，并取得了一定的成績。比如國家會展中心、蘇州中南中心以及中國河口國際會展中心等多個重要建筑項目，在建筑過程中都用到了BIM 技術。

3 BIM技術在高校教學中的應用現狀

BIM技術的出現可以徹底打破原有的教學模式，將電氣設計圖紙以三維模型展現，能夠極大地豐富教學內容并促使教學方法的改進。同時，BIM模型是一個信息庫，在授課過程中能夠引導學生快速建立起工程數據觀和信息觀，使得學生的視野更加寬闊，有利于培養學生適應行業變革的能力[3]。針對BIM技術在教學應用中的優勢，國內外眾多高校都選擇將BIM技術引入教學過程中。以美國為代表的西方發達國家早在十余年前就開始逐步將BIM技術引入高校教學過程中，比如斯坦福大學、卡耐基梅隆大學等。相對來說，國內高校對BIM技術的關注較晚。目前公認的國內最早開展BIM研究的高校是清華大學，其軟件學院在2009年建立了BIM標準研究課題組，這一事件標志著國內高校開始啟動BIM技術研究。隨后越來越多的高校開始了BIM相關課題的研究，如表1所示[4]。

4 BIM 技術應用在建筑電氣專業工程設計類課程教學中的優勢

下面從建筑供配電與照明、建筑電氣工程設計、電氣施工、公共安全技術、智能化系統設計與集成等五門課程的教學，分別介紹BIM技術在建筑電氣與智能化專業工程設計類課程教學應用上的優勢。

4.1 建筑供配電與照明課程教學

在建筑供配電與照明課程的教學中，教師可以通過BIM軟件的可視化功能，將一個三維立體的配電和照明系統展現給學生，讓其更好的觀察房間內燈具布置是否合理、眩光值及照度是否符合國家標準規定、供配電線路是否完善等。這樣可以根據各個房間的虛擬設計效果，較容易地找出設計不合理問題，從而加深學生對知識點的理解和掌握，激發學生的學習興趣。

4.2 建筑電氣工程設計課程教學

作為建筑供配電與照明課程的后續課程，建筑電氣工程設計課程一般開設于第7學期，課程教學目的在于學生工程設計能力的培養。教師首先講解建筑電氣設計流程及設計要求，而后指導學生通過BIM軟件對工程實例進行建模，將設計的三維立體模型與二維CAD圖紙進行對比，更能直觀地展現設計成果，獲得身臨其境的學習體驗，極大地提高了學生的空間設計能力。采用BIM軟件進行教學，還可以對建筑工程全生命周期進行模擬，使得學生對建筑工程進度的了解更加透徹，培養學生對建筑工程項目流程的認知和掌握能力[5]。

4.3 電氣施工課程教學

在以往的電氣施工課程教學中，教師一般只能通過錄制的視頻或者PPT向學生講授課程內容，而又缺乏實際工程項目經驗，往往只能靠學生個人的想象感知現場的施工技術，容易產生厭學情緒，達不到預期的教學效果。在電氣施工課程的教學中引入BIM技術，教師不僅可以將建筑工程現場在課堂中直接呈現給學生，還可以通過BIM軟件的4D模擬施工技術，將現實中漫長的施工周期和動態的施工過程濃縮進課堂教學。通過讓學生主動參與模擬建筑工程項目的設計及施工進度計劃的編制，學習如何將實際施工中用到的人力、物力以及施工設備進行配置，進而為建筑電氣施工提供最適合的方案[6]。通過營造出這種身臨其境的課堂氛圍，使得教學過程更加生動形象，能夠極大地調動學生的學習積極性，對建筑電氣與智能化專業學生工程實踐能力的培養方式和方法產生了革命性的影響。

4.4 公共安全技術課程教學

公共安全技術課程主要講解建筑智能化領域的公共安全系統，包括火災自動報警、安全技術防范和應急響應等內容。在教學過程中，教師可以引導學生將BIM軟件與數據分析、系統集成等技術結合，對公共安全各獨立子系統進行組合提升，實現以建筑物BIM空間信息、設備信息為核心，以視頻監控系統為紐帶，集成現有視頻監控、防盜報警、出入口控制、保安巡更、停車場管理等子系統，建立建筑物全方位的綜合安全管理體系。不僅可以增強各知識點之間連貫性，還極大地增強了學生的綜合實踐能力。

4.5 智能化系統設計與集成課程教學

對于智能化系統設計與集成課程的講授，應使得學生能夠結合各所需被設系統，分析找出設計重點與所用技術，并根據各系統集成需求，分析給出實現集成的技術手段。通過引入BIM技術，教師引導學生首先確定系統集成目標，而后基于系統集成理論對建筑智能化系統進行架構設計，確保智能建筑各子系統在統一的三維可視化集成平臺上能實現信息共享以及快速聯動響應，實現建筑的智能化集成管理。使學生在學習過程中能夠更好地熟悉建筑智能化系統的主要設計規范與標準，掌握設計與集成的主要應用技術，以提高學生的就業競爭力。

總之，在建筑電氣與智能化專業工程設計類課程中引入BIM技術輔助教學，相較于傳統教學模式有很大的優勢，使學生對實際建筑工程項目產生更直觀的了解，大大提升了教學效果，不僅有利于建筑電氣與智能化專業學生工程實踐創新能力的培養，還有助于學生工程數據觀和信息觀的建立和擴展。

5 BIM 技術應用在建筑電氣專業工程設計類課程教學中的建議

5.1 合理使用BIM技術融入課程教學

在建筑電氣與智能化專業工程設計類課程的教學過程中，BIM技術應當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技術進行知識點講解時，要以學生為中心，充分發揮BIM技術的優勢，創新課堂教學模式，激發學生學習興趣。教師在課前應充分備課，挑選來自工程現場的最新電氣設計圖紙，利用BIM軟件生成可視化虛擬圖以便學生學習電氣設計內容。在課堂講解過程中，教師可以將課程中一些涉及工程實踐的知識點，利用BIM技術通過課前準備的電氣設計圖紙展示出來。比如在綜合布線系統的教學中，通過三維模型的搭建，學生可以更直觀地學習各管線的走向和屬性，便于掌握電氣管線的布線規則，還可以利用BIM軟件的管道碰撞功能，及時調整管線布置，使得電氣設計更加合理。同時在課堂教學中要注重師生之間、生生之間的互動，最大限度地讓學生參與BIM課堂教學。課后適當布置一定的BIM建模作業及復習內容，讓學生參與到建筑電氣設計的工程案例中，不僅有利于與加深學生對建筑電氣工程設計課程知識點的掌握，增強其工程設計能力，還可以培養學生的學習成就感，更好的激發學習興趣[7]。

5.2 強化師資力量的培養

BIM技術的出現和發展不僅給建筑電氣與智能化專業工程設計類課程的教學提供了新的機遇，也對教師的專業知識水平提出了更高的要求。由于種種原因，國內多數高校的專業教師學習BIM的時間相對較晚，對BIM的認知只停留在理論層面，極度缺乏實際工程實踐經驗，極大地制約了BIM在高校的推廣使用。教學效果的優劣在很大程度上取決于教師的教學水平，這就要求教師需要通過不斷學習來擴充知識面、創新教學方式。針對于此，應通過“引進來，走出去”的策略來加速BIM教學團隊的培養。一方面，通過聘請企業的專業技術人才到學校來兼職教學，彌補高校BIM教學團隊師資力量不足。另一方面，通過多渠道培養BIM教學人才。定期組織專業教師去相關企業或兄弟院校的BIM工程中心進行培訓，提升教師的教學能力及工程實踐能力。在教學和科研項目申報時，鼓勵并適當增加BIM技術課題研究的項目進行立項建設。

5.3 增加教學資源的投入

要想真正實現BIM技術在建筑電氣專業工程設計類課程中的應用，提升教學質量，需要高校切實增加教學資源的投入，為課程教學的開展提供良好的保障。首先，目前大部分BIM軟件對計算機配置要求較高，而不少高校多媒體教室的計算機都是使用多年的“老爺機”，只能運行低版本的CAD及PPT等軟件，導致教師上課時只能攜帶個人筆記本電腦進行教學，不利于教學活動的開展。這就要求相關部門需要購置一批軟硬件配置較高的計算機并預裝各種必要的教學軟件對其進行替換。其次，為了提升實踐教學質量，需要進行BIM實驗室的建設，便于教師在實踐課程中指導學生進行BIM實踐操作，在掌握建筑電氣專業工程設計類課程理論知識的基礎上，提升學生的實踐動手能力。比如安徽建筑大學在2019年成立了安徽省BIM工程中心。為便于開展工作，該中心與校內其他二級學院平級，主要服務于安徽省BIM技術研發、應用和推廣。這樣不僅有利于學校土建類各專業教學活動的開展，也可以將中心科研項目的成果反哺于教學活動。

5.4 多方合作協同育人

教師可以通過定期邀請其他高校、企業的BIM研究人員或工程師來校舉辦講座，向學生講解BIM技術的最新發展及工程案例，讓學生了解到BIM技術的前沿知識，創造良好的學習氛圍。同時學校也應創造條件積極鼓勵學生參加各類BIM大賽，并提供場地和經費支持，提高學生的參賽積極性，以便充分鍛煉其工程實踐操作能力。

深化校企合作，與企業共建BIM研究中心，實現資源共享、優勢互補，充分利用企業的工程實踐資源，完善課程教學改革和人才培養方案的修改，推動實踐教學，實現校企協同育人。學生畢業后也可以進入該企業工作，定點為企業培養人才，實現高校、學生和企業多方共贏。

6 結束語

針對BIM技術在現代建筑工程行業中得到廣泛應用的背景下，論文在分析了BIM技術在高校教學過程中的現狀之后，提出將BIM技術引入建筑電氣與智能化專業工程設計類課程教學中，以解決傳統課程教學效果不佳的問題。首先分析了BIM技術在建筑電氣與智能化專業工程設計類課程教學應用上的優勢，隨后提出了應合理使用BIM技術融入課程教學、強化師資力量的培養、增加教學資源的投入、實現多方合作協同育人等四點建議，以提升教師的教學效果以及學生的工程實踐創新能力。

參考文獻：

[1] 方潛生.建筑電氣[M].2版.北京：中國建筑工業出版社，2018.

[2] 王飛，胡亞欣.基于新工科建設土建類多學科協同BIM人才培養與研究策略[J].河北工程大學學報（社會科學版），2020，37（2）：125-129.

[3] 許劍峰，李立.基于BIM技術的教學改革模式研究[J].實驗技術與管理，2020，37（11）：218-221.

[4] 黃虹，李祥，何秋鳳，等.BIM在高校中的推廣應用研究[J].教育教學論壇，2020（3）：235-237.

[5] 梁寧一，張曉杰，陳若曦，等.建筑信息模型引入“建筑電氣工程設計”課程教學的研究與實踐[J].湖北理工學院學報，2018，34（2）：68-72.

[6] 鄭周寅.BIM技術在建筑機電工程設計與施工中的應用[J].中國建設信息化，2020（10）：70-72.

[7] 高婷婷.BIM技術在《建筑構造與識圖》課程教學中的應用[J].武夷學院學報，2018，37（3）：78-81.

【通聯編輯：唐一東】