融入BIM技術的教學模式研究
——以通風與空調工程課程為例

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：創建一個共享知識資源，用數字化方法表達一個設施的物理功能特性，通過分享這個設施相關信息，達到這個設施在整個生命周期中為所有對策提供可靠依據。同時在設施建設的不同階段，讓各個參與者在設施模型中嵌入、提取、更新和修改信息，以支持參與者各自職責的協同作業。它具有模擬性、協調性、可視化、優化性、可出圖性等特點。

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

我國建筑行業使用BIM技術較晚，但BIM技術在建筑行業推廣的速度極快，造成了大量的BIM人才崗位空缺。國內許多高校也開始意識到將 BIM 技術融入課堂教學中，培養新出適應建筑行業發展的復合型人才。[4]如清華大學與廣聯達公司共同成立BIM研究中心，以培養學生BIM軟件實踐操作能力[5]；大連理工大學將BIM設計融入畢業設計環節，提高了學生實踐能力；[6]哈爾濱工業大學開設BIM創新實踐課與BIM實驗選修課程，提高了學生學習熱情。[7]從總體上看，BIM技術融入課堂教學正在引起國內各大高校的注意，但在教育領域中應用的深度與廣度還不夠，高校教學人才培養方式已經滯后于行業發展，為扭轉這一局面，亟須改革現有的課程體系教育模式[8]。

1 融入BIM技術的通風與空調工程課程的意義

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

（2）該課程側重于理論，部分內容內已經很難適應前沿技術的發展。利用BIM技術，結合前沿技術，可幫助學生重新構建模型，鍛煉學生創新思維，提高學生創新能力。

（3）以往教學只通過習題來強化學習，與實際應用聯系不夠，學生只能獲得感性認識，訓練效果不佳。通過BIM技術，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）建環專業與給排水、電氣專業聯系緊密，學習BIM技術，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。

（5）BIM技術在施工設計行業逐級推廣，對畢業生要求亦愈來愈高；將BIM技術與專業課程對接，可實現專業知識與企業要求無縫對接，為該專業良性發展和學生就業前景提供良好保障。

2 BIM技術在教學中的應用

在通風與空調工程課程教學中，BIM主要應用在空調負荷的計算，通風管道、空調冷水、冷凝水管道的布置及碰撞檢查，空調風、水系統的水力計算，室內的氣流組織設計以及機房的設備的選型與置。在教學過程中，通過課堂傳導，有意識的將BIM技術融入課程體系中，幫助學生理解相關知識框架與結構，培養出具備理論性、創新性等能力[9]。

2.1 BIM教學內容分析

2.1.1 空調負荷的確定

根據國家節能規范要求要求，空調負荷必須按照房間單元逐時計算。大型建筑內部分區較多、功能復雜，靠CAD二維圖形計算負荷，過程復雜且精度不夠。而專業的BIM空調設計軟件，可以將建筑模型數據通過三維圖形呈現出來，并可以將相關數據直接輸入到負荷計算軟件中，并進行計算。此外，我國地區較多，氣候環境復雜，相應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的氣候參數，需要用戶自身調整相關參數，同時也要設定相應的圍護結構參數。在后期的設計中，通過建模，可以進行能耗模擬，計算全年空調能耗，看是否符合地方節能標準要求。

2.1.2 空調水管、風管的布置與碰撞檢查

空調設計中水管、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。在傳統的教學過程中，往往只滿足水力平衡條件，簡單粗暴地體現在CAD圖紙中即可。但在實際施工現場中，安裝條件嚴苛，往往出現管道打架的情形。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，然后不斷調整交叉碰撞管路參數，直至符合要求。BIM模型可以多角度旋轉觀察，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 空調系統水力計算

根據水力計算方法結合碰撞實驗，將模型數據輸入軟件中，根據最不利環路比摩阻，計算確定管徑，并對整個并聯回路進行阻力平衡分析與調整，使之滿足水利平衡要求。

2.1.4 氣流組織的確定

在通風章節中，傳統的PPT講授只能局限在一般的計算過程，對計算后的結果合理性無法進行驗證，最終學生對氣流組織相關知識無法深刻理解。采用BIM可視化功能，將氣流組織計算結果進行模擬，可以很好地驗證所得結果是否合理。例如，在驗證貼附射流氣流狀況時，可以根據計算結果，不斷調整貼附射流風口個數、高度以及出口風速等參數，在軟件中模擬室內的氣流狀況，分析不同設計對室內空氣流動的影響。在噴口送風中，可以調整噴口角度，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的恒定起著至關重要的作用。

2.1.5 機房設備的布置與設計

傳統的教學方式中，教師都是使用二維圖紙來表達機房設備之間的空間關系，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，無法表達出設備之間的作用以及內部的工作原理。將BIM引入教學中，利用BIM軟件建模，可以使得模型與真實設備外觀一致，通過構建及族的拆解，為學生展示內部結構及工作原理，甚至可以通過動畫的方式演示整個系統的運行過程。在教師利用三維模型講授空調系統原理，空調系統形式如何根據機房特點進行選擇這些知識時，無形中就把相關的空調設計過程傳授給學生，這種潛移默化過程中，加深對知識點的理解、聯系與遷移。

2.2 教學改革

2.2.1 教學手段改革

隨著BIM技術不斷引入課堂，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環節，這些環節可以利用課后大作業的方式，讓學生以小組或者團隊完成。例如針對氣流組織章節，可提前劃分幾個小組，針對某個用戶環境，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，并得出最后得結論。通過這種聯系，加深對BIM技術的應用能力，既可以提高學生學習興趣，又可以提高學生動手能力，培養學生團隊協作以及解決工程實際問題的能力。

2.2.2 考核方式的改革

針對學生實踐環節，對平時成績進行調整，削減部分考試環節比例，增加實踐環節分數，具體方案可以采用平時考勤加課堂表現占比10%；實踐環節采用設計作品的形式，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BIM某個環節操作，如氣流組織設計中出調整最優風口設置，碰撞檢查實驗等，該分數占總比30%。

2.2.3 教學平臺建設

我校與廣聯達公司在工程造價課程建設過程中有過合作，可以借助契機，進一步加強合作。企業提供培訓服務，為教師或者學生做好相關培訓。同時通過校企合作方式，與就業企業聯合人才培養模式，企業為學校投資，建立相應的實訓室，學校和企業共享開放平臺。

2.2.4 用學科競賽促進教學

本校建環專業學生之前主要參加的是“全國機械創新大賽”，“全國大學生節能減排大賽”等，在BIM領域還未涉及。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，又培養了學生的實踐創新能力。

3 結語

通過將BIM技術融入通風與空調工程課程中，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，鍛煉學生綜合創新能力。同時，還可以推廣到相關課程，可以形成一個教學系統，整體提高教學質量。其他與建筑相關專業也可以根據自己的特色，還可以適當借鑒引用，進而提高整體的教學效果。