建筑環境與能源應用工程專業新工科建設

摘" 要" 建筑環境與能源應用工程專業是一門典型的多學科交叉專業，研究的主要內容具有明顯的新工科特色。該專業應與新能源、綠色建筑、BIM技術、大數據、物聯網、人工智能技術等深度融合，交叉協同發展，加快專業的新工科建設。

關鍵詞" 新工科；建筑環境與能源應用工程；工程教育；BIM技術

中圖分類號：G642.0" " 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）08-0063-03

New Engineering Construction For HVAC//ZHANG Jie， LIU Zehua， NING Yongfei

Abstract" HVAC is a typical multidisciplinary interdiscipli-nary. The main content of its research has obvious new engi-neering characteristics. HVAC should be in-depth with new energy， green building， BIM technology， big data， Internet of"things， artificial intelligence technology and so on. Integra-tion and cross-coordinated development will speed up the construction of new engineering in this specialty.

Key words" new engineering; HVAC; engineering education; BIM technology

0" 引言

在2017年5月在天津大學召開的以“新工科建設”為主題的工科優勢高校新工科建設研討會上，新工科被歸納為“五個新”的提法，即工程教育的新理念、學科專業的新結構、人才培養的新模式、教育教學的新質量、分類發展的新體系。新工科培養的學生應具備創新創業意識、批判性思維、跨專業融合、全球視野以及自主學習能力[1]。

建筑環境與能源應用工程專業（簡稱“建環專業”）于2012年由建筑環境與設備工程、建筑節能技術及建筑智能設施（部分）整合而成，專業內容涵蓋具有新工科特征的元素，比如節能環保、新能源、綠色建筑、自動控制等。建環專業要順應時代發展要求，根據未來科學技術和社會產業的需要，結合各校的學科優勢，建設各具特色的人才培養新模式。建環專業應以綠色建筑、裝配式建筑、新能源、大數據、物聯網、BIM技術、人工智能技術的發展為契機，加快專業內容與這些前沿科技的交叉融合與跨界整合，推動自身新工科建設。

1" 迎合社會需求，加強工程教育

傳統的高等教育講授的是經典理論，所授知識具有一定的滯后性，學生在課堂上學習的專業知識往往不符合企業的實際需求，企業總抱怨剛畢業的學生眼高手低，什么也不會，導致學生也常常懷疑自己在課堂上所學的知識在社會上是否有用，這跟培養計劃不能很好地契合企業需求有很大關系。一些高校的培養計劃是根據教指委的要求和兄弟院校的培養計劃編寫的，并沒有進行足夠的市場調研和畢業生的調查反饋。這就導致高校不是很清楚社會對該專業的新要求，培養的學生不能很好地迎合企業的需求。而新工科就是要培養具備較強專業知識、工程實踐能力，能夠服務企業，能夠推動行業、產業、社會經濟發展的新型應用型工程技術人才。這就要求高校的教學、人才培養一定要迎合市場的需要，建立良好的校企溝通體系，時刻把握企業、行業的發展方向，研究熱點，以市場為導向來調整自己的教學。因此，各高校加強工程教育已經是迫在眉睫的工作[2]。

1.1" 學生實踐能力的培養

高校應根據本校學生就業的特點，結合教指委的要求，開出有針對性的課程和實驗，做到理論與實踐相結合。例如：南華大學建環專業有不少畢業生在熱泵、空調廠家工作，南華大學根據學生就業實際情況及時調整，開出熱泵技術課程和制冷原理開放性實驗，旨在使學生弄清什么是制冷機的四大部件及它們的作用，什么是環保冷媒以及每種冷媒的特性，熱泵和制冷循環的異同，等等。這些實驗要求學生必須自己動手操作，通過實驗才能讓學生更好地理解課本上的知識，并在實驗中盡可能增加設計性、創新性，做到有的放矢。

1.2" 加強教師工程能力培養

目前，高校大部分青年教師是從高校畢業的博士，理論知識豐富，但實踐經驗相對匱乏。青年教師是新工科建設的主力軍，必須鼓勵教師利用寒暑假等閑暇時間去生產一線，弄清企業的發展方向，有什么技術瓶頸有待突破；鼓勵教師校外兼職，從事暖通設計、施工、監理等方面的工作，了解實際工程中的新技術、新工藝。

1.3" 團隊協作

未來的科學技術交叉融合更深、更快，單打獨斗已不能應對未來時代的發展，必須學會團隊合作。例如：建環專業的冷熱源必須與自控專業深度融合，才能創造出效能更高的產品，降低運行成本。

2" 推動人才培養體系發展，培育適合產業經濟發展需求的高技術人才

建環專業應從以下幾個方面推動本專業人才培養體系不斷發展，力爭培育出適合產業經濟發展需求的高技術人才。

2.1" 綠色建筑

綠色建筑是在全壽命周期內，節約資源、保護環境、減少污染，為人們提供健康、適用、高效的使用空間，最大限度地實現人與自然和諧共生的高品質建筑，主要包括建筑的安全耐久、健康舒適、生活便利、資源節約、環境宜居等[3]。建環專業關注健康舒適、資源節約和環境宜居，研究的聲、光、熱、室內空氣品質、濕度、自然通風、新能源等都是綠色建筑的關注點。對于綠色建筑而言，利用自然通風來維持室內溫濕度是一種有效的節能方式。建環專業可以通過CFD軟件模擬調整建筑朝向、高度、戶型、間距和布局等來實現良好的自然通風。空調能耗約占建筑能耗的一半，改善圍護結構的熱工性能、選擇高能效的冷熱源主機、利用可再生資源等，都是有效的節能措施，建環專業學生在綠建行業大有可為。

2.2" 新能源

我國建筑能耗巨大，2018年全國建筑全壽命周期能耗總量為21.47億tce，占全國能源消費總量的46.5%。其中，建筑運行階段能耗10億tce，占建筑全壽命周期能耗的46.6%，占全國能源消費總量的21.7%[4]。我國是以煤電為主的國家，燃煤已造成嚴峻的環境問題，我國要努力爭取到2060年前實現碳中和，亟待發展新能源。空調是建筑的用能大戶，實現空調的有效節能具有較大的現實意義。在空調應用領域，已經實現將太陽能轉化為電能，用電驅動光伏離心機。光伏離心機把太陽能應用于中央空調，對解決建筑空調能耗、實現節能減排有重要的現實意義。此外，可以把光伏板用作窗戶、幕墻、天窗、天臺遮陽板的一部分，可為建筑供電，多余的電能也可為電網供電。還可以利用太陽能轉化為熱能，為居民提供生活熱水。

2.3" 物聯網+智能建筑/家居

物聯網是互聯網的延伸和擴展，它是將各種信息傳感設備與互聯網技術相結合而形成的一個網絡，實現在任何時間、任何地點，人、機、物的互聯互通[5]。物聯網與建環專業相結合，可以更好地實現建筑內設備自控要求、節能目標，達到智能建筑對樓宇設備自動化的要求。

在我國，智能建筑與可持續發展的理念相契合，在節能環保、可持續發展上大有潛力。例如：生活水泵可以根據用水量及水壓，自動調節開啟的臺數及頻率；空調主機可以根據室內外溫差，自動調節開啟臺數及變頻運行，直至過渡季節空調全新風運行；電燈可以根據室內光照強度，自動調節電燈功率。智能家居采用計算機技術和物聯網技術建立的家庭信息化平臺。現在的智能家居已經實現對大部分電器的自控及家居防火、防盜實時監控，如家中無人時，可以利用手機APP控制采暖空調、電視機、燈光、背景音樂、窗簾等設備啟停及調節，從而達到節能的目的。

物聯網+智能建筑/家居的發展，必然會促使建環專業往自控方面發展。建環專業應與建筑電氣與自動化專業深度融合，可以增設復變函數與數理方程、互聯網技術基礎、遙測遙控、建筑設備自動化系統等與控制相關的課程，調整人才培養方案，將傳統的專業知識和自動化、物聯網、大數據等新技術有機結合，提高學生建筑設備自動化設計、施工的能力，以應對工業化與信息化的發展，增強學生的創新力。

2.4" BIM技術

2012年，住房城鄉建設部為推進BIM在我國建筑領域的應用，下發《關于推進建筑信息模型應用的指導意見》。BIM技術在我國取得長足的發展，為了適應土木行業對新技術的需求，現在各高校土木工程類專業均開設BIM技術課程，這對高校教師提出新的要求。由于BIM是門新技術，大部分教師不熟悉，也不是特別了解，如何讓教師快速、熟練掌握BIM技術是首先要解決的問題。最好的辦法是教師利用暑假去BIM公司或開設BIM技術的設計院或施工單位去實習，促進BIM實操能力的有效提升。教師只有自己的實操能力過硬，才能指導出高水平的學生。學生一般在畢業設計階段使用BIM技術，對于建環專業而言，在制冷機房使用BIM更能體現BIM技術的優越性。

2.4.1" 機房的三維可視性" BIM技術可以把機房以三維立體的形式進行展示，也可以進行二維出圖，展示機房的立面、剖面，也可以制成動畫漫游，從不同的角度對機房設備及管線的空間關系進行審視，給人以直觀的感受。同時，BIM技術也可以用于概預算，給業主提供詳細的數據支持。

2.4.2" 機房的協調性" 在設計過程中，各專業經常會出現因溝通不暢而導致相互之間出現沖突的情況，尤其是在機房，空間有限，空調風管、水管、電橋、消防水管等與建筑專業、設備專業之間的碰撞問題。BIM提供的模型及報告，可使各專業明顯發現碰撞的情況，及時加以溝通改進，能顯著減少工程變更。使用BIM設計空調機房，可以使學生明確主要設備的空間擺放位置，管線在空間中的定位，主機、水泵前后需接的閥門，機房內的主要通道和檢修空間等，幫助學生建立空間的概念。經過幾年的BIM畢業設計實踐，可以加深學生對實際工程的理解，培養學生的空間想象能力，使學生明確機電專業管線的空間布置問題。

3" 結束語

在新工科和工程教育專業認證大背景下，建環專業的教學模式、課程體系、人才培養理念等都亟待更新。建環專業新工科建設必須與綠色建筑、新能源、BIM技術、大數據、物聯網、人工智能技術、裝配式建筑交叉融合，以多學科多專業協作為基礎，通過“以學生為中心”“產出為導向”和“持續改進”的工程教育理念改革，幫助學生樹立工程概念、工程意識，促進建環專業人才培養質量不斷提升。

參考文獻

[1] 陳燕.新工科研究進展與前瞻[J].天津大學學報（社會科學版），2020，22（3）：214-222.

[2] “新工科”建設復旦共識[J].復旦教育論壇，2017，15（2）：27-28.

[3] 中國建筑科學研究院，上海市建筑科學研究院（集團）有限公司.GB/T 50738—2019 綠色建筑評價標準[S].北京：中國建筑工業出版社，2019.

[4] 中國建筑能耗研究報告2020[J].建筑節能（中英文），2021，49（2）：1-6.

[5] 賈益剛.物聯網技術在環境監測和預警中的應用研究[J].上海建設科技，2010（6）：65-67.

作者：張杰，南華大學土木工程學院，講師，研究方向為室內空氣品質、熱質交換設備；劉澤華，南華大學教務部部長，博士，博士生導師，研究方向為建筑環境與節能、通風與核輻射防護；寧勇飛，南華大學土木工程學院，講師，研究方向為建筑節能、建筑電氣（421001）。