天正电气和Dialux在建筑电气技术教学改革中的应用

张利钦，史源平，张文娟，张俊彦，袁 莉

（石家庄学院 机电学院，河北 石家庄 050035）

0 引言

建筑电气技术是一门综合性、实践性较强的一门课，是集继电保护、施工技术、通信、电路、电力系统分析等为一体的学科，知识面较广，所学内容可直接应用到工程实践中[1]. 目前本课程采用的教学方法主要是项目式教学法，在每个教学模块中以基础理论为先导，以实际项目为操作对象，培养学生扎实专业理论的同时锻炼其动手解决问题的能力[2]. 近几年通过对学生实习中的表现以及众多毕业生和用人单位的反馈，发现学生对许多电气元件只有书面认识，没有直观认识，对所有计算只懂得理论而不会应用，对最基本的CAD 软件命令非常生疏，根本不具备基本的绘图能力，实操能力差. 而在教学培养过程中，教师忽视了培养学生的思维能力和实践操作能力[3]，导致学生没有树立起工程应用意识，缺乏对自身专业的认识度，以至于学生不能在实际工作中对各种问题作出积极、有效的反应.

教学改革的最终目的是适应社会发展对人才的需求[4]. 经过市场调查，发现企业工程项目的设计、管理、预算等大多数企业都需要专业软件的支持，尤其是CAD、天正电气（TElec）、Revit、Dialux 等电气专业相关软件. 将软件技术融入现代建筑电气技术专业课程体系改革中，才能保证真正地实施项目化教学[5]，使学生更符合企业发展需求，提高就业竞争能力. 在教学改革中加强对这些专业软件的学习和操作，学生将来在工作岗位上就不会遇到问题而束手无策[6].

1 软件介绍

天正电气软件是由北京天正工程软件有限公司开发，由于软件可免费使用，并且官网有视频教程，学习起来方便简单，因此在市场中得到广泛的应用. 该软件必须在AutoCAD 安装完成后再安装，不能单独使用，是专门针对建筑行业的设计软件. 天正电气具有丰富的元件库，使用者可以直接使用，拖出即可，并且替换修改方便，计算功能丰富，简便快捷的绘图能力使电气工程图纸的绘制变得简单模块化.

Dialux 是一款德国的照明软件，能够满足目前室内、室外、道路、景观几乎所有的照度设计及计算的要求，已成为欧美各国的设计师实现“完美照明”与“精准设计”最佳的辅助工具，是当前最强大的照明分析软件之一. 该软件还支持建筑信息模型（BIM）技术，可以在BIM 之间导入Dialux，同Revit 软胶有点相似，可以实现项目中的优化协调，未来发展潜力不容忽视. 利用Dialux 可以进行三维立体实景模拟，并能输出形象逼真的视觉立体化渲染结果，而所有的照明数据也都以图表化的方式清楚地列出来. Dialux 还可以对每一个设计空间生成对应的照明等照度曲线和伪色图，具有操作方法简单易学、形象有趣、可视化、交互性、模拟性信息协作共享等特点[7].

2 软件应用

2.1 平面设计

建筑电气技术课程中涉及许多电气元件，如变压器、断路器、接触器、荧光灯、白炽灯、火灾探测器、按钮等，在工程项目图纸绘制时，这些元件要用国标通用电气图形符号表示，这也是学生需要掌握的难点. 同时，熟悉图形符号也是学生学习初期看图识图的第一步，天正电气有丰富的元件库，如灯具库、开关库、插座库、动力库、消防库等，如图1 所示.

图1 天正电气元件库

模块库中所有元件大部分比较贴近生活，但是实物和图形符号之间还是相差甚远的. 对话框中的元件可以直接拖动插入，也可以进行统计、查找、替换、修改、旋转等操作. 也可以自建图库，把缺少的元件补充进去，以便以后使用. 库中元件都是以模块形式存在的，是一个整体，每一个模块都定义了自己的名称及对应的模块编号，方便以后的材料统计，统计结果可作为工程预算的参考数据. 同一类模块都在一个图层上，比如，所有的开关灯具都统一在EQUIP-照明层，具有相同的颜色；所有的探测器、报警按钮、报警电话等位于EQUIP-消防图层. 工程项目不同则图层个数也不同，简单的工程一般有几十个图层，大型复杂工程则多达上百个图层，好在天正电气下所有图层不需要学生自己设置，相比CAD 下每个图层都要单独设置所有属性简化了很多，使学生用起来更好接受. 通过对施工图纸的绘图练习，学生不断地熟悉图形符号而不必死记硬背，既加强了知识点的吸收，又提高了学习的兴趣，使学习轻松化，设计简单化.

建筑电气技术平面设计包括照明平面、插座平面、动力平面、弱电平面、防雷接地平面等. 教材在每一部分里只有理论计算和相关的规范要求，没有针对不同建筑工程项目的设计措施. 所以，必须利用软件通过项目实施才能让学生深入掌握和理解. 以照明平面为例，照明平面设计包括光源灯具、开关、连线、根数标注等工作，灯具的布置通常采用均匀性布置，天正电气下可以矩形均匀布灯、弧形均匀布灯、任意布灯，选定设计的房间和光源灯具，只需要输入灯具行数和列数即可，彻底解决了手绘无法实现的最大困难. 开关设计也非常简洁，根据设计的控制方式选取开关，一般每个房间内至少设1 个开关，位置通常放置在门的开启侧，与边框距离为15～20 mm. 天正电气可以自动识别门模块，只要选定开关元件可整体进行框选，所有开关均布置在给定的位置，无需逐一放置，充分体现了天正电气的快速性和准确性，照明平面布置图如图2 所示.

图2 照明平面图

插座平面的设计也是每个工程项目必备的，常用的插座有两孔插座、三孔插座、四孔插座、防水插座等多种类型，通常距地高度为0.3 m，空调插座距地1.8 m 以上. 根据房间功能选择合适的插座进行布置，天正电气下有沿墙布置、穿墙布置、任意布置等选项. 利用软件绘制出来的插座平面图美观整齐，插座平面布置图如图3 所示.

图3 插座平面图

天正电气的引入使建筑电气技术课本上生硬的概念、图形符号、计算、规范等众多教学知识，通过具体项目变得简单易懂、灵活实用，学生不必硬背同样可以熟练掌握，从而使学生在愉悦中学习，很好地培养了学生的团队协作精神和创新精神以及自主解决综合实际问题的能力.

2.2 计算应用

建筑电气技术课程中涉及到的强电计算主要有照度计算、负荷计算、年雷击数、短路电流、无功补偿、电压损失等，弱电部分涉及的复杂计算较少[8]. 在这些计算中，年雷击数相对计算量较小，其他几种计算任务量大，尤其照度计算、短路电流计算. 照度计算是照明设计非常关键的一步，结果影响着照明质量和照明效果，也是评价设计优劣的重要指标. 每一个计算都涉及到查阅很多原始资料数据，比如照度计算与许多因素有关，首先所选光源的型号、光通量、配光曲线等不同的厂家参数不同，需要根据厂家提供的资料手册来确定；其次不同的工程项目由于房间功能不同照度标准要求也不同，如办公室照度要求通常在300 lx 左右，教室照度为200 lx，卧室照度为100 lx；最后还要考虑各房间环境的清洁程度及地面、顶棚、墙面的反射系数. 课本上提供的数据非常有限，仅依靠课本根本无法满足各类项目设计的需要，单纯地依靠人工查阅资料完成，通过手算则过程比较繁杂，会造成学生枯燥无聊，最终会失去学习激情.

天正电气拥有强大的计算功能，以照度计算为例，居住建筑、办公建筑、学校等几乎每个工程项目设计过程中必有的计算，也是建筑电气技术这门课的重点内容. 该部分中，通过不同类型的工程项目进行设计实践练习，由于居住建筑是最基础的，通常以此类项目引入，循序渐进，由住宅楼到办公楼再到商业建筑，逐渐增加难度. 天正电气的照度计算操作简单，只需要用鼠标选定设计的房间，软件会自动读取房间长、宽等参数，房间高度需要手动输入，其他相关的利用系数、光源、单灯具光源数、墙面地面顶棚反射比等要自己选定，选择界面如图4 所示. 所有参数选择完成后点击计算，就会显示当前的照度值、建议安装的灯具个数和照度校验值，并且可以导出详细的Word 版计算书.

图4 照度计算功能图

利用天正电气主要进行的是二维平面设计，实际设计中的各点的照度是否满足标准，单从二维平面无法确定. 在照明设计中，为了提升设计效果和准确度，进一步引入了Dialux 软件进行计算仿真[9]，通过该软件的三维模拟功能可视化地检验设计是否合理，从而进一步优化设计方案. 图5 是某住宅卧室和阳台的灯光模拟伪色图及等照度曲线，天正电气设计的卧室平均照度为75 lx，阅读区照度为150 lx，从效果图中可以清楚地看出卧室各点的具体照度值、地面上各点照度分布和墙面上的灯光效果.图5 显示卧室最低照度为25 lx，低照度区域主要分布在房间四角，最高照度为204 lx，主要分布在光源直射区范围内，最小照度与平均值之比为0.33，根据照明设计标准GB50034-2013，该值在0.7 以上认为满足照度均匀性要求，视觉效果较好，不会产生眩光. 为了达到更好的设计效果，可以根据模拟结果进行相应设计方案的调整，再次模拟，直到结果最佳为止.

图5 （a）卧室；（b）阳台的灯光模拟伪色图和等照度曲线

天正电气其他计算功能操作相对简单，不再一一举例. 通过引入软件并结合具体工程项目可以使计算变得更容易、更直观，而且学习过程图文并茂，立体再现，学生感到很新奇、很独特，从而提高了学生的学习积极性[10].

2.3 系统生成

建筑电气技术中系统图的设计与绘制是一大难点，系统图涉及到的知识点比较多，如导线截面积、敷设方式、穿管管径、断路器开关型号和配电方式等的设计，技术性核心问题都在该部分，这部分内容与继电保护、工厂供电、建筑电气施工技术等课程关联紧密，也是课程改革中的难点. 建筑工程项目系统图包括强电系统图和弱电系统图，其中强电系统图主要有照明系统图、动力系统图，弱电系统图主要有有线电视、消防、视频监控、门禁对讲等系统图. 在所有强电平面和弱电平面设计完成后，才能绘制相应的系统图.

以照明系统生成为例，学生将灯具、开关、插座、配电箱、连线等布置完成后，直接利用天正电气左侧工具栏中的系统生成，进入自动生成系统图对话框，可手动输入回路编号及相序，也可选取从平面图中读取，回路确定的同时进行负荷统计，配电箱总的功率因数、利用系数、计算电流都会在系统图中给出，如图6 所示. 系统图显示出了该配电箱的回路个数、导线的根数和截面积、敷设方式（FC 顶棚或埋地暗敷、CC 沿墙暗敷）、断路器的极数和整定电流. 在整个工程项目中每个配电箱都要绘制系统图，工程越复杂建筑面积越大的项目配电箱的数目就会越多，系统图出图量就会越大，当然复杂的工程项目在课程学习期间仅靠1 人很难完成，必须通过小组合作的形式，将一个项目分解来完成. 通过天正电气软件绘制系统图，提高了设计效率，减轻了设计工作量.

图6 系统图绘制

3 结论

为进一步深化建筑电气技术课程改革的实施，在课程教学中引入了天正电气、Dialux 等专业软件. 让学生自己动手操作，亲身体会所学理论知识在工程项目中的实际应用，将行业发展新产品、新标准、新规范、新技术等有机融合到整个教学过程中. 通过软件的引入可以强化学生的设计能力和绘图能力，激发学生学习成就动机，促进学生自主探索学习，全面提高学生综合能力，从而极大提升了教学效果和教学质量.