基于BIM的建筑电气专业工程设计类课程教学应用研究

张鸿恺 肖连军 谢陈磊 伍超

摘要：针对目前建筑电气与智能化专业工程设计类课程教学效果欠佳的问题，提出引入BIM技术辅助教学，分析了BIM技术在课程教学应用上的优势，建议应合理使用BIM技术融入课程教学、强化师资力量的培养、增加教学资源的投入、实现多方合作协同育人，以提升教师的教学效果和学生的工程实践创新能力。

关键词：建筑电气与智能化;BIM;工程设计

中图分类号：G642      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）30-0263-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

1 引言

近年来，随着智能建筑、智慧城市的快速发展，以及社会对专业人才的需求急速上升，建筑电气与智能化专业于2005年由教育部批准设置并获得迅速发展。建筑电气与智能化专业主要研究建筑物内电能的传输、变换、分配和利用，以及建筑物内信息的发送、传输、接收和处理，是多学科交叉融合后形成的新专业[1]。作为新组建专业，建筑电气与智能化专业在经过十余年的发展后，虽然越来越注重学生工程实践创新能力的培养，但是对于以《建筑电气工程设计》《电气施工》等为代表的工程设计类课程来说，教学效果却并不是很理想。主要是因为实际工程项目大多采用的是二维CAD图纸，虽然教师在教学过程中可以通过PPT或者视频来展示，但由于缺乏实际工程经验，使得学生掌握起来具有较大的难度。

2 BIM技术简介

作为一种新技术，建筑信息模型（Building Information Modeling，簡称BIM）是以建筑工程项目中的各种数据信息为基础，利用参数化的3D几何建立模型，串联起整个建筑生命周期，再通过三维立体的形式模拟建筑物的各种信息[2]。自诞生之日起，BIM技术就凭借其高度信息化的特点获得了广泛关注，目前在西方发达国家已得到普遍应用。我国引入BIM技术相对较晚，但是近些年随着智能建筑、智慧城市的发展，BIM技术已经在建筑行业中得到了广泛应用，并取得了一定的成绩。比如国家会展中心、苏州中南中心以及中国河口国际会展中心等多个重要建筑项目，在建筑过程中都用到了BIM 技术。

3 BIM技术在高校教学中的应用现状

BIM技术的出现可以彻底打破原有的教学模式，将电气设计图纸以三维模型展现，能够极大地丰富教学内容并促使教学方法的改进。同时，BIM模型是一个信息库，在授课过程中能够引导学生快速建立起工程数据观和信息观，使得学生的视野更加宽阔，有利于培养学生适应行业变革的能力[3]。针对BIM技术在教学应用中的优势，国内外众多高校都选择将BIM技术引入教学过程中。以美国为代表的西方发达国家早在十余年前就开始逐步将BIM技术引入高校教学过程中，比如斯坦福大学、卡耐基梅隆大学等。相对来说，国内高校对BIM技术的关注较晚。目前公认的国内最早开展BIM研究的高校是清华大学，其软件学院在2009年建立了BIM标准研究课题组，这一事件标志着国内高校开始启动BIM技术研究。随后越来越多的高校开始了BIM相关课题的研究，如表1所示[4]。

4 BIM 技术应用在建筑电气专业工程设计类课程教学中的优势

下面从建筑供配电与照明、建筑电气工程设计、电气施工、公共安全技术、智能化系统设计与集成等五门课程的教学，分别介绍BIM技术在建筑电气与智能化专业工程设计类课程教学应用上的优势。

4.1 建筑供配电与照明课程教学

在建筑供配电与照明课程的教学中，教师可以通过BIM软件的可视化功能，将一个三维立体的配电和照明系统展现给学生，让其更好的观察房间内灯具布置是否合理、眩光值及照度是否符合国家标准规定、供配电线路是否完善等。这样可以根据各个房间的虚拟设计效果，较容易地找出设计不合理问题，从而加深学生对知识点的理解和掌握，激发学生的学习兴趣。

4.2 建筑电气工程设计课程教学

作为建筑供配电与照明课程的后续课程，建筑电气工程设计课程一般开设于第7学期，课程教学目的在于学生工程设计能力的培养。教师首先讲解建筑电气设计流程及设计要求，而后指导学生通过BIM软件对工程实例进行建模，将设计的三维立体模型与二维CAD图纸进行对比，更能直观地展现设计成果，获得身临其境的学习体验，极大地提高了学生的空间设计能力。采用BIM软件进行教学，还可以对建筑工程全生命周期进行模拟，使得学生对建筑工程进度的了解更加透彻，培养学生对建筑工程项目流程的认知和掌握能力[5]。

4.3 电气施工课程教学

在以往的电气施工课程教学中，教师一般只能通过录制的视频或者PPT向学生讲授课程内容，而又缺乏实际工程项目经验，往往只能靠学生个人的想象感知现场的施工技术，容易产生厌学情绪，达不到预期的教学效果。在电气施工课程的教学中引入BIM技术，教师不仅可以将建筑工程现场在课堂中直接呈现给学生，还可以通过BIM软件的4D模拟施工技术，将现实中漫长的施工周期和动态的施工过程浓缩进课堂教学。通过让学生主动参与模拟建筑工程项目的设计及施工进度计划的编制，学习如何将实际施工中用到的人力、物力以及施工设备进行配置，进而为建筑电气施工提供最适合的方案[6]。通过营造出这种身临其境的课堂氛围，使得教学过程更加生动形象，能够极大地调动学生的学习积极性，对建筑电气与智能化专业学生工程实践能力的培养方式和方法产生了革命性的影响。

4.4 公共安全技术课程教学

公共安全技术课程主要讲解建筑智能化领域的公共安全系统，包括火灾自动报警、安全技术防范和应急响应等内容。在教学过程中，教师可以引导学生将BIM软件与数据分析、系统集成等技术结合，对公共安全各独立子系统进行组合提升，实现以建筑物BIM空间信息、设备信息为核心，以视频监控系统为纽带，集成现有视频监控、防盗报警、出入口控制、保安巡更、停车场管理等子系统，建立建筑物全方位的综合安全管理体系。不仅可以增强各知识点之间连贯性，还极大地增强了学生的综合实践能力。

4.5 智能化系统设计与集成课程教学

对于智能化系统设计与集成课程的讲授，应使得学生能够结合各所需被设系统，分析找出设计重点与所用技术，并根据各系统集成需求，分析给出实现集成的技术手段。通过引入BIM技术，教师引导学生首先确定系统集成目标，而后基于系统集成理论对建筑智能化系统进行架构设计，确保智能建筑各子系统在统一的三维可视化集成平台上能实现信息共享以及快速联动响应，实现建筑的智能化集成管理。使学生在学习过程中能够更好地熟悉建筑智能化系统的主要设计规范与标准，掌握设计与集成的主要应用技术，以提高学生的就业竞争力。

总之，在建筑电气与智能化专业工程设计类课程中引入BIM技术辅助教学，相较于传统教学模式有很大的优势，使学生对实际建筑工程项目产生更直观的了解，大大提升了教学效果，不仅有利于建筑电气与智能化专业学生工程实践创新能力的培养，还有助于学生工程数据观和信息观的建立和扩展。

5 BIM 技术应用在建筑电气专业工程设计类课程教学中的建议

5.1 合理使用BIM技术融入课程教学

在建筑电气与智能化专业工程设计类课程的教学过程中，BIM技术应当只是作为一种辅助手段使用，切忌喧宾夺主，将课堂完全变成BIM软件的使用介绍。因而教师在利用BIM技术进行知识点讲解时，要以学生为中心，充分发挥BIM技术的优势，创新课堂教学模式，激发学生学习兴趣。教师在课前应充分备课，挑选来自工程现场的最新电气设计图纸，利用BIM软件生成可视化虚拟图以便学生学习电气设计内容。在课堂讲解过程中，教师可以将课程中一些涉及工程实践的知识点，利用BIM技术通过课前准备的电气设计图纸展示出来。比如在综合布线系统的教学中，通过三维模型的搭建，学生可以更直观地学习各管线的走向和属性，便于掌握电气管线的布线规则，还可以利用BIM软件的管道碰撞功能，及时调整管线布置，使得电气设计更加合理。同时在课堂教学中要注重师生之间、生生之间的互动，最大限度地让学生参与BIM课堂教学。课后适当布置一定的BIM建模作业及复习内容，让学生参与到建筑电气设计的工程案例中，不仅有利于与加深学生对建筑电气工程设计课程知识点的掌握，增强其工程设计能力，还可以培养学生的学习成就感，更好的激发学习兴趣[7]。

5.2 强化师资力量的培养

BIM技术的出现和发展不仅给建筑电气与智能化专业工程设计类课程的教学提供了新的机遇，也对教师的专业知识水平提出了更高的要求。由于种种原因，国内多数高校的专业教师学习BIM的时间相对较晚，对BIM的认知只停留在理论层面，极度缺乏实际工程实践经验，极大地制约了BIM在高校的推广使用。教学效果的优劣在很大程度上取决于教师的教学水平，这就要求教师需要通过不断学习来扩充知识面、创新教学方式。针对于此，应通过“引进来，走出去”的策略来加速BIM教学团队的培养。一方面，通过聘请企业的专业技术人才到学校来兼职教学，弥补高校BIM教学团队师资力量不足。另一方面，通过多渠道培养BIM教学人才。定期组织专业教师去相关企业或兄弟院校的BIM工程中心进行培训，提升教师的教学能力及工程实践能力。在教学和科研项目申报时，鼓励并适当增加BIM技术课题研究的项目进行立项建设。

5.3 增加教学资源的投入

要想真正实现BIM技术在建筑电气专业工程设计类课程中的应用，提升教学质量，需要高校切实增加教学资源的投入，为课程教学的开展提供良好的保障。首先，目前大部分BIM软件对计算机配置要求较高，而不少高校多媒体教室的计算机都是使用多年的“老爷机”，只能运行低版本的CAD及PPT等软件，导致教师上课时只能携带个人笔记本电脑进行教学，不利于教学活动的开展。这就要求相关部门需要购置一批软硬件配置较高的计算机并预装各种必要的教学软件对其进行替换。其次，为了提升实践教学质量，需要进行BIM实验室的建设，便于教师在实践课程中指导学生进行BIM实践操作，在掌握建筑电气专业工程设计类课程理论知识的基础上，提升学生的实践动手能力。比如安徽建筑大学在2019年成立了安徽省BIM工程中心。为便于开展工作，该中心与校内其他二级学院平级，主要服务于安徽省BIM技术研发、应用和推广。这样不仅有利于学校土建类各专业教学活动的开展，也可以將中心科研项目的成果反哺于教学活动。

5.4 多方合作协同育人

教师可以通过定期邀请其他高校、企业的BIM研究人员或工程师来校举办讲座，向学生讲解BIM技术的最新发展及工程案例，让学生了解到BIM技术的前沿知识，创造良好的学习氛围。同时学校也应创造条件积极鼓励学生参加各类BIM大赛，并提供场地和经费支持，提高学生的参赛积极性，以便充分锻炼其工程实践操作能力。

深化校企合作，与企业共建BIM研究中心，实现资源共享、优势互补，充分利用企业的工程实践资源，完善课程教学改革和人才培养方案的修改，推动实践教学，实现校企协同育人。学生毕业后也可以进入该企业工作，定点为企业培养人才，实现高校、学生和企业多方共赢。

6 结束语

针对BIM技术在现代建筑工程行业中得到广泛应用的背景下，论文在分析了BIM技术在高校教学过程中的现状之后，提出将BIM技术引入建筑电气与智能化专业工程设计类课程教学中，以解决传统课程教学效果不佳的问题。首先分析了BIM技术在建筑电气与智能化专业工程设计类课程教学应用上的优势，随后提出了应合理使用BIM技术融入课程教学、强化师资力量的培养、增加教学资源的投入、实现多方合作协同育人等四点建议，以提升教师的教学效果以及学生的工程实践创新能力。

参考文献：

[1] 方潜生.建筑电气[M].2版.北京：中国建筑工业出版社，2018.

[2] 王飞，胡亚欣.基于新工科建设土建类多学科协同BIM人才培养与研究策略[J].河北工程大学学报（社会科学版），2020，37（2）：125-129.

[3] 许剑峰，李立.基于BIM技术的教学改革模式研究[J].实验技术与管理，2020，37（11）：218-221.

[4] 黄虹，李祥，何秋凤，等.BIM在高校中的推广应用研究[J].教育教学论坛，2020（3）：235-237.

[5] 梁宁一，张晓杰，陈若曦，等.建筑信息模型引入“建筑电气工程设计”课程教学的研究与实践[J].湖北理工学院学报，2018，34（2）：68-72.

[6] 郑周寅.BIM技术在建筑机电工程设计与施工中的应用[J].中国建设信息化，2020（10）：70-72.

[7] 高婷婷.BIM技术在《建筑构造与识图》课程教学中的应用[J].武夷学院学报，2018，37（3）：78-81.

【通联编辑：唐一东】