《建筑设备自动化》课程开设现状及展望

《建筑设备自动化》课程开设现状及展望Curriculum Construction Situation and Future of Building

Equipment Automation

张广丽

摘要：针对目前“建筑设备自动化”课程教学状况,结合几本典型教材的课程内容体系对比，明确本课程适合的内容体系，并且探讨了多学科交叉问题的处理以及加强实践环节的具体措施。

关键词：建筑设备自动化；课程体系；课程建设

作者简介：张广丽（1979-），女，山西孝义人，南京工业大学城市建设与安全工程学院，讲师，工学硕士，主要研究方向：建筑能耗分析。（江苏南京210009）

为适应智能建筑的发展，自1999年原暖通燃气等专业改组为建筑环境与设备工程专业起，各高校实施新的教学计划，将建筑设备自动化列为专业主干课程。本门课程的课程建设体系和内容，教学大纲和教材问题都有待商榷。[1][2]这门最初为培养建筑智能化建设人才而开设的新课程，由于开设时间短，目标和内容都显得模糊，这门课程的课程建设体系和内容至今仍处于完善之中。[2]由于本课程是一门涉及多个学科的交叉课程,加之开设时间不长,至今仍没有适用于本专业的较好的教学大纲或教材,各高校只能根据自己的师资力量因师施教。文献3中则提出了课程存在的问题，包括在教学过程中存在学时少、学科交叉内容多、重点不易突出、师资力量不足、教学质量参差不齐的问题。

该课程作为建筑环境与设备工程专业本科生的一门专业课程，课程的重要性毋庸置疑，但课程内容、授课方式、工程实践等方面仍有待改善。笔者07年开始担任此课程的任课教师，在连续三届的教学过程中提出对本课程的一些想法，借此和大家一起探讨。

一. 明确课程内容体系

在诸多有关本课程的教改文章中，[2][3][4]中能够达成共识的主要观点包括两大方向，一是“建筑设备自动化”课程具有多学科交叉的典型特点，建筑设备自动化系列课程由电工与电子学、计算机网络技术、建筑环境测量、自动控制原理、建筑电气及建筑设备自动化等课程组成，其中，建筑环境测量、自动控制原理、建筑设备自动化为主干课程。不仅涉及计算机技术、网络通信技术和自动控制技术,而且涉及建筑技术、建筑环境技术、建筑设备技术等诸多技术。二是加强实验、实践环节。“建筑设备自动化”课程是一门实践性很强的课程，单纯依赖课堂教学，学生难以真正掌握相关内容。因此，必须通过实验、实习、课程设计、毕业设计等实践环节对相关内容消化、理解。

可见，本门课程的内容体系应该如何构建，在课程内容体系建设中，如何处理好多学科交叉的关系，实践环节的加强应该如何着手，都是完成本门课程的教学任务中亟需思考的问题。

通过本门课程授课中曾经使用的各教材内容进行对比，从而构建更适合需要的课程内容体系。本门课程授课中，曾使用的教材包括07年出版的江亿编著的《建筑设备自动化》以及系列技术讲座《暖通空调系统的计算机控制管理》（以下简称A），08年出版的李玉云编写的《建筑设备自动化》（以下简称B），03年出版刘国林编写的《建筑物自动化系统》（以下简称C）。各教材的对比情况特点如表1所示。

表1 建筑设备自动化课程教材对比情况表

通过对三本教材分析比较，所包含内容的共同知识点表现在如下三方面：

（1）. 计算机控制技术和通信网络技术基础知识。最基本的内容包括：建筑设备自动控制系统基本组成、系统中各硬件设备、通信控制器、输入输出通道的等内容。

（2）. 传感器、执行器的内容，侧重不同，如教材A内容较少，主要针对传感器、执行器的接口电路与控制器的连接进行介绍。而教材C则对传感器与执行器的原理、特性、类别等内容进行了详实介绍。这部分内容中，对于传感器的详实内容放在建筑测量技术较合适，应侧重与常用用传感器与执行器的特性，掌握执行器的原理和选型方法、选取原则等。

（3）. 建筑物设备监控系统包括空调机组设备、冷热源机组设备、机械防排烟、给水排水、电气设备监控系统。其中空调系统、冷热源与水系统、机械防排烟系统是建筑环境与设备工程专业的重点内容。教材A、教材B的这部分内容介绍都较详尽。教材A深入介绍了一些调节策略，能与自动控制理论的内容紧密衔接。而教材C的内容大篇幅地介绍有关空调的基础知识，对控制策略的专业分析深度不够。希望具体的系统中的控制策略中能体现出节能思路。应当掌握常见暖通空调系统的监控点的布置。掌握暖通空调与制冷的节能控制策略和控制规律及控制方法的选择。

由此可见，以上三方面的内容应当作为建筑环境与设备工程专业学生的《建筑设备自动化》中的必备内容，而第三部分内容作为最核心的内容，尤其应当体现在具体的节能控制策略以及和自动控制原理课程中的模型方法的衔接上。除此之外，从增强实践角度出发，教材中若能增加有关工程案例或者工程案例的仿真则更为完善。本课程的培养目标，通过本课程的学习，对于设备的调试，运行管理，可配合自动化专业建筑设备自动化的监控设计方案，掌握空调系统的相应自动化监控方法。

另外，应当与《自动控制原理》、《建筑测量技术》两门课程结合在一起，成为系列课程，在《建筑测量技术》课程中，解决传感器的原理、特性、选择等问题。在《自动控制原理》中，能够讲解结合专业(控制对象、传感器、执行器、PID 控制器)，介绍数学模型的建立方法：解法(时间域、复频率域)、图解法(方框图、信号流图)、实验法；数学模型的MATLAB 描述及模型的转换方法；Simulink建模方法，为建筑设备自动化的进一步学习打下良好基础。应能结合建筑设备自动化中中所涉及到的工程案例或者相关具体案例来学习建模方法。二.合理安排多学科交叉问题

学习本课程的基础：《计算机网络技术》《自动控制原理》、《电子电工技术》、《建筑环境测量》、《建筑电气》，其中自动控制原理和建筑环境测量为本专业主干课[2]。不仅涉及计算机技术、网络通信技术和自动控制技术,而且涉及建筑技术、建筑环境技术、建筑设备技术等诸多技术,是多学科的典型结合。因此,如果在有限的48 学时内(大部分学校的学时仅为30～40 学时) 要完整地传授上述多个学科的理论体系和内容不仅不现实,而且没有必要。由于涉及众多课程内容，很容易在教学时候出现各种课程内容的堆砌，各种支离破碎的概念的堆砌，课程本身的衔接度不高，逻辑条理性不强。

分清课程内容中针对本专业学生的侧重点，比如本校的建筑电气专业同样开设课程《建筑设备自动化》，但很显然，对电气专业的学生课程内容、重点都应当与建环专业学生的要求各不不同。建筑设备自控网络数据通信标准和系统集成是实施建筑设备自动化的核心内容，对于电气专业学生要求重点掌握，但对于刚开始学习专业课程的建环专业学生来说，则具体空调系统节能控制策略才是关键。也正体现出实际工程项目设计中，比如有关集中空调系统的自控设计，弱电工程师和暧通空调以及制冷专业的工程师一起讨论。

构成学习本课程的基础课程范围广，一定程度上体现出了对教师的要求，即使是本专业专业出身的教师，对这些跨专业的基础课程的认知也存在一定的局限性。因此，教授环节可以根据设备自动化中所涉及的内容，分别由不同专业背景的老师讲解，笔者认为也理应将其中的建筑物自动化系统的基本概念、建筑物自动控制网络数据通信协议、通信控制器特性等部分的内容由由自动化、电气工程及自动化、通信工程、计算机科学与技术、电子信息工程等相关专业背景的老师承当。

三.加强实践环节

在08年第三届全国高校环境与设备工程专业负责人会议总结中，再次强调了《建筑设备自动化》在课程体系中作为专业主干课的地位，而且着重强调了实践环节的重要性。实践环节的加强可以从实验室建设、课程设计、毕业设计等方面着手。

建筑设备自动化教学与科研工作缺乏综合型基础实验设施，也缺乏虚拟实验室环境，导

致教学和科研工作远远落后于技术发展和工程建设的需要。而教学与科研工作本应处在技术发展与应用的前沿。建筑设备自动化系统仿真的主要目标有两个，一是能检测并反映一个真实系统的动态过程；二是能虚拟出一个正在设计或研究过程中的系统，并对系统的设备配置、动态过程、技术指标和性能作出分析、进行改进。以仿真平台构建虚拟实验室，为建筑设备自动化课程的教学以及相关科研工作提供强有力的实践环节。

除虚拟实验室外，《建筑设备自动化》课程的实验室建设，也可以开设某一建筑设备自控系统的实验,如新风机组自控系统、一次回风空调系统自控系统、(多台) 冷水机组自控系统等。在实验室建设过程中，利用这个强有力的实践机会，实验室老师和本代课老师甚至学生参与到实验室建设中。在实验室建设过程中，注意使用某一厂家的产品，并且与控制厂家之间加强交流，能够成为对应的学生实践培训基地。

课程设计体系是培养学生学以致用的重要环节,是课程教学的一个重要环节。通过课程设计体系可以激活学生的理论知识,培养学生理论联系实际和解决实际问题的综合能力,为学生参加实际的设计和管理工作奠定良好基础。在学生的认识和生产实习环节也应加强这方面的内容。

四.结论

综上所述，《建筑设备自动化》课程建设是建筑环境与设备工程专业教学改革的一个重要内容,《建筑设备自动化》的建设可以从课程内容体系、合理安排多学科交叉问题、加强实践环节三方面入手。在后续的教学工作中，结合本文中课程内容体系的结果编制更适合本校本专业学生的讲义或者教材，共同促进和完善该课程建设。

参考文献：

[1]武培,郑洁,付祥钊,彭宣伟.建筑环境与设备工程专业开设智能建筑课程的思考[J].高等建筑教育,2007,16(5):117-120.

[2]董春桥,袁博,张亚男,徐玉党.“建筑设备自动化”课程建设探讨[J] .暖通空调, 2006,36(7):49-51.

[3]李玉云.建筑设备自动化系列课程教学内容的研究[J].高等建筑教育,2005,14(1):64-66.

[4]袁昌立.浅谈建筑设备自动化课程的教学[J].纺织教育,2007,(2):48-50.

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