摘要：分析流體輸配管網(wǎng)課程在建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)培養(yǎng)方案中的位置與作用、與其他主要課程和實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的關(guān)系，重點討論課程內(nèi)容的優(yōu)化方法，對課程的教學(xué)重點、難點及其處理方法進(jìn)行分析，提出對任課教師的知識與能力要求。

關(guān)鍵詞：流體輸配管網(wǎng)；建筑環(huán)境與設(shè)備工程；課程建設(shè)；教學(xué)方法

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1005-2909（2013）01-0098-04

面對21世紀(jì)國際國內(nèi)對人才的新要求和國家對本科專業(yè)的調(diào)整，原暖通、燃?xì)?、建筑設(shè)備3個本科專業(yè)通過教育教學(xué)改革，整合為建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)。教學(xué)改革的關(guān)鍵問題之一，是從原3個專業(yè)近20門相互交叉、重疊的專業(yè)課中，凝練建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)核心課程，組成新的課程體系。在全國高校建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)指導(dǎo)委員會的指導(dǎo)下，重慶大學(xué)經(jīng)過深入分析研究和廣泛交流，承擔(dān)了流體輸配管網(wǎng)課程的創(chuàng)建任務(wù)。13年來，筆者所在的流體輸配管網(wǎng)課程教學(xué)團(tuán)隊在課程內(nèi)容體系、教學(xué)方法改革、教學(xué)資源建設(shè)等方面不斷探索、實踐，課程已建設(shè)為重慶市精品課程、全國土建學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)委員會和重慶市推薦國家級精品課程。在此，筆者希望拋磚引玉，集思廣益，將課程建設(shè)推到一個新的高度。

一、課程在專業(yè)培養(yǎng)方案中的地位、作用及其與其他課程的關(guān)系

（一）課程在專業(yè)培養(yǎng)方案中的地位和作用

建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)各種工程問題有兩類：流體輸配和熱質(zhì)交換，流體輸配管網(wǎng)課程是建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)的一門核心專業(yè)技術(shù)平臺課程[1-2]，它建立在專業(yè)基礎(chǔ)課程流體力學(xué)基礎(chǔ)之上，主要講述建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)所涵蓋的暖通空調(diào)工程、城市燃?xì)夤こ獭⒐峁こ?、冷熱源工程、建筑給排水工程、建筑消防工程、工廠動力工程等工程中共同的流體輸配原理、管網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)控方法。學(xué)生通過本平臺課程的學(xué)習(xí)，可理解流體輸配管網(wǎng)在專業(yè)中的重要性，了解流體輸配管網(wǎng)在各種工程中的作用及其與工程其它組成部分的相互關(guān)系，并通過生產(chǎn)實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計等實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的配合，掌握管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計計算、工況分析、調(diào)試和調(diào)節(jié)的基本理論和方法，形成初步的工程實踐能力。

（二）與其他課程間的關(guān)系分析

與建筑環(huán)境與設(shè)備工程導(dǎo)論課程的關(guān)系。建筑環(huán)境與設(shè)備工程導(dǎo)論是必須的先修課程。學(xué)生通過建筑環(huán)境與設(shè)備工程導(dǎo)論課程的學(xué)習(xí)初步建立“工程”的基本概念，了解建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)的作用，了解解決該專業(yè)工程問題的大致方法和途徑，以及關(guān)于該專業(yè)工程系統(tǒng)組成的概略認(rèn)識，幫助學(xué)生認(rèn)識管網(wǎng)的基本構(gòu)成、各構(gòu)成的基本功能和相互關(guān)系，正確理解流體輸配管網(wǎng)在該專業(yè)的重要性。

流體輸配管網(wǎng)課程是暖通空調(diào)課程、燃?xì)廨斉湔n程的先修課和平臺課。這兩門課程中包含的共通性的實現(xiàn)流體輸送、分配的基本原理，管網(wǎng)設(shè)計與分析計算方法，流量、壓力調(diào)控方法在流體輸配管網(wǎng)課程教學(xué)中提前講述。涉及到的上述理論知識可不必在其他課程中重復(fù)講解，但需要講清楚在不同工程問題中，流體輸配管網(wǎng)的作用、承擔(dān)的流體輸配任務(wù)、基于工程具體特點對管網(wǎng)的特殊要求、與其他理論技術(shù)的聯(lián)系，以及解決實際工程問題所需的綜合方法。

與認(rèn)識實習(xí)和生產(chǎn)實習(xí)的關(guān)系。認(rèn)識實習(xí)實踐環(huán)節(jié)應(yīng)在課程開課之前設(shè)置，幫助學(xué)生認(rèn)識流體輸配管網(wǎng)的基本組成及各部分的功能。課程應(yīng)在生產(chǎn)實習(xí)之前修完，生產(chǎn)實習(xí)環(huán)節(jié)最好安排工程管網(wǎng)系統(tǒng)運行調(diào)試，幫助學(xué)生鞏固課程所學(xué)的理論知識，并通過理論與實踐相結(jié)合，形成初步的管網(wǎng)工程運行調(diào)節(jié)與管理能力。

與畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)的關(guān)系。提供畢業(yè)設(shè)計開展管網(wǎng)設(shè)計水力計算、動力裝置匹配、水力工況分析、工況調(diào)節(jié)方案制定的基本理論與方法。畢業(yè)設(shè)計提供學(xué)生應(yīng)用上述相關(guān)理論解決實際問題的實際案例，使學(xué)生在實際應(yīng)用中體會理論與方法的應(yīng)用過程，在實踐中形成計算與分析實際工程問題的能力。

二、課程教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化

（一）課程教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化分析

教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化主要基于以下幾方面。一是始終圍繞課程屬于本專業(yè)技術(shù)“平臺”課程這一地位及其任務(wù)，提煉“共性”；二是圍繞培養(yǎng)學(xué)生善于解決問題的實踐能力的基本要求；三是及時吸納本學(xué)科領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研究、工程技術(shù)創(chuàng)新成果。經(jīng)過十余年教學(xué)實踐和三個版次國家級規(guī)劃教材、教學(xué)軟件與學(xué)習(xí)輔導(dǎo)教材編寫過程的探索，提出如下教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化方案。

1.加強(qiáng)流體輸配管網(wǎng)功能與作用的講述

增加緒論部分，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識流體輸配管網(wǎng)的任務(wù)、基本要求及在本專業(yè)中的重要性，并將第1章由原來的“流體輸配管網(wǎng)類型與裝置”改為“流體輸配管網(wǎng)的功能與類型”，幫助學(xué)生理解“功能需求決定流體輸配管網(wǎng)的類型和裝置”。

2.加強(qiáng)流體輸配管網(wǎng)共性的提煉

在流體輸配管網(wǎng)的功能與構(gòu)成、分類、管網(wǎng)之間的連接、管網(wǎng)水力特征與水力計算、泵（風(fēng)機(jī)）與管網(wǎng)的匹配、管網(wǎng)水力工況分析與調(diào)節(jié)等方面努力提煉共性。將各種形形色色的管網(wǎng)歸納為開式與閉式、枝狀與環(huán)狀兩大分類。在管網(wǎng)系統(tǒng)中應(yīng)用能量平衡的原理，通過引入虛擬管道和虛擬閉合的概念，對各種枝狀管網(wǎng)建立閉合回路能量方程，從而構(gòu)建通用的管網(wǎng)水力計算、水力工況分析和管網(wǎng)調(diào)節(jié)理論。將管網(wǎng)的動力按照其特性分為重力作用力和壓力兩大類，并歸納出兩類動力對管網(wǎng)流體驅(qū)動的共同性與不同點，及其對管網(wǎng)設(shè)計與運行的影響。

3.加強(qiáng)管網(wǎng)調(diào)節(jié)的內(nèi)容

按調(diào)節(jié)的目標(biāo)將管網(wǎng)調(diào)節(jié)分為初調(diào)節(jié)與需求工況變化調(diào)節(jié)兩類，分析兩類調(diào)節(jié)目標(biāo)的共同點與不同點。按調(diào)節(jié)的措施將管網(wǎng)調(diào)節(jié)分為閥門調(diào)節(jié)與動力性能調(diào)節(jié)兩類。分析兩種調(diào)節(jié)措施對應(yīng)功能部件——調(diào)節(jié)閥門和動力裝置的固有特性及其在調(diào)節(jié)過程中的變化特征，歸納兩類調(diào)節(jié)措施的優(yōu)勢、不足與適用場合。

4.加強(qiáng)案例分析在課程中的比重

在專業(yè)理論的教學(xué)中，用典型工程案例來反映抽象內(nèi)容，能起到事半功倍的作用[3]。將案例及對案例的分析貫穿全部章節(jié)，并在課程主要理論體系的教學(xué)內(nèi)容完成之后，增加一章，結(jié)合典型案例，系統(tǒng)分析、講解如何應(yīng)用課程理論與方法解決工程問題，使學(xué)生整體把握課程的基本概念、基本原理與理論體系。

（二）課程教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化結(jié)果

優(yōu)化后的教學(xué)內(nèi)容按8章安排，各章節(jié)的內(nèi)容如下。

第1章緒論，包括工程中的流體輸配管網(wǎng)、流體輸配管網(wǎng)在建筑環(huán)境與設(shè)備工程中的作用。第2章流體輸配管網(wǎng)的功能與構(gòu)成，包括氣體輸配管網(wǎng)的功能與裝置、液體輸配管網(wǎng)的功能與裝置、相變流與多相流管網(wǎng)的功能與裝置、流體輸配管網(wǎng)的基本功能與基本構(gòu)成、流體輸配管網(wǎng)的基本類型。第3章流體輸配管網(wǎng)的水力特征與水力計算，包括氣體輸配管網(wǎng)的水力特征、液體輸配管網(wǎng)的水力特征、多相流管網(wǎng)的水力特征、流體輸配管網(wǎng)的水力共性、流體輸配管網(wǎng)水力計算的基本原理、枝狀管網(wǎng)水力計算方法、枝狀管網(wǎng)工程水力計算案例（選學(xué)內(nèi)容）。第4章泵與風(fēng)機(jī)的理論基礎(chǔ)，包括離心式泵與風(fēng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、離心式泵與風(fēng)機(jī)的工作原理及性能參數(shù)、離心式泵與風(fēng)機(jī)的基本方程——歐拉方程、泵與風(fēng)機(jī)的損失與效率、泵與風(fēng)機(jī)的性能曲線及葉型對性能的影響、相似律與比轉(zhuǎn)數(shù)、其他常用泵與風(fēng)機(jī)。第5章動力和調(diào)節(jié)裝置與管網(wǎng)系統(tǒng)的匹配，包括管網(wǎng)系統(tǒng)中動力裝置的工作狀態(tài)點、單級動力源枝狀管網(wǎng)動力裝置的匹配、多級動力源枝狀管網(wǎng)動力裝置的匹配、調(diào)節(jié)閥的流量特性及其與管網(wǎng)系統(tǒng)的匹配，動力裝置與管網(wǎng)系統(tǒng)匹配案例（選學(xué)內(nèi)容）、節(jié)閥配置案例（選學(xué)內(nèi)容）。第6章枝狀管網(wǎng)水力工況分析與調(diào)節(jié)，包括管網(wǎng)系統(tǒng)的壓力分布圖、枝狀管網(wǎng)水力工況分析方法、枝狀管網(wǎng)水力工況調(diào)節(jié)、枝狀管網(wǎng)水力工況分析與調(diào)節(jié)案例（選學(xué)內(nèi)容）。第7章環(huán)狀管網(wǎng)水力計算與水力工況分析，包括管網(wǎng)圖及其矩陣表示、恒定流管網(wǎng)特性方程組及其求解方法、環(huán)狀管網(wǎng)的水力計算與水力工況分析方法、環(huán)狀管網(wǎng)的調(diào)節(jié)閥與動力裝置的匹配、環(huán)狀管網(wǎng)水力計算、水力工況分析與調(diào)節(jié)案例（選學(xué)內(nèi)容）。第8章流體輸配管網(wǎng)的工程應(yīng)用案例（選學(xué)內(nèi)容），包括城市熱（冷）力管網(wǎng)案例、城市燃?xì)夤芫W(wǎng)案例、空調(diào)（采暖）冷（熱）水輸配管網(wǎng)案例、通風(fēng)管網(wǎng)工程案例、建筑給排水管網(wǎng)工程案例、公共建筑流體輸配管網(wǎng)節(jié)能工程案例。

課程宜安排的實驗包括管網(wǎng)系統(tǒng)壓力分布與特性曲線測定實驗、動力裝置性能測定實驗、管網(wǎng)系統(tǒng)工況調(diào)節(jié)實驗。

根據(jù)各學(xué)校和課程教師的具體情況，選擇1個或以上實際工程進(jìn)行全面案例剖析，主要從管網(wǎng)的功能要求、構(gòu)成、布置原則和方法、水力特征、管網(wǎng)設(shè)計計算、實現(xiàn)管網(wǎng)功能和保障管網(wǎng)可靠運行的重要技術(shù)手段與裝置匹配、管網(wǎng)的調(diào)試與調(diào)節(jié)方案、應(yīng)用情況等方面展開。

按照教學(xué)計劃，課程3學(xué)分，教學(xué)進(jìn)程安排在第5學(xué)期，理論教學(xué)48～54學(xué)時，各章學(xué)時分配建議為：第1章1學(xué)時；第2章5學(xué)時；第3章6～10學(xué)時；第4-7章各6～8學(xué)時；第8章6學(xué)時。宜另安排課程實驗3～4個，每個實驗2學(xué)時。

三、課程的教學(xué)重點、難點及其教學(xué)處理方法

（一）教學(xué)重點

管網(wǎng)系統(tǒng)的型式及其附屬裝置的作用；管網(wǎng)系統(tǒng)的共性特性；氣體、液體、多相管流水力特征、共性與特性；管網(wǎng)系統(tǒng)水力計算的基本原理和水力計算方法；不同類型管網(wǎng)、不同條件下的水力計算方法選擇與步驟、共同點與區(qū)別；離心式泵與風(fēng)機(jī)的基本方程、性能曲線、相似律及其應(yīng)用；泵與風(fēng)機(jī)在管網(wǎng)系統(tǒng)中的工作點、工況調(diào)節(jié)、性能曲線；管網(wǎng)系統(tǒng)動力裝置（泵與風(fēng)機(jī)）的選擇與匹配；管網(wǎng)系統(tǒng)特性曲線的獲得、影響因素及調(diào)整方法，管網(wǎng)系統(tǒng)的壓力分布規(guī)律、壓力分布圖的繪制與應(yīng)用；管網(wǎng)系統(tǒng)的水力工況分析方法，應(yīng)用調(diào)節(jié)閥和動力裝置進(jìn)行管網(wǎng)調(diào)節(jié)的方法；管網(wǎng)圖的有關(guān)概念，圖的矩陣表示，恒定流管網(wǎng)特性方程組，環(huán)狀管網(wǎng)的水力計算及水力工況分析方法，環(huán)狀管網(wǎng)的水力計算及水力工況分析軟件的使用方法。

（二）教學(xué)難點

認(rèn)識各種管網(wǎng)的共性和特性；壓力和重力綜合作用下的氣體管流水力特征；兩相流不同于單相流管網(wǎng)的水力特性，三種兩相流管網(wǎng)的共性和特性；均勻送風(fēng)管道設(shè)計，從掌握一種液體管網(wǎng)的水力計算推廣到掌握其它各種液體管網(wǎng)的水力計算；泵與風(fēng)機(jī)的理論性能曲線、實際性能曲線、無因次性能曲線的工程意義和使用方法；泵與風(fēng)機(jī)的系統(tǒng)效應(yīng)及其對泵與風(fēng)機(jī)選用的影響，泵與風(fēng)機(jī)的理論性能曲線、在管網(wǎng)中的實際工作性能曲線、標(biāo)準(zhǔn)試驗獲得的性能曲線的區(qū)別與聯(lián)系，工程應(yīng)用中的要點；管網(wǎng)系統(tǒng)特性曲線、管網(wǎng)壓力分布圖的繪制、分析和應(yīng)用；各類管網(wǎng)系統(tǒng)的定壓、調(diào)壓原理；調(diào)節(jié)閥的應(yīng)用方法；網(wǎng)絡(luò)理論及其在管網(wǎng)分析中的應(yīng)用。

（三）重點、難點內(nèi)容的教學(xué)處理方法

（1）緊密結(jié)合工程案例進(jìn)行理論教學(xué)。課程基本理論與方法來源于工程實際，學(xué)習(xí)的目的也是為了應(yīng)用這些理論和方法解決實際問題。因此，在教學(xué)中緊密結(jié)合工程實例，引出解決問題的方法，講解相關(guān)理論的抽象過程及實際應(yīng)用。結(jié)合案例講解的基本原則是案例要典型、有代表性，講解透徹，切忌羅列案例；同時又要引導(dǎo)學(xué)生分析不同類型管網(wǎng)的區(qū)別和聯(lián)系，使學(xué)生逐步形成“觸類旁通”的分析能力。

（2）注重充分聯(lián)系先修課程和實踐環(huán)節(jié)，聯(lián)系已學(xué)的理論知識和感性認(rèn)識儲備。在教學(xué)過程中，注重講解流體力學(xué)中的基礎(chǔ)理論與該課程有關(guān)理論、方法之間的聯(lián)系與區(qū)別。如流體力學(xué)中的能量方程、流動阻力的計算是針對一個流動段落的兩個斷面，而該課程將其擴(kuò)展到管網(wǎng)中的任意回路。通過對比促進(jìn)學(xué)生掌握該課程的重點、難點，使學(xué)生悟出流體力學(xué)基礎(chǔ)理論的作用。

（3）加強(qiáng)實驗環(huán)節(jié)教學(xué)，特別是綜合性的實驗環(huán)節(jié)，并要求學(xué)生對理論知識和自己動手獲得的實驗結(jié)果進(jìn)行比較對照，加深理解。

（4）布置適當(dāng)?shù)呐c工程案例相結(jié)合的課后作業(yè)，使學(xué)生在完成作業(yè)的同時“體驗”理論方法的應(yīng)用過程，加深理解，并逐步掌握其應(yīng)用方法。

四、對任課教師知識和能力的要求

具備堅實的流體力學(xué)、流體輸配管網(wǎng)理論基礎(chǔ)；了解專業(yè)全局和專業(yè)人才培養(yǎng)模式與規(guī)格要求，清楚專業(yè)課程體系及各門課程、各實踐環(huán)節(jié)在人才培養(yǎng)方面的作用，掌握所承擔(dān)的課程與其他課程或教學(xué)環(huán)節(jié)的銜接關(guān)系；具有豐富的工程實踐經(jīng)驗，理解工程實踐對人才能力的需求； 具有新思想、新觀念，了解學(xué)科前沿和發(fā)展動態(tài)，具有工程新技術(shù)研發(fā)經(jīng)歷和能力。

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[2]肖勇全，張志剛，朱穎心，等.建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)中平臺課程體系構(gòu)建與教學(xué)實踐[J ].高等建筑教育，2003，12（2）：39-42.

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Curriculum construction and teaching methods for fluid pipe network

XIAO Yi-min， FU Xiang-zhao

（Faculty of Urban Construction and Environmental Engineering， Chongqing University， Chongqing 400045， P. R. China）

Abstract：We analyzed the position and role of the fluid pipe network course in the training program of building environment and facility engineering specialty， discussed the relationship of this course and other main courses and practice teaching， proposed optimization methods， and put forward knowledge and competence demands for teachers by analyzing the important and difficult teaching points of the course and corresponding methods.

Keywords： fluid pipe network； building environment and facility engineering； curriculum construction； teaching methods

（編輯 梁遠(yuǎn)華）