摘" 要" 建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)是一門典型的多學(xué)科交叉專業(yè)，研究的主要內(nèi)容具有明顯的新工科特色。該專業(yè)應(yīng)與新能源、綠色建筑、BIM技術(shù)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能技術(shù)等深度融合，交叉協(xié)同發(fā)展，加快專業(yè)的新工科建設(shè)。

關(guān)鍵詞" 新工科；建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程；工程教育；BIM技術(shù)

中圖分類號：G642.0" " 文獻(xiàn)標(biāo)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(xué)召開的以“新工科建設(shè)”為主題的工科優(yōu)勢高校新工科建設(shè)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(xué)科專業(yè)的新結(jié)構(gòu)、人才培養(yǎng)的新模式、教育教學(xué)的新質(zhì)量、分類發(fā)展的新體系。新工科培養(yǎng)的學(xué)生應(yīng)具備創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識、批判性思維、跨專業(yè)融合、全球視野以及自主學(xué)習(xí)能力[1]。

建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)（簡稱“建環(huán)專業(yè)”）于2012年由建筑環(huán)境與設(shè)備工程、建筑節(jié)能技術(shù)及建筑智能設(shè)施（部分）整合而成，專業(yè)內(nèi)容涵蓋具有新工科特征的元素，比如節(jié)能環(huán)保、新能源、綠色建筑、自動控制等。建環(huán)專業(yè)要順應(yīng)時代發(fā)展要求，根據(jù)未來科學(xué)技術(shù)和社會產(chǎn)業(yè)的需要，結(jié)合各校的學(xué)科優(yōu)勢，建設(shè)各具特色的人才培養(yǎng)新模式。建環(huán)專業(yè)應(yīng)以綠色建筑、裝配式建筑、新能源、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、BIM技術(shù)、人工智能技術(shù)的發(fā)展為契機(jī)，加快專業(yè)內(nèi)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(shè)。

1" 迎合社會需求，加強(qiáng)工程教育

傳統(tǒng)的高等教育講授的是經(jīng)典理論，所授知識具有一定的滯后性，學(xué)生在課堂上學(xué)習(xí)的專業(yè)知識往往不符合企業(yè)的實(shí)際需求，企業(yè)總抱怨剛畢業(yè)的學(xué)生眼高手低，什么也不會，導(dǎo)致學(xué)生也常常懷疑自己在課堂上所學(xué)的知識在社會上是否有用，這跟培養(yǎng)計(jì)劃不能很好地契合企業(yè)需求有很大關(guān)系。一些高校的培養(yǎng)計(jì)劃是根據(jù)教指委的要求和兄弟院校的培養(yǎng)計(jì)劃編寫的，并沒有進(jìn)行足夠的市場調(diào)研和畢業(yè)生的調(diào)查反饋。這就導(dǎo)致高校不是很清楚社會對該專業(yè)的新要求，培養(yǎng)的學(xué)生不能很好地迎合企業(yè)的需求。而新工科就是要培養(yǎng)具備較強(qiáng)專業(yè)知識、工程實(shí)踐能力，能夠服務(wù)企業(yè)，能夠推動行業(yè)、產(chǎn)業(yè)、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新型應(yīng)用型工程技術(shù)人才。這就要求高校的教學(xué)、人才培養(yǎng)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(yè)、行業(yè)的發(fā)展方向，研究熱點(diǎn)，以市場為導(dǎo)向來調(diào)整自己的教學(xué)。因此，各高校加強(qiáng)工程教育已經(jīng)是迫在眉睫的工作[2]。

1.1" 學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)

高校應(yīng)根據(jù)本校學(xué)生就業(yè)的特點(diǎn)，結(jié)合教指委的要求，開出有針對性的課程和實(shí)驗(yàn)，做到理論與實(shí)踐相結(jié)合。例如：南華大學(xué)建環(huán)專業(yè)有不少畢業(yè)生在熱泵、空調(diào)廠家工作，南華大學(xué)根據(jù)學(xué)生就業(yè)實(shí)際情況及時調(diào)整，開出熱泵技術(shù)課程和制冷原理開放性實(shí)驗(yàn)，旨在使學(xué)生弄清什么是制冷機(jī)的四大部件及它們的作用，什么是環(huán)保冷媒以及每種冷媒的特性，熱泵和制冷循環(huán)的異同，等等。這些實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生必須自己動手操作，通過實(shí)驗(yàn)才能讓學(xué)生更好地理解課本上的知識，并在實(shí)驗(yàn)中盡可能增加設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性，做到有的放矢。

1.2" 加強(qiáng)教師工程能力培養(yǎng)

目前，高校大部分青年教師是從高校畢業(yè)的博士，理論知識豐富，但實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相對匱乏。青年教師是新工科建設(shè)的主力軍，必須鼓勵教師利用寒暑假等閑暇時間去生產(chǎn)一線，弄清企業(yè)的發(fā)展方向，有什么技術(shù)瓶頸有待突破；鼓勵教師校外兼職，從事暖通設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理等方面的工作，了解實(shí)際工程中的新技術(shù)、新工藝。

1.3" 團(tuán)隊(duì)協(xié)作

未來的科學(xué)技術(shù)交叉融合更深、更快，單打獨(dú)斗已不能應(yīng)對未來時代的發(fā)展，必須學(xué)會團(tuán)隊(duì)合作。例如：建環(huán)專業(yè)的冷熱源必須與自控專業(yè)深度融合，才能創(chuàng)造出效能更高的產(chǎn)品，降低運(yùn)行成本。

2" 推動人才培養(yǎng)體系發(fā)展，培育適合產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求的高技術(shù)人才

建環(huán)專業(yè)應(yīng)從以下幾個方面推動本專業(yè)人才培養(yǎng)體系不斷發(fā)展，力爭培育出適合產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求的高技術(shù)人才。

2.1" 綠色建筑

綠色建筑是在全壽命周期內(nèi)，節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)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(shí)現(xiàn)人與自然和諧共生的高品質(zhì)建筑，主要包括建筑的安全耐久、健康舒適、生活便利、資源節(jié)約、環(huán)境宜居等[3]。建環(huán)專業(yè)關(guān)注健康舒適、資源節(jié)約和環(huán)境宜居，研究的聲、光、熱、室內(nèi)空氣品質(zhì)、濕度、自然通風(fēng)、新能源等都是綠色建筑的關(guān)注點(diǎn)。對于綠色建筑而言，利用自然通風(fēng)來維持室內(nèi)溫濕度是一種有效的節(jié)能方式。建環(huán)專業(yè)可以通過CFD軟件模擬調(diào)整建筑朝向、高度、戶型、間距和布局等來實(shí)現(xiàn)良好的自然通風(fēng)?？照{(diào)能耗約占建筑能耗的一半，改善圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能、選擇高能效的冷熱源主機(jī)、利用可再生資源等，都是有效的節(jié)能措施，建環(huán)專業(yè)學(xué)生在綠建行業(yè)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(fèi)總量的46.5%。其中，建筑運(yùn)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(fèi)總量的21.7%[4]。我國是以煤電為主的國家，燃煤已造成嚴(yán)峻的環(huán)境問題，我國要努力爭取到2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，亟待發(fā)展新能源。空調(diào)是建筑的用能大戶，實(shí)現(xiàn)空調(diào)的有效節(jié)能具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。在空調(diào)應(yīng)用領(lǐng)域，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，用電驅(qū)動光伏離心機(jī)。光伏離心機(jī)把太陽能應(yīng)用于中央空調(diào)，對解決建筑空調(diào)能耗、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排有重要的現(xiàn)實(shí)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(wǎng)供電。還可以利用太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，為居民提供生活熱水。

2.3" 物聯(lián)網(wǎng)+智能建筑/家居

物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的延伸和擴(kuò)展，它是將各種信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合而形成的一個網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)在任何時間、任何地點(diǎn)，人、機(jī)、物的互聯(lián)互通[5]。物聯(lián)網(wǎng)與建環(huán)專業(yè)相結(jié)合，可以更好地實(shí)現(xiàn)建筑內(nèi)設(shè)備自控要求、節(jié)能目標(biāo)，達(dá)到智能建筑對樓宇設(shè)備自動化的要求。

在我國，智能建筑與可持續(xù)發(fā)展的理念相契合，在節(jié)能環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展上大有潛力。例如：生活水泵可以根據(jù)用水量及水壓，自動調(diào)節(jié)開啟的臺數(shù)及頻率；空調(diào)主機(jī)可以根據(jù)室內(nèi)外溫差，自動調(diào)節(jié)開啟臺數(shù)及變頻運(yùn)行，直至過渡季節(jié)空調(diào)全新風(fēng)運(yùn)行；電燈可以根據(jù)室內(nèi)光照強(qiáng)度，自動調(diào)節(jié)電燈功率。智能家居采用計(jì)算機(jī)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立的家庭信息化平臺。現(xiàn)在的智能家居已經(jīng)實(shí)現(xiàn)對大部分電器的自控及家居防火、防盜實(shí)時監(jiān)控，如家中無人時，可以利用手機(jī)APP控制采暖空調(diào)、電視機(jī)、燈光、背景音樂、窗簾等設(shè)備啟停及調(diào)節(jié)，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

物聯(lián)網(wǎng)+智能建筑/家居的發(fā)展，必然會促使建環(huán)專業(yè)往自控方面發(fā)展。建環(huán)專業(yè)應(yīng)與建筑電氣與自動化專業(yè)深度融合，可以增設(shè)復(fù)變函數(shù)與數(shù)理方程、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)、遙測遙控、建筑設(shè)備自動化系統(tǒng)等與控制相關(guān)的課程，調(diào)整人才培養(yǎng)方案，將傳統(tǒng)的專業(yè)知識和自動化、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)有機(jī)結(jié)合，提高學(xué)生建筑設(shè)備自動化設(shè)計(jì)、施工的能力，以應(yīng)對工業(yè)化與信息化的發(fā)展，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新力。

2.4" BIM技術(shù)

2012年，住房城鄉(xiāng)建設(shè)部為推進(jìn)BIM在我國建筑領(lǐng)域的應(yīng)用，下發(fā)《關(guān)于推進(jìn)建筑信息模型應(yīng)用的指導(dǎo)意見》。BIM技術(shù)在我國取得長足的發(fā)展，為了適應(yīng)土木行業(yè)對新技術(shù)的需求，現(xiàn)在各高校土木工程類專業(yè)均開設(shè)BIM技術(shù)課程，這對高校教師提出新的要求。由于BIM是門新技術(shù)，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(shù)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(shè)BIM技術(shù)的設(shè)計(jì)院或施工單位去實(shí)習(xí)，促進(jìn)BIM實(shí)操能力的有效提升。教師只有自己的實(shí)操能力過硬，才能指導(dǎo)出高水平的學(xué)生。學(xué)生一般在畢業(yè)設(shè)計(jì)階段使用BIM技術(shù)，對于建環(huán)專業(yè)而言，在制冷機(jī)房使用BIM更能體現(xiàn)BIM技術(shù)的優(yōu)越性。

2.4.1" 機(jī)房的三維可視性" BIM技術(shù)可以把機(jī)房以三維立體的形式進(jìn)行展示，也可以進(jìn)行二維出圖，展示機(jī)房的立面、剖面，也可以制成動畫漫游，從不同的角度對機(jī)房設(shè)備及管線的空間關(guān)系進(jìn)行審視，給人以直觀的感受。同時，BIM技術(shù)也可以用于概預(yù)算，給業(yè)主提供詳細(xì)的數(shù)據(jù)支持。

2.4.2" 機(jī)房的協(xié)調(diào)性" 在設(shè)計(jì)過程中，各專業(yè)經(jīng)常會出現(xiàn)因溝通不暢而導(dǎo)致相互之間出現(xiàn)沖突的情況，尤其是在機(jī)房，空間有限，空調(diào)風(fēng)管、水管、電橋、消防水管等與建筑專業(yè)、設(shè)備專業(yè)之間的碰撞問題。BIM提供的模型及報(bào)告，可使各專業(yè)明顯發(fā)現(xiàn)碰撞的情況，及時加以溝通改進(jìn)，能顯著減少工程變更。使用BIM設(shè)計(jì)空調(diào)機(jī)房，可以使學(xué)生明確主要設(shè)備的空間擺放位置，管線在空間中的定位，主機(jī)、水泵前后需接的閥門，機(jī)房內(nèi)的主要通道和檢修空間等，幫助學(xué)生建立空間的概念。經(jīng)過幾年的BIM畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)踐，可以加深學(xué)生對實(shí)際工程的理解，培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力，使學(xué)生明確機(jī)電專業(yè)管線的空間布置問題。

3" 結(jié)束語

在新工科和工程教育專業(yè)認(rèn)證大背景下，建環(huán)專業(yè)的教學(xué)模式、課程體系、人才培養(yǎng)理念等都亟待更新。建環(huán)專業(yè)新工科建設(shè)必須與綠色建筑、新能源、BIM技術(shù)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能技術(shù)、裝配式建筑交叉融合，以多學(xué)科多專業(yè)協(xié)作為基礎(chǔ)，通過“以學(xué)生為中心”“產(chǎn)出為導(dǎo)向”和“持續(xù)改進(jìn)”的工程教育理念改革，幫助學(xué)生樹立工程概念、工程意識，促進(jìn)建環(huán)專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量不斷提升。

參考文獻(xiàn)

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[3] 中國建筑科學(xué)研究院，上海市建筑科學(xué)研究院（集團(tuán)）有限公司.GB/T 50738—2019 綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2019.

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[5] 賈益剛.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測和預(yù)警中的應(yīng)用研究[J].上海建設(shè)科技，2010（6）：65-67.

作者：張杰，南華大學(xué)土木工程學(xué)院，講師，研究方向?yàn)槭覂?nèi)空氣品質(zhì)、熱質(zhì)交換設(shè)備；劉澤華，南華大學(xué)教務(wù)部部長，博士，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)榻ㄖh(huán)境與節(jié)能、通風(fēng)與核輻射防護(hù)；寧勇飛，南華大學(xué)土木工程學(xué)院，講師，研究方向?yàn)榻ㄖ?jié)能、建筑電氣（421001）。