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1、建筑环境与设备工程专业调整改革总体构思清华大学 建筑学院 朱颖心自 1999 年新专业目录在全国的实施以来，原“供热、供燃气、通风与空调工程”专业就正式更名为“建筑环境与设备工程”专业了。这个改变并不仅仅意味着专业名称的改变，更重要的是随着国际上本学科科研与技术应用的发展、人们认识的进步带来我们对本专业定位的一个重新明确，从而导致培养目标的调整和整个课程体系的改革。通过近年来的实践探索，对此问题有了更进一步的认识，特别是对于专业基础课的设置与课程设计等实践环节的改革是本专业改革拓宽的重要环节。在此再进行进一步的总结。尽管表面上看来是 1999 年新专业目录的实施迫使本专业不得不进行改变，但实际
2、上，这种改变是保证本专业健康可持续发展的必要措施，新专业目录的实施只不过是为这个改变提供了一个启动的契机而已。本学科自 50 年代初向前苏联学习设置建立，从无到有，为我国暖通空调领域的人才培养和国家经济建设发挥了重要作用。随着科学技术的发展、教育理论的进步，人才的培养方式、专业内容、教学方法、课程体系等均应相应改进以适应社会不断变化的需要。在我国，已往本学科的学科基础基本与热能动力工程一致，即以传热学、流体力学和工程热力学为基础，类似美国的机械工程专业。这与当时的工程应用要求基本是相适应的，因为当时的主要应用领域多是工业建筑的环境控制，侧重采暖通风，所以培养的人才也能够充分满足当时国家建设的需
3、要，学科也能够很好地健康发展。但随着我国的改革开放，经济建设的迅猛发展使得本专业的应用领域迅速扩展，而且向民用建筑迅速普及，对本学科的技术发展提出了很多新要求；对国外现有的研究新进展和前沿成果了解得也越来越多，因此对于本学科前瞻性的发展也有了更多的认识。这一切都使我们越来越感到原有的几乎与热能动力工程专业完全一致的技术基础课程已经远远不能适应本学科人才培养急速发展的要求了，例如，向空调在民用建筑领域大范围的普及应用带来了大量的热舒适性问题、空气质量问题、病态建筑综合症问题，涉及到很多人与环境的关系；其中空气质量问题还牵扯到很多有害微生物在空气中的存活与传播的问题。绿色建筑是解决地球环境与城市建
4、设发展的一个重要的有效手段，但这涉及到很多建筑环境的被动调节方法、对自然能源的充分利用问题，涉及到自然地理气候条件、建筑的动态物理性能、太阳能的热量与自然光等等。因此可以断言，本学科的健康发展需要建立能够真正代表学科本质特点的学科体系以及专业基础课程。过去学科从名称上看，更多的是侧重某种技术，因此导致专业的名称从“采暖通风”发展到“供热、供燃气、通风与空调” ，都是技术的罗列。当时的技术基本在热能动力工程的领域内，所以与当时的课程体系是相适应的。但实际上，本学科一贯的目标是创造和控制人工因素形成的物理环境，即 Built Environment，包括建筑室内和外部微环境、各种设施、交通工具内部
5、的微环境。至于为达到此目的而采用什么类型、什么领域的技术，则应该是随着科学和技术的进步不断发展而更新的，并不应该成为划定本学科内容的因素。所以除了能够为现有微环境控制技术提供大部分支持基础的原来三门课程以外，我们还必须了解我们要创造并控制的环境有什么特点，和哪些因素有最重要的关联。因此应该有一门关于这个 Built Environment 的内在特征与理论的课程，才能够真正反映我们学科的特点，成为本学科区别于其他学科的一门核心基础课程。此外，为了推动本学科的可持续发展，原有的教学方法、培养思路也应该有较大的改革。特别是从已往注重知识灌输型的教学方法向启发引导式的教学方法转化是非常重要的。要做到
6、这一点，光依靠教师在课堂上讲课技巧的提高是远远不够的，还必须对课程的组成进行较大的重组改革。除了专业课程的重组、改革以外，课程设计的改革也是一个非常重要的步骤，而且在实践中也证明了其对学生的综合能力培养有着重要的推动作用。因此在这里，就具有学科特点的建筑环境学基础课程建设和暖通空调课程设计的改革做一个总结介绍。一专业特色基础课建筑环境学的建设与意义Built Environment，从字面上翻译是建造的环境，或者是人工造成的环境。用“建筑环境”来代替 Built Environment 仅仅是中文习惯的方便而已，同时我们研究的人工环境中以建筑环境为多，而且牵涉因素也最多。本课程的就是探讨外部环
7、境的特性、室内环境的形成原因与特性，以及人对环境的要求，是一门反映人建筑自然环境三者之间关系的科学，充分反映了本学科不同于其他学科的特点。通过学习这门科学，我们要完成这样的任务：了解人和生产过程需要什么样的室内、外环境；了解室内、外环境形成特征和影响因素；掌握改变或控制这些室内、外环境的基本原理与方法。这门课程内容包含：（1） 建筑外部环境，即影响建筑物理环境的自然和气象条件，包括太阳辐射、空气温湿度、风速与风场、地温、天空温度等变化规律与相互内在联系；（2） 建筑本体的热工特性，围护结构对内外扰的响应、室内热湿平衡，得热与负荷概念与理论；（3） 人体对热湿环境的反应理论，包括人体对民用建筑环
8、境的热舒适要求和工业建筑环境中的劳动保护卫生要求，与生理学与物理心理学密切相关；（4） 室内空气质量理论，室内空气质量的概念、评价、影响因素、污染物控制原理与方法；（5） 室内气流分布的评价与数学描述，对室内热湿环境、空气质量的分布影响；（6） 建筑光环境：光与能量的关系、光环境的度量与评价、自然采光与人工照明；（7） 建筑声环境：声环境的度量与评价，声音的传播与衰减，噪声控制的原理与方法。上述内容里有部分在原有的空气调节等专业课程里面有所涉及，但篇幅不多，也缺乏系统性。出于专业课的角色要求，主要是针对涉及到的应用问题而做了较简单的介绍，如负荷计算、噪声计算部分，更多的是侧重于计算应用。因此，
9、 建筑环境学对以前曾经涉及的室外自然环境、建筑热湿响应、人体热反应、气流分布、声环境等做了较系统、深入的介绍，着重在机理介绍和理论分析，并介绍了一些成熟的数学模型。此外还引入了室内空气质量、光环境等已往没有涉及过的内容。对于这样一门新课程，有的老师不免会提出这样的问题，有些内容，后续专业课程里没有相应的内容，不是白讲吗？比如建筑光环境，很多学校由于课时限制与师资的原因，无法开设采光、照明的后续课程。这样，在基础课里讲建筑光环境是不是浪费课时？这里涉及到基础课和后续专业课程的关系。基础课讲的应该是科学原理，而专业课讲的应该是现有的技术。科学原理有一定的相对稳定性，除非有重大的理论突破和新发现，同
10、时理论体系也有一定的相对独立性和完整性。但技术却往往是多学科理论的综合运用和实现方法，随着社会经济、工业基础和应用要求的发展可能有飞速的更新。一种当时是很先进技术，不久就可能变成陈旧的、被淘汰的东西了。所以，尽管专业课是最后学的东西，但绝对不是我们在学校培养学生阶段的终极目标。我们应该把专业课作为教会学生在现有经济、加工水平和应用要求条件下，如何运用基础科学理论来解决专业领域实际问题的载体。这样，学生走出校门就远不只是掌握了几门专业课，而是具有了一定解决本领域问题的能力和继续学习提高的能力。所以基础课的目的不仅是为了后续专业课程服务，更重要的是为学生适应今后的工作和继续提高打下宽厚的基础，为拓
11、展知识面，适应新的技术、处理新问题开拓了可能。例如原有的流体力学、传热学和工程热力学等技术基础课，很多内容在现有后续的专业课程里都没有用到，数理化及机电类课程内容后面出现得就更少，但这些都为学生今后的继续提高打下了必要的雄厚基础。除了少数主干课程以外，大部分专业课都应该根据各学校的特点来灵活开设，因此后续的专业课程绝对不能制约前面基础课的内容。另外，基础课往往对学科今后的发展方向有着决定性的作用，因此在课程内容上应当有一定的先进性、超前性。以我们最为生疏的建筑光环境为例，在很多发达国家如日本、英国，采光和照明是建筑设备专业的一个重要方向。因为现代办公建筑的照明能耗约占整个建筑能耗的 30以上，
12、仅次于空调采暖能耗，所以在绿色建筑中照明节能是重要的内容，而且节省照明能耗的同时也降低了空调的能耗。因此采用被动和主动的手段充分利用自然采光，是降低人工照明能耗的有效途径。这时，各种自然采光设备与照明设施的智能化控制往往也是建筑设备专业的重要任务。所以说，掌握建筑光环境的基础理论，无论是为拓宽我们学科的研究领域，还是增强学生的从业适应能力、增加毕业生的就业机会来说都是非常有意义的。二、专业课程设计综合化在前面论述基础课与专业课的关系中谈到，基础课是科学原理，而专业课介绍的是技术，是给学生看在现有各种社会条件下如何综合运用多学科理论解决专业领域问题的实现手段。而专业课又分为教师讲授型的专业课和学
13、生动手型的课程设计等专业训练环节。这二者之间也存在着这样类似的关系：讲授型专业课，每门课介绍的是一类技术，尽管这些技术会涉及到多学科的基本原理，但从基本原理或者应用特点来说会具有一定的共性，与其他专业课相比也有一定的相对独立性。对技术的介绍，当然应当立足于现有的技术，但让学生了解技术的衍化过程、相对合理性与条件局限性，并看到今后发展的可能对学生来说也是非常重要的内容。动手型的专业训练环节，或称作动手型专业课，应该是用一个应用对象作为载体，训练学生在一定应用约束条件下，尽可能合理地综合运用从专业课学习到的各种技术来解决实际应用问题。所以，和基础课与专业课之间不存在一一对应关系一样，讲授型的专业课
14、和动手型的专业课也没有一一对应的必要，否则不仅不能强化学生对技术的掌握，反而会妨碍学生对合理运用技术的精髓的理解。上述两种类型专业课程的角色混淆是专业课效率低、费课时、学生不感兴趣的症结之一。比如已往在讲授型专业课上我们不是突出介绍此类技术涉及的科学原理和应用特点，而是把一些应该在动手型专业课中要做的事情搬了进来，比如设计步骤的一二三、怎么定某个系数、怎么查什么表、哪一步用哪个公式等。尽管教师不厌其烦，但学生却没有兴趣，因为明明是针对性很强的应用型的工作，却在做缺乏针对对象的介绍，是无的放矢，听者记不住，没有收获，浪费了时间。另一方面，如果在动手型专业课中，没有体现训练学生综合运用各种专业技术
15、来解决实际问题的特点，而仅仅是把前面教师在课上讲的设计步骤一二三、怎么定某个系数、怎么查什么表、哪一步用哪个公式过一遍，结果只是训练了学生听从指挥做查表机器和计算器的能力，没有学到技术的精髓，更不可能培养学生的创新能力。因此，作为动手型专业课重要组成的专业课程设计必须进行大的改进。原有的课程设计内容划分过细，空调、制冷、供热、锅炉、通风等每门专业课都带有一个小课程设计。由于设计课时少，内容很受限制，因此常常是一个简单的设计对象，已知条件都给定，设计方案几乎很难有什么变化，结果往往是全体学生做得都一样，甚至出现程度不同的抄袭现象。大家只是把步骤都走一遍，其中可供学生分析思考的余地很小，任务没有挑
16、战性，无论是对勤学生还是对懒学生都没有吸引力。学生做完了，只知道就得这么做，至于为什么要这样做、还有什么别的做法往往是不清楚的。更重要的是，随着技术的发展，原有的课程设计内容的划分也不尽合理，比如很多冷热末端是共用的，冷热源也是共用的设备，而且这种情况越来越普遍，按照原有的课程设计内容划分这些都不可能考虑。但现代的应用则要求必须综合地考虑各种技术手段来达到最佳的效果，因此综合分析问题，灵活运用技术的能力是我们培养本科生的重要目标，比教会学生怎么查手册，怎么选一个系数更加重要。创造室内健康环境是综合措施，所以训练学生的综合能力也是为了满足职业注册公用设备工程师的教育要求。目前，已经有一些院校对专业课程设计进行了不同程度的改革，对设计内容进行综合化，有些进行了组建涵盖两门或两门以上专业课程的综合课程设计的尝试，有些把所有课程设计合并成为一个综合设计课。通过对数届毕业班学生的调查发现，学生普遍反映这种改革后的课程设计不仅非常有助于培养学生整体的设计概念和处理工程实际问题的能力，而且在提高学生兴趣，促进学生的主动思考和培养创新能力都非
