BIM技術(shù)在橋梁施工課程教學(xué)改革中的應(yīng)用

楊 勃，蔣平江，陳艷茹

（陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 渭南 714000）

BIM技術(shù)在橋梁施工課程教學(xué)改革中的應(yīng)用

楊 勃，蔣平江，陳艷茹

（陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 渭南 714000）

橋梁施工是高職道橋橋梁工程技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，由于專業(yè)技術(shù)要求高、專業(yè)實(shí)踐性強(qiáng)、涉及面廣、專業(yè)知識(shí)內(nèi)容豐富，現(xiàn)有課堂教學(xué)方法授課難度大，不利于學(xué)生很好地理解三維構(gòu)造和復(fù)雜的施工工藝，講授和學(xué)習(xí)很難緊密結(jié)合。為了更好地開展橋梁施工教學(xué)，結(jié)合BIM技術(shù)在工程中的應(yīng)用，針對(duì)學(xué)校教學(xué)的實(shí)際條件，利用BIM技術(shù)并指導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)造各種橋梁模型，創(chuàng)新了教學(xué)手段和方法，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，增強(qiáng)動(dòng)手能力。

高職教育；橋梁施工課程；BIM技術(shù)；教學(xué)改革

一、高職橋梁施工課程改革的必要性

1．市場和行業(yè)背景的要求

通過深入大型企業(yè)施工一線調(diào)研我們可以發(fā)現(xiàn)，道橋?qū)I(yè)的畢業(yè)生參與橋梁施工項(xiàng)目人數(shù)比例較大，有一部分畢業(yè)生在畢業(yè)實(shí)習(xí)的時(shí)候，經(jīng)過一年的現(xiàn)場鍛煉，很快成長為企業(yè)的施工一線技術(shù)骨干。所以從調(diào)研的情況來看，施工企業(yè)迫切需要大量的上手比較快的技術(shù)應(yīng)用性人才，尤其對(duì)識(shí)圖能力的要求會(huì)更高。BIM是指以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)建立信息模型，并應(yīng)用到工程實(shí)際。

2．國家教育方針政策的要求

《教育部關(guān)于全面提高高等職業(yè)教育教學(xué)質(zhì)量的若干意見》 （教高〔2006〕16號(hào)文件）指出，高職教育的教學(xué)活動(dòng)應(yīng)與生產(chǎn)實(shí)踐、社會(huì)服務(wù)、技術(shù)推廣及技術(shù)開發(fā)緊密結(jié)合[1]。橋梁施工課程是道橋?qū)I(yè)的專業(yè)核心課程之一，其教學(xué)內(nèi)容具有實(shí)踐性要求高、技術(shù)密集、專業(yè)涉及面廣的典型特征[2]。

黨的十八大提出“信息化和工業(yè)化深度融合”的精神，正在指導(dǎo)建筑施工行業(yè)加快轉(zhuǎn)變其發(fā)展方式，構(gòu)建現(xiàn)代建筑業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展新體系[3]。從我院（陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院）廣泛的企業(yè)調(diào)研反饋結(jié)果來看，中國中鐵、中國鐵建、中建等企業(yè)近兩年開始大力推廣BIM技術(shù)應(yīng)用，迫切需要掌握BIM技術(shù)的技術(shù)技能人才，BIM技術(shù)已經(jīng)成為企業(yè)和工程技術(shù)人員備受青睞的核心能力。

二、橋梁施工課程改革主要問題和內(nèi)容

1．橋梁施工課程技術(shù)性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜

如果完全按照德國行動(dòng)導(dǎo)向教學(xué)法，需要按實(shí)體比例進(jìn)行橋梁生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)，目前在現(xiàn)有的教學(xué)條件下很難完成。因?yàn)檫@不僅需要大量的資金、場地，而且建筑構(gòu)造具有不可拆除重復(fù)利用性能，拆除還會(huì)產(chǎn)生大量的建筑垃圾，環(huán)境保護(hù)壓力巨大。如果利用BIM模擬技術(shù)，按照施工進(jìn)度把各個(gè)步驟的施工模塊建立三維模型，可以提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中一些不足之處，提前預(yù)留和采取措施進(jìn)行。利用BIM技術(shù)軟件進(jìn)行三維模擬，三維可視化的模型如圖1所示，橋梁階段鋼筋梁量計(jì)算界面如圖2所示，可極大地提高橋梁施工結(jié)構(gòu)圖識(shí)圖的有效性。

圖1 橋梁整體三維模型

圖2 橋梁階段鋼筋梁量計(jì)算

2．橋梁施工課程內(nèi)容比較多，實(shí)踐性很強(qiáng)，施工工藝比較多

橋梁由于結(jié)構(gòu)類型多，施工方法多，施工工藝流程多，知識(shí)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，施工組織較為復(fù)雜，因此在專業(yè)課程中體現(xiàn)為“三多兩復(fù)雜”的課程特點(diǎn)。學(xué)生們對(duì)這樣的課程采用傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方法進(jìn)行學(xué)習(xí)，很難達(dá)到良好的效果，短期內(nèi)理會(huì)出現(xiàn)解困難。另外，從課程實(shí)踐角度分析，橋梁施工課程實(shí)習(xí)內(nèi)容較多，實(shí)訓(xùn)操作設(shè)備需求多，實(shí)訓(xùn)期間管理人員較少，實(shí)訓(xùn)過程存在“三多一少”的困難，實(shí)訓(xùn)過程組織實(shí)訓(xùn)真實(shí)性很難達(dá)到實(shí)踐能力培養(yǎng)的要求。在這個(gè)過程中，通過生動(dòng)、直觀的橋梁施工工序模擬，同學(xué)們依據(jù)施工方案和施工相應(yīng)的規(guī)范可以有效分析復(fù)雜結(jié)構(gòu)的施工工序是否合理、施工質(zhì)量控制措施是否恰當(dāng)。預(yù)制構(gòu)件的吊裝程序是否合理[4]。通過BIM軟件進(jìn)行模擬驗(yàn)證，確保課程教學(xué)能夠形象生動(dòng)，高效地熟悉施工過程，在這個(gè)學(xué)習(xí)過程中學(xué)生始終是主導(dǎo)地位，這能夠發(fā)揮學(xué)生自身的主觀能動(dòng)性，提高學(xué)習(xí)積極性和動(dòng)手能力。

3．橋梁施工課程是以項(xiàng)目教學(xué)為主體，結(jié)合施工過程進(jìn)行實(shí)踐的課程

目前我院現(xiàn)有硬件條件很難到達(dá)按照施工過程進(jìn)行真實(shí)訓(xùn)練的水平。將橋梁三維建模應(yīng)用和進(jìn)度計(jì)劃編制結(jié)合使用[4]，實(shí)現(xiàn)橋梁構(gòu)造教學(xué)過程的三維識(shí)圖要求，把橋梁單位構(gòu)造按照施工順序的時(shí)間維度進(jìn)行模擬演示是可行的。模擬演示橋梁施工過程，會(huì)使教學(xué)更生動(dòng)形象，學(xué)生更易于接受。

4．橋梁施工過程中的項(xiàng)目管理的全過程，需要高效率的管理方案

通過采用BIM技術(shù)對(duì)施工過程模擬，針對(duì)發(fā)現(xiàn)的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)問題和施工方案問題進(jìn)行優(yōu)化，將橋梁施工過程中可能出現(xiàn)的問題提前發(fā)現(xiàn)并解決，提高學(xué)生對(duì)施工全過程的管理能力訓(xùn)練。由對(duì)問題做出的“被動(dòng)管理”方式轉(zhuǎn)變?yōu)樘崆鞍l(fā)現(xiàn)問題的“主動(dòng)管理”方式[5]，從而增強(qiáng)在今后工作崗位上遇到類似施工問題的發(fā)生的應(yīng)對(duì)能力，縮短人才培養(yǎng)的周期，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)與崗位能力的無縫對(duì)接。同時(shí)，模擬真實(shí)施工過程是讓學(xué)生們能夠更好地理解施工工藝、流程、減少施工問題的發(fā)生[6]，有針對(duì)性地進(jìn)行施工活動(dòng)管理，以實(shí)現(xiàn)學(xué)生效率顯著提升。

三、針對(duì)面臨問題研究改革方法和實(shí)施方案

基于一整套正在施工的完整施工圖，按照施工圖實(shí)際尺寸利用revit等軟件建成1:1的三維實(shí)體模型，該模型既能將整個(gè)典型工程組合到一起，又能分部位、分構(gòu)建拆分查看，充實(shí)教學(xué)素材，豐富教學(xué)手段，做到教學(xué)內(nèi)容與施工現(xiàn)場具體施工技術(shù)與施工工藝的同步更新。

整合橋梁施工課程結(jié)構(gòu)，將原來的基礎(chǔ)工程課程與橋梁施工課程整合成一門課程。將原來橋梁施工課程104課時(shí)擴(kuò)展到154課時(shí)，在原來授課內(nèi)容的基礎(chǔ)上增加50課時(shí)的橋梁基礎(chǔ)施工方面的內(nèi)容。遵循橋梁施工的自然順序，首先從橋梁地基基礎(chǔ)的施工講起，逐漸過渡到橋墩橋臺(tái)，最后再講上部主梁和橋面鋪裝部分內(nèi)容，這樣從施工建造這個(gè)角度提高了課程邏輯性和良好的工程銜接問題，有利于提高學(xué)生對(duì)項(xiàng)目建設(shè)邏輯性的培養(yǎng)。

策劃基于三維建模技術(shù)橋梁施工課程施工圖識(shí)讀核心職業(yè)能力培養(yǎng)。由于橋梁施工課程主要任務(wù)之一就是要培養(yǎng)學(xué)生識(shí)讀施工圖的能力，讀懂了施工圖才能準(zhǔn)確了解清楚施工圖紙的構(gòu)造，進(jìn)而才能依據(jù)施工圖指導(dǎo)現(xiàn)場施工，把圖紙構(gòu)筑物準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)化成工程實(shí)物。結(jié)合德國行動(dòng)導(dǎo)向教學(xué)方法的啟示，根據(jù)我院實(shí)際客觀條件，橋梁施工教學(xué)改革組織實(shí)施中，我們整體計(jì)劃參照施工圖識(shí)讀能力和施工能力培養(yǎng)思路進(jìn)行：

第一，課程改革組成員在熟悉一整套典型橋梁的圖紙的基礎(chǔ)上，遵循從簡單到復(fù)雜，從單體到整體的學(xué)習(xí)規(guī)律，采用正在使用施工的完整施工圖的開發(fā)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，按照施工圖實(shí)際尺寸，利用revit建成1:1的三維實(shí)體模型，建模時(shí)既有整體的構(gòu)造效果圖，又有各個(gè)部位的細(xì)部鋼筋布置圖。

第二，采用已經(jīng)熟悉的圖紙，在能夠建立起橋梁模型基礎(chǔ)之上，培訓(xùn)學(xué)生學(xué)會(huì)使用revit等建模軟件，讓學(xué)生同時(shí)能夠熟練查看已經(jīng)建立起來的模型和圖紙并進(jìn)行對(duì)比分析，使得學(xué)生逐漸具備根據(jù)施工圖準(zhǔn)確無誤地創(chuàng)建三維BIM圖的能力，并且可以達(dá)到在訓(xùn)練過程中熟練運(yùn)用的目標(biāo)。橋梁階段鋼筋梁量計(jì)算如圖3所示。

圖3 T梁整體鋼筋圖

第三，根據(jù)具體教學(xué)情境的需要，在每一個(gè)大的情景完成后，選取典型圖紙的一個(gè)構(gòu)建細(xì)部，指導(dǎo)學(xué)生利用revit按尺寸精確建立橋梁各部件的實(shí)體模型。因?yàn)樵谀Ｐ椭谱鬟^程中需要嚴(yán)格參照施工圖，準(zhǔn)確建模，電腦機(jī)房動(dòng)手操作，這樣一方面提高學(xué)生實(shí)際動(dòng)手解決問題的能力，另一方面建立的模型是可視的，很容易檢查出來學(xué)生是否真正能夠準(zhǔn)確無誤地讀懂施工圖紙。橋梁施工課程中樁基承臺(tái)、橋墩橋臺(tái)、主梁等部分教學(xué)情景在教學(xué)實(shí)踐中重復(fù)三維建模教學(xué)過程，這樣反復(fù)重復(fù)才能真正提高學(xué)生的施工圖的識(shí)讀能力。

加強(qiáng)橋梁施工課程施工圖實(shí)訓(xùn)條件設(shè)備建設(shè)，購置高檔有獨(dú)立顯卡的符合三維建模需要的電腦50臺(tái)，同時(shí)建立配備三維建模軟件使用的專業(yè)機(jī)房和兩臺(tái)3D打印機(jī)。對(duì)建模水平較好的同學(xué)可以允許他們把自己的作品進(jìn)行打印并貼上自己信息牌，做為對(duì)其獎(jiǎng)勵(lì)，如圖4、圖5所示。在機(jī)房四周配備一圈柜子，柜子里面存放為我們11名學(xué)習(xí)情境而準(zhǔn)備的十一套施工圖紙，每套圖紙各50份，配備橋梁各種設(shè)計(jì)施工規(guī)范，施工手冊(cè)，每種規(guī)范或手冊(cè)各10份，配備計(jì)算器、制圖工具、裁剪小工具各50份，以便查閱資料。

圖4 學(xué)生三維建模現(xiàn)場

圖5 學(xué)生3D打印作品

四、教學(xué)效果分析

1．試點(diǎn)安排

根據(jù)具體教學(xué)安排，在2013、2014級(jí)道路橋梁工程技術(shù)專業(yè)橋梁施工課程中進(jìn)行試點(diǎn)，本專業(yè)共12個(gè)班中，選擇三個(gè)班進(jìn)行試點(diǎn)，分別由三名老師帶一個(gè)試點(diǎn)班和一個(gè)普通班，每個(gè)班級(jí)人數(shù)45名左右。期末通過期末考試成績對(duì)比分析，采集試點(diǎn)班級(jí)和非試點(diǎn)班級(jí)從平均分和題型得分中進(jìn)行分析。

2．?dāng)?shù)據(jù)分析

從圖6中可以看出，試點(diǎn)班級(jí)橋梁施工課程的平均分均高出非試點(diǎn)班級(jí)15.8分，同比高出24.2%。另外，從題型來看，試點(diǎn)班級(jí)填空題和非試點(diǎn)班級(jí)得分率相差不大，試點(diǎn)班案例題平均分高出非試點(diǎn)班7.9分，同比高出32.1%，試點(diǎn)班識(shí)圖題平均分高出非試點(diǎn)班11.2分，同比高出46.3%。主要是填空題主要是靠記憶性的考核內(nèi)容較多，而BIM技術(shù)應(yīng)用對(duì)提高學(xué)生記憶性內(nèi)容提高不是很明顯，但是案例分析題和識(shí)圖題平均分提高很明顯，尤其是識(shí)圖題提高幅度達(dá)到46.3%。這說明BIM技術(shù)在橋梁施工教學(xué)過程中的應(yīng)用可以顯著提高同學(xué)們對(duì)橋梁構(gòu)造和施工工藝流程的理解能力，更加提升同學(xué)們識(shí)圖能力和施工方案優(yōu)化的能力。

圖6 2014級(jí)道橋?qū)I(yè)橋梁施工課程期末考試分析統(tǒng)計(jì)表

從圖7中可以看出，2014級(jí)試點(diǎn)班級(jí)橋梁施工課程的平均分均高出非試點(diǎn)班級(jí)22.1分，同比高出33.4%，比2013級(jí)高出11個(gè)百分點(diǎn)；另外從題型來看，2014級(jí)試點(diǎn)班級(jí)填空題和非試點(diǎn)班級(jí)得分率相差不大和2013級(jí)基本相差不大；2014級(jí)試點(diǎn)班案例題平均分高出非試點(diǎn)班11.9分，同比高出52.7%，比2013級(jí)高出20多個(gè)百分點(diǎn)；2014級(jí)試點(diǎn)班識(shí)圖題平均分高出非試點(diǎn)班13.3分，同比高出52.8%，比2013級(jí)提高了6個(gè)百分點(diǎn)。主要是填空題，靠記憶性的考核內(nèi)容較多，而BIM技術(shù)應(yīng)用對(duì)提高學(xué)生記憶性內(nèi)容提高不是很明顯，但是案例分析題和識(shí)圖題平均分提高很明顯，尤其是識(shí)圖題提高幅度很大。

圖7 2014級(jí)道橋?qū)I(yè)橋梁施工課程期末考試分析統(tǒng)計(jì)表

從圖8、圖9中可以看出，從2014級(jí)和2013級(jí)比較而言，2013與2014級(jí)非試點(diǎn)班相比較成績提升很有限，教學(xué)效果提升不明顯。而2013與2014級(jí)試點(diǎn)班班級(jí)成績大幅度提升，尤其是2014級(jí)試點(diǎn)班的識(shí)圖題和案例題得分率都明顯上升。這說明BIM技術(shù)在橋梁施工教學(xué)過程的應(yīng)用中，由于教師教學(xué)能力的提升，教學(xué)資料和教學(xué)設(shè)計(jì)的不斷完善，教學(xué)設(shè)備的不斷更新，可以顯著提高同學(xué)們對(duì)橋梁施工課程的學(xué)習(xí)能力，更加提升同學(xué)們識(shí)圖能力和施工方案編制與完善的能力，提高認(rèn)知和理解能力，提升學(xué)習(xí)的效率和效果。

圖8 2013與2014級(jí)道橋試點(diǎn)班橋梁施工課程期末考試對(duì)比分析表

圖9 2013與2014級(jí)道橋非試點(diǎn)班橋梁施工課程期末考試對(duì)比分析表

五、總結(jié)及展望

橋梁施工課程通過幾輪改革，已經(jīng)取得一定的成果，如何充實(shí)課程教學(xué)內(nèi)核，從根本上提高學(xué)生的施工圖識(shí)讀核心能力，提升學(xué)生的知識(shí)層次和能力水平非常重要。通過revit、達(dá)索等軟件進(jìn)行全橋的三維建模，將二維圖紙轉(zhuǎn)化成三維實(shí)體，把復(fù)雜的橋梁構(gòu)造立體化、可視化，將工藝邏輯問題簡單化、清晰化，解決教學(xué)過程中施工圖識(shí)讀，施工工藝?yán)斫庑Ч臋z查困難、教學(xué)效果難以把握的問題，通過試點(diǎn)達(dá)到了教學(xué)的效果，但是對(duì)教學(xué)環(huán)境和設(shè)備要求較高，教學(xué)投入比較大，在推廣過程中各個(gè)院校要結(jié)合實(shí)際條件考慮使用。

[1]洪磊.BIM技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用研究[D].成都:西南交通大學(xué),2012.

[2]張新軍,彭衛(wèi)兵.橋梁工程課程教學(xué)改革的探討與實(shí)踐[J].高等建筑教育,2008(6):72-75.

[3]汪時(shí)機(jī),李賢,蔣運(yùn)忠.《橋梁工程》課程教學(xué)存在的問題與對(duì)策[J].西南師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010(2):273-276.

[4]張洋.基于BIM的建筑工程信息集成與管理研究[D].北京:清華大學(xué),2009.

[5]楊勃,羅建華,韋笑美.“橋梁施工”課程教學(xué)方法改革的探討[J].清遠(yuǎn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2015(7):93-94.

[6]李紅學(xué),郭紅領(lǐng),高巖,等.基于BIM的橋梁工程設(shè)計(jì)與施工優(yōu)化研究[J].工程管理學(xué)報(bào),2012(6):48-52.

[責(zé)任編輯，撫順職院：陳 輝]

The Application of BIM Technology in the Teaching Reform of Bridge Construction Course

YANG Bo,JIANG Ping-jiang,CHEN Yan-ru
(Shaanxi Railway Institute,Weinan 714000,China）

Bridge construction is a professional core course of higher vocational road bridge engineering technology major, due to higher requirements for professional technology,strong professional practice,large coverage,rich content,the difficult implementation of present class teaching method,the students find it difficult to understand the three dimensional structure and complex technology,and teaching is difficult to closely combine with learning.In order to better implement bridge construction teaching,combined with the application of BIM in the project,considering the actual conditions of the teaching,it makes use of BIM technology and guides students to create all kinds of bridge models,innovates teaching methods and means,improves students'learning interest and enhances their operational ability.

higher vocational education;bridge construction course;BIM technology;teaching reform

G712

A

1009—7600（2017）02—0052—04

2016-10-08

2015年度陜西高等教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（高等繼續(xù)教育） （15J43）；全國交通運(yùn)輸職業(yè)教育教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)路橋工程類專業(yè)指導(dǎo)委員會(huì)2015年教研課題：“項(xiàng)目化為載體、信息化為支撐”的道橋?qū)I(yè)改革與實(shí)踐；陜西省職業(yè)技術(shù)教育學(xué)會(huì)2016年度教育科研規(guī)劃課題（SZJG-1616）

楊勃（1983—），男，陜西周至人，講師，碩士；蔣平江（1978—），男，湖南耒陽人，副教授，碩士；陳艷茹（1984—），女，寧夏平羅人，講師，碩士。