基于BIM技術(shù)的“路、橋、隧施工”課程的教學(xué)改革
——以山東交通職業(yè)學(xué)院道路橋梁工程技術(shù)專業(yè)為例

榮文濤,王愛蘭,沈 磊

(山東交通職業(yè)學(xué)院,山東 濰坊 261206)

建筑信息模型(Building Information Modeling,以下簡稱BIM)技術(shù)是基于現(xiàn)代信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展融合而成的工程信息應(yīng)用技術(shù),利用數(shù)字技術(shù)存儲和傳遞工程結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特征,并以3D模式直觀表述,實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)、運(yùn)營管理信息傳遞共享和工作協(xié)同,實(shí)現(xiàn)了工程建設(shè)項(xiàng)目全程信息化。為提升公路水運(yùn)工程建設(shè)品質(zhì),落實(shí)全生命周期管理理念,2017年9月11日,交通運(yùn)輸部辦公廳印發(fā)了《關(guān)于開展公路BIM技術(shù)應(yīng)用示范工程建設(shè)的通知(交辦公路函〔2017〕1283號)》,《通知》提出了“提升公路設(shè)計(jì)水平”“提高公路建設(shè)管理水平”“推進(jìn)公路養(yǎng)護(hù)管理信息化”的三個階段性目標(biāo)。交通運(yùn)輸部在2018年3月提出了關(guān)于推進(jìn)水運(yùn)工程BIM技術(shù)應(yīng)用的指導(dǎo)意見。

“路、橋、隧施工”課程為高職道路橋梁工程技術(shù)專業(yè)核心課程,開展教學(xué)工作主要采用二維圖紙和現(xiàn)場照片作為主要素材,存在不夠直觀、理解困難、很難激發(fā)學(xué)習(xí)興趣等問題。BIM模型具有的可模擬性、三維可視化、工程信息可查詢等特征,為教學(xué)工作提供了適合的載體,可有效解決傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的問題,同時結(jié)合BIM教學(xué)成果可以提升學(xué)生BIM技術(shù)應(yīng)用技能[1]。本文首先對目前路、橋、隧施工類課程教學(xué)概況和存在的問題進(jìn)行分析,然后探討和研究了采用BIM技術(shù)進(jìn)行課程教學(xué)改革的實(shí)踐方法。

1 高職層次“路、橋、隧施工”課程概況

1.1 課程目標(biāo)與課程內(nèi)容

高職教育區(qū)別于本科教育,高職教育注重學(xué)生實(shí)際操作能力和工程實(shí)際解決問題能力的培養(yǎng),注重服務(wù)于施工一線精益求精的工匠精神的培養(yǎng)。山東交通職業(yè)學(xué)院的道路橋梁工程技術(shù)專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)面向施工一線的懂設(shè)計(jì)、精施工、會管理的適應(yīng)企業(yè)需求的專業(yè)高技能技術(shù)人才。

“路、橋、隧施工”課程屬于道路橋梁工程技術(shù)專業(yè)核心課程,要求學(xué)生具有較高的專業(yè)綜合素質(zhì),主要培養(yǎng)目標(biāo)有：①樹立學(xué)生在施工過程中質(zhì)量控制的意識,能有效地依據(jù)設(shè)計(jì)文件、圖紙、規(guī)范對項(xiàng)目的施工質(zhì)量進(jìn)行控制,并能合理地對工程項(xiàng)目進(jìn)度、費(fèi)用進(jìn)行控制,達(dá)到降低成本和提高利潤的目的；②培養(yǎng)學(xué)生在施工過程中根據(jù)所學(xué)知識靈活處理現(xiàn)場施工過程中存在問題的能力；③培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)施工圖紙和工程項(xiàng)目特點(diǎn)編寫施工方案和開工報(bào)告的能力。

學(xué)生需掌握以下課程內(nèi)容：了解公路工程基本組成、公路基本建設(shè)程序和公路施工準(zhǔn)備工作內(nèi)容；掌握公路路基、路面、橋梁、隧道工程的施工工藝及施工質(zhì)量控制關(guān)鍵點(diǎn)；掌握路基路面、橋梁、隧道工程施工質(zhì)量通病及防治措施；掌握公路工程施工的施工方案和開工報(bào)告的編制方法與技巧。

1.2 課程特點(diǎn)

“路、橋、隧施工”課程專業(yè)性強(qiáng),課程內(nèi)容針對公路線路中的路基、路面、橋梁、涵洞、隧道等構(gòu)筑物的施工工藝及工序質(zhì)量控制與管理。要求學(xué)生必須掌握路基、路面、橋梁、涵洞、隧道等構(gòu)筑物基本組成、施工工藝、施工質(zhì)量控制關(guān)鍵點(diǎn)及施工方案與開工報(bào)告的編制。涉及到多門專業(yè)基礎(chǔ)課程如《道路工程材料》《道路工程識圖與繪圖》《道路工程測量》等課程?！奥贰?、隧施工”課程不僅涉及到的是公路工程施工過程,還涉及到從公路項(xiàng)目的策劃立項(xiàng)到運(yùn)營養(yǎng)護(hù)的全壽命周期管理；不僅涉及到施工單位,而且還涉及到建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位的全方位質(zhì)量控制管理,這就需要在教學(xué)實(shí)踐過程中統(tǒng)籌兼顧,綜合考慮,充分體現(xiàn)出“路、橋、隧施工”課程綜合性強(qiáng)的特點(diǎn)。另外,公路工程施工點(diǎn)多、線長、面廣、工序多,施工工藝和施工方法受施工現(xiàn)場環(huán)境影響大,施工周期長,需要結(jié)合施工現(xiàn)場靈活選用工藝和方法。對應(yīng)不同的施工工藝、施工方法,采用的施工方案、施工質(zhì)量關(guān)鍵點(diǎn)就不一樣,這就需要通過實(shí)際工程項(xiàng)目進(jìn)行反復(fù)訓(xùn)練,達(dá)到適應(yīng)“路、橋、隧施工”課程實(shí)際操作性強(qiáng)的特點(diǎn)。

2 “路、橋、隧施工”課程教學(xué)存在的問題

1)教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性不強(qiáng),實(shí)踐性偏低,教學(xué)難度相對較大

“路、橋、隧施工”課程分為路基路面工程施工、橋梁工程施工、隧道工程施工等三大部分。路基工程屬于帶狀構(gòu)筑物,路面工程屬于層狀構(gòu)筑物。先介紹路基工程組成的基本知識,對路基工程中路基填筑、開挖,排水工程、防護(hù)工程施工等內(nèi)容進(jìn)行講解,其次再進(jìn)行路面基層、面層施工內(nèi)容的講述；橋梁、隧道工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣,施工工序多,施工難點(diǎn)大,且校內(nèi)缺乏真實(shí)的施工場景,學(xué)生對結(jié)構(gòu)的構(gòu)造原理和施工要點(diǎn)理解起來很吃力。同時公路工程施工點(diǎn)多、線長、面廣,周期長,雖然現(xiàn)在教學(xué)過程中依靠PPT、圖片、動畫、視頻等現(xiàn)代化教學(xué)手段，對學(xué)生進(jìn)行路、橋、隧基本組成、構(gòu)造原理與施工過程的講解,但由于現(xiàn)場實(shí)訓(xùn)條件有限,無法滿足全部學(xué)生的實(shí)踐教學(xué)。學(xué)生很難掌握整個公路施工過程,無法將所學(xué)知識進(jìn)行有效的串聯(lián),往往是學(xué)了后面忘了前面,不能對結(jié)構(gòu)形成一個完整的、清晰的認(rèn)識,教學(xué)效果不是很理想。

2)教材內(nèi)容更新較慢,難以滿足教學(xué)需要

當(dāng)前國家交通基建建設(shè)發(fā)展較快,公路施工新技術(shù)、新工藝層出不窮,日新月異,教材的更新遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于交通建設(shè)的發(fā)展速度。當(dāng)前教材普遍存在對當(dāng)前新技術(shù)、新工藝、新方法的闡述不夠,且教材圖例較少,無法體現(xiàn)出完整的施工過程,與現(xiàn)實(shí)差距較大。課堂講授無法結(jié)合不斷發(fā)展的公路施工新技術(shù)進(jìn)行教學(xué)。

3 “公路施工類”課程教學(xué)模式探討

3.1 教學(xué)改革概況

基于“路、橋、隧施工”施工類課程教學(xué)現(xiàn)狀和存在問題,在教學(xué)過程中必須引入信息化的手段,模擬公路建設(shè)的全過程,將真實(shí)復(fù)雜的項(xiàng)目信息完整的附在信息模型中,讓學(xué)生直觀地去感受、去了解公路項(xiàng)目的建設(shè),進(jìn)而根據(jù)模型包含的信息進(jìn)行真實(shí)的施工管理工作。學(xué)生對于知識、技能的掌握能與實(shí)際工程項(xiàng)目和場景對應(yīng)起來,進(jìn)一步提高了學(xué)生的實(shí)際操作能力,同時對有關(guān)知識、技能的理解也能更加透徹。在這個過程中,完整的公路信息化模型的收集是首先需要解決的問題,山東交通職業(yè)學(xué)院以已承攬的多項(xiàng)公路BIM技術(shù)應(yīng)用項(xiàng)目為載體,為“路、橋、隧施工”課程的改革提供基礎(chǔ)。其次要求教師轉(zhuǎn)變觀念,改變教學(xué)方式、整合教學(xué)內(nèi)容、主動收集公路項(xiàng)目建筑信息模型,優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)[2]。

基于BIM技術(shù)對“路、橋、隧施工”課程進(jìn)行改革對教師的要求比較高,要求教師對“路、橋、隧施工”施工工藝、工序非常熟悉,能夠編制各個階段的施工方案和開工報(bào)告,同時要求教師能夠熟練地應(yīng)用BIM技術(shù)。該項(xiàng)工作不是個別教師能夠獨(dú)立完成的,需通過建立專業(yè)教師團(tuán)隊(duì)來完成從教學(xué)內(nèi)容選取到教學(xué)過程設(shè)計(jì)整個過程的教學(xué)把控。教學(xué)過程中大量吸收參與過真實(shí)BIM技術(shù)應(yīng)用研究項(xiàng)目且懂公路施工相關(guān)內(nèi)容的教師加入到教師團(tuán)隊(duì)中來。下文分別從結(jié)合BIM模型信息的教學(xué)實(shí)踐和結(jié)合BIM技術(shù)的仿真教學(xué)實(shí)踐對教學(xué)改革內(nèi)容進(jìn)行探討。

3.2 結(jié)合BIM模型信息的教學(xué)實(shí)踐

結(jié)合BIM模型可展示全生命周期公路工程的信息,在教學(xué)過程中重點(diǎn)對公路施工相關(guān)信息進(jìn)行講解,由于結(jié)合了真實(shí)的三維模型,學(xué)生更容易理解相關(guān)信息,從而可以較好地掌握相關(guān)知識點(diǎn)[3]。 如某橋梁工程預(yù)制梁模型信息展示, 教學(xué)過程中結(jié)合模型對梁的構(gòu)成、尺寸信息、材質(zhì)信息等進(jìn)行講解,并可以通過人物漫游的形式查看不同部位的構(gòu)件及其信息,見圖1?；贐IM模型的某橋梁工程施工進(jìn)度計(jì)劃模擬,課程中結(jié)合模型講解施工進(jìn)度計(jì)劃的編制、橫道圖的含義等內(nèi)容，見圖2。通過課后調(diào)查,學(xué)生普遍反映可以較好地理解相關(guān)知識點(diǎn),教學(xué)效果明顯提升。

圖1某橋梁工程預(yù)制梁信息

圖2 某橋梁工程施工進(jìn)度計(jì)劃模型

3.3 結(jié)合BIM技術(shù)的仿真教學(xué)實(shí)踐

BIM技術(shù)的可模擬性和可視化特征為仿真教學(xué)提供了實(shí)現(xiàn)手段,可結(jié)合BIM實(shí)踐應(yīng)用開展仿真教學(xué),比如通過施工工藝模擬可讓學(xué)生直觀了解施工工藝過程,通過施工進(jìn)度計(jì)劃模擬可以了解工程完整的施工過程,通過協(xié)同管理演示可了解工程管理過程中的協(xié)同管理方法和流程等[4]。此外,教學(xué)過程中,學(xué)生可以通過建立BIM模型,在不同軟件中自己動手實(shí)現(xiàn)上述應(yīng)用,從而加深對施工過程的理解。采用上述仿真教學(xué)手段,可以大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,而且與實(shí)際工程項(xiàng)目的管理方式相同,學(xué)生畢業(yè)后可以快速適應(yīng)工作崗位。

基于BIM模型對某隧道工程主體結(jié)構(gòu)構(gòu)成進(jìn)行可視化展示,通過可視化仿真展示,學(xué)生可以直觀地了解隧道主體結(jié)構(gòu)構(gòu)成及其特征,見圖3。某隧道工程基于BIM模型的施工工藝模擬,通過直觀模擬可以讓學(xué)生理解施工工藝過程和施工注意事項(xiàng),與三維工藝模擬動畫的區(qū)別是模型與實(shí)際工程一致且模型信息可以查看,見圖4。通過上述方式進(jìn)行教學(xué),加深了學(xué)生對公路工程施工的理解,也讓學(xué)生可以結(jié)合實(shí)際工程項(xiàng)目進(jìn)行學(xué)習(xí),更接近于工程實(shí)踐。

圖3 某隧道工程主體結(jié)構(gòu)信息可視化展示

圖4 某隧道工程施工工藝模擬

4 結(jié) 語

BIM技術(shù)的引入使得公路施工類課程教學(xué)模式不再是單一的傳統(tǒng)PPT教學(xué),BIM模型及其應(yīng)用對學(xué)生理解教學(xué)內(nèi)容有很大幫助,教學(xué)效果明顯提升。通過結(jié)合BIM模型的信息呈現(xiàn)和BIM技術(shù)的三維可視化特征,可輔之以教學(xué)過程的重點(diǎn)、難點(diǎn)講解；同時通過結(jié)合實(shí)際工程的BIM技術(shù)應(yīng)用,可提升學(xué)生對工程實(shí)踐的理解。但是,目前施工類課程內(nèi)容開發(fā)還不夠完善,需要在今后工作中進(jìn)一步對實(shí)際項(xiàng)目進(jìn)行凝練,結(jié)合課程特點(diǎn)進(jìn)行系列化的課程內(nèi)容開發(fā)。