鐵道工程智能施工與概預算課程建設的探索

田亞護 鐘陽龍 王濤

［摘 要］鐵道工程智能施工與概預算作為一門新開設的鐵道工程專業(yè)本科生主干課程，對培養(yǎng)學生的綜合應用能力、創(chuàng)新能力和鐵道工程實踐能力具有重要作用。經過一年的教學實踐，北京交通大學鐵道工程智能施工與概預算課程取得了良好的教學效果，但在實踐教學中仍然存在一些突出問題，有待進一步改革和完善。課程組通過分析鐵道工程智能施工與概預算課程的教學現狀及在教學過程中遇到的問題，提出了相應的解決方案，旨在進一步提高該課程的教學質量和水平，為學?！半p一流”學科建設奠定基礎。

［關鍵詞］鐵道工程智能施工與概預算；教學實踐；課程建設探索

［中圖分類號］G642.5［文獻標識碼］A［文章編號］2095-3437（2024）05-0027-04

土木工程智能建造，是將新一代信息技術與土木工程建造融合形成的工程建造創(chuàng)新模式，其本質是利用以“三化”（數字化、網絡化和智能化）和“三算”（算據、算力、算法）為特征的新一代信息技術，在實現工程建造要素資源數字化的基礎上，通過規(guī)范化建模、網絡化交互、可視化認知、高性能計算以及智能化決策支持，實現數字鏈驅動下的工程立項策劃、規(guī)劃設計、施（加）工生產、運維服務一體化集成與高效率協同、綠色可持續(xù)的智能化工程產品生產與服務。

一、鐵道工程智能施工與概預算課程建設的背景

為深入貫徹黨的十九大作出的建設交通強國的重大決策部署，我國鐵路管理部門發(fā)布了《新時代交通強國鐵路先行規(guī)劃綱要》，提出要加強智能建造、智能裝備和智能運營等技術攻關，這對我國經濟社會發(fā)展和交通強國等的實施具有十分重要的意義[1]。鐵路智能建造技術是將新一代信息技術與鐵路工程建造融合所形成的工程建造創(chuàng)新模式，是實現鐵路工程高質量發(fā)展的重要環(huán)節(jié)[2]。目前，我國鐵路工程建造技術、標準體系及主要技術參數均達到了世界領先水平[3]。

作為向鐵路工程建設輸送專業(yè)人才的高等院校，北京交通大學針對鐵道工程專業(yè)本科生開設了專業(yè)主干課程——鐵道工程智能施工與概預算。該課程主要是對我國鐵路建設站前工程中的路基工程、橋涵工程、隧道工程、軌道工程、鐵路大型臨時設施工程和智慧工地中采用的智能建造技術、施工工藝流程或方法進行較全面的介紹，并在此基礎上，對智能建造模式下的鐵路工程概預算編制方法進行補充，是一門實踐性較強的課程。通過該課程教學，一方面使學生掌握鐵道工程智能施工的新技術，另一方面使學生掌握如何將鐵道工程智能建造新模式下的施工工藝流程與工程概預算定額抽換進行結合，使其更符合工程實際，提高工程概預算編制的準確性，從而培養(yǎng)更多具有系統(tǒng)專業(yè)知識和實踐創(chuàng)新能力的鐵道工程建設人才。本文探索了北京交通大學鐵道工程專業(yè)鐵道工程智能施工與概預算課程在教學實踐過程中存在的問題，提出了相應的解決方案，以期進一步提高該課程的教學質量和水平，為學?！半p一流”學科建設奠定基礎，為我國鐵路建設發(fā)展培養(yǎng)更多優(yōu)秀人才。

二、鐵道工程智能施工與概預算課程的特點

北京交通大學鐵道工程智能施工與概預算是一門新開設的專業(yè)課程，共48學時，其內容不僅包括智能建造的現代化技術、鐵路土建工程的智能施工技術、智慧工地管理技術，還涉及施工組織理論、鐵路工程概預算理論及應用，各章節(jié)內容相互獨立且知識點較多。該課程具有以下特點。

（一）涉及專業(yè)多

鐵道工程施工主要包括路基工程、橋涵工程、隧道工程、軌道工程、鐵路大型臨時設施（如鋪軌基地、制存梁場、軌道板預制場、填料或混凝土拌合站等）的施工。路基工程、橋涵工程、隧道工程和軌道工程都是北京交通大學鐵道工程專業(yè)本科生的專業(yè)主干課，課程的知識點較多且各具特點，鐵道工程智能施工相關技術也各具特色，這使得鐵道工程智能施工與概預算課程教學過程的邏輯性不如基礎理論課強。

（二）交叉性強

鐵道工程智能施工技術以新興的信息技術和智能裝備為支撐，推動我國鐵路工程建設的生產方式和管理模式等各方面的變革[4]。BIM技術、計算機視覺、人工智能、物聯網、大數據、GIS、云計算、區(qū)塊鏈等新興技術都在不同程度上被應用于鐵道工程智能施工，不同技術之間相互獨立，但在應用中又相互聯系。

（三）內容更新快

鐵道工程智能施工與概預算課程中有關鐵道工程智能施工的內容，與新興信息技術的發(fā)展密不可分。而在當今信息化時代，信息技術飛速發(fā)展，有關鐵道工程智能施工方面的新技術不斷涌現，同時各種各樣的智能化施工裝備也不斷產生。鐵路智能施工技術，如鐵路路基工程的智能碾壓技術[5]、鐵路混凝土橋梁的智能養(yǎng)護技術[6]、鐵路橋梁施工過程中的BIM和GIS數據的集成技術及全預制軌道下部結構的智能拼裝技術等[7-8]隨著信息技術的發(fā)展而出現且不斷更新。在鐵路智能施工裝備方面，如智能安全帽、智能塔吊、智能施工機器人、三臂自動拱架安裝機、隧道3D全斷面掃描系統(tǒng)、隧道全自動自行式液壓襯砌臺車、混凝土養(yǎng)護臺車等也隨著信息技術的發(fā)展而產生，其是智能建造的前端基礎，同時發(fā)揮了減少施工過程中工人的體力勞動、降低危險區(qū)域工作風險的作用[3]。因此，鐵道工程智能施工與概預算課程的教學內容應與時俱進，不斷結合現場實際的新技術、新裝備及新工藝流程進行更新。

三、鐵道工程智能施工與概預算課程存在的問題

在鐵道工程智能建造技術發(fā)展的背景下，鐵道工程智能施工與概預算作為一門新開設的本科生專業(yè)主干課程，仍存在不足之處，主要表現在以下幾個方面。

（一）先修課程滯后，影響教學效果

路基工程、橋涵工程、隧道工程和軌道工程是鐵道工程專業(yè)本科生的專業(yè)主干課程，都應作為先修課程在鐵道工程智能施工與概預算課程之前完成教學及考核。通過先修課程的學習，可以讓學生對相關專業(yè)課程的基本概念、理論原理和相關施工工藝流程有基本的認識，從而為后面課程的學習打下基礎。而在實際教學過程中，存在部分先修課程與鐵道工程智能施工與概預算課程并行教學的現象，導致學生對相關專業(yè)涉及的基本概念不清楚，從而影響教學效果。

（二）內容散而不精，學生知而不透

鐵道工程智能施工與概預算課程涉及的專業(yè)較多、學科交叉性較強、內容煩瑣，尤其是智能施工技術部分實踐性較強。在實際教學過程中，由于學時限制，教學重點和難點不突出、各知識點的銜接及邏輯性不明顯，降低了學生的學習積極性，學生不能很好地掌握課程知識。

（三）教學方式單一，影響學習效果

目前，北京交通大學鐵道工程智能施工與概預算課程還是采用傳統(tǒng)的教學方式，課堂上教師基本是結合課件、現場施工的照片及有關動畫、文件等進行講授。由于鐵道工程站前工程和鐵路大型臨時工程的智能施工技術及智慧工地管理技術的實踐性較強、理論邏輯性相對較弱，采用傳統(tǒng)的教學方式很難提高學生的學習興趣和保證學生對各知識點的理解與掌握。

（四）考核方式單一，評價體系不夠合理

目前，北京交通大學鐵道工程智能施工與概預算課程的考核方式仍以筆試為主，采用開卷或閉卷方式進行，考試內容以傳統(tǒng)題型為主，如名詞解釋、簡答、論述及計算等。教學實踐表明，這類題型對鐵道工程智能建筑技術相關知識點的考查效果不佳。根據考核結果來看，大部分學生采用的是死記硬背的方式，未能真正理解、掌握相關知識點。

四、鐵道工程智能施工與概預算課程教學改革方案

針對鐵道工程智能施工與概預算課程在教學實踐過程中的不足之處，課程組從以下幾個方面進行教學改革。

（一）調整教學計劃

教學管理部門在制訂專業(yè)的教學計劃時，忽略了該課程與其他專業(yè)課程密切的關聯性，出現部分先修課程滯后的情況，從而導致在有限的教學周期內該課程的教學效果不佳，難以確保教學目標達成。因此，今后應及時調整鐵道工程專業(yè)教學計劃，確保路基工程、橋涵工程、隧道工程和軌道工程這四門專業(yè)課在鐵道工程智能施工與概預算課程開課前都已完成教學任務。

（二）優(yōu)化課程內容

鐵道工程智能施工內容涉及的專業(yè)和知識點較多、內容煩瑣且學科交叉性較強。因此，要完善教學計劃、適當刪減授課內容，選擇有代表性的技術內容進行課堂講授。在路基工程的智能建造技術方面，教學內容應以路基本體的智能施工技術為重點，對路基工程相關的其他附屬工程的智能施工技術可做簡單介紹。在橋梁工程的智能建造技術方面，教學內容應以橋梁的墩臺施工、梁廠內混凝土梁的制作過程、現澆混凝土梁的施工和預制梁的鋪架這幾方面相關的智能建造技術講授為重點。在隧道工程的智能建造技術方面，教學內容應包含隧道施工方法，即明挖施工、暗挖施工和盾構法施工方法。在教學過程中，應重點介紹不同施工條件下隧道的掘進和開挖、隧道仰拱施工和隧道內部的支護結構施工這三個方面的智能建造技術。在軌道工程智能施工方面，可分為無砟軌道和有砟軌道施工，軌道工程的施工工藝流程及工序更加瑣碎。軌道工程智能施工教學內容應以道床施工及鋼軌鋪架相關智能技術為重點，同時簡單介紹鋼軌的焊接和打磨相關智能技術。在概預算部分教學中，首先讓學生理解概預算的一般概念和理論方法。其次應重點突出軌道工程智能施工技術在施工工藝流程和施工組織方面對定額抽換產生的影響，明確其與一般施工過程工程概預算的不同之處。

通過以上幾個方面教學內容的優(yōu)化，一方面可以確保在有限課時內完成教學任務，另一方面可使教學內容少而精，突出實踐性，有利于提高學生的學習興趣和積極性，從而確保教學效果。

（三）豐富教學模式

鐵道工程智能施工與概預算課程中的智能施工內容實踐性較強，傳統(tǒng)的教學模式較難激發(fā)學生的學習興趣。為了提高教學效果，可采用課堂講授和討論、現場智能施工視頻播放、邀請智能施工方面的專家進課堂三種教學模式。如在課堂講授和討論中，教師可根據課程相關教學知識點的情況，采用提前布置教學任務、讓學生帶著問題在課堂進行分組討論等方式開展教學；通過學生制作課件、課堂講解、互動提問、教師點評等教學環(huán)節(jié)，不僅提高了學生的學習興趣和積極性，而且對學生個人綜合能力的鍛煉也有很大幫助。再如邀請專家進課堂，不僅可以讓學生了解最新的智能施工技術，而且這種模式對學生來說有一定的新鮮度，有利于提高學生學習積極性。

（四）改進考核方式

鐵道工程智能施工與概預算課程中的智能施工相關內容的實踐性較強，而概預算部分相對來說偏重理論性，因此考核方式可采用理論考核和實踐考核相結合的方式進行，且各占總成績的50%。理論考核主要針對施工組織和概預算部分的知識點進行，而實踐考核針對智能施工章節(jié)的知識點進行。實踐考核時，讓學生結合課堂講授的知識點、信息技術的發(fā)展現狀和網絡信息資源，提交一份有關某種鐵道工程智能施工新技術的學習報告或某種智能施工技術的設計文件等。通過撰寫學習報告或進行技術設計的訓練，可促進學生對智能施工相關知識點的深入理解，從而提高學生的學習興趣和創(chuàng)新能力。

五、結語

鐵道工程智能施工與概預算課程作為一門新開設的專業(yè)課程，其內容涉及多個專業(yè)，學科交叉性較強且智能施工技術更新快。因此，在該門課程的教學過程中，應以學生為中心，根據各章節(jié)的知識點內容，采用靈活的教學方式以提高教學質量，實現學生對各知識點的真正理解和掌握，從而提高學生的綜合素質。鐵道工程智能施工技術與信息技術的發(fā)展密不可分，教師在教學過程中應時刻保持知識更新，盡可能增加實踐教學環(huán)節(jié)，力爭培養(yǎng)更多的鐵路智能建造技術人才。

［ 參 考 文 獻 ］

［1］ 王同軍.鐵路BIM建造技術與實踐[M].北京：中國鐵道出版社有限公司，2020：8-15.

［2］ 魏宏偉.京張高鐵智能設計與技術[M].北京：人民交通出版社股份有限公司，2021：4-6.

［3］ 魏新元，解亞龍，王萬齊，等.復雜艱險山區(qū)鐵路智能建造技術應用[J].中國鐵路，2021（4）：9-19.

［4］ 杜修力，劉占省，趙研.智能建造概論[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2021：18-30.

［5］ 蔡德鉤，朱宏偉，葉陽升，等.鐵路路基工程信息化技術[J].鐵道建筑，2020，60（4）：28-33.

［6］ 王同軍.鐵路橋梁智能建造關鍵技術研究[J].中國鐵路，2021（9）：1-10.

［7］ 耿冬梅.CRTSⅢ型板式無砟軌道智能化鋪設關鍵技術研究[J].鐵道建筑技術，2022（1）：40-43.

［8］ 高貴.CRTS雙塊式無砟軌道軌排粗鋪智能化施工技術[J].國防交通工程與技術，2021，19（2）：71-74.

［責任編輯：蘇祎穎］