基于BIM技術(shù)的道路勘測(cè)設(shè)計(jì)課程實(shí)踐教學(xué)模式探索

王浩 黎罡

摘?要：BIM技術(shù)作為信息化技術(shù)的代表，有效地解決了傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中理論教學(xué)枯燥、實(shí)踐教學(xué)不佳的缺點(diǎn)，能有效提高教學(xué)效果。通過(guò)從道路勘測(cè)設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革現(xiàn)狀、BIM技術(shù)應(yīng)用、教學(xué)改革思路、教學(xué)改革模式和教學(xué)資源建設(shè)五個(gè)方面，對(duì)基于BIM技術(shù)的道路勘測(cè)設(shè)計(jì)課程教學(xué)模式展開(kāi)研究，認(rèn)為BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)道路設(shè)計(jì)的數(shù)字化、可視化和動(dòng)態(tài)化，將先進(jìn)的信息技術(shù)融合到傳統(tǒng)枯燥的教學(xué)中，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和課堂教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；道路勘測(cè)設(shè)計(jì)；課程教學(xué)模式

中圖分類號(hào)：G642；TU4??文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

道路勘測(cè)設(shè)計(jì)是一門對(duì)工程實(shí)踐要求高的課程，也是土木工程、道路橋梁與渡河工程等專業(yè)的核心課程。課程內(nèi)容主要學(xué)習(xí)和研究汽車行駛與道路平縱橫之間的關(guān)系，以保證在設(shè)計(jì)速度、預(yù)計(jì)交通量以及地形和其他自然條件下，實(shí)現(xiàn)行駛安全、經(jīng)濟(jì)、旅客舒適以及路容美觀等目標(biāo)。該課程內(nèi)容較多，包括土木工程技術(shù)、汽車機(jī)械原理、車輛行駛理論、駕駛員心理—行為協(xié)同效應(yīng)、人—汽車—環(huán)境交互機(jī)制等。課程各部分內(nèi)容之間關(guān)聯(lián)度較低，相關(guān)理論和詞匯在生活場(chǎng)景中關(guān)注度不高，具有詞匯專業(yè)化、知識(shí)碎片化、理論空虛化等特點(diǎn)。在日常教學(xué)中，出現(xiàn)學(xué)生理解課程內(nèi)容困難，課堂教學(xué)效果不佳的現(xiàn)象，同時(shí)課程實(shí)踐手段單一，實(shí)踐教學(xué)資源嚴(yán)重不足，信息化技術(shù)應(yīng)用程度較低，導(dǎo)致學(xué)生的課程實(shí)習(xí)和設(shè)計(jì)任務(wù)繁重，實(shí)踐教學(xué)開(kāi)展也存在許多問(wèn)題和不足。因此，亟須從教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和教學(xué)資源等方面對(duì)道路勘測(cè)設(shè)計(jì)課程教學(xué)進(jìn)行改革和創(chuàng)新，加強(qiáng)信息技術(shù)與道路勘測(cè)設(shè)計(jì)課程教學(xué)的深度融合，豐富信息技術(shù)應(yīng)用形式，提高應(yīng)用效能，提供信息技術(shù)在土木工程專業(yè)課程中有效應(yīng)用的典型案例。

一、道路勘測(cè)設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革現(xiàn)狀

針對(duì)道路勘測(cè)設(shè)計(jì)課程教學(xué)過(guò)程中所存在的問(wèn)題，目前國(guó)內(nèi)各高校教師利用已有的教學(xué)理念和技術(shù)手段，從教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式等方面，對(duì)該課程的教學(xué)模式進(jìn)行了許多改革和創(chuàng)新。例如，南京林業(yè)大學(xué)李強(qiáng)等［1］翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)用到道路勘測(cè)設(shè)計(jì)課程教學(xué)中，增加了師生互動(dòng)交流，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，從學(xué)習(xí)態(tài)度、課堂發(fā)言和小組討論等方面進(jìn)行過(guò)程性評(píng)價(jià)。華南理工大學(xué)苑苗苗等［2］采用同伴教學(xué)法開(kāi)展道路勘測(cè)設(shè)計(jì)課程教學(xué)，課堂教學(xué)以精講為主，增加學(xué)生互動(dòng)環(huán)節(jié)，充分利用“雨課堂”和“超星學(xué)習(xí)通”等線上平臺(tái)，通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查進(jìn)行對(duì)比分析，認(rèn)為該模式能顯著提高學(xué)生的學(xué)生效率。南陽(yáng)理工學(xué)院李巖等［3］利用“雨課堂”平臺(tái)，采取線上+線下的教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)了課前的資料推送、課中的精講與互動(dòng)和課后的個(gè)性輔導(dǎo)。南京工程學(xué)院張德育等［4］與交通設(shè)計(jì)院等單位合作，結(jié)合實(shí)際工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目，采取項(xiàng)目化教學(xué)模式，實(shí)行項(xiàng)目分組、任務(wù)分工和項(xiàng)目后評(píng)價(jià)，將項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)與理論教學(xué)深度融合，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。

在國(guó)家大力發(fā)展新工科專業(yè)的背景下，傳統(tǒng)工科專業(yè)需主動(dòng)適應(yīng)教育信息化改革的新趨勢(shì)，對(duì)培養(yǎng)方案、課程設(shè)置、課程評(píng)價(jià)等多方面進(jìn)行改革創(chuàng)新，對(duì)課程教學(xué)質(zhì)量提出更高的要求。許多教師從教學(xué)模式、自主學(xué)習(xí)、信息化平臺(tái)、效果評(píng)價(jià)等方面對(duì)道路勘測(cè)設(shè)計(jì)課程教學(xué)模式進(jìn)行了改革探索，改革成果為任課教師提高教學(xué)效果提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

二、BIM技術(shù)在本科教學(xué)中的應(yīng)用

國(guó)內(nèi)越來(lái)越多的高校注重將BIM技術(shù)運(yùn)用到土木工程等專業(yè)課程教學(xué)中，并探索將BIM協(xié)同納入教學(xué)體系。2009年清華大學(xué)開(kāi)展了國(guó)內(nèi)的BIM框架研究工作，梳理了中國(guó)BIM標(biāo)準(zhǔn)的核心定義和基本架構(gòu)，明確了其開(kāi)放、兼容、應(yīng)用的BIM協(xié)同特性。2012年同濟(jì)大學(xué)邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)建筑高校多名建筑領(lǐng)域?qū)＜?，研究討論將BIM技術(shù)應(yīng)用到本科教學(xué)和實(shí)踐培訓(xùn)中。BIM技術(shù)最大的特點(diǎn)是通過(guò)構(gòu)建三維模型，立體地展示所設(shè)計(jì)的各種建筑物，實(shí)現(xiàn)所看即所得的可視化效果。各專家交流相關(guān)BIM技術(shù)和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，積極推進(jìn)BIM技術(shù)和本科教學(xué)深度融合。西南交通大學(xué)衛(wèi)星等［5］將BIM+VR技術(shù)應(yīng)用到鋼結(jié)構(gòu)橋梁課程中，利用Revit等軟件實(shí)現(xiàn)BIM+VR體驗(yàn)環(huán)境，改善了教學(xué)實(shí)踐效果。湖北第二師范學(xué)院戴曉燕等［6］探索工程管理專業(yè)改革新模式，通過(guò)提升教學(xué)團(tuán)隊(duì)實(shí)踐教學(xué)水平，開(kāi)展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，加強(qiáng)校企合作等措施，致力于培養(yǎng)學(xué)生的BIM技術(shù)運(yùn)用能力。天津城建大學(xué)呂巖和楊德健［7］將BIM技術(shù)應(yīng)用在房屋建筑學(xué)教學(xué)中，引入實(shí)際工程案例，分組教學(xué)和討論，鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)案例圖紙進(jìn)行優(yōu)化或再設(shè)計(jì)。黎明職業(yè)大學(xué)林曉星［8］提出BIM技術(shù)可以有效提高學(xué)生對(duì)建筑供暖、管線和設(shè)備等建筑內(nèi)部環(huán)境和地下環(huán)境的認(rèn)識(shí)，了解管線設(shè)計(jì)改造、電力系統(tǒng)工作原理等。

通過(guò)收集相關(guān)資料和文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，BIM技術(shù)在工程施工、工程造價(jià)、工程管理等課程應(yīng)用較多，主要面向土木工程專業(yè)建筑工程方向的課程。但是，在道路勘測(cè)設(shè)計(jì)課程應(yīng)用較少，有部分學(xué)校將BIM技術(shù)應(yīng)用在道路工程識(shí)圖與繪圖、道路工程施工等課程教學(xué)，基于BIM技術(shù)構(gòu)建道路勘測(cè)設(shè)計(jì)課程實(shí)踐教學(xué)新模式，將在日常教學(xué)中進(jìn)行驗(yàn)證和完善，助力土木工程等傳統(tǒng)專業(yè)向新工科專業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

三、道路勘測(cè)設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革思路

近年來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)迅猛發(fā)展，數(shù)字化是基于這些技術(shù)發(fā)展的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)圖片、聲音、文字和視頻的加工、儲(chǔ)存和傳播，廣泛應(yīng)用于動(dòng)漫設(shè)計(jì)、虛擬現(xiàn)實(shí)開(kāi)發(fā)、人機(jī)交互研發(fā)等領(lǐng)域。

BIM是一種全新的數(shù)字化生產(chǎn)模式，不僅給工程建設(shè)行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)帶來(lái)了新的機(jī)遇，未來(lái)的工程設(shè)計(jì)和建設(shè)在保障工程質(zhì)量的前提下，發(fā)展新理念，開(kāi)發(fā)新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)建設(shè)工期和工程投資的縮減，BIM技術(shù)能為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)提供技術(shù)支持；BIM技術(shù)也能為高等院校土木工程專業(yè)教學(xué)模式改革創(chuàng)新提供新的教學(xué)手段，實(shí)現(xiàn)教學(xué)模式數(shù)字化改革，符合新工科人才培養(yǎng)理念。在道路勘測(cè)設(shè)計(jì)課程教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)向?qū)W生們更多地展示BIM技術(shù)的理念和亮點(diǎn)，將BIM技術(shù)和軟件與課程教學(xué)深度融合。教師可以利用該技術(shù)直觀講解道路各結(jié)構(gòu)和組成部分，幫助學(xué)生快速有效地識(shí)別工程圖紙，了解道路結(jié)構(gòu)構(gòu)造；指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行軟件學(xué)習(xí)和操作，將協(xié)同設(shè)計(jì)、模塊化設(shè)計(jì)、一體化設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)共享等BIM理念和技術(shù)傳授給學(xué)生；學(xué)生利用課余時(shí)間自主學(xué)習(xí)BIM軟件功能和操作流程，增強(qiáng)實(shí)踐操作和創(chuàng)新學(xué)習(xí)的能力。BIM技術(shù)不僅適用于道路勘測(cè)設(shè)計(jì)課程教學(xué)，也適用于結(jié)構(gòu)力學(xué)，土木工程施工等課程，可以進(jìn)行力學(xué)仿真、施工模擬和虛擬建造等。

同時(shí)還應(yīng)加強(qiáng)數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)，與施工、監(jiān)理、設(shè)計(jì)等單位進(jìn)行深度合作，共同參與工程項(xiàng)目的全過(guò)程建設(shè)，將優(yōu)秀案例和典型案例建設(shè)為課程教材、電子課件和教學(xué)視頻等數(shù)字化教學(xué)資源。課程教材編寫打破傳統(tǒng)教材模式，突出工程案例新理念和新技術(shù)，特別是在數(shù)字化技術(shù)、能耗水平控制、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航和泛在感知設(shè)施等具有重大創(chuàng)新的方面進(jìn)行重點(diǎn)介紹。同時(shí)還需要對(duì)課程所用的軟件引入優(yōu)秀教材，沒(méi)有教材的軟件，鼓勵(lì)教師編寫教材和課件，制作教學(xué)視頻。教學(xué)視頻制作可以借鑒微課堂模式，制作教學(xué)短視頻，結(jié)合教材結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行系統(tǒng)化建設(shè)，克服微課堂知識(shí)點(diǎn)碎片化的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)容的有效銜接和知識(shí)點(diǎn)的前后貫通，供課余時(shí)間學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

四、道路勘測(cè)設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革模式

依據(jù)道路勘測(cè)設(shè)計(jì)課程教學(xué)內(nèi)容與要求，借鑒于化龍、崔楊［9］提出的“三類型、四層次”的層次遞進(jìn)教學(xué)模式，結(jié)合道路勘測(cè)設(shè)計(jì)課程的特點(diǎn)和人才培養(yǎng)要求進(jìn)行改進(jìn)和完善，提出了“四類型、五層次”實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式，該模式以層次遞進(jìn)、由簡(jiǎn)入繁、虛實(shí)結(jié)合的思路開(kāi)展理論和實(shí)踐教學(xué)。該模式的四類型是指驗(yàn)證型訓(xùn)練、綜合型訓(xùn)練、創(chuàng)設(shè)型訓(xùn)練和實(shí)踐型訓(xùn)練，五層次是指課堂示范、模仿操作、綜合訓(xùn)練、拓展訓(xùn)練和項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)。在該教學(xué)模式中，通過(guò)以下四種類型的訓(xùn)練，鼓勵(lì)本科生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目訓(xùn)練和科學(xué)研究，強(qiáng)化學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

（1）驗(yàn)證型訓(xùn)練。該訓(xùn)練包括課堂示范和模仿操作兩個(gè)層次。課堂示范，教師制作課堂示范微視頻，此視頻將知識(shí)講解與運(yùn)用技術(shù)解決學(xué)科教學(xué)具體問(wèn)題融于一體，既傳授知識(shí)與技能，又培養(yǎng)學(xué)生在學(xué)科教學(xué)中運(yùn)用技術(shù)的意識(shí)。模仿操作，教師制作道路設(shè)計(jì)操作微視頻，視頻內(nèi)容為完成任務(wù)的具體操作步驟供學(xué)生模仿，此類型訓(xùn)練意在達(dá)到教、學(xué)、做的有機(jī)結(jié)合。

（2）綜合型訓(xùn)練。對(duì)應(yīng)培養(yǎng)工程設(shè)計(jì)綜合能力，教師制定實(shí)踐學(xué)習(xí)任務(wù)，提供地形地物、水文地質(zhì)、路線方案、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)指標(biāo)等相關(guān)素材，并提出詳細(xì)的實(shí)施要求；學(xué)生獨(dú)立思考和設(shè)計(jì)，了解廣聯(lián)達(dá)路易等道路BIM設(shè)計(jì)軟件專業(yè)協(xié)同和三維動(dòng)態(tài)的設(shè)計(jì)理念，掌握設(shè)計(jì)軟件操作方法和進(jìn)行地形處理、三維模型構(gòu)建、道路平面、縱面、橫斷面的設(shè)計(jì)流程，最后完成一項(xiàng)包括道路平面、縱面、橫斷面的設(shè)計(jì)成果。

（3）創(chuàng)設(shè)型訓(xùn)練。組織學(xué)生結(jié)合BIM設(shè)計(jì)軟件自主開(kāi)展公路或城市道路設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)涵蓋道路的橫斷面設(shè)計(jì)、縱斷面設(shè)計(jì)、平面設(shè)計(jì)、橋梁設(shè)計(jì)、涵洞設(shè)計(jì)、隧道設(shè)計(jì)、交通設(shè)施、土石方計(jì)算等。學(xué)生結(jié)合項(xiàng)目要求，自行確定設(shè)計(jì)對(duì)象、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)方案，并運(yùn)用BIM設(shè)計(jì)軟件完成任務(wù)。

（4）實(shí)踐型訓(xùn)練。與地方工程設(shè)計(jì)院等單位合作，以實(shí)際項(xiàng)目為依托，以設(shè)計(jì)任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，將項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)納入專業(yè)人才培養(yǎng)方案實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，完善實(shí)踐教學(xué)人才培養(yǎng)大綱，明確實(shí)踐時(shí)間、考核要求、考核內(nèi)容和考核方式。項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)過(guò)程對(duì)學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目分組、任務(wù)分工，邀請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)院專業(yè)工程師參與學(xué)生項(xiàng)目設(shè)計(jì)指導(dǎo)，講解項(xiàng)目的具體步驟和方法，制訂任務(wù)計(jì)劃，合理安排任務(wù)時(shí)間，嚴(yán)格執(zhí)行預(yù)定計(jì)劃。

五、道路勘測(cè)設(shè)計(jì)課程教學(xué)資源建設(shè)

教學(xué)資源建設(shè)是道路勘測(cè)設(shè)計(jì)課程信息化、項(xiàng)目化、應(yīng)用化的重要組成部分，是衡量該課程教學(xué)改革與創(chuàng)新的重要指標(biāo)，其可以利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)和先進(jìn)技術(shù)，提供了一個(gè)教師與學(xué)生溝通與交流的新渠道。基于BIM技術(shù)的道路勘測(cè)設(shè)計(jì)課程教學(xué)資源建設(shè)應(yīng)注重技能培訓(xùn)與崗位對(duì)接，基于工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)工作過(guò)程，全面梳理課程知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)，不斷補(bǔ)充、完善和優(yōu)化課程資源，實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)資源的迭代升級(jí)，持續(xù)輸出優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，滿足學(xué)生自主學(xué)習(xí)、探索創(chuàng)新的需求。

道路勘測(cè)設(shè)計(jì)課程教學(xué)資源：（1）授課教材及參考資料。包括《道路勘測(cè)設(shè)計(jì)（第五版）》專業(yè)教材以及《公路工程技術(shù)BIM標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件應(yīng)用指南》《市政橋梁工程（寧波澄浪橋）全流程BIM工程化應(yīng)用》《道路工程BIM設(shè)計(jì)指南CNCCBIM?OpenRoads入門與實(shí)踐》等BIM技術(shù)應(yīng)用教材。（2）教學(xué)資料。包括教材配套的電子課件、課程考核標(biāo)準(zhǔn)和教學(xué)大綱、相關(guān)道路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范。（3）課程軟件。主要是路易BIM道路設(shè)計(jì)軟件、CNCCBIM?OpenRoads軟件、廣聯(lián)達(dá)數(shù)維道路設(shè)計(jì)軟件等BIM設(shè)計(jì)軟件，以及斑馬進(jìn)度計(jì)劃軟件、鴻城InfraFuser軟件等具有進(jìn)度管理、數(shù)據(jù)集成和可視化功能的配套軟件。（4）標(biāo)準(zhǔn)案例。包括原始地形等案例圖紙，項(xiàng)目背景和方案等案例資源包和教學(xué)視頻。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)利用BIM技術(shù)及相關(guān)設(shè)計(jì)軟件，先后在道路勘測(cè)設(shè)計(jì)課堂教學(xué)、課程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等多個(gè)環(huán)節(jié)中開(kāi)展教學(xué)與實(shí)踐。從學(xué)生的實(shí)踐、探索與創(chuàng)新等方面來(lái)看，BIM技術(shù)能在枯燥的理論教學(xué)中實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、可視化、動(dòng)態(tài)化的教學(xué)效果，將先進(jìn)的信息化技術(shù)帶進(jìn)課堂中，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，有效提高教學(xué)質(zhì)量，為學(xué)生的未來(lái)學(xué)習(xí)和工作打下扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

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基金項(xiàng)目：湖南省一流本科專業(yè)建設(shè)項(xiàng)目（湘教通〔2020〕248號(hào)）；湖南省普通高等學(xué)校教學(xué)改革研究項(xiàng)目（HNJG20220816）；湖南省社會(huì)科學(xué)成果評(píng)審委員會(huì)課題（XSP21YBC022）；中國(guó)建設(shè)教育協(xié)會(huì)教育教學(xué)科研課題（2019126）；吉首大學(xué)獨(dú)立設(shè)置實(shí)驗(yàn)課項(xiàng)目“土木工程實(shí)驗(yàn)”（JDDL2018010）

作者簡(jiǎn)介：王浩（1987—?），男，漢族，江西萍鄉(xiāng)人，博士研究生，工程師，研究方向：道路工程。