榮文濤,王愛蘭,沈 磊

(山東交通職業(yè)學院,山東 濰坊 261206)

建筑信息模型(Building Information Modeling,以下簡稱BIM)技術是基于現(xiàn)代信息技術和計算機技術發(fā)展融合而成的工程信息應用技術,利用數(shù)字技術存儲和傳遞工程結構和構造特征,并以3D模式直觀表述,實現(xiàn)工程設計、施工、養(yǎng)護、運營管理信息傳遞共享和工作協(xié)同,實現(xiàn)了工程建設項目全程信息化。為提升公路水運工程建設品質,落實全生命周期管理理念,2017年9月11日,交通運輸部辦公廳印發(fā)了《關于開展公路BIM技術應用示范工程建設的通知(交辦公路函〔2017〕1283號)》,《通知》提出了“提升公路設計水平”“提高公路建設管理水平”“推進公路養(yǎng)護管理信息化”的三個階段性目標。交通運輸部在2018年3月提出了關于推進水運工程BIM技術應用的指導意見。

“路、橋、隧施工”課程為高職道路橋梁工程技術專業(yè)核心課程,開展教學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)學習興趣等問題。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,為教學工作提供了適合的載體,可有效解決傳統(tǒng)教學模式存在的問題,同時結合BIM教學成果可以提升學生BIM技術應用技能[1]。本文首先對目前路、橋、隧施工類課程教學概況和存在的問題進行分析,然后探討和研究了采用BIM技術進行課程教學改革的實踐方法。

1 高職層次“路、橋、隧施工”課程概況

1.1 課程目標與課程內容

高職教育區(qū)別于本科教育,高職教育注重學生實際操作能力和工程實際解決問題能力的培養(yǎng),注重服務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)學院的道路橋梁工程技術專業(yè)的人才培養(yǎng)目標是培養(yǎng)面向施工一線的懂設計、精施工、會管理的適應企業(yè)需求的專業(yè)高技能技術人才。

“路、橋、隧施工”課程屬于道路橋梁工程技術專業(yè)核心課程,要求學生具有較高的專業(yè)綜合素質,主要培養(yǎng)目標有：①樹立學生在施工過程中質量控制的意識,能有效地依據(jù)設計文件、圖紙、規(guī)范對項目的施工質量進行控制,并能合理地對工程項目進度、費用進行控制,達到降低成本和提高利潤的目的；②培養(yǎng)學生在施工過程中根據(jù)所學知識靈活處理現(xiàn)場施工過程中存在問題的能力；③培養(yǎng)學生根據(jù)施工圖紙和工程項目特點編寫施工方案和開工報告的能力。

學生需掌握以下課程內容：了解公路工程基本組成、公路基本建設程序和公路施工準備工作內容；掌握公路路基、路面、橋梁、隧道工程的施工工藝及施工質量控制關鍵點；掌握路基路面、橋梁、隧道工程施工質量通病及防治措施；掌握公路工程施工的施工方案和開工報告的編制方法與技巧。

1.2 課程特點

“路、橋、隧施工”課程專業(yè)性強,課程內容針對公路線路中的路基、路面、橋梁、涵洞、隧道等構筑物的施工工藝及工序質量控制與管理。要求學生必須掌握路基、路面、橋梁、涵洞、隧道等構筑物基本組成、施工工藝、施工質量控制關鍵點及施工方案與開工報告的編制。涉及到多門專業(yè)基礎課程如《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?、橋、隧施工”課程不僅涉及到的是公路工程施工過程,還涉及到從公路項目的策劃立項到運營養(yǎng)護的全壽命周期管理；不僅涉及到施工單位,而且還涉及到建設單位、設計單位、監(jiān)理單位的全方位質量控制管理,這就需要在教學實踐過程中統(tǒng)籌兼顧,綜合考慮,充分體現(xiàn)出“路、橋、隧施工”課程綜合性強的特點。另外,公路工程施工點多、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,需要結合施工現(xiàn)場靈活選用工藝和方法。對應不同的施工工藝、施工方法,采用的施工方案、施工質量關鍵點就不一樣,這就需要通過實際工程項目進行反復訓練,達到適應“路、橋、隧施工”課程實際操作性強的特點。

2 “路、橋、隧施工”課程教學存在的問題

1)教學內容的系統(tǒng)性不強,實踐性偏低,教學難度相對較大

“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筑物,路面工程屬于層狀構筑物。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、防護工程施工等內容進行講解,其次再進行路面基層、面層施工內容的講述；橋梁、隧道工程結構復雜多樣,施工工序多,施工難點大,且校內缺乏真實的施工場景,學生對結構的構造原理和施工要點理解起來很吃力。同時公路工程施工點多、線長、面廣,周期長,雖然現(xiàn)在教學過程中依靠PPT、圖片、動畫、視頻等現(xiàn)代化教學手段，對學生進行路、橋、隧基本組成、構造原理與施工過程的講解,但由于現(xiàn)場實訓條件有限,無法滿足全部學生的實踐教學。學生很難掌握整個公路施工過程,無法將所學知識進行有效的串聯(lián),往往是學了后面忘了前面,不能對結構形成一個完整的、清晰的認識,教學效果不是很理想。

2)教材內容更新較慢,難以滿足教學需要

當前國家交通基建建設發(fā)展較快,公路施工新技術、新工藝層出不窮,日新月異,教材的更新遠遠滯后于交通建設的發(fā)展速度。當前教材普遍存在對當前新技術、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)實差距較大。課堂講授無法結合不斷發(fā)展的公路施工新技術進行教學。

3 “公路施工類”課程教學模式探討

3.1 教學改革概況

基于“路、橋、隧施工”施工類課程教學現(xiàn)狀和存在問題,在教學過程中必須引入信息化的手段,模擬公路建設的全過程,將真實復雜的項目信息完整的附在信息模型中,讓學生直觀地去感受、去了解公路項目的建設,進而根據(jù)模型包含的信息進行真實的施工管理工作。學生對于知識、技能的掌握能與實際工程項目和場景對應起來,進一步提高了學生的實際操作能力,同時對有關知識、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)學院以已承攬的多項公路BIM技術應用項目為載體,為“路、橋、隧施工”課程的改革提供基礎。其次要求教師轉變觀念,改變教學方式、整合教學內容、主動收集公路項目建筑信息模型,優(yōu)化教學設計[2]。

基于BIM技術對“路、橋、隧施工”課程進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告,同時要求教師能夠熟練地應用BIM技術。該項工作不是個別教師能夠獨立完成的,需通過建立專業(yè)教師團隊來完成從教學內容選取到教學過程設計整個過程的教學把控。教學過程中大量吸收參與過真實BIM技術應用研究項目且懂公路施工相關內容的教師加入到教師團隊中來。下文分別從結合BIM模型信息的教學實踐和結合BIM技術的仿真教學實踐對教學改革內容進行探討。

3.2 結合BIM模型信息的教學實踐

結合BIM模型可展示全生命周期公路工程的信息,在教學過程中重點對公路施工相關信息進行講解,由于結合了真實的三維模型,學生更容易理解相關信息,從而可以較好地掌握相關知識點[3]。 如某橋梁工程預制梁模型信息展示, 教學過程中結合模型對梁的構成、尺寸信息、材質信息等進行講解,并可以通過人物漫游的形式查看不同部位的構件及其信息,見圖1。基于BIM模型的某橋梁工程施工進度計劃模擬,課程中結合模型講解施工進度計劃的編制、橫道圖的含義等內容，見圖2。通過課后調查,學生普遍反映可以較好地理解相關知識點,教學效果明顯提升。

圖1某橋梁工程預制梁信息

圖2 某橋梁工程施工進度計劃模型

3.3 結合BIM技術的仿真教學實踐

BIM技術的可模擬性和可視化特征為仿真教學提供了實現(xiàn)手段,可結合BIM實踐應用開展仿真教學,比如通過施工工藝模擬可讓學生直觀了解施工工藝過程,通過施工進度計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,教學過程中,學生可以通過建立BIM模型,在不同軟件中自己動手實現(xiàn)上述應用,從而加深對施工過程的理解。采用上述仿真教學手段,可以大大提高學生學習興趣,而且與實際工程項目的管理方式相同,學生畢業(yè)后可以快速適應工作崗位。

基于BIM模型對某隧道工程主體結構構成進行可視化展示,通過可視化仿真展示,學生可以直觀地了解隧道主體結構構成及其特征,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生理解施工工藝過程和施工注意事項,與三維工藝模擬動畫的區(qū)別是模型與實際工程一致且模型信息可以查看,見圖4。通過上述方式進行教學,加深了學生對公路工程施工的理解,也讓學生可以結合實際工程項目進行學習,更接近于工程實踐。

圖3 某隧道工程主體結構信息可視化展示

圖4 某隧道工程施工工藝模擬

4 結 語

BIM技術的引入使得公路施工類課程教學模式不再是單一的傳統(tǒng)PPT教學,BIM模型及其應用對學生理解教學內容有很大幫助,教學效果明顯提升。通過結合BIM模型的信息呈現(xiàn)和BIM技術的三維可視化特征,可輔之以教學過程的重點、難點講解；同時通過結合實際工程的BIM技術應用,可提升學生對工程實踐的理解。但是,目前施工類課程內容開發(fā)還不夠完善,需要在今后工作中進一步對實際項目進行凝練,結合課程特點進行系列化的課程內容開發(fā)。