濮仕坤　楊慶恒　李二兵　王在暉　段建立

摘要：根據(jù)地下工程施工技術(shù)課程內(nèi)容，分析了該課程教學(xué)的特點(diǎn)，提出基于“認(rèn)識(shí)實(shí)踐”、“操作實(shí)踐”、“虛擬實(shí)踐”、“生產(chǎn)實(shí)踐”的“四維實(shí)踐教學(xué)模式”。實(shí)踐證明，地下工程施工技術(shù)的“四維實(shí)踐教學(xué)模式”能激發(fā)學(xué)生思考，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力，提高課程的參與程度，增強(qiáng)教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：地下工程；施工技術(shù)；實(shí)踐性教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.3；TU94 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1005-2909（2016）05-0105-04

地下工程是指深入地面以下，為開發(fā)利用地下空間資源所建造的建筑、構(gòu)筑物。按照其用途和功能可分為：工業(yè)和民用建筑中的地下車間、電站、庫(kù)房、地下商業(yè)街、人防與市政地下工程；交通運(yùn)輸中的地下鐵道、公路隧道、水下隧道和過街地下通道等；軍事上的指揮所、通信樞紐、掩蔽所、軍火庫(kù)等[1]。

地下工程的營(yíng)造涉及可行性研究、初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)、施工等全過程。其中，地下工程施工是地下工程從圖紙到實(shí)物的成型過程，具有很大的復(fù)雜性、不確定性、危險(xiǎn)性，因此其成為地下工程建造中最重要的階段。

一、地下工程施工技術(shù)課程的特點(diǎn)

地下工程施工技術(shù)是解放軍理工大學(xué)建筑工程管理（人防）專業(yè)必修課，土木工程（人防）專業(yè)選修的一門專業(yè)課[2]，其以“明挖法”和“暗挖法”兩項(xiàng)地下工程基本作業(yè)為主線。通過課程學(xué)習(xí)，可使學(xué)員掌握目前地下工程施工中成熟的技術(shù)、方法，培養(yǎng)學(xué)員的工程意識(shí)和分析實(shí)際問題的能力，為后續(xù)課程學(xué)習(xí)和崗位任職奠定必要的理論基礎(chǔ)。從教學(xué)內(nèi)容上看，該課程的主要特點(diǎn)有以下幾個(gè)方面。

（一）學(xué)科交叉性強(qiáng)

地下工程施工技術(shù)課最大的特點(diǎn)就是先修課多，學(xué)科交叉性強(qiáng)。在“暗挖法”施工教學(xué)中，鉆爆法施工涉及到爆破、通風(fēng)、給排水方面的知識(shí)，支護(hù)施工涉及到巖石力學(xué)和工程地質(zhì)方面的知識(shí)，TBM施工、盾構(gòu)法施工、頂管法施工技術(shù)則更多的是施工技術(shù)與施工機(jī)械知識(shí)的結(jié)合。在“明挖法”施工教學(xué)中，土方工程、基礎(chǔ)工程、基坑工程和土力學(xué)聯(lián)系緊密，而要學(xué)好混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)則必須要學(xué)習(xí)好土木工程材料、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理等課程。通常，地下工程施工技術(shù)課程安排在第三學(xué)年的下半學(xué)期，學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程之前，至少應(yīng)系統(tǒng)學(xué)

習(xí)三大力學(xué)、工程測(cè)量、工程地質(zhì)、工程材料等專業(yè)基礎(chǔ)課，以及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等專業(yè)課，才能比較順利地學(xué)完整個(gè)課程。

（二）課程實(shí)踐性強(qiáng)

地下工程施工技術(shù)課是研究地下工程相關(guān)專業(yè)施工工藝、操作過程、施工設(shè)備機(jī)械的性能和操作等規(guī)律的一門課程[3]。某些基礎(chǔ)課程如數(shù)學(xué)、英語等，知識(shí)的傳授大部分都是依靠老師課堂上的講解，授課水平的好壞很大程度上依賴于老師對(duì)課程知識(shí)掌握的熟悉程度。但是，地下工程施工技術(shù)這一類專業(yè)性很強(qiáng)的課程，其中關(guān)于施工工藝、施工過程、施工機(jī)械的性能及操作過程等內(nèi)容很難單純用語言來講述[4]，光靠課堂的解說遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到教學(xué)效果。

（三）知識(shí)點(diǎn)更新快

隨著地下空間開發(fā)如火如荼地開展，地下工程施工技術(shù)領(lǐng)域的新技術(shù)與新工藝不斷涌現(xiàn)，而大學(xué)教材很難及時(shí)介紹這一方面的成果，使得教材的更新速度低于技術(shù)、工藝的更新速度。因此，在教學(xué)上應(yīng)該結(jié)合實(shí)際情況，在講授基本知識(shí)的基礎(chǔ)上介紹一些最新的施工技術(shù)和做法，以跟上地下工程領(lǐng)域新技術(shù)、新工藝發(fā)展的步伐[5]。這些內(nèi)容若只從概念上介紹，學(xué)生很難理解，因此需要教師結(jié)合工程實(shí)踐進(jìn)行說明，才能做到有的放矢。

二、施工課程實(shí)踐性教學(xué)模式的現(xiàn)狀

土木工程專業(yè)課程實(shí)踐性非常強(qiáng)，其中尤其以施工課最為突出。我國(guó)高校教育一貫注重實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)置。1963年9月，“教育部直屬高等工業(yè)學(xué)校教學(xué)工作座談會(huì)”中就明確指出，在各門課程的教學(xué)中，貫徹“少而精”的原則，加強(qiáng)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)[6]。改革開放初期的土木工程施工教材中，也明確了對(duì)有關(guān)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)如現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)、習(xí)題和課程作業(yè)、教學(xué)參觀、生產(chǎn)實(shí)習(xí)等給予足夠的重視[7]。同時(shí)，土建各個(gè)專業(yè)也在實(shí)踐性教學(xué)的方法、手段上不斷進(jìn)行嘗試。凌田全認(rèn)為，組織好施工實(shí)習(xí)，提高施工實(shí)習(xí)的效果，需要加強(qiáng)橫向聯(lián)合，建立長(zhǎng)期穩(wěn)定的施工生產(chǎn)實(shí)習(xí)基地，周密安排，加強(qiáng)考核[8]。株洲工學(xué)院在實(shí)踐性教學(xué)實(shí)施過程中，精心挑選施工隊(duì)伍正規(guī)、施工技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)類型和施工進(jìn)度符合教學(xué)要求的施工現(xiàn)場(chǎng)[9]。華南理工大學(xué)和湖南科技大學(xué)在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)上，都采用了分散與集中相結(jié)合的辦法[10-11]。目前工科類高級(jí)施工課也主要采取集中實(shí)習(xí)和分散實(shí)習(xí)兩種方法。

從我國(guó)工科教學(xué)現(xiàn)狀看，實(shí)踐教學(xué)體系由實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等組成。實(shí)踐性教學(xué)是培養(yǎng)、提高學(xué)生綜合能力與素質(zhì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是對(duì)理論教學(xué)的驗(yàn)證、補(bǔ)充和拓展[12]。

三、地下工程施工技術(shù)的“四維實(shí)踐教學(xué)模式”

針對(duì)課程實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，地下工程施工技術(shù)課程緊跟施工技術(shù)發(fā)展前沿，積極將地下工程施工中的新技術(shù)、新方法、新工藝、新設(shè)備知識(shí)引入課堂，同時(shí)在課程中加強(qiáng)了實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。本課程實(shí)踐內(nèi)容的設(shè)置，其形式有“認(rèn)識(shí)實(shí)踐”、“操作實(shí)踐”、“虛擬實(shí)踐”、“生產(chǎn)實(shí)踐”等4個(gè)方面，目的是使學(xué)生掌握基本的地下工程施工技能，學(xué)會(huì)實(shí)際操作規(guī)程和操作方法，熟悉工程現(xiàn)場(chǎng)施工組織與管理，具有能夠綜合運(yùn)用專業(yè)知識(shí)解決地下工程施工管理問題的能力。

（一） 地下工程施工的認(rèn)識(shí)實(shí)踐

認(rèn)識(shí)實(shí)踐是地下工程施工技術(shù)課必設(shè)的一個(gè)環(huán)節(jié)。通過認(rèn)識(shí)實(shí)踐，可以對(duì)地下工程施工技術(shù)的流程建立感性認(rèn)識(shí)，為本課程的后續(xù)實(shí)踐環(huán)節(jié)打下基礎(chǔ)。通過認(rèn)識(shí)實(shí)踐，可以使學(xué)生鞏固和加深理解課堂所學(xué)，讓他們的理論知識(shí)更加扎實(shí)，專業(yè)技能更加過硬，更加善于理論聯(lián)系實(shí)際。具體來說分為以下幾個(gè)方面。

1.地下工程施工視頻認(rèn)識(shí)實(shí)踐

視頻認(rèn)識(shí)實(shí)踐是地下工程施工認(rèn)識(shí)實(shí)踐的第一個(gè)方面。施工視頻有著直觀生動(dòng)的情境，且不受時(shí)間的限制，可以對(duì)同一施工過程進(jìn)行多次觀察。隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展，各類視頻資源十分豐富，為了更好地讓視頻服務(wù)于教學(xué)，課程組精選了鉆爆法、初期支護(hù)、二次襯砌、輔助工法、盾構(gòu)掘進(jìn)、頂管施工、TBM施工、基坑開挖支護(hù)、鋼筋混凝土施工等各類操作視頻數(shù)百條，在課堂上結(jié)合相應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)給學(xué)員進(jìn)行講解。學(xué)生更好地介入課堂教學(xué)的內(nèi)容，直接觀察所展示的視頻事件，并可以對(duì)視頻事件進(jìn)行多次的重復(fù)播放、解讀與討論，每次可集中于某個(gè)特殊的維度或側(cè)重于教學(xué)組織、教學(xué)方法等[13]。該方法使學(xué)生認(rèn)識(shí)施工、了解施工、熟悉施工，并在頭腦里構(gòu)建地下工程施工的場(chǎng)景，從而使學(xué)生對(duì)課本上的文字不再陌生和排斥，靜下心來進(jìn)行下一階段的學(xué)習(xí)。

2.地下工程施工案例庫(kù)認(rèn)識(shí)實(shí)踐

案例庫(kù)教學(xué)能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和分析問題、解決問題的能力，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。通過案例進(jìn)行教學(xué)，使學(xué)生能夠在課堂上進(jìn)行情景代入式學(xué)習(xí)，間接感受現(xiàn)場(chǎng)，使他們由被動(dòng)聽課變?yōu)榉e極思考，從而尋找解決問題的辦法。興趣是最好的老師，學(xué)生的積極性一旦被激發(fā)，教學(xué)效果就容易得到保證[14]。

按照地下工程不同施工方法構(gòu)建案例庫(kù)，課程組現(xiàn)已收集綜合案例7個(gè)、專項(xiàng)案例10個(gè)。綜合性案例包括城市淺埋大跨度坑道工程案例（南京九華山坑道工程）、大直徑盾構(gòu)過江坑道案例（南京緯七路過江坑道、南京緯三路過江通道）、盾構(gòu)坑道突涌事故及恢復(fù)案例（常熟電廠取水坑道）、特大異性深基坑施工技術(shù)案例（南京青奧軸線地下交通工程、武漢王家墩地下工程）、地下工程施工事故案例等。

3.地下工程施工模型認(rèn)識(shí)實(shí)踐

我校國(guó)防工程學(xué)院為配合地下工程施工技術(shù)教學(xué)，花費(fèi)百萬余元建設(shè)了模擬坑道，內(nèi)存放有各類地下工程施工所需要的設(shè)備、器材。同時(shí)，用剖面的形式向?qū)W生展現(xiàn)地下工程施工各分部分項(xiàng)工程成品、半成品的內(nèi)外部結(jié)構(gòu)；一些特殊的地下工程施工器具器材，實(shí)物無法展示的，則制作了仿真模型供教學(xué)使用。對(duì)于“暗挖法”施工技術(shù)，主要有：洞門、掘進(jìn)爆破、初期支護(hù)、內(nèi)部襯砌、新奧法監(jiān)控量測(cè)、輔助工法展示等方面的仿真模型；對(duì)于“明挖法”施工技術(shù)，主要有深基坑開挖及支護(hù)沙盤、土方機(jī)械化施工沙盤、地下連續(xù)墻施工工藝流程（剖面）、SJB深層攪拌機(jī)施工工藝流程（剖面）等仿真模型；對(duì)于現(xiàn)在使用較多的TBM、盾構(gòu)法、頂管法施工技術(shù)，制作了硬巖TBM仿真演示模型、土壓（泥水）平衡盾構(gòu)機(jī)仿真演示模型、泥水頂管機(jī)仿真演示模型。這些模型不僅僅給學(xué)員提供直觀的認(rèn)識(shí)，可供學(xué)員任意拆卸和組裝，有的還能夠進(jìn)行聲光電一體化演示，使學(xué)員更進(jìn)一步了解地下工程施工的細(xì)節(jié)。

（二）地下工程施工的操作實(shí)踐

操作實(shí)踐是通過在地下工程施工現(xiàn)場(chǎng)操作技能訓(xùn)練等，來鞏固學(xué)生理論知識(shí)和提高實(shí)際操作技能。實(shí)踐操作法，更能體現(xiàn)理論聯(lián)系實(shí)際這一基本原則[15]。這種現(xiàn)場(chǎng)操作可以在生產(chǎn)第一線，但由于地下工程施工現(xiàn)場(chǎng)較為分散，不利于集中教學(xué)，因此也可以采用模擬現(xiàn)場(chǎng)操作實(shí)踐的方式進(jìn)行。

為配合地下工程施工技術(shù)的教學(xué)，學(xué)院在模擬坑道場(chǎng)地周圍建設(shè)了鋼筋加工棚及混凝土拌合點(diǎn)，可以進(jìn)行鋼筋的現(xiàn)場(chǎng)加工、模板試拼、混凝土拌制、支護(hù)構(gòu)件制作等施工操作。為了更加逼真地模擬出現(xiàn)場(chǎng)施工的效果，加工棚選用了可拆裝的鋼管及彩鋼板搭設(shè)的形式。

通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)和課堂授課，學(xué)生可以較全面、具體、靈活地學(xué)習(xí)和掌握地下工程的施工工藝和施工技術(shù)，學(xué)會(huì)理論結(jié)合實(shí)際解決問題的方法。同時(shí)，在操作場(chǎng)上學(xué)生和教師從書本到工程進(jìn)行全方位的交流，拓寬了學(xué)生的知識(shí)面，也豐富了教學(xué)內(nèi)容[16]。

（三） 地下工程施工的虛擬實(shí)踐

虛擬實(shí)踐是人類基本實(shí)踐方式之一。虛擬實(shí)踐本質(zhì)上是各種可能性的實(shí)踐，事物的可能性在虛擬實(shí)踐中能同時(shí)平行地獲得實(shí)現(xiàn)[17]。目前，建筑信息模型已經(jīng)成為建筑領(lǐng)域信息技術(shù)研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)，BIM的應(yīng)用價(jià)值已經(jīng)得到行業(yè)的普遍認(rèn)可。為了能進(jìn)一步給學(xué)生帶來新鮮的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，課程組還將BIM虛擬實(shí)踐教學(xué)進(jìn)入了課堂。

基于BIM的虛擬實(shí)踐教學(xué)是將一個(gè)具體工程項(xiàng)目的一系列立項(xiàng)計(jì)劃、勘察設(shè)計(jì)報(bào)告、建筑圖（結(jié)構(gòu)圖、水暖圖、電器圖、施工流程圖等）、重要事件、動(dòng)態(tài)三維模型、成本計(jì)算等徹底融合，用一個(gè)“虛擬的實(shí)際工程”串聯(lián)起來，全方位闡述建筑工程施工這一復(fù)雜的施工流程[18]。

同時(shí)，課程組還將BIM的施工實(shí)踐教學(xué)從地下工程課程延伸到學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)。通過協(xié)同式畢業(yè)設(shè)計(jì)，不僅使土建專業(yè)學(xué)生更加直觀地了解地下工程的結(jié)構(gòu)構(gòu)造、施工流程，更加深了學(xué)生對(duì)其他相關(guān)知識(shí)的理解。

（四）地下工程施工的生產(chǎn)實(shí)踐

土木工程是具有很強(qiáng)實(shí)踐性的學(xué)科，為了讓學(xué)生更好的掌握知識(shí)，對(duì)于地下工程施工技術(shù)的學(xué)習(xí)，不僅要讓其注意知識(shí)的積累，更應(yīng)該強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)實(shí)踐能力的培養(yǎng)，以達(dá)到學(xué)以致用的目的。

生產(chǎn)實(shí)踐是人類最基本的實(shí)踐活動(dòng)[19]。地下工程施工技術(shù)課程注重教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)的落實(shí)，努力增加實(shí)驗(yàn)室的投入，保證了基礎(chǔ)教學(xué)和專業(yè)教學(xué)中學(xué)生應(yīng)有的教學(xué)試驗(yàn)和實(shí)習(xí)；堅(jiān)持理論與實(shí)踐、課堂與工程相結(jié)合的教學(xué)模式，重視教學(xué)科研實(shí)習(xí)基地的建設(shè)，與人防單位、軍隊(duì)建設(shè)單位、項(xiàng)目管理公司、工程監(jiān)理公司、地下礦業(yè)公司等不同類型的單位共建實(shí)習(xí)基地，以滿足課程實(shí)踐教學(xué)多樣化需要，不斷加強(qiáng)課程實(shí)習(xí)等實(shí)踐環(huán)節(jié)的過程控制和動(dòng)態(tài)管理。

四、結(jié)語

基于認(rèn)識(shí)實(shí)踐、操作實(shí)踐、虛擬實(shí)踐、生產(chǎn)實(shí)踐的地下工程施工技術(shù)的“四維實(shí)踐性教學(xué)模式”，是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、提高課程教學(xué)效率的有效方法，是多媒體時(shí)代工科專業(yè)課教學(xué)的典型范式。課程組經(jīng)過多年的努力，已經(jīng)具備了四維實(shí)踐性教學(xué)的基本軟硬件條件。在授課過程中如何有機(jī)融合課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)，從而對(duì)四維實(shí)踐性教學(xué)模式的教學(xué)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，以及對(duì)地下工程施工技術(shù)考核模式的更新，則是下一步需要研究的問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]閻石，李兵主編；孫威，王春剛，李明，金益民副主編.土木工程概論 [M].北京：中國(guó)電力出版社， 2012：187-188.

[2]濮仕坤，等.基于BIM技術(shù)的地下工程施工技術(shù)課程教學(xué)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)建設(shè)教育， 2015（2）：28-32.

[3]李立軍，楊秋學(xué).土木工程施工課程教學(xué)改革探討[J].高等建筑教育， 2011， 20（1）：83-85.

[4]涂勁松，戈海玉.應(yīng)用型本科院校土木工程施工技術(shù)課程教學(xué)改革[J].高等建筑教育， 2012， 21（3）：94-97.

[5]馮興，熊寶蓮.淺談建筑裝飾施工課程實(shí)踐教學(xué)改革[J].現(xiàn)代裝飾（理論）， 2012（2）：71.

[6]《中國(guó)教育年鑒》編輯部.中國(guó)教育年鑒（1949-1981）[M].北京：中國(guó)大百科全書出版社， 1984：796-797.

[7]江景波，趙志縉.建筑施工[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社， 1985.

[8]凌田全.加強(qiáng)橫向聯(lián)合，提高建筑施工生產(chǎn)實(shí)習(xí)的效果[J].常州工業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版， 1988， 1（2）：75-76.

[9]左成平，李國(guó)強(qiáng).加強(qiáng)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)深化教學(xué)改革[J].株洲工學(xué)院學(xué)報(bào)， 1994， 8（1）：75-79.

[10]葉作楷，潘泓.土木工程專業(yè)施工課程教學(xué)改革探討[J].高等建筑教育， 2000， 37（4）：51-53.

[11]胡秀蘭，祝明橋，劉錫軍，程火焰.土木工程專業(yè)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)改革的思考[J].高等建筑教育， 2006， 15（1）：90-93.

[12]李建峰，張艷袁，衛(wèi)寧，黃永剛.土木工程施工綜合能力培養(yǎng)體系及教學(xué)方法改革與實(shí)踐[A].田道全.土木建筑教育改革理論與實(shí)踐（第12卷）[C].武漢： 武漢理工大學(xué)出版社， 2010：308-312.

[13]高文偉.淺談視頻在專業(yè)教學(xué)中的作用[J].科技信息， 2009（10）：502.

[14]王瑞玲，宋春葉.FIDIC 施工合同條款案例庫(kù)建設(shè)探討[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)， 2011（9）：85-86.

[15]王子敬.采用實(shí)踐操作法提高《建筑施工技術(shù)》教學(xué)質(zhì)量[J].廣東科技， 2012（21）：34-35.

[16]趙紅京.建筑施工技術(shù)教學(xué)與實(shí)踐相結(jié)合的嘗試[J].番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)， 2002， 1（3）：48-50.

[17]陳蔚，李鵬舉.虛擬實(shí)踐及其哲學(xué)意義[J].郴州師范高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)， 2003， 3（3）：55-57.

[18]譚潔，劉威，汪夢(mèng)林.基于BIM技術(shù)的建筑數(shù)字技術(shù)教學(xué)改革研究[J].湖北工程學(xué)院學(xué)報(bào)， 2013， 33（6）：103-105.

[19]云瑞敏.社會(huì)主義的根本任務(wù)就是發(fā)展生產(chǎn)力[J].前沿， 2001（10）：22-23.