彭以舟， 汪芳芳

(浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 路橋?qū)W院， 浙江 杭州 311112)

BIM技術(shù)在道路橋梁工程實(shí)踐課程中的應(yīng)用

彭以舟， 汪芳芳

(浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 路橋?qū)W院， 浙江 杭州 311112)

利用BIM技術(shù)的可視性、模擬性、交互性，將其應(yīng)用于道路橋梁工程技術(shù)專(zhuān)業(yè)實(shí)踐課程教學(xué)。通過(guò)建立案例工程的模型庫(kù)、施工方案庫(kù)，學(xué)生可在電子工地上進(jìn)行實(shí)踐，彌補(bǔ)課間實(shí)訓(xùn)、頂崗實(shí)習(xí)存在的不足，達(dá)到實(shí)踐課程教學(xué)目標(biāo)，可供土木工程類(lèi)實(shí)踐課程借鑒。

建筑信息模型； 路橋工程； 實(shí)踐課程； 施工模擬

高職院校高級(jí)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的定位，注定了學(xué)生技能培養(yǎng)的重要性[1-2]。實(shí)踐課程是培養(yǎng)道路橋梁工程技術(shù)專(zhuān)業(yè)學(xué)生技能的重要保障。對(duì)于道路橋梁工程技術(shù)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，應(yīng)采用實(shí)踐—教學(xué)—再實(shí)踐—再教學(xué)的4段式循序漸進(jìn)培養(yǎng)模式，理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)交替進(jìn)行[3-5]。但由于道路橋梁工程具有露天施工、規(guī)模大、工期長(zhǎng)、工序復(fù)雜等特點(diǎn)，使該專(zhuān)業(yè)的實(shí)踐課程教學(xué)十分困難。目前課間實(shí)訓(xùn)、頂崗實(shí)習(xí)等教學(xué)模式難以滿足教學(xué)目標(biāo)的要求，創(chuàng)新道路橋梁工程技術(shù)專(zhuān)業(yè)實(shí)踐課程教學(xué)模式十分迫切。利用建筑信息模型(building information modeling，BIM)進(jìn)行施工環(huán)境再現(xiàn)、三維建模、工序模擬、施工漫游等技術(shù)創(chuàng)建“電子工地”，讓學(xué)生扮演施工人員，全員、全過(guò)程、全方位在電子工地參與工程項(xiàng)目建設(shè)，解決了道路橋梁工程技術(shù)專(zhuān)業(yè)實(shí)踐課程教學(xué)的不足，創(chuàng)新了實(shí)踐課程教學(xué)模式，可供土木工程類(lèi)實(shí)踐課程借鑒。

1 道路橋梁工程技術(shù)專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)的不足

高職院校道路橋梁工程技術(shù)專(zhuān)業(yè)是實(shí)踐性非常強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)，“學(xué)生本位、能力本位”的培養(yǎng)模式改革[6]，將課程體系中實(shí)踐課課時(shí)提高到總課時(shí)的50%，方式包括實(shí)訓(xùn)、實(shí)驗(yàn)、頂崗實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等,很多學(xué)校建設(shè)了校內(nèi)和校外實(shí)訓(xùn)基地，為實(shí)踐課程教學(xué)提供了良好的保障。但通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，高職院校實(shí)踐課程教學(xué)仍存在一些不足。

1.1 校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地實(shí)踐功能的局限性

目前很多高職院校的校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地為“一座橋梁、一片梁板、一段路基路面、一座隧道”的模式。這類(lèi)實(shí)訓(xùn)基地對(duì)道路橋梁工程結(jié)構(gòu)有非常好的展示效果，使學(xué)生學(xué)習(xí)道路橋梁工程結(jié)構(gòu)直接、具體，解決了學(xué)生認(rèn)知實(shí)踐問(wèn)題。但是，道路橋梁工程施工涉及施工場(chǎng)地、施工人員、施工材料、施工機(jī)械設(shè)備等諸多方面，校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地?zé)o法開(kāi)展路基路面、橋梁隧道施工實(shí)訓(xùn)，其功能具有較大的局限性。學(xué)生往往是看得多、做得少，很難有動(dòng)手做的機(jī)會(huì)，“教-學(xué)-做一體化”和“理-實(shí)交替”的教學(xué)改革很難實(shí)施。由于場(chǎng)地、經(jīng)費(fèi)等制約，校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地往往只能展示個(gè)別關(guān)鍵工序，不能完整展示施工過(guò)程，對(duì)學(xué)生的技能培養(yǎng)具有不完整性。

1.2 校外實(shí)訓(xùn)基地難以全過(guò)程實(shí)習(xí)

為了解決校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地學(xué)生看得多、做得少的問(wèn)題，高職院校需努力拓展校外實(shí)訓(xùn)基地。校外實(shí)訓(xùn)基地可以真實(shí)展現(xiàn)道路橋梁工程施工過(guò)程，學(xué)生也能參與到建設(shè)工程中去，但由于道路橋梁工程規(guī)模大、工期長(zhǎng)，學(xué)生頂崗實(shí)習(xí)時(shí)間有限，工地上往往重復(fù)進(jìn)行路基填筑、梁板澆筑等施工，學(xué)生很難參與一個(gè)工程項(xiàng)目從開(kāi)工到交工全過(guò)程實(shí)習(xí)。盡管學(xué)校要求學(xué)生輪崗實(shí)習(xí)，但實(shí)際上輪崗在實(shí)習(xí)中也很難實(shí)現(xiàn)。校外實(shí)訓(xùn)基地難以滿足道路橋梁工程實(shí)踐課程教學(xué)需要。

校外課間實(shí)訓(xùn)存在課程教學(xué)進(jìn)度與工地施工進(jìn)度的協(xié)調(diào)問(wèn)題，因?yàn)楹茈y找到與教學(xué)同步的工地。校外課間實(shí)訓(xùn)與施工單位協(xié)調(diào)、交通組織、人員安全等都是擺在授課教師面前的問(wèn)題，使很多校外實(shí)訓(xùn)基地難以發(fā)揮作用，“實(shí)踐—教學(xué)—再實(shí)踐—再教學(xué)”4段式循序漸進(jìn)培養(yǎng)落實(shí)困難。

1.3 難以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

創(chuàng)新能力的培養(yǎng)要求學(xué)生能夠大膽地去想、大膽地去做，但也必須面對(duì)不成功所造成的損失。目前在道路橋梁工程實(shí)踐課程中，學(xué)生看到的是建成的道路橋梁工程和施工單位的施工過(guò)程，很難真正參與制定施工方案，不能將自己所學(xué)理論知識(shí)運(yùn)用到施工實(shí)踐中去，不能將自己的創(chuàng)新方案運(yùn)用到施工實(shí)踐中去，因?yàn)槊總€(gè)建設(shè)工地都不能承受創(chuàng)新失敗帶來(lái)的損失。所以現(xiàn)有實(shí)踐教學(xué)模式難以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。

2 BIM用于道路橋梁工程實(shí)踐教學(xué)的可行性

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，BIM技術(shù)在土木工程領(lǐng)域應(yīng)用發(fā)展迅速[7-9]。BIM是利用仿真技術(shù)建立工程項(xiàng)目模型，使設(shè)計(jì)可視化，解決結(jié)構(gòu)碰撞和不同專(zhuān)業(yè)協(xié)調(diào)問(wèn)題；通過(guò)場(chǎng)地分析、施工過(guò)程模擬、施工組織模擬、施工現(xiàn)場(chǎng)漫游，分析論證施工方案，使施工方案最優(yōu)；通過(guò)工程量統(tǒng)計(jì)、成本分析、物料跟蹤，提高施工管理水平；通過(guò)災(zāi)害應(yīng)急模擬提高安全施工水平。BIM的應(yīng)用涵蓋工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)全過(guò)程。交通運(yùn)輸部在《推進(jìn)智慧交通發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃(2017—2020年)》中提出：到2020年逐步實(shí)現(xiàn)建筑信息模型(BIM)技術(shù)在重大交通基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、施工、運(yùn)營(yíng)、檢測(cè)維護(hù)管理全生命周期的應(yīng)用。

由于BIM技術(shù)良好的可視性、模擬性和交互性，很適合應(yīng)用于土木工程實(shí)踐課程教學(xué)[10-11]。通過(guò)建立案例工程的建筑模型、結(jié)構(gòu)模型，利用施工進(jìn)度模擬、施工環(huán)境模擬、施工漫游等功能，可向?qū)W生立體展示土木工程施工過(guò)程，學(xué)生可通過(guò)修改模型、優(yōu)化施工方案，參與施工過(guò)程。利用BIM解決了校內(nèi)實(shí)訓(xùn)看得多、做得少，頂崗實(shí)習(xí)時(shí)間有限、效率較低等高職土木工程實(shí)踐課程教學(xué)存在的不足。

3 BIM在道路橋梁工程實(shí)踐教學(xué)的實(shí)現(xiàn)

3.1 創(chuàng)建“電子工地”

教師從設(shè)計(jì)院或施工單位獲取與課程教學(xué)相關(guān)的典型工程設(shè)計(jì)圖紙，利用Autodesk Civil3d、Revit等軟件將電子地形圖轉(zhuǎn)換為三維場(chǎng)地模型，根據(jù)工程項(xiàng)目施工組織設(shè)計(jì)，進(jìn)行項(xiàng)目總體布置、項(xiàng)目經(jīng)理部駐地建設(shè)、混凝土拌和場(chǎng)、鋼筋加工場(chǎng)地、木工加工場(chǎng)地、黃沙碎石堆放場(chǎng)地、構(gòu)件預(yù)制場(chǎng)地布置。布置施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)工程，如臨時(shí)便橋、施工便道等，做好施工前期準(zhǔn)備工作。

為提高電子工地的仿真效果，可用3ds Max、Lumion等軟件進(jìn)行渲染。

3.2 施工方案模擬

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，利用Autodesk Civil3d、Revit等軟件創(chuàng)建工程實(shí)體模型(見(jiàn)圖1)。根據(jù)教學(xué)需要，可創(chuàng)建路基路面、橋梁涵洞施工工序模型庫(kù)，供學(xué)生進(jìn)行施工方案模擬，如橋梁樁基施工方案模擬(見(jiàn)圖2)、橋墩蓋梁施工方案模擬、T梁鋼筋模擬、T梁預(yù)應(yīng)力施工模擬、T梁安裝模擬、基坑欄桿及扶梯方案模擬等。學(xué)生可對(duì)模型進(jìn)行任意角度旋轉(zhuǎn)，任意部位剖切，不僅真實(shí)展示工程實(shí)體外觀，還可詳細(xì)展示工程內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

圖1 工程實(shí)體模型

圖2 樁基施工方案模擬

模型創(chuàng)建后，可利用3ds Max、Lumion等軟件創(chuàng)建施工動(dòng)畫(huà)，可逼真、詳細(xì)地展示施工工序，讓學(xué)生對(duì)施工工序能夠詳細(xì)學(xué)習(xí)、充分理解。學(xué)生可根據(jù)施工進(jìn)度計(jì)劃，利用Naviswork軟件進(jìn)行施工進(jìn)度模擬，分析施工進(jìn)度的合理性，也可對(duì)施工進(jìn)度進(jìn)行調(diào)整，還可以進(jìn)行場(chǎng)地漫游，仿佛置身施工現(xiàn)場(chǎng)(見(jiàn)圖3)。

圖3 施工現(xiàn)場(chǎng)漫游

3.3 校企合作共建校外BIM實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)

目前，國(guó)家在大力促進(jìn)企業(yè)技術(shù)中心建設(shè)，一些高校也與企業(yè)成立協(xié)同創(chuàng)新中心。企業(yè)技術(shù)中心建設(shè)就包括BIM平臺(tái)建設(shè)。企業(yè)有較豐富的BIM實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)力量，校企共建校外BIM實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，將對(duì)BIM在實(shí)踐課程教學(xué)中的應(yīng)用起到極大促進(jìn)作用[12]。學(xué)生可通過(guò)校外BIM實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，把在實(shí)習(xí)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際問(wèn)題放在企業(yè)BIM實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)上進(jìn)行模擬、分析、計(jì)算和優(yōu)化，經(jīng)施工單位認(rèn)可后將優(yōu)化后的方案應(yīng)用到施工現(xiàn)場(chǎng)第一線，解決實(shí)際工程問(wèn)題。

利用企業(yè)的BIM技術(shù)、軟硬件設(shè)備和場(chǎng)地優(yōu)勢(shì)，可以大大拓寬實(shí)踐教學(xué)資源。學(xué)生在實(shí)際工程中以工地技術(shù)人員的身份參與工程建設(shè)管理實(shí)踐，使實(shí)踐能力和工程素質(zhì)在真實(shí)的實(shí)踐環(huán)境中得到充分訓(xùn)練，從而培養(yǎng)較強(qiáng)的應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力，實(shí)現(xiàn)實(shí)踐教學(xué)資源的拓展。

3.4 創(chuàng)新能力培養(yǎng)

學(xué)生可以通過(guò)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，自行編制施工方案，并按新的施工方案創(chuàng)建模型，進(jìn)行施工方案模擬和施工過(guò)程分析。通過(guò)模擬，可以發(fā)現(xiàn)方案中的問(wèn)題，判斷施工方案的合理性和科學(xué)性，并進(jìn)一步優(yōu)化施工方案。由于一切模擬都是在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行，即使所編制的方案失敗，也不會(huì)造成任何經(jīng)濟(jì)損失，學(xué)生可大膽地創(chuàng)新施工方案。與傳統(tǒng)實(shí)習(xí)方式相比，基于BIM技術(shù)的道路橋梁工程實(shí)踐課程更有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。優(yōu)化結(jié)果可即時(shí)顯現(xiàn)，提高了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)的興趣，激發(fā)了學(xué)習(xí)動(dòng)力。

4 結(jié)語(yǔ)

將BIM技術(shù)運(yùn)用于道路橋梁工程技術(shù)專(zhuān)業(yè)實(shí)踐課程教學(xué)，彌補(bǔ)了目前實(shí)踐教學(xué)的不足，學(xué)生在電子工地上全員、全過(guò)程、全方位參與施工實(shí)踐，在接近真實(shí)的環(huán)境下進(jìn)行實(shí)踐訓(xùn)練，縮小了實(shí)習(xí)與實(shí)操的距離，不僅大幅度提高了教學(xué)質(zhì)量，而且大幅度減少了學(xué)校實(shí)訓(xùn)設(shè)施建設(shè)投資。BIM技術(shù)的運(yùn)用，確保了人才培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，值得在土木類(lèi)工程實(shí)踐教學(xué)中推廣。

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Application of BIM technology in practical courses of road and bridge engineering

Peng Yizhou, Wang Fangfang

(Road and Bridge School, Zhejiang Institute of Communications，Hangzhou 311112， China)

By using the visibility, simulation and interactivity of the BIM (building information modeling) technology, it is applied to the practical course teaching of Road and Bridge Engineering Technology specialty. Through the establishment of the model library of case engineering projects and the construction scheme library, the students can practice on the electronic site, some requirements which the interval practical training and post internship can’t meet are realized, and the objectives of the practical courses are achieved, which can provide useful references for the practical courses of civil engineering majors.

BIM； road and bridge engineering； practical course； construction simulation

10.16791/j.cnki.sjg.2017.11.038

G718.5

A

1002-4956(2017)11-0158-03

2017-05-04

浙江省2016年度高等教育課堂教學(xué)改革項(xiàng)目(kg20160662)

彭以舟(1968—)，男，安徽六安，碩士，副教授，主要從事公路工程施工技術(shù)研究和教學(xué)工作.

E-mailqyypy@126.com