(浙江工業(yè)大學 建筑工程學院，浙江 杭州 310023)

軌道交通是城市持續(xù)發(fā)展的重要交通基礎設施，完善軌道交通網(wǎng)絡勢在必行，作為軌道交通最主要組成部分的地鐵隧道向網(wǎng)絡化、智能化發(fā)展，其設計工藝、施工技術(shù)和機械設備不斷更新，隧道建設對高端人才的要求也日益劇增。而我國高校隧道工程高級專業(yè)人才的培養(yǎng)模式相對滯后，不能滿足隧道工程建設對高層次創(chuàng)新人才的需求[1]。本文結(jié)合浙江工業(yè)大學教學實踐，從不同視角剖析隧道工程課程在軌道交通中的重要作用和教學改革的必要性，再以隧道工程專業(yè)人才供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革為基線，論述課程體系、教材內(nèi)容、傳統(tǒng)教學模式、支撐性教學平臺、實踐性教學和工程素質(zhì)培養(yǎng)等隧道工程課程的教學困境，進而從構(gòu)建虛擬仿真實驗中心、信息化教學平臺、科研反哺與引領(lǐng)教學以及基于隧道工程特點的實習改革等方面，探討軌道交通時代隧道工程創(chuàng)新性教學。

一、隧道工程課程的重要作用

(一)軌道交通是城市重要的交通基礎設施

城市化水平的高低已成為現(xiàn)代化水平的一個重要標志。新中國成立以來，我國城市化進程在經(jīng)歷了低速、波動、停滯階段后，目前已步入穩(wěn)定快速發(fā)展階段。我國設市城市已由建國伊始的130多座增至目前的近1 000座，城市化水平由原來的11%提高到目前的60%左右。西方國家的城市化進程是經(jīng)過幾百年的歷程，而我國要在幾十年達到這種水平，加大了城市交通的壓力，必須建立與其相適應的城市交通體系。軌道交通是城市重要的交通基礎設施之一，其中隧道是軌道交通的重要組成部分。隧道工程是完善城市軌道交通體系不可缺少的核心和關(guān)鍵工程，其一般修建在城市人口高度密集的中心商業(yè)區(qū)，可有效緩解城市中心區(qū)交通壓力，減少地面交通產(chǎn)生的噪聲、尾氣等污染，是城市綠色交通的最佳方案。

(二)隧道工程專業(yè)人才是教學改革的基線

我國交通基礎設施建設中隧道工程日益增多，城市地鐵隧道呈現(xiàn)網(wǎng)絡化、智能化快速發(fā)展趨勢，對隧道工程技術(shù)人才的業(yè)務素質(zhì)要求也越來越高。隧道工程專業(yè)人才的培養(yǎng)已遠不能滿足工程建設的需求。結(jié)合浙江工業(yè)大學近五年來隧道工程專業(yè)本科生就業(yè)情況進行調(diào)查，對2013—2017年行業(yè)需求、畢業(yè)生就業(yè)去向及變化趨勢做出分析和判斷。首先是社會對隧道工程設計人才的需求呈逐年上升趨勢，而在設計單位就業(yè)的本科畢業(yè)生則呈逐年下降的趨勢(見圖1a)。其次是表明2013年至2016年施工管理需求人數(shù)逐年上升，2017年略有下降，而在施工管理企業(yè)就業(yè)的學生人數(shù)則呈先上升后下降的趨勢(見圖1b)。最后是表明讀研和在非本專業(yè)就業(yè)學生人數(shù)呈逐年上升趨勢(見圖1c)。還有在各方向需求及就業(yè)圖中的曲線走向，呈現(xiàn)了一個變化過程(見圖1d)。這四組圖在一定程度上表明高校培養(yǎng)的學生已不能適應隧道工程的設計和管理專業(yè)需求，需要改變目前的教學培養(yǎng)方案和教學模式。

(a)設計需求和就業(yè)

(b)施工、管理需求和就業(yè)

(c)讀研及其非本專業(yè)就業(yè)

(d)各方向需求及就業(yè)

二、隧道工程課程的教學困境

(一)課程體系和教材內(nèi)容的不完備

隧道工程是土木工程一級學科下設專業(yè)，課程體系設置沿襲一級學科專業(yè)培養(yǎng)模式，其專業(yè)課程也只有隧道工程(32學時)、巖石力學與工程(32學時)、檢測技術(shù)(16學時)3門，總學時也僅有80學時。隧道工程是一門多學科相結(jié)合的交叉學科，要求學生有巖石力學、土力學、施工技術(shù)方面的理論知識儲備?，F(xiàn)行的課程體系設置給予隧道工程的課時少﹑而要講的內(nèi)容多。現(xiàn)有隧道工程教材內(nèi)容主要沿襲我國70—80年代相關(guān)教材，反映出對隧道設計的全新理念和最新施工技術(shù)的內(nèi)容未能及時在教材中體現(xiàn)，造成理論和實踐的脫節(jié)[2-3]。總體而言，模塊化專業(yè)課程設置體系的不完整，現(xiàn)有教材內(nèi)容遠落后于隧道工程實踐，以及生產(chǎn)工藝發(fā)展的進程，都嚴重影響了學生的學習積極性和實踐能力。因此，以培養(yǎng)目標為導向，以培養(yǎng)標準為載體，構(gòu)建并完善隧道工程專業(yè)課程體系，更新教材內(nèi)容是培養(yǎng)軌道交通高級專業(yè)人才的基礎。

(二)支撐性教學平臺建設的不優(yōu)先

軌道交通時代城市地鐵隧道最顯著的特征是高度復雜化、網(wǎng)絡化和智能化，要求學校培養(yǎng)的人才是兼具“KAQ”(知識、能力、素質(zhì))的復合型隧道工程建設人才，以往的理論教學為主，實驗教學為輔人才培養(yǎng)模式遠不能滿足適應這一需求。必須借助省部級教學實驗室、工程中心鍛煉學生解決實際工程問題的能力，提高實踐技能，培養(yǎng)工程素養(yǎng)；另外，利用虛擬仿真教學實驗中心和互聯(lián)網(wǎng)信息資源教學數(shù)據(jù)庫來拓展學生的專業(yè)視野，全面系統(tǒng)提高學生的綜合素質(zhì)和能力。但學校與軌道交通相關(guān)的試驗室偏小而分散，由相互關(guān)聯(lián)性不強的隧道工程、巖土工程和道路工程試驗室組成，各試驗室內(nèi)實驗設備不夠配套或陳舊。此外缺乏虛擬仿真教學實驗室和互聯(lián)網(wǎng)信息資源教學數(shù)據(jù)庫這些教學支撐性平臺，造成培養(yǎng)的學生無法適應大交通時代網(wǎng)絡化隧道工程建設的后果。

(三)實踐性教學和工程素質(zhì)培養(yǎng)不到位

強化工程實踐是提高工程類專業(yè)技術(shù)人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要方法之一，隧道工程作為軌道交通、地下工程、交通土建方向的專業(yè)核心課程，工程現(xiàn)場的“實戰(zhàn)演練”和實習是該課程教學過程中不可缺少的環(huán)節(jié)，也是培養(yǎng)卓越工程師，提高學生工程素養(yǎng)的必然要求。目前浙江工業(yè)大學建筑工程學院學生實習采用“校外分散與集中”相結(jié)合的模式，整體效果欠佳。其原因：一是學生多，適宜的實習基地有限，實習過程難于管理，造成生產(chǎn)實習流于形式。二是實習和實踐活動期間，學生處于校企管理的模糊地帶，難以真正深入到隧道工程建設的各個具體環(huán)節(jié)中去，得不到完整、系統(tǒng)的實踐鍛煉，學生也難以體會到所學的理論知識指導工程設計、施工等工程實踐活動的重要性。實踐性教學效果差，學生專業(yè)理論知識應用于工程的能力薄弱，不能將所學的知識和工程實際密切結(jié)合起來，最終導致工程類專業(yè)畢業(yè)生的工程素養(yǎng)不足，難以在本專業(yè)領(lǐng)域有良好的發(fā)展，并缺乏在該專業(yè)領(lǐng)域的創(chuàng)新、創(chuàng)造能力。

三、軌道交通時代隧道工程的教學創(chuàng)新

(一)吸收國際工程教育的先進理念(OBE)

軌道交通是大交通時代城市交通現(xiàn)代化、智慧化、復雜化和網(wǎng)絡化的必然發(fā)展過程，與之相應的專業(yè)化人才培養(yǎng)必須突破傳統(tǒng)的教學思維模式，吸收國際工程教育的先進理念(OBE)，構(gòu)建以隧道工程為核心課程的專業(yè)課程體系，并按照各專業(yè)課程自身的工程邏輯規(guī)律，配置模塊化教學資源。就隧道工程課程而言，結(jié)合其理論、試驗、監(jiān)測和工程實踐模塊配置相應的最新理論、虛實(虛擬仿真和物理模型)試驗、典型監(jiān)測案例等教學資源，更新其教學內(nèi)容，將國際上最新的隧道工程設計理念、施工技術(shù)和工藝等豐富到教學的各個環(huán)節(jié)中去。綜合運用校企聯(lián)動式、科研合作提高式等多種教學方法和手段，在將知識傳輸給學生同時，培養(yǎng)學生自我獲取專業(yè)知識的能力，使學生養(yǎng)成良好的工程素養(yǎng)，逐步達到大交通時代對軌道交通建設人才國際化、標準化、專業(yè)化的要求。改革作業(yè)形式，依托我國軌道交通時代眾多在建的大型、超大型隧道工程建設項目，提煉課題，凝練題目，布置“大作業(yè)”。這種具有項目驅(qū)動性的具有研究和探索性質(zhì)的“大作業(yè)”的完成，全方位鍛煉了學生的能力，使學生所學專業(yè)知識得到鞏固，為今后從事專業(yè)技術(shù)工作打下了堅實的基礎。考核評價機制創(chuàng)新是教學模式改革得以順利實現(xiàn)的保證，加大復雜大型隧道工程“大作業(yè)”考核力度，如試卷考試占30%，學習態(tài)度占10%，平時作業(yè)占20%，試驗考核占10%，團隊合作完成“大作業(yè)”占30%，就是一種較好的考評機制，可以充分調(diào)動學生的學習積極性，激勵學生求真、求實，對提高學生綜合工程素質(zhì)和解決實際工程問題的能力大有裨益。

(二)構(gòu)建虛擬仿真實驗中心和信息化教學平臺

隧道工程系列課程教學中，應盡快改變傳統(tǒng)的、落后的教學模式。虛擬仿真已經(jīng)滲透到全社會的各行各業(yè)，浙江工業(yè)大學建工學院的虛擬仿真實驗中心，也稱BIM技術(shù)中心，是建筑信息化的重要載體，集成了設計、施工、管理的最新理念、技術(shù)和方法。高度復雜化、網(wǎng)絡化的城市地鐵隧道設計離不開信息化、智能化的設計，軌道交通時代的智慧化隧道工程建設離不開BIM技術(shù)(Building Information Modeling)，地鐵隧道工程的規(guī)劃、選線、地質(zhì)勘探、區(qū)間隧道和站廳空間開挖施工、襯砌支護、防排水、通風和照明、軌道的設計施工、與地面交通網(wǎng)絡的銜接，無一例外，均離不開城市交通BIM技術(shù)。再如基于現(xiàn)代GPS全球定位系統(tǒng)可以實時顯示隧道掘進的位置信息，對隧道交叉貫通施工中的高程和坐標放樣非常有用。另外，爭取多方資源，與國際國內(nèi)知名科研院所和大型地鐵建設企業(yè)合作，加快虛擬仿真實驗中心建設，是提高隧道工程系列課程教學質(zhì)量，實現(xiàn)高校一流軌道交通人才培養(yǎng)的根本所在。需要整合試驗資源，全方位升級實驗硬件設備，并爭取省部級工程試驗中心[4]。信息化時代顛覆了傳統(tǒng)教學模式，使學生獲取知識的渠道更多。學校應將各種碎片化的教學資源整合、梳理、歸納、分類，建立統(tǒng)一的隧道工程系列課程信息化教學平臺、試驗平臺、實踐平臺，學生可利用這些平臺可合作完成隧道工程的設計題目，教師也可通過信息化平臺及時給學生打分評價并反饋，進一步激發(fā)學生學習的主動性和創(chuàng)造性。

(三)實現(xiàn)科技創(chuàng)新的“反哺”與引領(lǐng)

教學和科研是推動高校快速發(fā)展，實現(xiàn)質(zhì)變和邁向高水平一流大學的兩翼，社會服務則為大學持續(xù)高速發(fā)展提供源源不斷的動力[5]。將科研平臺集聚的儀器設備和師資等豐富的優(yōu)勢資源轉(zhuǎn)化為教育資源，將科研項目融入到實踐教學，以科研成果反哺教學，以國家科技攻關(guān)和重點研發(fā)項目的前瞻性、先進性引領(lǐng)教學，是培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的一流專業(yè)技術(shù)人才的保證[6]。具體到浙江工業(yè)大學隧道工程系列課程的教學，教學團隊結(jié)合國家級科研項目——大型地鐵隧道三維物理模型試驗，引領(lǐng)學生參與到地鐵隧道模型設計、制作、儀器埋設、數(shù)據(jù)采集、三維仿真模擬計算、數(shù)據(jù)分析和安全評價等各個研究環(huán)節(jié)。使學生對地鐵隧道建設的全過程有深刻的認識和了解，從中掌握隧道工程的設計理念和方法，學習施工技術(shù)工藝流程，提高對各類儀器的基本操作能力，了解各監(jiān)測項目的目的、意義，學會數(shù)據(jù)采集和分析處理方法[7]。同時通過科研全過程，培養(yǎng)學生的的團隊合作意識和嚴謹求實、一絲不茍的科研精神。