BIM技術在道路橋梁工程實踐課程中的應用

彭以舟， 汪芳芳

(浙江交通職業技術學院 路橋學院， 浙江 杭州 311112)

BIM技術在道路橋梁工程實踐課程中的應用

彭以舟， 汪芳芳

(浙江交通職業技術學院 路橋學院， 浙江 杭州 311112)

利用BIM技術的可視性、模擬性、交互性，將其應用于道路橋梁工程技術專業實踐課程教學。通過建立案例工程的模型庫、施工方案庫，學生可在電子工地上進行實踐，彌補課間實訓、頂崗實習存在的不足，達到實踐課程教學目標，可供土木工程類實踐課程借鑒。

建筑信息模型； 路橋工程； 實踐課程； 施工模擬

高職院校高級應用型人才培養的定位，注定了學生技能培養的重要性[1-2]。實踐課程是培養道路橋梁工程技術專業學生技能的重要保障。對于道路橋梁工程技術專業的學生，應采用實踐—教學—再實踐—再教學的4段式循序漸進培養模式，理論教學與實踐教學交替進行[3-5]。但由于道路橋梁工程具有露天施工、規模大、工期長、工序復雜等特點，使該專業的實踐課程教學十分困難。目前課間實訓、頂崗實習等教學模式難以滿足教學目標的要求，創新道路橋梁工程技術專業實踐課程教學模式十分迫切。利用建筑信息模型(building information modeling，BIM)進行施工環境再現、三維建模、工序模擬、施工漫游等技術創建“電子工地”，讓學生扮演施工人員，全員、全過程、全方位在電子工地參與工程項目建設，解決了道路橋梁工程技術專業實踐課程教學的不足，創新了實踐課程教學模式，可供土木工程類實踐課程借鑒。

1 道路橋梁工程技術專業實踐教學的不足

高職院校道路橋梁工程技術專業是實踐性非常強的專業，“學生本位、能力本位”的培養模式改革[6]，將課程體系中實踐課課時提高到總課時的50%，方式包括實訓、實驗、頂崗實習、課程設計、畢業設計等,很多學校建設了校內和校外實訓基地，為實踐課程教學提供了良好的保障。但通過調查發現，高職院校實踐課程教學仍存在一些不足。

1.1 校內實訓基地實踐功能的局限性

目前很多高職院校的校內實訓基地為“一座橋梁、一片梁板、一段路基路面、一座隧道”的模式。這類實訓基地對道路橋梁工程結構有非常好的展示效果，使學生學習道路橋梁工程結構直接、具體，解決了學生認知實踐問題。但是，道路橋梁工程施工涉及施工場地、施工人員、施工材料、施工機械設備等諸多方面，校內實訓基地無法開展路基路面、橋梁隧道施工實訓，其功能具有較大的局限性。學生往往是看得多、做得少，很難有動手做的機會，“教-學-做一體化”和“理-實交替”的教學改革很難實施。由于場地、經費等制約，校內實訓基地往往只能展示個別關鍵工序，不能完整展示施工過程，對學生的技能培養具有不完整性。

1.2 校外實訓基地難以全過程實習

為了解決校內實訓基地學生看得多、做得少的問題，高職院校需努力拓展校外實訓基地。校外實訓基地可以真實展現道路橋梁工程施工過程，學生也能參與到建設工程中去，但由于道路橋梁工程規模大、工期長，學生頂崗實習時間有限，工地上往往重復進行路基填筑、梁板澆筑等施工，學生很難參與一個工程項目從開工到交工全過程實習。盡管學校要求學生輪崗實習，但實際上輪崗在實習中也很難實現。校外實訓基地難以滿足道路橋梁工程實踐課程教學需要。

校外課間實訓存在課程教學進度與工地施工進度的協調問題，因為很難找到與教學同步的工地。校外課間實訓與施工單位協調、交通組織、人員安全等都是擺在授課教師面前的問題，使很多校外實訓基地難以發揮作用，“實踐—教學—再實踐—再教學”4段式循序漸進培養落實困難。

1.3 難以培養學生的創新能力

創新能力的培養要求學生能夠大膽地去想、大膽地去做，但也必須面對不成功所造成的損失。目前在道路橋梁工程實踐課程中，學生看到的是建成的道路橋梁工程和施工單位的施工過程，很難真正參與制定施工方案，不能將自己所學理論知識運用到施工實踐中去，不能將自己的創新方案運用到施工實踐中去，因為每個建設工地都不能承受創新失敗帶來的損失。所以現有實踐教學模式難以培養學生創新能力。

2 BIM用于道路橋梁工程實踐教學的可行性

隨著計算機技術的發展，BIM技術在土木工程領域應用發展迅速[7-9]。BIM是利用仿真技術建立工程項目模型，使設計可視化，解決結構碰撞和不同專業協調問題；通過場地分析、施工過程模擬、施工組織模擬、施工現場漫游，分析論證施工方案，使施工方案最優；通過工程量統計、成本分析、物料跟蹤，提高施工管理水平；通過災害應急模擬提高安全施工水平。BIM的應用涵蓋工程項目設計、施工、運營、維護全過程。交通運輸部在《推進智慧交通發展行動計劃(2017—2020年)》中提出：到2020年逐步實現建筑信息模型(BIM)技術在重大交通基礎設施項目規劃、設計、建設、施工、運營、檢測維護管理全生命周期的應用。

由于BIM技術良好的可視性、模擬性和交互性，很適合應用于土木工程實踐課程教學[10-11]。通過建立案例工程的建筑模型、結構模型，利用施工進度模擬、施工環境模擬、施工漫游等功能，可向學生立體展示土木工程施工過程，學生可通過修改模型、優化施工方案，參與施工過程。利用BIM解決了校內實訓看得多、做得少，頂崗實習時間有限、效率較低等高職土木工程實踐課程教學存在的不足。

3 BIM在道路橋梁工程實踐教學的實現

3.1 創建“電子工地”

教師從設計院或施工單位獲取與課程教學相關的典型工程設計圖紙，利用Autodesk Civil3d、Revit等軟件將電子地形圖轉換為三維場地模型，根據工程項目施工組織設計，進行項目總體布置、項目經理部駐地建設、混凝土拌和場、鋼筋加工場地、木工加工場地、黃沙碎石堆放場地、構件預制場地布置。布置施工現場臨時工程，如臨時便橋、施工便道等，做好施工前期準備工作。

為提高電子工地的仿真效果，可用3ds Max、Lumion等軟件進行渲染。

3.2 施工方案模擬

根據設計圖紙，利用Autodesk Civil3d、Revit等軟件創建工程實體模型(見圖1)。根據教學需要，可創建路基路面、橋梁涵洞施工工序模型庫，供學生進行施工方案模擬，如橋梁樁基施工方案模擬(見圖2)、橋墩蓋梁施工方案模擬、T梁鋼筋模擬、T梁預應力施工模擬、T梁安裝模擬、基坑欄桿及扶梯方案模擬等。學生可對模型進行任意角度旋轉，任意部位剖切，不僅真實展示工程實體外觀，還可詳細展示工程內部結構。

圖1 工程實體模型

圖2 樁基施工方案模擬

模型創建后，可利用3ds Max、Lumion等軟件創建施工動畫，可逼真、詳細地展示施工工序，讓學生對施工工序能夠詳細學習、充分理解。學生可根據施工進度計劃，利用Naviswork軟件進行施工進度模擬，分析施工進度的合理性，也可對施工進度進行調整，還可以進行場地漫游，仿佛置身施工現場(見圖3)。

圖3 施工現場漫游

3.3 校企合作共建校外BIM實踐教學平臺

目前，國家在大力促進企業技術中心建設，一些高校也與企業成立協同創新中心。企業技術中心建設就包括BIM平臺建設。企業有較豐富的BIM實踐經驗和技術力量，校企共建校外BIM實踐教學平臺，將對BIM在實踐課程教學中的應用起到極大促進作用[12]。學生可通過校外BIM實踐教學平臺，把在實習現場的實際問題放在企業BIM實踐教學平臺上進行模擬、分析、計算和優化，經施工單位認可后將優化后的方案應用到施工現場第一線，解決實際工程問題。

利用企業的BIM技術、軟硬件設備和場地優勢，可以大大拓寬實踐教學資源。學生在實際工程中以工地技術人員的身份參與工程建設管理實踐，使實踐能力和工程素質在真實的實踐環境中得到充分訓練，從而培養較強的應用能力和創新能力，實現實踐教學資源的拓展。

3.4 創新能力培養

學生可以通過理論知識的學習，自行編制施工方案，并按新的施工方案創建模型，進行施工方案模擬和施工過程分析。通過模擬，可以發現方案中的問題，判斷施工方案的合理性和科學性，并進一步優化施工方案。由于一切模擬都是在計算機中進行，即使所編制的方案失敗，也不會造成任何經濟損失，學生可大膽地創新施工方案。與傳統實習方式相比，基于BIM技術的道路橋梁工程實踐課程更有利于學生創新能力的培養。優化結果可即時顯現，提高了學生對實驗實訓的興趣，激發了學習動力。

4 結語

將BIM技術運用于道路橋梁工程技術專業實踐課程教學，彌補了目前實踐教學的不足，學生在電子工地上全員、全過程、全方位參與施工實踐，在接近真實的環境下進行實踐訓練，縮小了實習與實操的距離，不僅大幅度提高了教學質量，而且大幅度減少了學校實訓設施建設投資。BIM技術的運用，確保了人才培養目標的實現，值得在土木類工程實踐教學中推廣。

References)

[1] 彭以舟.基于工作過程的道路橋梁工程技術專業課程標準研究[J].浙江交通職業技術學院學報,2011,12(2):44-51.

[2] 崔瑤,年廷凱,陳廷國,等.日本高校土木工程專業大學生實踐教學淺析[J].高等建筑教育,2016,25(4)：41-44.

[3] 張征文.高職道路橋梁工程技術專業實踐教學體系構建:以浙江交通職業技術學院為例[J].職業技術教育,2013,34(35):37-39.

[4] 黃璐,尚利寧,蘭山.經管類綜合仿真實踐教學平臺構建探索[J].實驗技術與管理,2014,31(11)：191-194.

[5] 彭以舟.工程造價課程“教、學、做一體”的教學改革與實踐[J].浙江交通職業技術學院學報,2009,10(3):59-66.

[6] 高杰.能力本位的高職路橋專業人才培養模式研究與實踐[D].西安：長安大學,2011.

[7] 何關培.BIM總論[M].北京:中國建筑工業出版社,2011.

[8] 丁士昭.建筑工程信息化導論[M].北京:中國建筑工業出版社,2005.

[9] 劉爽.建筑信息模型(BIM)技術的應用[J].建筑學報,2008(2):100-101.

[10] 王浩.揭秘仿真技術在現代軍事訓練中的應用[EB/OL].(2016-08-18)[2017-03-23].http://jz.chinamil.com.cn/n2014/tp/content_7213288.htm.

[11] 李永紅,鄧紅艷,鄧桂龍.基于游戲模式的作戰訓練平臺研究[J].計算機仿真,2011,28(8)：20-23.

[12] 王芳,張志強.融合BIM技術的應用型土木工程專業實踐教學平臺的優化與應用[J].高等建筑教育,2016,25(1):155-157.

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改革項目(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研究和教學工作.

E-mailqyypy@126.com