BIM技術(shù)在道路橋梁工程課程中應(yīng)用
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摘要：本文以道路橋梁工程專業(yè)的課程體系建設(shè)為基礎(chǔ)，在分析bim融合道路橋梁工程教學(xué)重要性的基礎(chǔ)上，針對如何搭建電子工地模擬基地、模擬作業(yè)方案、校企聯(lián)合豐富BIM實(shí)踐教學(xué)資源、借助BIM技術(shù)提升學(xué)生專業(yè)技能等提出了具體建議。
關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；作業(yè)方案；校企聯(lián)合
高職院校在開展人才培養(yǎng)教學(xué)工作時(shí)，應(yīng)結(jié)合人才市場的用人需求，制定應(yīng)用型人才的教學(xué)定位，關(guān)注學(xué)生的實(shí)操技能。實(shí)踐課程作為培養(yǎng)學(xué)生實(shí)操能力的關(guān)鍵性教學(xué)途徑，在道路橋梁工程教學(xué)活動中具有應(yīng)用的適用性，可顯著增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)操能力，促進(jìn)其深入掌握相關(guān)教學(xué)內(nèi)容。實(shí)踐課程的教學(xué)規(guī)劃流程：實(shí)踐活動—理論講解—深入實(shí)踐—深入講解。
1教學(xué)現(xiàn)狀
高職院校設(shè)立的道路橋梁工程課程具有較強(qiáng)的實(shí)踐性與專業(yè)性，對專業(yè)學(xué)生提出了實(shí)操與理論掌握的雙重學(xué)習(xí)要求。高職院校對道路橋梁工程專業(yè)設(shè)定的人才培養(yǎng)原則：學(xué)生為課堂主體、能力為教學(xué)主體，將課程結(jié)構(gòu)中的實(shí)踐課程提升至50%。實(shí)踐課程形式包括實(shí)踐訓(xùn)練、實(shí)驗(yàn)?zāi)M、頂崗實(shí)習(xí)、實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)、學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)等。大部分高職院校設(shè)立了實(shí)訓(xùn)基地，分布在校內(nèi)實(shí)驗(yàn)室與校外孵化器，為學(xué)生開展實(shí)踐課程建設(shè)教學(xué)配套平臺。現(xiàn)階段大部分高職院校開展道路橋梁工程實(shí)踐課程采取的實(shí)踐模式具有局限性，具體表現(xiàn)為一座橋梁、一條隧道等。此種實(shí)訓(xùn)模式難以全景展示道路橋梁工程的結(jié)構(gòu)，只能為學(xué)生展示局部工程教學(xué)，雖然一定程度提升了針對性教學(xué)效果，然而教學(xué)內(nèi)容并未涉及工地、人員、材料等因素，易造成學(xué)生所學(xué)內(nèi)容與解題方案存在可行性較低的問題[1]。校外實(shí)訓(xùn)課程存在學(xué)生實(shí)踐元素較少的問題。例如，高職院校帶領(lǐng)學(xué)生實(shí)際參與道路橋梁工程的作業(yè)實(shí)訓(xùn)，在學(xué)生參與期間，作業(yè)人員進(jìn)行工程設(shè)計(jì)、作業(yè)規(guī)劃時(shí)，為學(xué)生提供的學(xué)習(xí)機(jī)會為“參觀”，而非“參與”，此種實(shí)訓(xùn)課程一定程度削弱了學(xué)生參與工程學(xué)習(xí)的能力。加之學(xué)生在工程中的頂崗實(shí)習(xí)時(shí)間有限，“參與”時(shí)實(shí)訓(xùn)層次不足，使其難以把握工程項(xiàng)目全貌，由此形成校外實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)效果不理想的教學(xué)問題。
2BIM融合實(shí)踐教學(xué)措施
2.1BIM融合道路橋梁工程教學(xué)可行性探討
在信息技術(shù)發(fā)展背景下，BIM技術(shù)在土木工程中獲得了成熟化與系統(tǒng)化發(fā)展。BIM技術(shù)中，“B”對應(yīng)建筑，“I”對應(yīng)信息技術(shù)，“M”對應(yīng)模擬，指借助信息模型開展建筑結(jié)構(gòu)模擬分析。將此技術(shù)融合于道路橋梁工程教學(xué)體系中，可為學(xué)生提供全景作業(yè)環(huán)境，通過模擬建筑結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)，模擬工程作業(yè)，漫游獲取實(shí)際工程建設(shè)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，以電子工地形式，讓學(xué)生以作業(yè)、管理、技術(shù)等角色，參與到道路橋梁工程建設(shè)活動中，為學(xué)生帶來全新的教學(xué)體驗(yàn)，緩解頂崗實(shí)習(xí)與校外實(shí)訓(xùn)存在的教學(xué)不足，提升實(shí)踐課程的教學(xué)效果。BIM技術(shù)借助仿真模擬技術(shù)，搭建了工程項(xiàng)目的模擬模型，提升工程設(shè)計(jì)的可視化效果，緩解了工程結(jié)構(gòu)實(shí)踐與專業(yè)協(xié)調(diào)之間存在的各項(xiàng)問題，借助模擬場地分析流程、模擬作業(yè)程序，還原作業(yè)組織的真實(shí)狀態(tài)，加強(qiáng)作業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)漫游與傳輸，論證作業(yè)方案的可行性，以此獲得最優(yōu)作業(yè)方案。在統(tǒng)計(jì)工程量、分析作業(yè)成本、跟蹤作業(yè)材料狀態(tài)等程序中，BIM技術(shù)顯著增強(qiáng)了道路橋梁工程的作業(yè)管理效能，并借助災(zāi)害應(yīng)急的模擬程序，營建了安全作業(yè)環(huán)境。BIM技術(shù)的應(yīng)用較為廣泛，逐漸融合于工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)、作業(yè)程序、工程運(yùn)營、設(shè)備維護(hù)等全程序中。基于BIM技術(shù)具有優(yōu)質(zhì)的可視性、靈活性的模擬能力，以及數(shù)據(jù)處理與參數(shù)傳輸?shù)慕换バ?，適用于道路橋梁工程相關(guān)土木工程的實(shí)踐性學(xué)習(xí)程序。在BIM技術(shù)中開展案例工程的建模處理，構(gòu)造建筑模型，開展作業(yè)進(jìn)度模擬、作業(yè)環(huán)境模擬、作業(yè)數(shù)據(jù)傳輸與共享等程序，可為學(xué)生立體化展示相關(guān)教學(xué)程序。學(xué)生在BIM平臺中，可采取相關(guān)數(shù)據(jù)的修改操作，獲取不同作業(yè)方案帶來的作業(yè)效果，進(jìn)而提升學(xué)生作業(yè)方案的優(yōu)化能力，增強(qiáng)其作業(yè)程序的參與程度。由此可見，BIM技術(shù)融合道路橋梁工程教學(xué)，具備可行性[2]。
2.2搭建電子工地模擬基地
道路橋梁工程授課教師從設(shè)計(jì)院、作業(yè)單位獲取作業(yè)圖紙，與課程體系相匹配后，為學(xué)生開展BIM的教學(xué)流程。在Revit軟件中導(dǎo)入工程電子地形圖，繼而將其轉(zhuǎn)化成三維場地模型，依據(jù)工程項(xiàng)目作業(yè)設(shè)計(jì)，開展項(xiàng)目作業(yè)布置，落實(shí)項(xiàng)目駐地搭建，研習(xí)混凝土攪拌作業(yè)，模擬鋼筋與土木等加工流程等。搭設(shè)作業(yè)現(xiàn)場臨時(shí)工程，比如便橋搭設(shè)、作業(yè)便道鋪設(shè)等，開展各項(xiàng)作業(yè)前期準(zhǔn)備工作。例如，某市市政工程中，快速干道總長度為3000m，路幅寬度屬性為110m。此道路橋梁工程用于雙向六車道，未來有可能將其擴(kuò)寬成八車道的交通道路。擬建工程時(shí)，教師為學(xué)生提供工程建設(shè)的基礎(chǔ)內(nèi)容，具體為軟基處理、橋梁作業(yè)項(xiàng)目、路基土石方作業(yè)、基層與面層、人行道作業(yè)等。其中，橋梁工程作業(yè)項(xiàng)目有基坑、擴(kuò)建基礎(chǔ)、高墩作業(yè)項(xiàng)目、具有支撐功能連續(xù)性橋梁作業(yè)項(xiàng)目。教師在BIM技術(shù)平臺中為學(xué)生輸入工程任務(wù)與路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，以此完善電子工地的各項(xiàng)參數(shù)。路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，確定以瀝青混凝土作為路面建設(shè)結(jié)構(gòu)，材質(zhì)由下而上分別為：第一層，潮濕紅黏土作為路面基礎(chǔ)；第二層，水泥材質(zhì)的穩(wěn)定土，厚度為250mm，水泥濃度為4%；第三層，水泥材質(zhì)的穩(wěn)定土，厚度為250mm，水泥濃度為6%；第四層，透層油；第五層，瀝青混凝土，厚度為70mm；第六層，瀝青混凝土，厚度為60mm；第七層，瀝青混凝土，厚度為40mm。由此可見，借助BIM技術(shù)配合工程實(shí)例開展道路橋梁工程教學(xué)活動，具有實(shí)操性與直觀性。
2.3模擬作業(yè)方案
授課教師依據(jù)作業(yè)圖紙的設(shè)計(jì)內(nèi)容，借助相關(guān)軟件完成工程實(shí)體結(jié)構(gòu)的建模程序，結(jié)合教學(xué)需求，為學(xué)生建設(shè)路基路面、橋梁涵洞等作業(yè)程序的模型庫，為學(xué)生開展作業(yè)方案設(shè)計(jì)提供模擬條件。由BIM技術(shù)為學(xué)生提供的作業(yè)方案模擬程序有橋梁樁基工程、墩梁基工程、T梁鋼筋工程、T梁預(yù)應(yīng)力工程、T梁安裝工程、基坑護(hù)坡工程等。學(xué)生在BIM技術(shù)的輔助下，可360°視角旋轉(zhuǎn)模型，針對工程任意位置展開剖切，為學(xué)生提供真實(shí)的工程實(shí)體結(jié)構(gòu)，可增強(qiáng)學(xué)生工程實(shí)操性與思考性等方面的學(xué)習(xí)能力。例如，授課教師為學(xué)生布置的作業(yè)方案模擬練習(xí)為“設(shè)計(jì)某道路橋梁工程的空心板作業(yè)方案”。給予學(xué)生的工程概況：橋面長度為105m，跨度為10.75+2×0.5=11.75（m）的防護(hù)欄，兩個(gè)防護(hù)欄間距為1m，橋面寬度總值為24.5m，起始里程為K104+522.47，終止里程為K104+627.53；橋梁的表面結(jié)構(gòu)為空心板，規(guī)格設(shè)計(jì)為5m×20m，材質(zhì)設(shè)計(jì)為預(yù)應(yīng)力混凝土；全橋采取聯(lián)合作業(yè)形式，橋下方位置的結(jié)構(gòu)支撐為樁柱式橋墩，橋臺為肋板式，樁基礎(chǔ)作業(yè)形式為鉆孔灌注，樁徑設(shè)計(jì)為1.2m，樁長度設(shè)計(jì)為25m；此工程為三柱式橋墩，柱徑長度為1m，橋梁支座設(shè)計(jì)為GYZ型，橋梁支座材質(zhì)為橡膠；此工程地震對抗能力設(shè)計(jì)為7度。授課教師應(yīng)給予學(xué)生作業(yè)的必要性設(shè)計(jì)參數(shù)，讓學(xué)生在BIM技術(shù)的輔助下進(jìn)行學(xué)習(xí)與探索，并自主開展作業(yè)方案的制定流程，借助BIM技術(shù)與工程相關(guān)參數(shù)，為學(xué)生營建真實(shí)的工程建設(shè)環(huán)境，促進(jìn)學(xué)生參與工程建設(shè)，顯著增強(qiáng)學(xué)生道路橋梁工程的實(shí)操與設(shè)計(jì)能力[3]。
2.4校企聯(lián)合豐富BIM實(shí)踐教學(xué)資源
現(xiàn)階段，國家全力開展技術(shù)中心的建設(shè)工作，部分高職院校逐漸成為科創(chuàng)研究的協(xié)同合作單位，共同開展科研活動，提升了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展活力。企業(yè)的技術(shù)建設(shè)項(xiàng)目中包括BIM技術(shù)的平臺搭建與建設(shè)，其擁有較為豐富的BIM應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)應(yīng)用技巧，高職院校應(yīng)與作業(yè)單位建立合作關(guān)系，完善校企BIM實(shí)踐教學(xué)平臺的建設(shè)，將BIM技術(shù)融合于實(shí)踐課程教學(xué)活動中具有較為積極的教學(xué)效果。校企聯(lián)合的BIM教學(xué)平臺，可為學(xué)生提供更為真實(shí)的工程數(shù)據(jù)與案例，豐富教學(xué)內(nèi)容，提升實(shí)踐課程的真實(shí)性與可行性。當(dāng)教學(xué)活動遇見理論知識難以解決的學(xué)術(shù)問題時(shí)，可在校企聯(lián)合BIM教學(xué)平臺中，學(xué)習(xí)已完成的橋梁工程建設(shè)采取的處理措施，增強(qiáng)學(xué)生對道路橋梁工程的應(yīng)急處理能力，使其更符合企業(yè)的人才需求。學(xué)生可在校外登錄校企聯(lián)合BIM學(xué)習(xí)與實(shí)踐平臺，將實(shí)習(xí)現(xiàn)場面臨的問題引入BIM實(shí)踐平臺中，開展模擬分析、測算與優(yōu)化等程序，在作業(yè)單位予以認(rèn)可的基礎(chǔ)上，將優(yōu)化方案引用至作業(yè)現(xiàn)場，提升工程實(shí)際問題的解決效率，發(fā)揮校企聯(lián)合的教學(xué)應(yīng)用價(jià)值，促進(jìn)學(xué)生在校學(xué)習(xí)期間深入?yún)⑴c工程作業(yè)單位的各項(xiàng)活動，有助于豐富學(xué)生的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，增強(qiáng)其道路橋梁工程的實(shí)踐與解決問題的綜合能力。
2.5借助BIM技術(shù)提升學(xué)生專業(yè)技能
授課教師為學(xué)生開展工程案例與BIM技術(shù)結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)活動，在BIM技術(shù)的輔助教學(xué)中，顯著增強(qiáng)學(xué)生的專業(yè)技能，有助于提升學(xué)生參與道路橋梁工程建設(shè)的層次，提高其工程操作能力。在教師開展BIM技術(shù)實(shí)踐教學(xué)時(shí)，教學(xué)設(shè)計(jì)工作較為關(guān)鍵，關(guān)乎學(xué)生參與工程學(xué)習(xí)的深度，影響學(xué)生實(shí)踐學(xué)習(xí)的質(zhì)量[4]。為此，授課教師應(yīng)為自身創(chuàng)建BIM技術(shù)融合實(shí)踐教學(xué)的設(shè)計(jì)模板，防止教學(xué)設(shè)計(jì)發(fā)生疏漏。教學(xué)設(shè)計(jì)模板的具體內(nèi)容應(yīng)包括以下幾點(diǎn)。工程概況：為學(xué)生介紹工程信息，提升學(xué)生對道路橋梁工程實(shí)踐的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)其優(yōu)質(zhì)的工程建設(shè)職業(yè)習(xí)慣。實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)的編制依據(jù)：依據(jù)大多數(shù)為學(xué)生展示的是作業(yè)規(guī)范、材料選擇原則、工程管理內(nèi)容等，有助于學(xué)生樹立規(guī)范性作業(yè)思想，適當(dāng)?shù)貙ζ錆B透節(jié)能綠色建筑思想，塑造其工程建設(shè)的環(huán)保意識。道路與橋梁關(guān)鍵性作業(yè)工藝與方案的規(guī)劃：此部分較為關(guān)鍵，可借助BIM技術(shù)詳細(xì)制定教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合工程案例提升學(xué)生對作業(yè)工藝與方案的理解能力。橋梁工程中包括的工程有基礎(chǔ)、承臺、墩柱、箱梁、護(hù)欄、鋪裝橋面等，此部分應(yīng)逐一細(xì)化，便于為學(xué)生開展BIM技術(shù)實(shí)踐教學(xué)活動。作業(yè)安全與文明作業(yè)：授課教師應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生安全作業(yè)的思想，以此踐行安全作業(yè)理念，減少作業(yè)傷亡事件發(fā)生。借助BIM技術(shù)為學(xué)生模擬具有危險(xiǎn)性的設(shè)計(jì)方案，增強(qiáng)學(xué)生對危險(xiǎn)因素的認(rèn)知能力，發(fā)揮BIM技術(shù)的實(shí)踐教學(xué)價(jià)值。
3結(jié)論
綜上所述，BIM技術(shù)融合于道路橋梁工程教學(xué)活動中，有助于豐富此專業(yè)實(shí)踐課程的課程體系，提升教學(xué)效率，彌補(bǔ)實(shí)踐教學(xué)存在的運(yùn)行不暢問題，便于學(xué)生在電子工地開展作業(yè)實(shí)踐與規(guī)劃，提升學(xué)生參與課程的實(shí)踐程度，使其在接近真實(shí)工程規(guī)劃的場景中，開展實(shí)踐訓(xùn)練課程，減少真實(shí)模擬帶來的經(jīng)濟(jì)成本問題，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)操能力。BIM技術(shù)與教學(xué)活動的融合，能顯著提升高職院校人才培養(yǎng)教學(xué)能力。
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作者:溫巍 羅超剛 邱健 單位:江蘇工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院