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，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)生的實操技能。實踐課程作為培養(yǎng)學(xué)生實操能力的關(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，可顯著增強學(xué)生的實操能力，促進(jìn)其深入掌握相關(guān)教學(xué)內(nèi)容。實踐課程的教學(xué)規(guī)劃流程：實踐活動—理論講解—深入實踐—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的實踐性與專業(yè)性，對專業(yè)學(xué)生提出了實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)中的實踐課程提升至50%。實踐課程形式包括實踐訓(xùn)練、實驗?zāi)M、頂崗實習(xí)、實驗課程設(shè)計、學(xué)生畢業(yè)設(shè)計等。大部分高職院校設(shè)立了實訓(xùn)基地，分布在校內(nèi)實驗室與校外孵化器，為學(xué)生開展實踐課程建設(shè)教學(xué)配套平臺?，F(xiàn)階段大部分高職院校開展道路橋梁工程實踐課程采取的實踐模式具有局限性，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]。校外實訓(xùn)課程存在學(xué)生實踐元素較少的問題。例如，高職院校帶領(lǐng)學(xué)生實際參與道路橋梁工程的作業(yè)實訓(xùn)，在學(xué)生參與期間，作業(yè)人員進(jìn)行工程設(shè)計、作業(yè)規(guī)劃時，為學(xué)生提供的學(xué)習(xí)機會為“參觀”，而非“參與”，此種實訓(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習(xí)時間有限，“參與”時實訓(xùn)層次不足，使其難以把握工程項目全貌，由此形成校外實訓(xùn)學(xué)習(xí)效果不理想的教學(xué)問題。
2BIM融合實踐教學(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)，漫游獲取實際工程建設(shè)的各項數(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，緩解頂崗實習(xí)與校外實訓(xùn)存在的教學(xué)不足，提升實踐課程的教學(xué)效果。BIM技術(shù)借助仿真模擬技術(shù)，搭建了工程項目的模擬模型，提升工程設(shè)計的可視化效果，緩解了工程結(jié)構(gòu)實踐與專業(yè)協(xié)調(diào)之間存在的各項問題，借助模擬場地分析流程、模擬作業(yè)程序，還原作業(yè)組織的真實狀態(tài)，加強作業(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，逐漸融合于工程項目設(shè)計、作業(yè)程序、工程運營、設(shè)備維護(hù)等全程序中?；贐IM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)慕换バ裕m用于道路橋梁工程相關(guān)土木工程的實踐性學(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)工程項目作業(yè)設(shè)計，開展項目作業(yè)布置，落實項目駐地搭建，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)場臨時工程，比如便橋搭設(shè)、作業(yè)便道鋪設(shè)等，開展各項作業(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，未來有可能將其擴寬成八車道的交通道路。擬建工程時，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)項目有基坑、擴建基礎(chǔ)、高墩作業(yè)項目、具有支撐功能連續(xù)性橋梁作業(yè)項目。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)計方案，以此完善電子工地的各項參數(shù)。路面結(jié)構(gòu)設(shè)計時，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)配合工程實例開展道路橋梁工程教學(xué)活動，具有實操性與直觀性。
2.3模擬作業(yè)方案
授課教師依據(jù)作業(yè)圖紙的設(shè)計內(nèi)容，借助相關(guān)軟件完成工程實體結(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)生提供真實的工程實體結(jié)構(gòu)，可增強學(xué)生工程實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)計為5m×20m，材質(zhì)設(shè)計為預(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)計為1.2m，樁長度設(shè)計為25m；此工程為三柱式橋墩，柱徑長度為1m，橋梁支座設(shè)計為GYZ型，橋梁支座材質(zhì)為橡膠；此工程地震對抗能力設(shè)計為7度。授課教師應(yīng)給予學(xué)生作業(yè)的必要性設(shè)計參數(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)，顯著增強學(xué)生道路橋梁工程的實操與設(shè)計能力[3]。
2.4校企聯(lián)合豐富BIM實踐教學(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實踐教學(xué)平臺的建設(shè)，將BIM技術(shù)融合于實踐課程教學(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)生提供更為真實的工程數(shù)據(jù)與案例，豐富教學(xué)內(nèi)容，提升實踐課程的真實性與可行性。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，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)與實踐平臺，將實習(xí)現(xiàn)場面臨的問題引入BIM實踐平臺中，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，提升工程實際問題的解決效率，發(fā)揮校企聯(lián)合的教學(xué)應(yīng)用價值，促進(jìn)學(xué)生在校學(xué)習(xí)期間深入?yún)⑴c工程作業(yè)單位的各項活動，有助于豐富學(xué)生的工程實踐經(jīng)驗，增強其道路橋梁工程的實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)合的實踐教學(xué)活動，在BIM技術(shù)的輔助教學(xué)中，顯著增強學(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)實踐教學(xué)時，教學(xué)設(shè)計工作較為關(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)融合實踐教學(xué)的設(shè)計模板，防止教學(xué)設(shè)計發(fā)生疏漏。教學(xué)設(shè)計模板的具體內(nèi)容應(yīng)包括以下幾點。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。實踐教學(xué)設(shè)計的編制依據(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)生模擬具有危險性的設(shè)計方案，增強學(xué)生對危險因素的認(rèn)知能力，發(fā)揮BIM技術(shù)的實踐教學(xué)價值。
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)實踐課程的課程體系，提升教學(xué)效率，彌補實踐教學(xué)存在的運行不暢問題，便于學(xué)生在電子工地開展作業(yè)實踐與規(guī)劃，提升學(xué)生參與課程的實踐程度，使其在接近真實工程規(guī)劃的場景中，開展實踐訓(xùn)練課程，減少真實模擬帶來的經(jīng)濟成本問題，增強學(xué)生的實操能力。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