BIM技术在道路桥梁工程实践课程中的应用

彭以舟， 汪芳芳

(浙江交通职业技术学院 路桥学院， 浙江 杭州 311112)

BIM技术在道路桥梁工程实践课程中的应用

彭以舟， 汪芳芳

(浙江交通职业技术学院 路桥学院， 浙江 杭州 311112)

利用BIM技术的可视性、模拟性、交互性，将其应用于道路桥梁工程技术专业实践课程教学。通过建立案例工程的模型库、施工方案库，学生可在电子工地上进行实践，弥补课间实训、顶岗实习存在的不足，达到实践课程教学目标，可供土木工程类实践课程借鉴。

建筑信息模型； 路桥工程； 实践课程； 施工模拟

高职院校高级应用型人才培养的定位，注定了学生技能培养的重要性[1-2]。实践课程是培养道路桥梁工程技术专业学生技能的重要保障。对于道路桥梁工程技术专业的学生，应采用实践—教学—再实践—再教学的4段式循序渐进培养模式，理论教学与实践教学交替进行[3-5]。但由于道路桥梁工程具有露天施工、规模大、工期长、工序复杂等特点，使该专业的实践课程教学十分困难。目前课间实训、顶岗实习等教学模式难以满足教学目标的要求，创新道路桥梁工程技术专业实践课程教学模式十分迫切。利用建筑信息模型(building information modeling，BIM)进行施工环境再现、三维建模、工序模拟、施工漫游等技术创建“电子工地”，让学生扮演施工人员，全员、全过程、全方位在电子工地参与工程项目建设，解决了道路桥梁工程技术专业实践课程教学的不足，创新了实践课程教学模式，可供土木工程类实践课程借鉴。

1 道路桥梁工程技术专业实践教学的不足

高职院校道路桥梁工程技术专业是实践性非常强的专业，“学生本位、能力本位”的培养模式改革[6]，将课程体系中实践课课时提高到总课时的50%，方式包括实训、实验、顶岗实习、课程设计、毕业设计等,很多学校建设了校内和校外实训基地，为实践课程教学提供了良好的保障。但通过调查发现，高职院校实践课程教学仍存在一些不足。

1.1 校内实训基地实践功能的局限性

目前很多高职院校的校内实训基地为“一座桥梁、一片梁板、一段路基路面、一座隧道”的模式。这类实训基地对道路桥梁工程结构有非常好的展示效果，使学生学习道路桥梁工程结构直接、具体，解决了学生认知实践问题。但是，道路桥梁工程施工涉及施工场地、施工人员、施工材料、施工机械设备等诸多方面，校内实训基地无法开展路基路面、桥梁隧道施工实训，其功能具有较大的局限性。学生往往是看得多、做得少，很难有动手做的机会，“教-学-做一体化”和“理-实交替”的教学改革很难实施。由于场地、经费等制约，校内实训基地往往只能展示个别关键工序，不能完整展示施工过程，对学生的技能培养具有不完整性。

1.2 校外实训基地难以全过程实习

为了解决校内实训基地学生看得多、做得少的问题，高职院校需努力拓展校外实训基地。校外实训基地可以真实展现道路桥梁工程施工过程，学生也能参与到建设工程中去，但由于道路桥梁工程规模大、工期长，学生顶岗实习时间有限，工地上往往重复进行路基填筑、梁板浇筑等施工，学生很难参与一个工程项目从开工到交工全过程实习。尽管学校要求学生轮岗实习，但实际上轮岗在实习中也很难实现。校外实训基地难以满足道路桥梁工程实践课程教学需要。

校外课间实训存在课程教学进度与工地施工进度的协调问题，因为很难找到与教学同步的工地。校外课间实训与施工单位协调、交通组织、人员安全等都是摆在授课教师面前的问题，使很多校外实训基地难以发挥作用，“实践—教学—再实践—再教学”4段式循序渐进培养落实困难。

1.3 难以培养学生的创新能力

创新能力的培养要求学生能够大胆地去想、大胆地去做，但也必须面对不成功所造成的损失。目前在道路桥梁工程实践课程中，学生看到的是建成的道路桥梁工程和施工单位的施工过程，很难真正参与制定施工方案，不能将自己所学理论知识运用到施工实践中去，不能将自己的创新方案运用到施工实践中去，因为每个建设工地都不能承受创新失败带来的损失。所以现有实践教学模式难以培养学生创新能力。

2 BIM用于道路桥梁工程实践教学的可行性

随着计算机技术的发展，BIM技术在土木工程领域应用发展迅速[7-9]。BIM是利用仿真技术建立工程项目模型，使设计可视化，解决结构碰撞和不同专业协调问题；通过场地分析、施工过程模拟、施工组织模拟、施工现场漫游，分析论证施工方案，使施工方案最优；通过工程量统计、成本分析、物料跟踪，提高施工管理水平；通过灾害应急模拟提高安全施工水平。BIM的应用涵盖工程项目设计、施工、运营、维护全过程。交通运输部在《推进智慧交通发展行动计划(2017—2020年)》中提出：到2020年逐步实现建筑信息模型(BIM)技术在重大交通基础设施项目规划、设计、建设、施工、运营、检测维护管理全生命周期的应用。

由于BIM技术良好的可视性、模拟性和交互性，很适合应用于土木工程实践课程教学[10-11]。通过建立案例工程的建筑模型、结构模型，利用施工进度模拟、施工环境模拟、施工漫游等功能，可向学生立体展示土木工程施工过程，学生可通过修改模型、优化施工方案，参与施工过程。利用BIM解决了校内实训看得多、做得少，顶岗实习时间有限、效率较低等高职土木工程实践课程教学存在的不足。

3 BIM在道路桥梁工程实践教学的实现

3.1 创建“电子工地”

教师从设计院或施工单位获取与课程教学相关的典型工程设计图纸，利用Autodesk Civil3d、Revit等软件将电子地形图转换为三维场地模型，根据工程项目施工组织设计，进行项目总体布置、项目经理部驻地建设、混凝土拌和场、钢筋加工场地、木工加工场地、黄沙碎石堆放场地、构件预制场地布置。布置施工现场临时工程，如临时便桥、施工便道等，做好施工前期准备工作。

为提高电子工地的仿真效果，可用3ds Max、Lumion等软件进行渲染。

3.2 施工方案模拟

根据设计图纸，利用Autodesk Civil3d、Revit等软件创建工程实体模型(见图1)。根据教学需要，可创建路基路面、桥梁涵洞施工工序模型库，供学生进行施工方案模拟，如桥梁桩基施工方案模拟(见图2)、桥墩盖梁施工方案模拟、T梁钢筋模拟、T梁预应力施工模拟、T梁安装模拟、基坑栏杆及扶梯方案模拟等。学生可对模型进行任意角度旋转，任意部位剖切，不仅真实展示工程实体外观，还可详细展示工程内部结构。

图1 工程实体模型

图2 桩基施工方案模拟

模型创建后，可利用3ds Max、Lumion等软件创建施工动画，可逼真、详细地展示施工工序，让学生对施工工序能够详细学习、充分理解。学生可根据施工进度计划，利用Naviswork软件进行施工进度模拟，分析施工进度的合理性，也可对施工进度进行调整，还可以进行场地漫游，仿佛置身施工现场(见图3)。

图3 施工现场漫游

3.3 校企合作共建校外BIM实践教学平台

目前，国家在大力促进企业技术中心建设，一些高校也与企业成立协同创新中心。企业技术中心建设就包括BIM平台建设。企业有较丰富的BIM实践经验和技术力量，校企共建校外BIM实践教学平台，将对BIM在实践课程教学中的应用起到极大促进作用[12]。学生可通过校外BIM实践教学平台，把在实习现场的实际问题放在企业BIM实践教学平台上进行模拟、分析、计算和优化，经施工单位认可后将优化后的方案应用到施工现场第一线，解决实际工程问题。

利用企业的BIM技术、软硬件设备和场地优势，可以大大拓宽实践教学资源。学生在实际工程中以工地技术人员的身份参与工程建设管理实践，使实践能力和工程素质在真实的实践环境中得到充分训练，从而培养较强的应用能力和创新能力，实现实践教学资源的拓展。

3.4 创新能力培养

学生可以通过理论知识的学习，自行编制施工方案，并按新的施工方案创建模型，进行施工方案模拟和施工过程分析。通过模拟，可以发现方案中的问题，判断施工方案的合理性和科学性，并进一步优化施工方案。由于一切模拟都是在计算机中进行，即使所编制的方案失败，也不会造成任何经济损失，学生可大胆地创新施工方案。与传统实习方式相比，基于BIM技术的道路桥梁工程实践课程更有利于学生创新能力的培养。优化结果可即时显现，提高了学生对实验实训的兴趣，激发了学习动力。

4 结语

将BIM技术运用于道路桥梁工程技术专业实践课程教学，弥补了目前实践教学的不足，学生在电子工地上全员、全过程、全方位参与施工实践，在接近真实的环境下进行实践训练，缩小了实习与实操的距离，不仅大幅度提高了教学质量，而且大幅度减少了学校实训设施建设投资。BIM技术的运用，确保了人才培养目标的实现，值得在土木类工程实践教学中推广。

References)

[1] 彭以舟.基于工作过程的道路桥梁工程技术专业课程标准研究[J].浙江交通职业技术学院学报,2011,12(2):44-51.

[2] 崔瑶,年廷凯,陈廷国,等.日本高校土木工程专业大学生实践教学浅析[J].高等建筑教育,2016,25(4)：41-44.

[3] 张征文.高职道路桥梁工程技术专业实践教学体系构建:以浙江交通职业技术学院为例[J].职业技术教育,2013,34(35):37-39.

[4] 黄璐,尚利宁,兰山.经管类综合仿真实践教学平台构建探索[J].实验技术与管理,2014,31(11)：191-194.

[5] 彭以舟.工程造价课程“教、学、做一体”的教学改革与实践[J].浙江交通职业技术学院学报,2009,10(3):59-66.

[6] 高杰.能力本位的高职路桥专业人才培养模式研究与实践[D].西安：长安大学,2011.

[7] 何关培.BIM总论[M].北京:中国建筑工业出版社,2011.

[8] 丁士昭.建筑工程信息化导论[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.

[9] 刘爽.建筑信息模型(BIM)技术的应用[J].建筑学报,2008(2):100-101.

[10] 王浩.揭秘仿真技术在现代军事训练中的应用[EB/OL].(2016-08-18)[2017-03-23].http://jz.chinamil.com.cn/n2014/tp/content_7213288.htm.

[11] 李永红,邓红艳,邓桂龙.基于游戏模式的作战训练平台研究[J].计算机仿真,2011,28(8)：20-23.

[12] 王芳,张志强.融合BIM技术的应用型土木工程专业实践教学平台的优化与应用[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年度高等教育课堂教学改革项目(kg20160662)

彭以舟(1968—)，男，安徽六安，硕士，副教授，主要从事公路工程施工技术研究和教学工作.

E-mailqyypy@126.com