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基于BIM技術平臺的土木工程專業生產實習改革探討

來源:UC論文網2018-11-29 08:40

摘要:

  摘要:生產實習是土木工程專業本科教學的重要實踐環節,如何提高實習質量是土木工程專業實踐教學面臨的嚴峻問題。文章針對傳統生產實習模式,基于BIM技術教學應用現狀,將BIM技術與生產實習教學進行優勢整合,提...

  摘要:生產實習是土木工程專業本科教學的重要實踐環節,如何提高實習質量是土木工程專業實踐教學面臨的嚴峻問題。文章針對傳統生產實習模式,基于BIM技術教學應用現狀,將BIM技術與生產實習教學進行優勢整合,提出利用網絡平臺,設立網絡施工模擬實驗室,并探討其過程管理及戰略意義。


  關鍵詞:BIM技術;土木工程專業;生產實習;網絡實驗室;教學改革;


  作者簡介:丁克偉(1962-),男,安徽建筑大學土木工程學院教授,博士,主要從事土木工程專業的教學和研究,


  隨著城鎮化進程的不斷推進,高等工程教育的改革發展日益迫切。2010年,教育部推行“卓越工程師培養計劃”,該計劃對土木工程專業人才培養要求,逐步從單純會技術轉向“精技術,善經營,懂管理”全方位復合型人才的培養。世界發達國家的工科院校都十分重視工程實踐教學。與國外相比,中國工科學校工程實踐教學存在明顯的不足,目前最為人詬病的即為“形式之風”[1]。新形勢下,傳統實踐教學模式已不適應學科發展的需求,對土木工程相關專業的實踐教學“去形式化”的革新探索勢在必行。基于“卓越工程師培養計劃”,在全方位復合型人才培養方面將軟硬件相結合,將新技術等硬件作為支撐,對理論教學和實踐教學模式等進行改革,而土木工程行業興起的信息—網絡—虛擬現實技術,正是土木工程專業教學改革的“助推器”。


  一、生產實習在土木工程專業教學中的地位及現狀


  (一)生產實習在土木工程專業教學中的地位


  土木工程專業教學實習是土木工程專業實踐的排頭兵,生產實習又是其中極其重要的一環。生產實習是工科院校貫徹理論聯系實際原則、培養學生實踐能力以及創造性思維的重要教學手段。生產實習的主要教學任務是學生在系統學習專業課程以后,深入施工現場,參加施工等實際工作,通過學生自己在施工現場的觀察、思考、學習,以及專業教師及現場技術人員的指導,強化學生對理論與實踐關系的認識。


  學生以實際工作者的身份,直接深入建筑生產第一線,參與生產的整個過程,一可以加深對課堂理論知識的認識,對已學習掌握的知識進行驗證、加深理解,這是課堂教學重要的延伸,也是課堂知識得以鞏固、豐富的過程;二可以在實習過程中學習實際工程技術以及現場管理知識,培訓學生在施工現場發現、分析、解決問題的綜合能力,培養學生的專業素質,以及運用所學理論知識解決實際問題的能力,加深對工程的感性認識;三可以在實習現場對學生進行職業規劃、職業操守、組織紀律性、社會責任感等綜合素質的教育,為學生今后走向社會開展工作夯實基礎。


  (二)土木工程專業生產實習的現狀


  傳統的生產實習,教學上一般很少在學校進行實習預演,或為生產實習做充分的準備,僅由指導教師聯系好工地或講座,以班級為單位,以參觀學習和聽專題講座為主。事后學生遞交一份實習報告,由指導教師評定成績即為實習結束。這種事先沒有準備事后也沒有后續總結的實習模式,既耗費了師生的精力、時間及學校的實習經費,然而卻完全達不到教學效果。其弊端主要表現在以下幾個方面:


  1.聯系實習場地困難多,實習質量難以保障


  聯系實習場地一直以來都是教學中的一個難題,特別是近年高校土木工程專業招生人數不斷增加,基于實習現場的安全問題,許多建設單位不愿意接受學校集體組織的實習學生,因為一旦出現安全事故,對建設單位的影響很大,這樣就導致聯系實習工地非常困難,能聯系到與原定教學計劃內容一致的工地更是難上加難。而且教師和工程技術人員的講解又不能保證面面俱到,帶隊教師在學生實習期間將大量的時間和精力放在安全問題上,處處時時擔心,根本無心指導學生專業實習,只盼實習早點結束,早點將學生安全送回學校。以致實習時間短,實習內容不系統、不完整,在整個實習中,學生只能查看工地基本資料,再跟著大隊伍被動地“走馬觀花”,或者坐在教室里,毫無準備地聽一聽專題講座。學生沒有親身參與,只有被動接受,還是無法切身應用專業理論。這樣的實習,質量從何談起?


  還有一些學生的生產實習由其自行找單位落實解決,由于缺乏有效的監督管理,學生往往只是為了實習報告而片面應付,有的甚至不去現場,找有關系的單位蓋章證明已完成實習即可,這樣的實習能有收獲嗎?另外,還有些隱蔽工程,比如回填后的基坑及鋼筋工程等等,一旦工序結束,即無法探究細部,學生即使到現場也無法了解相關知識[2]。


  2.考核方式單一


  實習的考核方式單一,即學生遞交報告,由指導教師評定成績,這種考核方式導致很多學生可能直接采用其他同學的實習照片甚至實習報告正文,或者稍作修改。有的學生甚至沒有去過現場,靠抄襲同學和網上摘抄也能炮制出一份可以過關的實習報告。學生實習的積極性沒有充分調動,學生很可能認為校方對于實習并不重視,自己也可以敷衍了事,甚至認為教師所謂的工科的嚴謹作風只是口頭說說而已,這一認識還會影響到學風乃至日后從業的態度,人才培養質量難以得到保證。


  3.教師自身專業素養不足


  生產實習要求帶隊教師必須有足夠的實踐經驗,但很多教師忙于教學,與外界聯系較少,很少深入第一線,在指導學生實習方面缺乏相關的工程實踐經驗,大都心有余而力不足,現場無法深入講解,指導效果不佳。


  二、BIM技術在教學中的應用現狀及不足


  建筑信息模型(BuildingInformationModeling,簡稱BIM)由Autodesk公司發明。建筑信息模型是建筑學、工程學及土木工程學科的新工具,主要指以三維圖形為主,由建筑相關的計算機輔助設計,采用建筑過程的數字展示這一革新方式來進行數字信息交流及合作。


  BIM技術是一門新興技術,其在建筑業的應用,主要涉及軟件的研制和系統跟蹤開發。BIM技術的應用革新了傳統土木工程行業的施工、設計方法和理論,帶來了新的理念。實踐證明,建筑工程應用BIM技術,將創造極大的經濟效益,并促使土木工程這個古老的行業與時俱進。進入21世紀以來,這項技術的應用趨于廣泛,發達國家紛紛提出信息化建設戰略,在工程項目中大力推廣試點:英國明確至2016年,所有政府建設文件均以信息化進行管理;美國的總務管理局、陸軍工程兵、國家科學建筑研究院分別就BIM技術發展路線圖、標準化工作出臺了相應政策;日本、新加坡等國也就BIM技術在項目中的試點應用制定了發展路線規劃。


  中國也在逐步加快開展BIM技術的應用研究,住建部2011年發布信息化發展綱要,明確指出BIM技術要延伸至施工階段,2012年開始制定BIM的相關標準規范,更顯示出中國在推行BIM技術制度化上的決心及執行力。


  針對不斷擴大的市場需求,中國高校和企業界響應市場號召,積極儲備BIM技術力量,促進BIM技術事業的發展。清華大學、同濟大學在BIM技術平臺研究上進行了不懈的努力;有的高校提出用BIM技術虛擬工程項目管理,更新工程項目管理沙盤的開發模式;有的高校提出以BIM技術為平臺,強化建筑工程造價管理課程體系的實踐能力培養;也有的高校基于BIM技術,進行集成化可持續的建筑設計教學研究;還有的高校直接將BIM技術開成計算機課程,將計算機課程教學與BIM技術進行接軌等等。


  綜上所述,高校及企業界已經對BIM技術進行了深入的研究,并進行了符合中國國情的適應性改裝,取得了較好的效果,經過BIM軟件系統學習的學生實踐能力明顯有所提升,軟件建模能力也優于以往。但從整個大土木的課程體系來看,BIM技術的效力顯然還沒有完全發揮出來。表現在以下幾方面:


  (1)有些高校僅僅為了讓學生學會BIM軟件而開設BIM技術課程,甚至在培養方案中將其列在計算機基礎課程中。其實,軟件開發出來就是為人所用,為了學會軟件操作而學習軟件大可不必,而且也枯燥無味,教學效果得不到保證。如將BIM技術融入到實踐教學等課程中,在學習專業知識時就不知不覺將軟件操作熟練起來,對學生的學習時間以及學校的資源配置都有好處。


  (2)部分高校在應用BIM技術方面已作了很好的嘗試,如虛擬沙盤、造價體系研究、集成化建筑設計等,但還存在一系列問題,比如模擬的項目比較簡單,不真實,比如一個鋼架、一座小橋等,而BIM技術在處理大批量的數據沖突時才優勢明顯,簡單的項目當然不能讓學生領略BIM技術的強大,也不能讓學生感受實際工程的復雜。將BIM技術與實踐環節進行結合,可直接模擬真實工程,將BIM技術展示的沖突與實際加以驗證,讓學生在校期間就能積累初步的工程經驗。


  (3)從目前來看,BIM技術僅僅運用在沙盤模擬、建筑設計等土木工程行業的細小分支上,模擬還未成體系,項目間銜接的全面性也有待補充,而本科學習階段最重要的是學生能將所學的知識與以后工作的所需對應起來,BIM技術對于本科教學最大的意義應該就是讓學生身臨其境,學以致用。而要達到這一目標僅僅依靠單一的模擬肯定是無法完成的,因此,必須引入實踐環節進行系統模擬。


  三、BIM技術應用于實踐教學的實際意義


  BIM技術以強大的協同交互性著稱,它的主要特點是可以連續、即時、高效地提供高品質、可靠度高的有關項目設計草案、設計成型方案、施工進度、質量、成本控制信息等。所有信息及數據通過BIM技術平臺共享,建筑、結構設計師和現場施工管理人員通過平臺可將工程項目全過程管理無縫連接,以實現項目的精細化管理。此外,BIM技術很多時候被用在施工前期,它可以無死角、全方位模擬施工現場,在施工前甚至設計初期就可以發現后期施工時可能出現的各種問題,這樣在設計階段就可以進行合理的規避處理,以此擬定實際施工操作方案,最大程度地合理配置人員、材料、工期等資源。


  將BIM技術應用于生產實習等實踐教學中的實際意義主要有:


  (1)作為一種表現力較強的虛擬現實技術,其在實習教學中的應用,將極大地豐富教育技術學的理論體系,豐富和拓展實習教學思維和教學理論。


  (2)進行教學改革試驗,嘗試一種新的教學方式。基于BIM技術的生產實習教學素材,可以生動形象并最大程度地還原施工現場和過程控制,幫助學生直觀感受工程中的動態變化,使學生能夠身臨其境地邊學習理論知識,邊與實際相結合,以更好地理解相關知識。


  (3)提高學生信息素養,增強學生自主協作學習的能力。BIM技術為學生提供了一種新的素材收集方式,學生在利用該技術采集、處理信息的過程中,可以培養其信息素養。無論是收集過程中的分工合作,還是基于資源的學習,都對增強學生自主協作學習的能力有很大幫助。


  (4)培養教師多樣化、經濟有效制作教學素材的能力。BIM技術的出現為制作教學素材增加了一種新穎而有效的方法。


  四、整合BIM技術應用于實踐教學的改革思路


  隨著高校改革的不斷深入,如何提高實習質量成為土木工程專業實踐教學面臨的嚴峻問題。針對目前生產實習出現的亂象,基于國內外關于BIM技術的研究現狀及應用,將BIM技術與具體學科課程相結合,在大量閱讀國內外文獻和充分調研的基礎上,對生產實習教學的特點與BIM技術的優勢進行整合研究,課程教學具體改革思路如下:


  (一)開發基于BIM技術的實踐教學素材


  利用BIM技術制作一個完整的結構施工全過程動畫,并制定相應教學方案。利用校園網的網絡教學平臺,發布多媒體課件供學生瀏覽,在施工等課程學習階段要求學生首先學習運用BIM軟件,并與學生進行課堂上和網上的討論與交流,進一步完善結構施工全過程動畫及細節。


  (二)利用網絡整合BIM技術平臺,設立土木工程學科網絡施工模擬實驗室


  利用網絡整合平臺,采用虛擬現實技術模擬實習的工程圖紙,每班學生可以分為若干小組,小組成員每人負責一個工程子項,通過網絡上傳自己的虛擬成果,最終實現實習項目預先虛擬四維施工。


  通過對設計圖紙的深入了解,提升學生獨立思考、查閱參考資料與分析應用理論及軟件的能力,實現專業實踐體系的有效整合。另外,每個施工小組都有自己的子項工程,但全班學生做同一個項目也不會有雷同的現象出現,對后期成果的檢驗及成績的評定提供了很好的依據。既杜絕了抄襲,也保證了教學質量。


  (三)在虛擬實驗室中進一步深化現場實習所學知識


  虛擬施工環節結束后,利用課余時間,由帶隊教師帶領學生前去工地實勘,可以按照工程進度安排多次參觀學習。不同于傳統實習走馬燈似的參觀,已模擬過施工全過程的學生對施工現場的情況了然于心,能有的放矢地提出相關問題,收到事半功倍的效果。而且這樣學生在現場逗留的時間也不會太長,消除了教師及施工單位維護安全的煩惱。


  每次工地參觀學習歸來后,學生均可根據實際施工經驗及技術要點繼續完善自己的虛擬施工流程,引導學生歸納總結專業知識在工程實際中的應用條件和注意事項。將自己所學專業課程知識真正應用到實踐中,這對培養復合型人才的工程素養大有好處,也確保了教學質量[3]。


  五、結語


  隨著“卓越工程師培養計劃”的逐步推廣和實施,教學實習的改革是高校工科調整專業教學計劃的必然選擇[4]。將BIM技術應用于生產實習是對信息技術與課程整合的一大補充,為實習教學提供了新的視角。這一改革也有助于學生對土木工程學科系統化的理解,加深學生對土木工程團隊合作精神的認識,學生的綜合素質和實踐應用能力在實習教學過程中也將得到很大的提升。

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