基于BIM技术的桥梁施工课程教学改革探索

曾绍武　蒋平江　罗建华

（陕西铁路工程职业技术学院　陕西渭南　714000）

基于BIM技术的桥梁施工课程教学改革探索

曾绍武蒋平江罗建华

（陕西铁路工程职业技术学院陕西渭南714000）

教学改革依托学院BIM应用研究中心桥梁方向横向课题的最新研究成果，详细阐述BIM技术应用于桥梁施工课程教学改革现状与存在问题，深入分析BIM技术特点及其在教学中应用的优势，指明实施改革的目标、重点和具体步骤，展望改革预期成果并提出教学改革创新点，具有一定的实践意义与推广价值。

BIM技术桥梁施工课程教学改革应用

1　引言

我国BIM技术的应用正处在大力发展阶段。住建部编制的建筑业“十二五”规划明确提出要推进BIM协同工作等技术应用，普及可视化、参数化、三维模型设计，以提高设计水平，降低工程投资，实现从设计、采购、建造、投产到运行的全过程集成运用。党的十八大提出“信息化和工业化深度融合”的精神，正在指导建筑施工行业加快转变建筑业发展方式，增强建筑企业核心竞争力，构建现代建筑业产业发展新体系[1]。

自2013年起，清华大学、华中科技大学、沈阳建筑大学、四川大学等高校纷纷成立了BIM相关机构。陕西铁路工程职业技术学院也于2013年成立了BIM技术应用中心。可见高校也纷纷重视BIM技术的研究和应用，随着BIM技术研究机构的成立、人才队伍的强化、工程项目的应用，必将引导人才培养过程中的教学改革[2]。

2　现状与存在问题

2.1BIM技术应用于桥梁施工课程教学改革现状

1975年，“BIM之父”——乔治亚理工大学的Chunk Eastman教授创建了BIM理念，以实现建筑工程的可视化和量化分析，提高工程建设效率[3]。BIM（即建筑信息模型）是指以建筑工程项目的各项相关信息数据作为基础建立信息模型，并应用到工程实际。它具有可视化，协调性，模拟性，优化性和可出图性五大特点。可以帮助企业更准确、有效的控制施工过程，做到施工管理精细化，加快施工进度并降低成本。

在土木建筑领域，BIM技术在国外应用日趋成熟，在国内也掀起了BIM技术应用热潮。但是如何将BIM技术与理念与高职院校土木建筑类专业的课程教学改革结合起来，如何提高土木建筑类课程的教学效果和效率，促进教育界的变革，是值得教育界和建筑界共同探讨和研究的意义深远的课题。具体以桥梁施工课程的教学改革为例，探索BIM技术应用的可行性及其与传统教学方法比较的优越性。

高职院校以立德树人为根本，以服务发展为宗旨，以促进就业为导向，必须要紧跟行业发展步伐，在教学改革中应用BIM技术，适应企业需求，培养高质量人才。“桥梁施工”教学中应用BIM技术，以BIM技术促进教学改革，既是提高教学质量的有效载体，也是企业对技术人才的迫切需求。

通过知网进行文献查阅，虽有稀少关于BIM技术应用于教学改革的论文，但没有应用于“桥梁施工”课程教学改革的论文。由此可见，本项目是一个依托新技术应用的创新性课题，在工程建设领域掀起BIM应用高潮之前就提前在“桥梁施工”教学中应用，是非常值得尝试与探究的教学改革，具有较高的创新性与前瞻性[4]。

2.2桥梁施工课程教学过程中存在的问题

《桥梁施工》课程是道路桥梁工程技术专业高职生的一门核心骨干专业课，主要学习建造桥梁的施工方法、施工技术和施工组织与管理。桥梁施工技术复杂且更新快，环境艰苦，工程量大，内容重要，这就对桥梁施工课程教学提出了很高要求。我院桥梁施工课程历经了“施工图为载体”教学方法改革，以建立网络课程为目标的《桥梁施工》课程教学改革与实践，积累了丰富的教学资料和资源，有着浓厚的底蕴。在此基础上，为了进一步解决在桥梁施工课程中贯彻执行施工图教学，解决施工图教学过程中的效果与效率的问题，利用BIM技术将课程改革进一步深化。

2.2.1桥梁施工课程教学难度相对较大

桥梁施工课程与其他课程相比其教学难度较大。桥梁结构复杂多样，桥梁施工技术难度大，施工方法多，工序多，施工周期长，工作地点流动性大，导致教学难度大，基于工作过程的教学理念难以全面贯彻实施。一是校内无法创造出各种桥梁施工的真实场景，学生理解桥梁的构造原理及施工要点时就很吃力。二是外出实习的局限性也很明显，桥梁施工项目部全国散布，进度不一，桥型不一，接受实习学生能力有限，实习学生只能局限于某种桥型甚至某个结构的几道工序，很难掌握整座桥梁的施工过程。

传统的教学方法依靠几根粉笔，一张嘴很难将空间立体感很强，结构构造复杂的桥梁讲清楚透彻。虽然如今已经引入了图片、动画、视频、PPT等现代化多媒体教学工具可以展示桥梁内部钢筋混凝土构造以及施工过程，但是离施工企业工作内容所要求的知识掌握的精细度和施工图识读要求的准确度还有很大差距。教学难以取得理想的效果。

2.2.2教材具有一定的局限性，难以满足教学需要

为适应国家交通基础设施建设的发展，桥梁建设技术日新月异，桥梁的设计理论和施工技术飞速进步，新型桥梁结构体系不断推陈出新，其发展速度远远超过了教材的更新步伐。目前桥梁施工教材很多，但大多是本科教材的模仿。一是注重学科系统性，过多篇幅介绍已不采用的桥梁结构和施工方法；二是对新技术的阐述不够；三是教材图例少且不详实具体，只表现了大体情况，与现场施工有很大差距。教材的滞后性和缺乏变通性给最新桥梁施工技术的引入课堂带来一定的困难，不便于结合不断发展的桥梁施工技术进行教学。

3　BIM技术特点及其在教学中应用的优势

3.1BIM技术的特点

针对桥梁施工课程教学现状及存在问题，运用BIM技术可以得到很好的解决。因为BIM具有以下五个特点：可视化、协调性、模拟性、优化性、可出图性[5]。可视化：即“所见所得”的形式，对于复杂造型桥梁利用BIM建模，提供了可视化的思路，让人们将以往的线条式的构件形成一种三维桥梁立体实物图形展示在人们的面前。协调性：也就是说BIM建筑信息模型可在建筑物建造前期对各专业的碰撞问题进行协调，生成大桥的协调数据。模拟性：模拟性并不是只能模拟设计出的建筑物模型，还可以模拟不能够在真实世界中进行操作的事物。优化性：事实上整个设计、施工、运营的过程就是一个不断优化的过程，在BIM的基础上可以做更好的优化、更好地做优化。可出图性：BIM不单能为设计院出设计图纸，还能根据不同的剖切角度出施工过程中的一些细部构造图纸。

3.2教学中应用BIM技术的优势

首先，可视化保证了教学过程的可视化，教学成果的可视化。桥梁施工教学，尤其是其中的施工图教学环节，往往存在教学效果难以直观检查的问题。老师在台上拿着施工图讲的神采飞扬，学生在下面睁大眼睛听津津有味，大家感觉都很好！但是到底学生听懂了没有，老师其实很难把握。虽然可以通过布置课后作业以检查学生的学习效果，但是抄作业的现象实在防不胜防。如果利用BIM三维建模技术，老师给每一个同学发一张纸质的施工图纸，在规定的时间内让学生统一到专业机房把图纸变成三维的实体模型。这样如果学生有任何理解误区，都会画出与图纸不符合的三维桥梁模型，不用老师提醒，学生可以自行查看判断模型正确性，这一点有BIM技术“可见性”来保障实施。

其次，协调性与优化性有助于提高学生对建模成果的理解分析能力，进而自查与纠正偏差，达到自我优化学习成果即三维桥梁模型的教学目标。通过revit、达索等BIM软件建立的标准桥梁模型库，其空间几何尺寸完全基于真实的施工图纸，三维建模的尺寸即为真实的尺寸，如果建模正确，我们可以通过电脑720度无死角的观看模型，其必然是协调的。如果学生建模过程中由于对图纸理解不透，尺寸把握不准，建立的三维模型可能不准，同样可以直接查看出自己的问题，从而达到自我学习自我修正的目的。

再次，模拟性解决了教学中实习组织实施困难的问题，在电脑上进行虚拟建造既没有安全隐患，又同样达到增强学生立体感性认识的教学目标。以往外出实习组织困难，因为桥梁施工项目部全国散布，进度不一，桥型不一，接受实习学生能力有限，所以实习学生只能局限于某种桥型甚至某个结构的几道工序，很难掌握整座桥梁的施工过程。为了增强学生对桥梁工程的感性认识，提高学生实践动手能力，提升教学水平，学院频繁组织大量学生到施工一线学习参观，这样不光增加实习交通住宿费用，安全风险也明显增多了。模拟性通过BIM技术的虚拟建造功能，既有效避开了危险，同样营造了一种身临其境的真实感。

最后，可出图性能够将学生的教学成果二维化，并且能够和施工图纸进行校对，确保学生理解图纸的准确性。通过BIM技术可以将三维桥梁模型任意剖切，自动导出任意剖面的CAD平面图纸并配置图框，这样一方面能使教学成果固化，另一方面也有助于学生和教师共同对教学效果进行检查与评估。通过从纸质二维施工蓝图到三维桥梁模型再导出二维CAD电子并打印成纸质图纸，看似经历了一个循环又回到了原点，实际上此时的二维图纸已经是经过学生消化吸收接纳后的教学成果展现形式了，相比之下有了质的飞越[6]！

3.3教学中应用BIM技术可解决的教学问题

运用BIM技术可以较好的解决桥梁施工课程教学中存在的以下三个方面的问题：

第一：可以解决BIM技术与“桥梁施工”课程教学相结合的问题。紧扣市场脉搏，适应企业需求，基于BIM技术推进“桥梁施工”课程教学改革，重新编制课程标准，科学进行教学设计，提高课程教学质量，提高人才培养的针对性。

第二：可以解决“桥梁施工”课程缺乏直观有效的教学载体问题。桥梁结构复杂多样，技术难度大，施工方法多，工序多，施工周期长，工作地点流动性大。目前，“桥梁施工”课程教学难以实现 “项目导向、任务驱动”，是因为一直存在缺乏直观有效教学载体的问题。以施工图为载体进行的教学改革进行了有益的探索和尝试。但是，依托施工图纸，需要学生对桥梁具体的构造形式进行立体想象，这对学生的要求很高，仍然不够直观有效。而BIM技术的第一特点就是可视化，依托BIM技术构建桥梁结构三维模型，学生在可视化情境下学习互动，教学效果自然大大提高。

第三：可以解决配套教材和教辅资料缺乏的问题。目前，BIM技术的相关软件教程和桥梁施工教材都比较丰富，但是两者紧密结合的教材和教辅资料还是空白。本项目通过推进改革和实践，编写依托BIM技术的桥梁施工教材，开发配套的BIM软件应用操作视频录像，建立桥梁结构模型库。

由于BIM 技术的特点，将其充分应用到桥梁施工课程教学改革中，能够有效的解决教学中的问题，打破教学瓶颈，推动桥梁施工课程改革进展，提高课程教学水平。

4　桥梁施工课程应用BIM技术进行改革的实施

4.1改革实施目标

BIM技术正在推动整个建筑行业由二维图纸和文件向三维模型和数据的转型。“桥梁施工”课程作为道路桥梁工程技术专业的核心骨干课，主要学习桥梁的施工方法、施工技术和施工组织与管理。基于BIM技术的“桥梁施工”课程教学改革与实践必然是课改的发展方向。

研究分析BIM技术在“桥梁施工”课程教学中的应用途径、教学方法和改革措施[7]，坚持项目导向、任务驱动，围绕BIM技术应用对课程进行教学设计，在教学改革实践中不断总结提升。实现BIM技术应用贯穿课程教学全过程，形成基于BIM技术的“桥梁施工”课程改革与实践的系列成果，有效提升教学效果，提高人才培养质量，适应行业发展对技术技能人才的新要求。

4.2改革实施重点

为了取得较好的教学改革实施效果，通过文献研究法即通过查阅国内外有关理论著作和研究成果，动态把握BIM技术研究现状及发展趋势，确保课题研究的方向性，提升课题研究的理论性；调查研究法即综合运用企业调研、专家访谈、实地考察等方法和手段，为项目研究提供丰富详实的事实依据和现实数据；实证研究法即选取试点班级试点，并根据试点情况进行不断优化和完善，并逐步推广应用。确定以下改革重点：

（1）通过调查研究，准确分析高职学生定位，科学合理的设计基于 BIM技术的“桥梁施工”课程改革总体方案。

（2）合理构建课程学习领域，设计学习情境，实施项目导向，编写配套的“桥梁施工”教材。（3）开发桥梁结构的三维模型库、BIM软件应用操作指南和教学视频。

（4）选取学院开设的铁成特色班作为试点班级，探索多种教学方式方法在教学改革中的具体应用。充分利用BIM三维模型库、视频录像教学、教辅资料，推动教学改革实施，注重学生三维空间思维能力、复杂桥梁结构三维图形表达和自主创新能力的培养，切实做到项目导向，任务驱动。

（5）在试点班级改革课程教学评价考核方式，使得教学效果评价更加量化。学生通过学习掌握一种BIM三维建模软件，并在桥梁施工中操作与应用，提高学生的核心竞争力。总体评估验收教学改革效果，并不断优化教改总体方案。

5　改革创新点与推广价值

5.1创新点

在全国范围内，应用BIM技术为企业提供技术服务的案例屈指可数，除了我院BIM团队承担的中铁一局三公司的横向课题《崇左至靖西高速公路湖润1号大桥BIM技术应用研究》，还有成都希盟泰克为中铁一局提供了基于法国达索软件的桥梁BIM技术咨询服务以及中国水电顾问集团北京勘察设计研究院进行了第一例桥梁BIM三维设计即金沙江苏洼龙大桥BIM三维设计，所以能够掌握BIM技术并成功应用于工程实践的就已经是凤毛麟角，而应用于教学改革创新更加是绝无仅有。具体创新点体现在以下三个方面：

（1）“桥梁施工”课程基于BIM技术进行教学改革的理念创新。网络查询表明，仅有天津市城市建设管理职业技术学院就开设BIM课程进行了初期探索，文献查询结果表明，利用BIM技术在个别实训、案例教学中进行了有益尝试，但基于BIM技术的“桥梁施工”课程改革没有任何相关文献和成果。本项目将桥梁BIM理念、BIM软件实际操作、“桥梁施工”课程教学融为一体，这种做法本身就是一种创新。

（2）营造“桥梁施工”课程三维立体模型学习情境的方法创新。目前，“桥梁施工”教学主要依托教材、二维施工图纸，需要学生很强的二维图纸转化为三维立体图形的空间抽象思维能力，这并不符合高职学生实际情况。本项目充分发挥BIM技术可视化特点，开发出三维立体模型学习情境，学生在3D视野下，“桥梁施工”课程会变得极为易学易懂，教学效果将大大提升。

（3）构建基于BIM技术的桥梁施工课程改革的教学体系。科学设计基于BIM技术的“桥梁施工”课程教学改革总体方案，制定课程标准，合理教学设计，编写配套的教材、BIM软件应用操作指南、教学视频录像、三维模型库，改革课程考核方式。

5.2推广价值

依托我院承担的8个总计200余万元的横向应用研究项目，采用revit等BIM软件进行全桥的三维建模，将二维图纸转化成三维实体，这样就将平时无法看清的复杂桥梁构造立体化、可视化，将复杂问题简单化、清晰化，既能提高教学效果，又能提高学生的核心竞争力。

工程建设单位已经高度重视BIM技术，正在逐步全面推广BIM技术，也就要求工程技术人才熟悉和掌握BIM技术，这对人才培养提出了更新、更高的要求。高职院校必须要紧跟行业发展步伐，在教学改革中应用BIM技术，适应企业需求，培养高质量人才。基于BIM技术应用必将成为土建类专业教学改革的主趋势[8]。

BIM技术为工程领域热门新技术，部分有远见的企业，包括设计院和施工企业均踊跃尝试采用，高职院校如果能先于企业探索在教学过程中应用该技术，将BIM理念和BIM技术手段方法渗透在桥梁施工日常教学中，做到先人一步，掌握BIM软件应用并且能够看懂施工图的技术技能人才无疑将会受到用人企业的亲睐。

教学改革初步研究和探索工作准备在道路桥梁工程技术专业生源质量较好的铁成班实施。在总结教学实践经验和改革成果的基础上，可以在本专业所有班级中的“桥梁施工”课程全面推广实施，甚至进一步推广到其他土建类专业。并可为其他同类学校提供有益的示范和带动作用。

[1]何清华,钱丽丽,段运峰,李永奎. BIM在国内外应用的现状及障碍研究[J].工程管理学报.2012,26(1):12～16

[2]何关培. BIM总论[M].北京:中国建筑工业出版社,2011

[3]何关培,李刚.那个叫BIM的东西究竟是什么[M].北京:中国建筑工业出版社,2011

[4]张尚,任宏, Albert P.C.Chan. BIM 的工程管理教学改革问题研究(一)*---基于美国高校的 BIM 教育分析 [J].建筑经济.2015,36(1):113～116

[5]张尚,任宏, Albert P.C.Chan. BIM的工程管理教学改革问题研究(二)*--- BIM教学改革的作用、规划与建议[J].建筑经济.2015,36(2):92～96

[6]刘成.基于BIM的工程项目管理沙盘模拟实践教学研究[J].实验室研究与探索.2012,31(10):433～437

[7]刘红勇,何维涛,黄秋爽.普通高等院校BIM实践教学路径探索[J] .土木建筑工程信息技术.2013,5(5):98～101

[8]解明镜,石磊,罗明.基于 BIM 平台的集成化可吃寻建筑设计教学研究[J].中南林业科技大学学报(社会科学版).2012,6(3):146～148

Exploration on Teaching Reform of Bridge Construction Course Based on BIM Technology

ZENG Shao-wu JIANG Pin-jiangLUO Jian-hua
(Shaanxi Institute of Railway Engineering TechnologyWeinan Shaanxi 714000)

Based on the latest research results of the BIM Application Research center of Shaanxi Institute of Railway Engineering Technology, present situation and problem of the teaching reform ---application of BIM technology in the course of Bridge Construction--- is elaborated. Characteristics of the BIM technology and the advantages of its application in teaching are analyzed. Objectives, focuses and specific steps of reform are introduced and the reform expectations and innovation points are put forward. These findings show that the teaching reform is of practical significance and can be used widely.

BIM TechnologyBridge Construction coursereform in educationapplication.

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A

1673-1816(2015)04-0083-06

2015-10-14

曾绍武（1982-），男，湖南邵东人，硕士，讲师，研究方向道路桥梁工程技术专业的教学与科研工作以及BIM技术建模与驻场服务工作。

2015年陕西高等教育教学改革研究重点项目(15Z31)，陕西铁路工程职业技术学院2014年教学改革科研基金项目计划(2014JG－23)，2014年陕西铁路工程职业技术学院与中铁一局横向联合科研基金项目“崇左至靖西高速公路湖润1号大桥BIM技术应用研究”(XYGS-KJ-2014-007)。