黃繼輝，陳天炎，王春茶

（福建船政交通職業(yè)學院，福建 福州 350000）

引言

“地鐵車站工程施工”是軌道交通工程專業(yè)的核心專業(yè)課程，包括：概述、明挖法施工、蓋挖法施工、淺埋暗挖法施工、施工質(zhì)量安全管控5個模塊。課程目標是：通過教學與實訓，使學生掌握地鐵車站工程涉及的施工技術和方法，具備地鐵車站工程施工組織、管理和質(zhì)量控制的能力；形成良好的思維習慣、工作方法和科學態(tài)度；能獨立思考、鉆研探索，善于組織團隊，團結(jié)協(xié)作；樹立創(chuàng)新和終生學習的意識，在未來崗位上有能力進一步學習新技術，解決新問題。

BIM（建筑信息模型）是將建筑工程設計信息轉(zhuǎn)化為三維可視化模型，并嵌入設計、建造和運營管理中涉及到的各類信息，實現(xiàn)在項目建設、運營全周期過程中項目參與方之間高效協(xié)同與管理的信息化技術[2]。近年來，在政策的大力引導下，BIM技術在各類工程建設項目中得到了廣泛的應用。如何將生產(chǎn)中的新技術引入課堂教學，提升教學質(zhì)量，為行業(yè)培養(yǎng)熟練掌握運用新技術的高質(zhì)量人才，是高等職業(yè)教育的重要課題。以“地鐵車站工程施工”課程為例，分析了常規(guī)教學、實訓中的不足，研究探討了BIM與土建類專業(yè)課程教學融合的優(yōu)點和教學改革實施路徑。

一、“地鐵車站工程施工”課程常規(guī)教學實訓中的不足

地鐵車站工程施工是一門綜合性、實踐性很強的課程，常規(guī)的教學、實訓過程存在以下不足[1]。

1.學生代入感不足。常規(guī)教學中，通過圖片、視頻等多媒體手段，幫助學生熟悉工程現(xiàn)場，并設置任務、問答、討論、匯報等環(huán)節(jié)，引導學生代入實際工程情境，但課堂環(huán)境和實際工程仍然有較大差別，代入感不足導致內(nèi)驅(qū)力不足，大部分同學仍然處于被動接受的狀態(tài)，對知識的掌握和理解運用仍停留在文字概念層面。因此，目前常規(guī)教學方式，在培養(yǎng)學生施工組織、管理等綜合能力方面，效果尚不盡人意。

2.實訓教學困難。實踐是將理論知識轉(zhuǎn)化為能力的重要途徑，實訓是學生在學校學習階段的實踐，也是職業(yè)教育的一大特色。對于地鐵車站工程施工這門課程，由于工程的建設周期長，工程量大，受教學時間和經(jīng)費的限制，學生難以通過參觀學習，接觸建設工程全周期的施工內(nèi)容；同時，考慮到安全因素，學生的現(xiàn)場學習僅限于參觀，不能動手實踐，施工現(xiàn)場的實習效果不佳。導致了實訓周安排的實際工程案例，難以達到預期的效果。

BIM技術具有可視化、模擬仿真、多人協(xié)同等特點，為解決上述“地鐵車站工程施工”課程教學和實訓中的不足提供了全新的技術手段。

二、基于BIM的土建類課程教學改革現(xiàn)狀

BIM，建筑信息模型（Building Information Modeling）的思想源于EASTMAN在20世紀70年代提出的“基于計算機的三維建筑繪圖”。美國BIM標準，將BIM定義為設施物理和功能特征的虛擬或數(shù)字表示，其中，物理特征包括建筑設計或施工圖，功能特征包括結(jié)構(gòu)分析、施工過程模擬等[2]。BIM技術進入我國后，其內(nèi)涵由Building Information Modeling進一步擴展為Building Information Management，即由工程項目設施的全過程數(shù)字化表達，進一步擴展至基于工程項目設施數(shù)字化表達的全過程管理。

2011年住房和城鄉(xiāng)建設部印發(fā)的《2011-2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》首次在國家行政主管層面提及BIM，綱要將BIM作為建筑企業(yè)信息化系統(tǒng)的重要組成部分，加速推動“十二五”期間建筑業(yè)信息化建設。國家十四五建筑業(yè)發(fā)展規(guī)劃，提出了以推動智能建造與新型建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展為動力，推動建筑業(yè)綠色高質(zhì)量發(fā)展這一主題，而BIM技術則是其中標準化和數(shù)字化的基礎。從“十二五”到“十四五”，從最初的信息化試點到成熟的標準、產(chǎn)業(yè)、人才三維體系建設，BIM已然成為建筑業(yè)數(shù)字化發(fā)展的核心[3]。

圍繞人才培養(yǎng)，BIM的教學改革實踐大致分為兩類，一類是針對BIM技能培養(yǎng)，增設相關專業(yè)或課程，這方面主要結(jié)合“1+X”BIM證書制度，以培養(yǎng)高質(zhì)量的、專業(yè)性強的BIM技術應用型人才為目標[4]；第二類則是在傳統(tǒng)專業(yè)技術課程中探索融入BIM元素，提升教學質(zhì)量。這類改革實踐目前尚處于探索階段，以“工程識圖”[2]和“工程概預算”[5]居多。齊東春等[6]針對“橋梁工程”結(jié)構(gòu)體系多樣、構(gòu)造復雜的教學特點，提出了基于BIM技術的三維模擬情景教學法。張?zhí)忑埖萚7]探討了BIM技術在城市地下空間工程實踐教學中的應用。葉劍標等[8]分析了將BIM納入高職院校土建類專業(yè)課程體系遇到的問題，并討論了改革方法。

三、“地鐵車站工程施工”課程中融入BIM的優(yōu)點分析

能力培養(yǎng)是專業(yè)課的關鍵目標。常規(guī)施工課程教學主要是文字概念，能力培養(yǎng)效果不佳，將BIM融入專業(yè)課程，通過合理設計教學內(nèi)容，可有效提升教學效果，具體優(yōu)點分析如下。

（一）創(chuàng)造虛擬仿真環(huán)境，提高學生自我學習驅(qū)動力

BIM虛擬建造技術，是在傳統(tǒng)BIM3D模型的基礎上增加時間維度（BIM4D），即采用施工進度信息驅(qū)動相應三維模型的顯示、消失、變換等狀態(tài)，從而在虛擬空間模擬工程的建造過程。采用BIM虛擬建造技術對工程施工過程進行動態(tài)、交互式的可視化模擬，有助于管理人員提前發(fā)現(xiàn)施工中可能遇到的問題，并提前優(yōu)化施工組織，制定應對措施，為大型復雜工程的順利完工，提供了新的管理模式和方法[9]。

BIM虛擬建造技術為傳統(tǒng)施工技術類課程的教學，提供了全新的技術手段。以“地鐵車站工程施工”課程為例：一方面，可采用BIM技術創(chuàng)造虛擬仿真的工程環(huán)境，解決目前實訓教學困難的問題。例如：可通過建立車站主體結(jié)構(gòu)三維模型，結(jié)合虛擬漫游，幫助學生更好認知地鐵車站結(jié)構(gòu)；結(jié)合具體案例，建立工程周邊環(huán)境、地下管線三維可視化模型，幫助學生更好認知城市環(huán)境下地鐵車站工程施工的特點；通過工程案例的BIM4D模擬，幫助學生直觀地認知地鐵施工的全過程。另一方面，可通過布置相關工程任務，讓學生以項目技術管理人員的角色在虛擬仿真工程環(huán)境下完成該任務，從而將被動學習改為主動探索，解決目前教學中，教多練少，學生代入感不足的問題。例如，提供場地環(huán)境、設計圖紙和施工臨設的3D素材，讓學生分組進行場地布置、管線改遷、支護施工、土方開挖、主體結(jié)構(gòu)施工等方案以及工程施工組織任務的編制等。

（二）鞏固強化學生基本職業(yè)技能

以識圖能力為例：識圖是基礎而重要的施工技術能力，實踐教學中發(fā)現(xiàn)，盡管學生在一年級已經(jīng)學習了“工程識圖”專業(yè)基礎課，但仍有相當部分學生看圖慢，看圖難，究其原因，是缺乏動手實踐。因此，在“地鐵車站工程施工”課程中引入BIM：一方面，在授課階段，充分利用BIM三維可視化建模以及模型切割、隱藏、多視角瀏覽等功能，幫助學生快速理解地鐵車站的主體結(jié)構(gòu)、關鍵節(jié)點、構(gòu)件的二維CAD施工圖紙；另一方面，通過翻轉(zhuǎn)課堂的方式，學生分小組協(xié)同，并根據(jù)下發(fā)的二維CAD施工圖紙，建立BIM三維模型，從而鞏固強化學生的識圖能力。實踐表面，在對車站結(jié)構(gòu)構(gòu)成、梁板柱主體以及關鍵節(jié)點鋼筋綁扎、防水節(jié)點大樣，等涉及工程識圖能力的知識點授課中，融入BIM以及翻轉(zhuǎn)課堂的授課方式后，學生的學習興趣和學習效果均有大幅提升。

（三）拓展提升學生綜合能力

以工程施工管理和組織協(xié)調(diào)能力為例：對于分項工程施工技術的授課，在傳統(tǒng)課堂講解和示例演示視頻的基礎上，建立BIM虛擬施工環(huán)境，采用翻轉(zhuǎn)課堂的形式，安排學生根據(jù)提供的設備、臨設、建構(gòu)筑物等素材，進行場地布置、復現(xiàn)施工關鍵步驟，對比優(yōu)化施工方案，進而編制施工進度計劃，并利用3D演示和動畫等方式，進行施工交底。利用BIM將抽象的施工技術要點、注意事項，變?yōu)榘咐菥?，切實提升學生的施工管理和組織協(xié)調(diào)能力。

四、基于BIM的“地鐵車站工程施工”課程教學改革路徑

BIM及虛擬建造技術為提升地鐵車站工程施工課程的教學提供了全新的技術支撐，將BIM融入地鐵車站工程施工課程的教學，可采取以下路徑措施。

（一）加強師資隊伍建設

專業(yè)課融入BIM教學改革尚處于探索階段，專業(yè)課老師往往對BIM技術的策劃、應用能力不足。針對這一問題，建議采取以下措施：第一，組織專業(yè)課老師參加專項BIM培訓，提高專業(yè)課老師對BIM技術的認識，使專業(yè)課老師具備應用既有BIM資源庫進行授課的能力；第二推薦優(yōu)秀教師到企業(yè)頂崗鍛煉，在企業(yè)生產(chǎn)實戰(zhàn)中磨煉BIM策劃、協(xié)同和應用能力，搜集生產(chǎn)一線的典型案例，豐富課堂教學素材庫；第三鼓勵新老教師搭班結(jié)對。老教師具備豐富的課程建設和授課經(jīng)驗，年輕教師則具備更強的新技術學習能力，二者優(yōu)勢互補，有利于更好地打磨提升BIM與專業(yè)課融合；第四，從制度層面加強激勵和引導，增大BIM相關教改項目的支持力度，鼓勵老師探索多樣化的融合教學方式、對引入BIM進行專業(yè)課授課的教師，在工作量認定方面給予額外獎勵等等。

（二）加強學生BIM能力基礎建設

學院BIM技術課程為選修課，且第一年專業(yè)基礎課中BIM元素較少，導致學生BIM能力參差不齊，阻礙了課程任務布置。針對這一問題，可采取以下措施：第一，對新生開展BIM技術認知講座，通過行業(yè)發(fā)展、前沿應用、就業(yè)前景等多方面介紹，激發(fā)學生的學習興趣；第二，成立學生興趣團體，逐步形成學生“老帶新”梯隊，為社團成員提供各類比賽的備賽指導，以及到企業(yè)一線生產(chǎn)實習的實踐機會；第三，從學科建設的層面，循序漸進，逐年加大專業(yè)基礎課中BIM相關知識和應用點的比例，夯實學生BIM技能基礎。

（三）加強課程內(nèi)容建設

課程內(nèi)容的建設，不僅要將BIM模型、BIM演示等素材融入現(xiàn)有課程的授課中，還應以學生能力培養(yǎng)為中心，逐步增加任務導向的教學內(nèi)容：一方面，以鞏固課程知識，強化學習效果為目標，進行課程BIM任務的設計。這類任務建模精度不需要太高，一般在LOD100～200之間，隨堂任務可提供基礎的族庫素材，讓學生直接進行模型調(diào)取和空間的擺放，以縮短不必要的建模時間。例如，在地鐵車站構(gòu)成與施工技術概述授課中，布置車站構(gòu)成的建模任務，強化學生對相關構(gòu)筑物和空間位置分布的印象；圍護結(jié)構(gòu)施工授課中，要求學生在虛擬空間中再現(xiàn)各關鍵施工步驟。另一方面，以BIM為紐帶，縱向拓展理論和工程實踐相關知識，橫向拓展工程識圖、成本概算等其他專業(yè)課的相關知識，設計具體任務，以達到鍛煉學生舉一反三、融會貫通，解決工程實際問題的能力，這類任務耗時較長，一般以大作業(yè)的形式，讓學生在課后完成。例如：在鋼筋工程的授課中，要求學生完成地鐵車站結(jié)構(gòu)梁板柱鋼筋深化模型，并對節(jié)點進行碰撞檢測和鋼筋布置優(yōu)化；在蓋挖法實例課后，布置學生具體工程案例的虛擬建造和工程量計算的任務。

（四）優(yōu)化課堂教學中“教”與“練”的比重

在課堂教學的側(cè)重上，應更多從“教”向“練”側(cè)重。在授課方面，通過借助多媒體和BIM技術，加快學生對原本枯燥抽象的概念知識的理解，從而縮短“教”的時間；同時，一些知識點也可采用學生課后自學+課堂匯報或測驗的形式，從而在鍛煉學生自學能力的同時壓縮“教”的時間。在練習實踐方面，提升翻轉(zhuǎn)課堂教學的比例，在講授知識點后馬上讓學生隨堂練習和匯報，可極大強化學生對知識點的記憶和理解，鞏固教學效果；同時，布置較為復雜的綜合性案例實踐任務，如采用BIM虛擬建造技術進行施工方案比選，學生分組課后完成，并在課堂上答辯。

（五）運用PDCA循環(huán)持續(xù)改進優(yōu)化教學內(nèi)容和改革措施

BIM與地鐵車站工程施工專業(yè)課程教學的融合，并非一蹴而就，需要在探索中不斷改進。在落實推進上述各項改革措施的過程中，引入“PDCA”循環(huán)的工作方法，即Plan（計劃）、Do（執(zhí)行）、Check（檢驗）和Act（改進）：在師資隊伍建設和學生BIM能力基礎建設方面，可采用訪談、問卷調(diào)查等方式檢驗既有改革措施的實施效果，在課程內(nèi)容建設和課堂教學方式的優(yōu)化方面，可采用隨堂測試和學生訪談等方式檢驗教學效果，及時總結(jié)檢驗發(fā)現(xiàn)問題，并制定相應方案積極落實改進。通過不斷重復上述循環(huán)，持續(xù)、高效地推進教學內(nèi)容改進和改革措施優(yōu)化。