BIM和研讨会教学在土木工程建设课程中的应用

 

  《土木工程施工》课程属于土木工程专业必修的专业基础课，也是土木工程本科教学指导性专业规范中确定的施工原理与方法课程。本课程包含的内容较广，通常包含土石方工程、桩基工程、砌筑工程、混凝土及预应力混凝土工程、地基处理、结构安装工程、钢结构工程、防水工程、装饰工程、脚手架工程、桥梁工程、道路工程、地下工程等。通过课程的学习使学生具备针对复杂工程问题，借助新工艺、新设备、新技术、新材料，提出具有一定创新性的施工设计方案的能力。使学生熟悉大土木方向内常见工程类型的常规施工工艺、施工流程，具备统筹兼顾土木工程专业相关的多学科要求开展工程组织和管理的能力。

  《土木工程施工》课程实践性强，与施工现场关系紧密，涉及的工程类别丰富，与施工工艺流程相关的内容所占比例较大，同时还涉及结构、构件的具体构造细节。传统的板书教学和多媒体教学只能展示施工工艺或结构构造的某些方面，细节展示不充分、不生动，缺少全过程和全方位的展示，过程的展示缺少互动。对于很少接触施工现场的学生来说，讲授的内容枯燥、缺少代入感，学生的参与度有限，严重影响学生的积极性，进而影响课程的教学效果。如何在有限的学时内调动学生学习的积极性，提高学生的参与度，有效地拓展学时，成为讲授该门课程主要面临的难题。

  在《土木工程施工》课程教学方式上需要一种比传统的学生被动灌输式教学更有效的教学方法。研讨式教学最早由德国教育家弗兰克于 18 世纪提出，随着该方法的不断改进，目前已经成为西方国家高等院校广泛采用的一种教学方法，该方法有助于充分调动学生的课堂参与积极性和启发学生的创新思维。研讨式教学法将教师和学生同时作为教学主体，采用有针对性的集中讨论方式，针对课程中若干主题或重要的内容让学生提前熟悉课程内容，准备讨论材料，在课堂教学过程中集中展开讨论，学生对于课程的参与被拓展到了课堂之外，因此能有效延伸和拓展教学时空，一定程度上能够解决学时偏少给教师授课造成的压力。由于每个同学都有发言的机会，会激发学生参与的积极性，在课前

准备讨论资料的过程中就可以让学生加深对课程内容的理解，有利于在课堂讨论中将问题的讨论和分析引向深入。针对《土木工程施工》这门实践性非常强的课程，研讨式教学法有必要与某种新型有效的教学手段有机结合，才能进一步发挥研讨式教学法的潜力。《土木工程施工》课程教学需要一种比传统的板书教学和多媒体教学更能全方位地展示构造细节，提高互动性的工具。

  BIM( Building Information Modeling) 即建筑信息模型，它是通过数字信息技术进行建筑物仿真建模模拟的一门新兴技术，便于精细化、可视化、信息化设计、施工和运营管理，它具有可视化、可协调、可模拟性、可优化性和可出图等特点。BIM 包含 3D 和 4D 技术，其中 3D 技术主要是基于工程项目的基础数据来构建工程实体的三维立体模型，从三维视角展示出工程结构的平立剖特征以及构件之间的空间组合关系，结构设计中的基本构造要求等内容都可通过虚拟的技术展现出来。在 3D 的基础上加入时间序列，就构成了 4D技术。它能够考虑工程实体随时间的演变过程，能够体现工程结构的施工过程和施工现场的组织活动等内容，还能发现结构或构件在时间演变过程中的位相冲突问题，有利于检查施工工序安排的合理性。基于 BIM 技术能够实现集成的、动态的和可视化的 4D甚至 5D 施工管理。将工程结构物及施工现场的 3D 模型与施工质量、进度信息相关联，能够对项目施工阶段的进度、质量、安全、成本、人力、设备和场地布置等方面进行动态集成管理。

  在《土木工程施工》课程的教学中，选择典型的研讨主题，采用研讨式教学方法进行课程教学，借助 BIM 技术作为研讨过程中的展示手段，能够有效提高《土木工程施工》课程教学效果。为保证教学效果，以下事项需要注意。1) 讨论主题的选择要恰当。应选择传统教学方法难以胜任，能充分发挥 BIM 技术特长的讨论主题，如单层工业厂房构件的吊装施工工序安排，结合虚拟的场地演示不同吊装方案对场地条件的要求以及施工速度等方面的差异。2) 降低对学生 BIM 技术水平的要求，将课程的重点集中在工序安排、结构布局等课程内容自身上。由于《土木工程施工》通常在大三开课，结合这一时期学生对 BIM 的实际掌握情况，不宜对学生的 BIM 应用能力提出过高要求。在学生准备 BIM 资料的过程中，学生通过认真研读教材、查找资料等方式熟悉了主题所涉及的施工工艺和方法，本身就是一个自主学习的过程。但是，这期间学生不宜在 BIM 技术上花太多精力。教师通过建立 BIM 模型库，将施工中涉及的施工机械、基础结构模型、模板、脚手架、混凝土梁模型、工业厂房构件等常用模型均包括在内。学生基于模型库进行建模，可结合讨论主题对 BIM 资源进行必要的补充，建立施工的动态过程。3) 利用中国大学慕课、超星慕课等平台建立课程配套网页资源。借助教学网页及时上传和分项课程相关文字资料、PPT 课件、施工动画和 BIM 模型等资源共学生学习使用。4) 重视研讨式教学中，学生与学生以及学生与教师间的互动交流的重要性。教师要参与并监督学生的研讨环节，并采用多种方式开展研讨，如 QQ 群、微信群、钉钉班级群等。教师及时对线上交流群内研讨的内容进行记录和保存，并利用软件对研讨情况进行分析和统计。在研讨教学环节的表现可作为平时成绩考核的一部分，进而激励学生积极交流和讨论。

  5 结论与展望

［参 考 文 献:］