基于BIM案例的橋梁工程課程設計教學改革

孟陽君 李 燦 賀寒輝 唐響亮

（湖南文理學院，湖南 常德 415000）

1 BIM和VR技術發展現狀

BIM（Building Information Modeling）的全稱為“建筑信息模型”，是以一定的參數化方式，通過數據描述建筑并記錄相應的信息[1]。BIM是數字技術在建筑工程全壽命周期管理中的直接應用，以解決建筑工程在立項、設計、施工、運營及維護中模型與信息共享問題。作為建筑行業一場技術革命，BIM技術在我國得到了廣泛推廣。

VR（Virtual Reality）全稱“虛擬現實”[2]，是指用計算機圖形技術模擬生成現實世界中的場景，再通過一定設備將人“投入”到場景中，增強沉浸式和交互式感覺，讓用戶有種身臨其境的感覺。

BIM技術強調模型的建立、可視化和信息的附加，而VR技術強調虛擬交互與虛擬體驗，BIM技術為VR技術提供了必要的場景資源及數據信息，VR技術為BIM推廣應用提供了可視化的交互應用平臺。

BIM技術不再局限于某一階段、某一主體、某一軟件，是一種全新理念。住房和城鄉建設部為適應BIM技術的發展，先后出臺了《2011～2015年建筑業信息化發展綱要》和《2016～2020年建筑業信息化發展綱要》，指出勘察設計類企業、施工類企業要加快BIM、GIS、3S等技術在建筑業的普及應用，明確了BIM技術作為建筑業發展的目標與方向。各省市先后制定了本地區的BIM發展綱要，成立國家和區域性的BIM發展聯盟。工信部與圖像圖形學學會等推出了BIM全國職業等級考試，以促進BIM人才的培養。許多高校和建筑企業也相繼成立了BIM研究所和BIM研究中心。

當前全社會對BIM的人才需求分為三類[3-4]，包括BIM標準人才、BIM工具人才和BIM應用人才。地方高校主要培養BIM應用人才，重點應放在BIM能力的培養上，尤其是BIM軟件操作能力、BIM建模能力、BIM模型綜合應用能力等；同時急需建立完善的BIM人才培養機制，包括建立系統的課程體系，完善師資隊伍結構，完善實踐教學體系，深入開展校企合作等。

2 我校橋梁工程課程設計教學現狀

我校土木建筑工程學院的橋梁工程課程設計始于橋梁工程課程教學（大四第一學期）之后，時間為2周，采用大班制，一般由任課教師兼任課程設計指導老師。課程設計題目較為固定，基本為裝配式簡支T梁橋設計，題目很傳統[5]。

單就課程設計成果存在的問題也很普遍，列舉如下：①格式問題，包括目錄、正文的排版不規范，頁碼的缺失，圖表及公式的標注的缺失和不規范，參考文獻的缺失和不規范等；②計算問題，包括橫向分布系數的計算中車輛的橫向布置錯誤、影響線豎標值與計算不符，主梁箍筋的間距配置邏輯混亂，橋面板的有效寬度的計算結果與圖不符，橫隔梁的計算中車道和車輛荷載布置出錯等；③圖紙問題，包括部分圖紙的排版不合理，計算書中配置的鋼筋與圖紙上所標注的不一致，部分鋼筋符號標準有誤，一幅圖紙中字體大小不一等。

結合土木工程其他專業課程設計教學及管理層面，存在的問題如下：

（1）課程設計組織不緊密，過程管理缺失，學生重視程度不夠。以我校橋梁工程課程設計為例，大四第一學期課程結束之后開始課程設計，此時正值畢業生就業找工作，考研的重要時期，畢業生大都以此為借口，忽視課程設計。同時，基于種種原因，指導教師對此重視也不夠。雖然針對課程設計過程提出了不少行之有效的管理辦法，但是由于多方面的原因，未能落實，對于課程設計的過程管理流于形式。此外，部分學院從上至下，主觀潛意識里面都有一種應付的態度，很不利于課程設計質量的提升。

（2）課程設計選題陳舊，缺乏新意，抄襲現象嚴重。縱觀設置土木工程專業的地方本科院校，課程設計題目一般根據教學大綱基本要求，沿用傳統，選自基本的知識點，多年下來課程設計題目沒有變化，致使學生抄襲現象嚴重。

（3）獨立完成課程設計，缺乏團隊合作意識。現今的土木工程項目，多為大型綜合工程，需要多方的合作，僅靠某個人或某個團隊是無法完成全部項目的，團隊合作至關重要，然而，課程設計對此卻極度缺乏。以橋梁工程課程設計為例，包括橋梁結構的總體布置和初步方案擬定、橋梁結構設計方案比選、結構及施工方法設計、施工圖繪制、編制工程概算等各個環節，學生大多獨立完成，此舉有利于加強學生的學習，但是畢竟時間有限加之各人專業知識水平不同，不可能擅長所有的方面，可以邀請不同專業的畢業生組成課程設計小組，充分發揮各人的專業特長，共同高效地完成課程設計。

（4）設計成果質量較差，缺少反饋改進措施。目前土木工程本科畢業生就業難已成一個普遍問題。于是學校規定的課程設計期間，不少學生忙于應聘而忽視課程設計，加之教師教學內容有限，以及課程設計的時間限制，就業或考研等的干擾，課程設計成果質量較差，普遍存在語言表達能力差、工程制圖及計算機應用水平不高等問題，缺少相應的反饋改進措施。

3 教學改革過程及效果

以《橋梁工程》課程設計為例進行教改方案論證及仿真分析。利用BIM可視化技術結合《橋梁工程》課程中的重點、難點章節進行仿真教學，例如：樁基設計、施工，T梁預制等內容，由于學生沒有實踐經驗，無法直觀了解。通過BIM可視化技術，結合動畫效果配套理論知識介紹，使施工過程一目了然，降低學生學習難度。

3.1 樁基設計、施工

樁基礎是橋梁工程應用廣泛的一種基礎類型之一。在獲取場地的地質構造之后，確定樁基的嵌巖深度或者樁長等樁基設計參數，一直以來都是采用手工設計，出版紙質平面圖紙，嚴重限制了設計效率及成果的準確性，同時不便于施工。通過REVIT軟件，根據已知的地質情況，構建地質模型，之后構建樁基模型，通過REVIT自帶的附著頂部、底部功能，將樁基自動吸附到所需嵌巖深度的巖層表面。利用REVIT管理工具“明細表/數量”，就能獲取樁基的相關參數及工程數量，見圖1。

圖1 樁基模型

3.2 預制T梁

T梁橋是常見的橋型結構之一，通過REVIT軟件建立T梁模型，可以詳細了解T梁的各個組成部分及其結構構造。限于篇幅，預制T梁模型未示出。

通過REVIT模型導入相應的結構分析軟件——MIDAS軟件。結合結構分析軟件，可對結構的受力狀況有更加深入的理解。現以簡支梁的彎矩為例進行分析，從模型受力分析結果可以看出，自重作用下，簡支T梁梁端彎矩為零，跨中彎矩最大，同時可以看出，簡支T梁梁底受拉，梁頂受壓；移動荷載作用下，跨中的彎矩最大，梁端的剪力最大。

利用網絡線上課程，通過在線上傳BIM仿真視頻、章節教案、學習資料，布置學習任務，搖一搖式點名簽到，搶答環節設置等能活躍課堂氛圍，實現移動式教學，方便學生隨時隨地學習，鞏固學生知識，解決《橋梁工程》課時有限，課程內容較多，學生無法在有限的課堂時間里理解透徹的問題，解決課程設計之中的疑點、難點。

通過REVIT等軟件的運用，指導學生參加各類BIM大賽，發表相應論文。學生表示對《橋梁工程》及其他的土木工程類的專業課程興趣增加，顯著提升了學生的學習興趣及學習能力，增加了學生的專業認同感，為以后的工作及考研打下了堅實的基礎。

4 結語

當前，信息技術發展迅猛，如何讓學生既學好土木工程傳統的基礎理論及專業知識，又讓學生緊跟時代，把握當前土木工程專業發展的主流，BIM技術是一個很好的選擇[6,7]。如何更好地開展BIM教育教學改革，提升學生應用BIM技術的能力，值得繼續深入研究。