铁道工程智能施工与概预算课程建设的探索

田亚护 钟阳龙 王涛

［摘 要］铁道工程智能施工与概预算作为一门新开设的铁道工程专业本科生主干课程，对培养学生的综合应用能力、创新能力和铁道工程实践能力具有重要作用。经过一年的教学实践，北京交通大学铁道工程智能施工与概预算课程取得了良好的教学效果，但在实践教学中仍然存在一些突出问题，有待进一步改革和完善。课程组通过分析铁道工程智能施工与概预算课程的教学现状及在教学过程中遇到的问题，提出了相应的解决方案，旨在进一步提高该课程的教学质量和水平，为学校“双一流”学科建设奠定基础。

［关键词］铁道工程智能施工与概预算；教学实践；课程建设探索

［中图分类号］G642.5［文献标识码］A［文章编号］2095-3437（2024）05-0027-04

土木工程智能建造，是将新一代信息技术与土木工程建造融合形成的工程建造创新模式，其本质是利用以“三化”（数字化、网络化和智能化）和“三算”（算据、算力、算法）为特征的新一代信息技术，在实现工程建造要素资源数字化的基础上，通过规范化建模、网络化交互、可视化认知、高性能计算以及智能化决策支持，实现数字链驱动下的工程立项策划、规划设计、施（加）工生产、运维服务一体化集成与高效率协同、绿色可持续的智能化工程产品生产与服务。

一、铁道工程智能施工与概预算课程建设的背景

为深入贯彻党的十九大作出的建设交通强国的重大决策部署，我国铁路管理部门发布了《新时代交通强国铁路先行规划纲要》，提出要加强智能建造、智能装备和智能运营等技术攻关，这对我国经济社会发展和交通强国等的实施具有十分重要的意义[1]。铁路智能建造技术是将新一代信息技术与铁路工程建造融合所形成的工程建造创新模式，是实现铁路工程高质量发展的重要环节[2]。目前，我国铁路工程建造技术、标准体系及主要技术参数均达到了世界领先水平[3]。

作为向铁路工程建设输送专业人才的高等院校，北京交通大学针对铁道工程专业本科生开设了专业主干课程——铁道工程智能施工与概预算。该课程主要是对我国铁路建设站前工程中的路基工程、桥涵工程、隧道工程、轨道工程、铁路大型临时设施工程和智慧工地中采用的智能建造技术、施工工艺流程或方法进行较全面的介绍，并在此基础上，对智能建造模式下的铁路工程概预算编制方法进行补充，是一门实践性较强的课程。通过该课程教学，一方面使学生掌握铁道工程智能施工的新技术，另一方面使学生掌握如何将铁道工程智能建造新模式下的施工工艺流程与工程概预算定额抽换进行结合，使其更符合工程实际，提高工程概预算编制的准确性，从而培养更多具有系统专业知识和实践创新能力的铁道工程建设人才。本文探索了北京交通大学铁道工程专业铁道工程智能施工与概预算课程在教学实践过程中存在的问题，提出了相应的解决方案，以期进一步提高该课程的教学质量和水平，为学校“双一流”学科建设奠定基础，为我国铁路建设发展培养更多优秀人才。

二、铁道工程智能施工与概预算课程的特点

北京交通大学铁道工程智能施工与概预算是一门新开设的专业课程，共48学时，其内容不仅包括智能建造的现代化技术、铁路土建工程的智能施工技术、智慧工地管理技术，还涉及施工组织理论、铁路工程概预算理论及应用，各章节内容相互独立且知识点较多。该课程具有以下特点。

（一）涉及专业多

铁道工程施工主要包括路基工程、桥涵工程、隧道工程、轨道工程、铁路大型临时设施（如铺轨基地、制存梁场、轨道板预制场、填料或混凝土拌合站等）的施工。路基工程、桥涵工程、隧道工程和轨道工程都是北京交通大学铁道工程专业本科生的专业主干课，课程的知识点较多且各具特点，铁道工程智能施工相关技术也各具特色，这使得铁道工程智能施工与概预算课程教学过程的逻辑性不如基础理论课强。

（二）交叉性强

铁道工程智能施工技术以新兴的信息技术和智能装备为支撑，推动我国铁路工程建設的生产方式和管理模式等各方面的变革[4]。BIM技术、计算机视觉、人工智能、物联网、大数据、GIS、云计算、区块链等新兴技术都在不同程度上被应用于铁道工程智能施工，不同技术之间相互独立，但在应用中又相互联系。

（三）内容更新快

铁道工程智能施工与概预算课程中有关铁道工程智能施工的内容，与新兴信息技术的发展密不可分。而在当今信息化时代，信息技术飞速发展，有关铁道工程智能施工方面的新技术不断涌现，同时各种各样的智能化施工装备也不断产生。铁路智能施工技术，如铁路路基工程的智能碾压技术[5]、铁路混凝土桥梁的智能养护技术[6]、铁路桥梁施工过程中的BIM和GIS数据的集成技术及全预制轨道下部结构的智能拼装技术等[7-8]随着信息技术的发展而出现且不断更新。在铁路智能施工装备方面，如智能安全帽、智能塔吊、智能施工机器人、三臂自动拱架安装机、隧道3D全断面扫描系统、隧道全自动自行式液压衬砌台车、混凝土养护台车等也随着信息技术的发展而产生，其是智能建造的前端基础，同时发挥了减少施工过程中工人的体力劳动、降低危险区域工作风险的作用[3]。因此，铁道工程智能施工与概预算课程的教学内容应与时俱进，不断结合现场实际的新技术、新装备及新工艺流程进行更新。

三、铁道工程智能施工与概预算课程存在的问题

在铁道工程智能建造技术发展的背景下，铁道工程智能施工与概预算作为一门新开设的本科生专业主干课程，仍存在不足之处，主要表现在以下几个方面。

（一）先修课程滞后，影响教学效果

路基工程、桥涵工程、隧道工程和轨道工程是铁道工程专业本科生的专业主干课程，都应作为先修课程在铁道工程智能施工与概预算课程之前完成教学及考核。通过先修课程的学习，可以让学生对相关专业课程的基本概念、理论原理和相关施工工艺流程有基本的认识，从而为后面课程的学习打下基础。而在实际教学过程中，存在部分先修课程与铁道工程智能施工与概预算课程并行教学的现象，导致学生对相关专业涉及的基本概念不清楚，从而影响教学效果。

（二）内容散而不精，学生知而不透

铁道工程智能施工與概预算课程涉及的专业较多、学科交叉性较强、内容烦琐，尤其是智能施工技术部分实践性较强。在实际教学过程中，由于学时限制，教学重点和难点不突出、各知识点的衔接及逻辑性不明显，降低了学生的学习积极性，学生不能很好地掌握课程知识。

（三）教学方式单一，影响学习效果

目前，北京交通大学铁道工程智能施工与概预算课程还是采用传统的教学方式，课堂上教师基本是结合课件、现场施工的照片及有关动画、文件等进行讲授。由于铁道工程站前工程和铁路大型临时工程的智能施工技术及智慧工地管理技术的实践性较强、理论逻辑性相对较弱，采用传统的教学方式很难提高学生的学习兴趣和保证学生对各知识点的理解与掌握。

（四）考核方式单一，评价体系不够合理

目前，北京交通大学铁道工程智能施工与概预算课程的考核方式仍以笔试为主，采用开卷或闭卷方式进行，考试内容以传统题型为主，如名词解释、简答、论述及计算等。教学实践表明，这类题型对铁道工程智能建筑技术相关知识点的考查效果不佳。根据考核结果来看，大部分学生采用的是死记硬背的方式，未能真正理解、掌握相关知识点。

四、铁道工程智能施工与概预算课程教学改革方案

针对铁道工程智能施工与概预算课程在教学实践过程中的不足之处，课程组从以下几个方面进行教学改革。

（一）调整教学计划

教学管理部门在制订专业的教学计划时，忽略了该课程与其他专业课程密切的关联性，出现部分先修课程滞后的情况，从而导致在有限的教学周期内该课程的教学效果不佳，难以确保教学目标达成。因此，今后应及时调整铁道工程专业教学计划，确保路基工程、桥涵工程、隧道工程和轨道工程这四门专业课在铁道工程智能施工与概预算课程开课前都已完成教学任务。

（二）优化课程内容

铁道工程智能施工内容涉及的专业和知识点较多、内容烦琐且学科交叉性较强。因此，要完善教学计划、适当删减授课内容，选择有代表性的技术内容进行课堂讲授。在路基工程的智能建造技术方面，教学内容应以路基本体的智能施工技术为重点，对路基工程相关的其他附属工程的智能施工技术可做简单介绍。在桥梁工程的智能建造技术方面，教学内容应以桥梁的墩台施工、梁厂内混凝土梁的制作过程、现浇混凝土梁的施工和预制梁的铺架这几方面相关的智能建造技术讲授为重点。在隧道工程的智能建造技术方面，教学内容应包含隧道施工方法，即明挖施工、暗挖施工和盾构法施工方法。在教学过程中，应重点介绍不同施工条件下隧道的掘进和开挖、隧道仰拱施工和隧道内部的支护结构施工这三个方面的智能建造技术。在轨道工程智能施工方面，可分为无砟轨道和有砟轨道施工，轨道工程的施工工艺流程及工序更加琐碎。轨道工程智能施工教学内容应以道床施工及钢轨铺架相关智能技术为重点，同时简单介绍钢轨的焊接和打磨相关智能技术。在概预算部分教学中，首先让学生理解概预算的一般概念和理论方法。其次应重点突出轨道工程智能施工技术在施工工艺流程和施工组织方面对定额抽换产生的影响，明确其与一般施工过程工程概预算的不同之处。

通过以上几个方面教学内容的优化，一方面可以确保在有限课时内完成教学任务，另一方面可使教学内容少而精，突出实践性，有利于提高学生的学习兴趣和积极性，从而确保教学效果。

（三）丰富教学模式

铁道工程智能施工与概预算课程中的智能施工内容实践性较强，传统的教学模式较难激发学生的学习兴趣。为了提高教学效果，可采用课堂讲授和讨论、现场智能施工视频播放、邀请智能施工方面的专家进课堂三种教学模式。如在课堂讲授和讨论中，教师可根据课程相关教学知识点的情况，采用提前布置教学任务、让学生带着问题在课堂进行分组讨论等方式开展教学；通过学生制作课件、课堂讲解、互动提问、教师点评等教学环节，不仅提高了学生的学习兴趣和积极性，而且对学生个人综合能力的锻炼也有很大帮助。再如邀请专家进课堂，不仅可以让学生了解最新的智能施工技术，而且这种模式对学生来说有一定的新鲜度，有利于提高学生学习积极性。

（四）改进考核方式

铁道工程智能施工与概预算课程中的智能施工相关内容的实践性较强，而概预算部分相对来说偏重理论性，因此考核方式可采用理论考核和实践考核相结合的方式进行，且各占总成绩的50%。理论考核主要针对施工组织和概预算部分的知识点进行，而实践考核针对智能施工章节的知识点进行。实践考核时，让学生结合课堂讲授的知识点、信息技术的发展现状和网络信息资源，提交一份有关某种铁道工程智能施工新技术的学习报告或某种智能施工技术的设计文件等。通过撰写学习报告或进行技术设计的训练，可促进学生对智能施工相关知识点的深入理解，从而提高学生的学习兴趣和创新能力。

五、结语

铁道工程智能施工与概预算课程作为一门新开设的专业课程，其内容涉及多个专业，学科交叉性较强且智能施工技术更新快。因此，在该门课程的教学过程中，应以学生为中心，根据各章节的知识点内容，采用灵活的教学方式以提高教学质量，实现学生对各知识点的真正理解和掌握，从而提高学生的综合素质。铁道工程智能施工技术与信息技术的发展密不可分，教师在教学过程中应时刻保持知识更新，尽可能增加实践教学环节，力争培养更多的铁路智能建造技术人才。

［ 参 考 文 献 ］

［1］ 王同军.铁路BIM建造技术与实践[M].北京：中国铁道出版社有限公司，2020：8-15.

［2］ 魏宏伟.京张高铁智能设计与技术[M].北京：人民交通出版社股份有限公司，2021：4-6.

［3］ 魏新元，解亚龙，王万齐，等.复杂艰险山区铁路智能建造技术应用[J].中国铁路，2021（4）：9-19.

［4］ 杜修力，刘占省，赵研.智能建造概论[M].北京：中国建筑工业出版社，2021：18-30.

［5］ 蔡德钩，朱宏伟，叶阳升，等.铁路路基工程信息化技术[J].铁道建筑，2020，60（4）：28-33.

［6］ 王同军.铁路桥梁智能建造关键技术研究[J].中国铁路，2021（9）：1-10.

［7］ 耿冬梅.CRTSⅢ型板式无砟轨道智能化铺设关键技术研究[J].铁道建筑技术，2022（1）：40-43.

［8］ 高贵.CRTS双块式无砟轨道轨排粗铺智能化施工技术[J].国防交通工程与技术，2021，19（2）：71-74.

［责任编辑：苏祎颖］