地下工程是指深入地面以下，为开发利用地下空间资源所建造的建筑、构筑物。按照其用途和功能可分为：工业和民用建筑中的地下车间、电站、库房、地下商业街、人防与市政地下工程；交通运输中的地下铁道、公路隧道、水下隧道和过街地下通道等；军事上的指挥所、通信枢纽、掩蔽所、军火库等^[1]。

地下工程的营造涉及可行性研究、初步设计、施工图设计、施工等全过程。其中，地下工程施工是地下工程从图纸到实物的成型过程，具有很大的复杂性、不确定性、危险性，因此其成为地下工程建造中最重要的阶段。

一、 地下工程施工技术课程的特点

地下工程施工技术是解放军理工大学建筑工程管理(人防)专业必修课，土木工程(人防)专业选修的一门专业课^[2]，其以“明挖法”和“暗挖法”两项地下工程基本作业为主线。通过课程学习，可使学员掌握目前地下工程施工中成熟的技术、方法，培养学员的工程意识和分析实际问题的能力，为后续课程学习和岗位任职奠定必要的理论基础。从教学内容上看，该课程的主要特点有以下几个方面。

(一) 学科交叉性强

地下工程施工技术课最大的特点就是先修课多，学科交叉性强。在“暗挖法”施工教学中，钻爆法施工涉及到爆破、通风、给排水方面的知识，支护施工涉及到岩石力学和工程地质方面的知识，TBM施工、盾构法施工、顶管法施工技术则更多的是施工技术与施工机械知识的结合。在“明挖法”施工教学中，土方工程、基础工程、基坑工程和土力学联系紧密，而要学好混凝土结构施工技术则必须要学习好土木工程材料、混凝土结构设计原理等课程。通常，地下工程施工技术课程安排在第三学年的下半学期，学生在学习本课程之前，至少应系统学习三大力学、工程测量、工程地质、工程材料等专业基础课，以及钢筋混凝土结构、钢结构、地下结构设计等专业课，才能比较顺利地学完整个课程。

(二) 课程实践性强

地下工程施工技术课是研究地下工程相关专业施工工艺、操作过程、施工设备机械的性能和操作等规律的一门课程^[3]。某些基础课程如数学、英语等，知识的传授大部分都是依靠老师课堂上的讲解，授课水平的好坏很大程度上依赖于老师对课程知识掌握的熟悉程度。但是，地下工程施工技术这一类专业性很强的课程，其中关于施工工艺、施工过程、施工机械的性能及操作过程等内容很难单纯用语言来讲述^[4]，光靠课堂的解说远远达不到教学效果。

(三) 知识点更新快

随着地下空间开发如火如荼地开展，地下工程施工技术领域的新技术与新工艺不断涌现，而大学教材很难及时介绍这一方面的成果，使得教材的更新速度低于技术、工艺的更新速度。因此，在教学上应该结合实际情况，在讲授基本知识的基础上介绍一些最新的施工技术和做法，以跟上地下工程领域新技术、新工艺发展的步伐^[5]。这些内容若只从概念上介绍，学生很难理解，因此需要教师结合工程实践进行说明，才能做到有的放矢。

二、 施工课程实践性教学模式的现状

土木工程专业课程实践性非常强，其中尤其以施工课最为突出。我国高校教育一贯注重实践性教学环节的设置。1963年9月，“教育部直属高等工业学校教学工作座谈会”中就明确指出，在各门课程的教学中，贯彻“少而精”的原则，加强实践性教学环节^[6]。改革开放初期的土木工程施工教材中，也明确了对有关实践教学环节如现场教学、习题和课程作业、教学参观、生产实习等给予足够的重视^[7]。同时，土建各个专业也在实践性教学的方法、手段上不断进行尝试。凌田全认为，组织好施工实习，提高施工实习的效果，需要加强横向联合，建立长期稳定的施工生产实习基地，周密安排，加强考核^[8]。株洲工学院在实践性教学实施过程中，精心挑选施工队伍正规、施工技术先进、结构类型和施工进度符合教学要求的施工现场^[9]。华南理工大学和湖南科技大学在实践教学环节上，都采用了分散与集中相结合的办法^[10-11]。目前工科类高级施工课也主要采取集中实习和分散实习两种方法。

从我国工科教学现状看，实践教学体系由实验、课程设计、实习、毕业设计等组成。实践性教学是培养、提高学生综合能力与素质的一个重要环节，是对理论教学的验证、补充和拓展^[12]。

三、 地下工程施工技术的“四维实践教学模式”

针对课程实践性强的特点，地下工程施工技术课程紧跟施工技术发展前沿，积极将地下工程施工中的新技术、新方法、新工艺、新设备知识引入课堂，同时在课程中加强了实践性教学环节。本课程实践内容的设置，其形式有“认识实践”、“操作实践”、“虚拟实践”、“生产实践”等4个方面，目的是使学生掌握基本的地下工程施工技能，学会实际操作规程和操作方法，熟悉工程现场施工组织与管理，具有能够综合运用专业知识解决地下工程施工管理问题的能力。

(一) 地下工程施工的认识实践

认识实践是地下工程施工技术课必设的一个环节。通过认识实践，可以对地下工程施工技术的流程建立感性认识，为本课程的后续实践环节打下基础。通过认识实践，可以使学生巩固和加深理解课堂所学，让他们的理论知识更加扎实，专业技能更加过硬，更加善于理论联系实际。具体来说分为以下几个方面。

1. 地下工程施工视频认识实践

视频认识实践是地下工程施工认识实践的第一个方面。施工视频有着直观生动的情境，且不受时间的限制，可以对同一施工过程进行多次观察。随着多媒体技术的发展，各类视频资源十分丰富，为了更好地让视频服务于教学，课程组精选了钻爆法、初期支护、二次衬砌、辅助工法、盾构掘进、顶管施工、TBM施工、基坑开挖支护、钢筋混凝土施工等各类操作视频数百条，在课堂上结合相应的知识点给学员进行讲解。学生更好地介入课堂教学的内容，直接观察所展示的视频事件，并可以对视频事件进行多次的重复播放、解读与讨论，每次可集中于某个特殊的维度或侧重于教学组织、教学方法等^[13]。该方法使学生认识施工、了解施工、熟悉施工，并在头脑里构建地下工程施工的场景，从而使学生对课本上的文字不再陌生和排斥，静下心来进行下一阶段的学习。

2. 地下工程施工案例库认识实践

案例库教学能够培养学生的创新思维和分析问题、解决问题的能力，调动学生学习的积极性。通过案例进行教学，使学生能够在课堂上进行情景代入式学习，间接感受现场，使他们由被动听课变为积极思考，从而寻找解决问题的办法。兴趣是最好的老师，学生的积极性一旦被激发，教学效果就容易得到保证^[14]。

按照地下工程不同施工方法构建案例库，课程组现已收集综合案例7个、专项案例10个。综合性案例包括城市浅埋大跨度坑道工程案例(南京九华山坑道工程)、大直径盾构过江坑道案例(南京纬七路过江坑道、南京纬三路过江通道)、盾构坑道突涌事故及恢复案例(常熟电厂取水坑道)、特大异性深基坑施工技术案例(南京青奥轴线地下交通工程、武汉王家墩地下工程)、地下工程施工事故案例等。

3. 地下工程施工模型认识实践

我校国防工程学院为配合地下工程施工技术教学，花费百万余元建设了模拟坑道，内存放有各类地下工程施工所需要的设备、器材。同时，用剖面的形式向学生展现地下工程施工各分部分项工程成品、半成品的内外部结构；一些特殊的地下工程施工器具器材，实物无法展示的，则制作了仿真模型供教学使用。对于“暗挖法”施工技术，主要有：洞门、掘进爆破、初期支护、内部衬砌、新奥法监控量测、辅助工法展示等方面的仿真模型；对于“明挖法”施工技术，主要有深基坑开挖及支护沙盘、土方机械化施工沙盘、地下连续墙施工工艺流程(剖面)、SJB深层搅拌机施工工艺流程(剖面)等仿真模型；对于现在使用较多的TBM、盾构法、顶管法施工技术，制作了硬岩TBM仿真演示模型、土压(泥水)平衡盾构机仿真演示模型、泥水顶管机仿真演示模型。这些模型不仅仅给学员提供直观的认识，可供学员任意拆卸和组装，有的还能够进行声光电一体化演示，使学员更进一步了解地下工程施工的细节。

(二) 地下工程施工的操作实践

操作实践是通过在地下工程施工现场操作技能训练等，来巩固学生理论知识和提高实际操作技能。实践操作法，更能体现理论联系实际这一基本原则^[15]。这种现场操作可以在生产第一线，但由于地下工程施工现场较为分散，不利于集中教学，因此也可以采用模拟现场操作实践的方式进行。

为配合地下工程施工技术的教学，学院在模拟坑道场地周围建设了钢筋加工棚及混凝土拌合点，可以进行钢筋的现场加工、模板试拼、混凝土拌制、支护构件制作等施工操作。为了更加逼真地模拟出现场施工的效果，加工棚选用了可拆装的钢管及彩钢板搭设的形式。

通过现场实习和课堂授课，学生可以较全面、具体、灵活地学习和掌握地下工程的施工工艺和施工技术，学会理论结合实际解决问题的方法。同时，在操作场上学生和教师从书本到工程进行全方位的交流，拓宽了学生的知识面，也丰富了教学内容^[16]。

(三) 地下工程施工的虚拟实践

虚拟实践是人类基本实践方式之一。虚拟实践本质上是各种可能性的实践，事物的可能性在虚拟实践中能同时平行地获得实现^[17]。目前，建筑信息模型已经成为建筑领域信息技术研究和应用的热点，BIM的应用价值已经得到行业的普遍认可。为了能进一步给学生带来新鲜的学习体验，课程组还将BIM虚拟实践教学进入了课堂。

基于BIM的虚拟实践教学是将一个具体工程项目的一系列立项计划、勘察设计报告、建筑图(结构图、水暖图、电器图、施工流程图等)、重要事件、动态三维模型、成本计算等彻底融合，用一个“虚拟的实际工程”串联起来，全方位阐述建筑工程施工这一复杂的施工流程^[18]。

同时，课程组还将BIM的施工实践教学从地下工程课程延伸到学生的毕业设计。通过协同式毕业设计，不仅使土建专业学生更加直观地了解地下工程的结构构造、施工流程，更加深了学生对其他相关知识的理解。

(四) 地下工程施工的生产实践

土木工程是具有很强实践性的学科，为了让学生更好的掌握知识，对于地下工程施工技术的学习，不仅要让其注意知识的积累，更应该强调生产实践能力的培养，以达到学以致用的目的。

生产实践是人类最基本的实践活动^[19]。地下工程施工技术课程注重教学实践环节的落实，努力增加实验室的投入，保证了基础教学和专业教学中学生应有的教学试验和实习；坚持理论与实践、课堂与工程相结合的教学模式，重视教学科研实习基地的建设，与人防单位、军队建设单位、项目管理公司、工程监理公司、地下矿业公司等不同类型的单位共建实习基地，以满足课程实践教学多样化需要，不断加强课程实习等实践环节的过程控制和动态管理。

四、 结语

基于认识实践、操作实践、虚拟实践、生产实践的地下工程施工技术的“四维实践性教学模式”，是激发学生学习积极性、提高课程教学效率的有效方法，是多媒体时代工科专业课教学的典型范式。课程组经过多年的努力，已经具备了四维实践性教学的基本软硬件条件。在授课过程中如何有机融合课堂教学和实践教学，从而对四维实践性教学模式的教学效果进行评价，以及对地下工程施工技术考核模式的更新，则是下一步需要研究的问题。