Информационные технологии как ключевой элемент при подготовке нового поколения инженеров-строителей

Александр Альхименко, Александр Большев, Александр Тучков, Игорь Фертман

Подготовка инженеров-строителей, способных создавать и осуществлять самые разнообразные проекты, сопряжена с необходимостью существенного реформирования всего образовательного процесса. Объективная необходимость такой реформы диктуется началом коренного научно-технического перевооружения российской промышленности, связанного с масштабным внедрением современных компьютерных технологий.

Известно, что в 90-х годах ведущие мировые державы перешли предсказанный Норбертом Винером рубеж, разделяющий «век энергетики» и «век информатики». Это сопровождалось глобальным переоснащением всех отраслей промышленности компьютерными системами и требовало огромных капиталовложений, в том числе в разработку всевозможных программных средств для автоматизации инженерной деятельности. Современникам непросто бывает осознать глубину и значение происходящих на их глазах перемен. По заключению Национального научного фонда США, внедрение систем САПР в различные сферы инженерной деятельности имеет больший потенциал повышения производительности труда, чем все известные технические нововведения со времен открытия электричества.

Ввиду объективных причин российская промышленность заметно отстала от лидеров мировой экономики. Но путь, по которому ей предстоит идти, определен ясно — это коренная перестройка процесса инженерного труда, основанная на повсеместном внедрении современных информационных технологий. Уже сегодня на мировом рынке успешно конкурируют российские научные и проектные организации, стратегически верно спланировавшие свое развитие и своевременно вложившие средства в информационное переоснащение. По всей видимости, грядущее десятилетие станет для нашей страны временем окончательного перехода жизнеспособных организаций на комплексное использование информационных технологий и вызовет полный крах тех предприятий, которые не сумели или не пожелали этого сделать…

Любая технологическая перестройка промышленности бесперспективна, если не обеспечена соответствующими кадрами. В связи с этим необходимо оценить качество выпускников отечественных вузов, их соответствие современным требованиям и мировым стандартам. Экспресс-сопоставления российских и иностранных учащихся проводились нами на примере студентов инженерно-строительного факультета Санкт-Петербургского государственного политехнического университета (СПбГПУ), ежегодно проходящих обучение в международной школе в Норвегии. Оказалось, что по сравнению с зарубежными сверстниками наши студенты обладают большим объемом фундаментальных знаний и имеют больший инженерный кругозор, но уступают в решении практических инженерных задач. К сожалению, отечественное высшее образование дает студентам устаревшие технологии применения знаний. Наш выпускник может рассчитать строительную конструкцию, но будет это делать вручную и довольно долго. А его зарубежный коллега, владеющий соответствующими программными средствами, произведет расчеты намного быстрее и, кроме того, сможет оптимизировать сортамент металлопроката, выдать необходимые спецификации и рабочие чертежи. Конечно, такой специалист более ценен для промышленности.

Формирование специалиста, способного эффективно работать в XXI веке, должно осуществляться посредством насыщения учебных планов информационно-технологическими компонентами и с помощью переподготовки кадров. Следовательно, требуется пересмотреть содержание и состав общепрофессиональных и специализированных дисциплин. Необходимо создать условия для формирования штата преподавателей, владеющих современными технологиями, и инфраструктуру системы переподготовки кадров по профильным информационно-технологическим приложениям.

В мире имеется немало программных средств (CAD/CAM/СAE), обеспечивающих повышение производительности труда специалиста-строителя. По ряду причин наибольшее распространение получили CAD-системы, однако в учебном процессе должен быть представлен как можно более широкий круг полезных и эффективных программных комплексов. В СПбГПУ на основании детального анализа рыночных потребностей пришли к выводу, что для формирования инженера-строителя надо ориентироваться на изучение наиболее простых проблемно ориентированных программных комплексов, позволяющих быстро и эффективно решать практические задачи. Изучение более сложных наукоемких комплексов (ANSYS, Abacus, Cosmos) также целесообразно, но при подготовке специалистов более высокого уровня — магистров и аспирантов. В любом случае отбор информационно-технологических компонентов и программных комплексов является для профессорско-преподавательского корпуса сложной и ответственной задачей.

Курс «Инженерная графика», на наш взгляд, должен базироваться на применении AutoCAD. Почти все известные авторам данной публикации проектные организации строительного профиля перешли на использование этого программного продукта, и ручное черчение встречается очень редко. Следовательно, вся практическая работа в рамках курса должна выполняться на компьютерах. Данное обстоятельство требует предварительного знакомства с основами использования AutoCAD (двумерная графика); полезно также введение курса трехмерной графики и пространственной визуализации (трехмерная часть AutoCAD и программный комплекс 3D Studio VIZ).

Курс «Архитектура» следует дополнить изучением одного из распространенных пакетов архитектурного проектирования (Autodesk Architectural Desktop, ArchiCAD). Возможно также изучение упрощенных технологий, связанных с применением программ-надстроек к AutoCAD (например, МАЭСТРО).

В курсе «Инженерная геодезия» необходима практическая работа с современными приборами, автоматизирующими съемку и регистрацию геодезической информации, а также изучение программных средств для обработки геодезической информации и построения цифровых карт местности (Autodesk Land Desktop — Autodesk Survey, ПЛАНИКАД — CADrelief). Расширить это направление позволяет изучение геоинформационных систем (Autodesk Map).

Курсы сопротивления материалов, строительной механики, металлических и железобетонных конструкций обязательно должны включать изучение современных расчетных комплексов (SCAD, STAAD Pro), позволяющих рассчитать сложные металлические или железобетонные конструкции, выбрать металлопрокат или армирование в соответствии с отечественными либо с зарубежными стандартами, выпустить необходимые рабочие чертежи и спецификации.

Курс «Механика грунтов» также должен сопровождаться изучением компьютерных программных средств (например, PLAXIS), с помощью которых выполняется конечно-элементный анализ деформации и устойчивости в проектах, связанных с геотехнической инженерией.

Курсы «Инженерная мелиорация», «Автомобильные и железные дороги» могут опираться на возможности таких программных продуктов, как Autodesk Land Desktop, Autodesk Civil Design и PLATEIA.

Курс «Экономика, организация и планирование строительства» должен включать ознакомление студентов с автоматизированными рабочими местами проектов производства работ и проектов организации строительства (АРМ ППР и АРМ ПОС), с высокопроизводительными программными комплексами для выполнения сметных расчетов (АРОС), с программными средствами для управления строительством (ПО «Бастион») и управления проектами (MS Project и Project Expert).

Таким образом, каждый учебный курс, связанный с проектированием, должен быть сориентирован на тот или иной программный комплекс и предлагать не только общие принципы выполнения работ, но и начальные практические навыки их реализации с помощью современных технических средств.

Внедрение информационных технологий следует начинать с обеспечения надлежащих возможностей высшей школы. На протяжении последнего десятилетия государство практически не вкладывает денег в материально-техническое обеспечение даже ведущих вузов страны, и в этих условиях одним из возможных путей сохранения уровня российского инженера становится поиск взаимовыгодных форм сотрудничества вузов с проектными и строительными организациями.

Для решения комплексных проблем, связанных с внедрением современных компьютерных технологий, на базе школы САПР, основанной Ю.С.Васильевым еще в начале 70-х годов, был создан Центр информационных технологий в строительстве (ЦИТС), который действует в структуре инженерно-строительного факультета СПбГПУ при поддержке компаний Consistent Software и «Бюро ESG». Президент СПбГПУ, академик РАН Ю.С.Васильев всемерно поддерживает развитие этого направления как в области научных исследований, так и в сфере образовательных программ.

Сегодня ЦИТС, имеющий статус авторизованного учебного центра компании Autodesk, разрабатывает рекомендации по внедрению в учебный процесс компьютерных технологий, совместно с администрацией факультета, компьютерными фирмами и спонсорами обеспечивает оснащение учебного процесса современными программными средствами, оказывает содействие в комплексном развитии компьютерной сети инженерно-строительного факультета (ИСФ), помогает преподавательскому составу ИСФ в освоении новых программных средств, проводит обучение студентов ИСФ и переподготовку специалистов строительных фирм по практическому применению различных программных средств. При поддержке ЦИТС на факультете создано студенческое конструкторское бюро, которое обеспечено заказами от отечественных и зарубежных фирм, связанными в основном с векторизацией и редактированием чертежей. В прошлом году на базе ЦИТС была открыта первая специализация, реализующая концепцию развития программ обучения за счет внедрения информационно-технологических компонентов, — «Компьютерные технологии в воднотранспортном строительстве». Структурная схема, отражающая деятельность ЦИТС, представлена на рис. 1.

Обучение строительным информационным технологиям в рамках учебного процесса, переподготовка кадров для промышленности осуществляются с использованием потенциала профессорско-преподавательского коллектива СПбГПУ и ведущих специалистов промышленных предприятий. В рамках компьютерной сети создаются и действуют проблемно-ориентированные учебные классы. Структурная схема компьютерной сети и список учебных классов показаны на рис. 2.

Наряду с внедрением в учебный процесс информационных технологий, ЦИТС ведет большую работу по повышению квалификации специалистов. В отличие от ряда обучающих коммерческих организаций, Центр как структурная единица университета обладает государственной лицензией на образовательную деятельность, использует стандартные учебно-методические разработки и выдает свидетельства установленного образца. К преподаванию базовых программных продуктов привлекаются ведущие ученые и специалисты. Занятия проводят проф., д.т.н. В.Л.Баденко, проф., д.т.н. В.В.Белов, проф., д.т.н. А.С. Большев, проф., д.т.н. Н.И.Ватин, проф., д.т.н. Г.К.Осипов, доц., к.т.н. Л.И.Кубышкин, проф., к.т.н. И.А.Константинов, а также сертифицированные специалисты компании «Бюро ESG» Ю.И.Ананьев, к.ф-м.н. Н.Н.Полещук, Т.Ю.Панкова и И.Н.Чиковская.

За неполных два года работы ЦИТС подготовлены специалисты более чем для двух десятков организаций строительного и архитектурного профиля, среди которых ЛенспецСМУ, Проектный институт № 1, ОАО «Трансмост», Лентрансгаз, ОАО НИПИ Ленметрогипротранс, ГТ «Инспект», ОАО «Чалс», ОАО «СКАТ», Архитектурное бюро «УНИО-А» и др.

Актуальная задача формирования нового поколения инженеров-строителей требует незамедлительного расширения спектра изучаемых компьютерных приложений, развития материально-технической базы, укрепления и обновления кадрового состава высшей школы. Еще раз следует повторить: в условиях современной России решить эти задачи можно только на основе новых форм взаимовыгодного сотрудничества университетов с научно-техническими и коммерческими организациями. Именно это сотрудничество позволяет обеспечить приток квалифицированных кадров — основу эффективности и конкурентоспособности любого производства.

«САПР и графика» 12'2002