张文华

摘要：在新工科建设和我国建筑工业化进程不断推进的大背景下，《混凝土结构设计》课程试验急需重大变革。文章从提出增加与装配式建筑设计理论、计算、施工、安装相关的内容出发，建立装配式结构虚拟仿真试验平台，并提出增设装配式构件组装与节点连接的课程试验内容的三点改革措施。

关键词：新工科;混凝土结构设计;课程设计;教学实践

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2019）52-0279-02

一、前言

随着时代的进步与科技的迅猛发展，人类已经由大工业时代进入了大数据和人工智能的时代，以计算机为核心的全新智能革命时代已来临。为了适应新工科时代的到来，2017年2月，教育部在复旦大学召开了高等工程教育发展战略研讨会，同年4月在天津大学召开新工科建设研究会，同年6月在北京召开新工科研究与实践专家组成立暨第一次工作会议，全面启动新工科建设。三次会议的召开，预示着新工科时代理念正式进入到现代高校的教育体系中，将对我国高等学校的教育起到积极的促进作用[1，2]。

新工科专业，主要指针对新兴产业的专业，以互联网和工业智能为核心，包括大数据、云计算、人工智能、区块链、虚拟现实、智能科学与技术等相关工科专业。与新工科专业相对应的，土木工程、电气工程、机械工程、化学工程等传统的工科专业就是传统工科专业[3]。

另一方面，2013年1月1日，国务院办公厅转发了发展改革委和住房城乡建设部的《绿色建筑行动方案》，明确提出将“推广建筑工业化，发展绿色建筑”列为十大重要任务[4]。装配式建筑是一种在构件预制工厂生产构件，然后运输到施工现场进行拼装的施工方法。

土木工程专业是一个传统的专业，现在的理论和建造技术已经比较成熟。在新工科建设和我国建筑工业化进程不断推进的大背景下，我国土木工程行业面临着前所未有的挑战，与此同时，人工智能、大数据、3D打印等新兴科技和国家宏观战略的刺激，也为土木工程行业带来了革新的最强劲动力。土木工程专业相关课程，同样需要进行深入的变革[2]。

二、《混凝土结构设计》课程试验的现状

《混凝土结构设计》是土木工程专业最为核心的课程，也是课程设计和毕业设计等实践环节的重要基础。《混凝土结构设计》课程中的理论源于工程实际，真实混凝土结构中梁、板、柱等构件受力机理复杂、性能分析较为困难，难以直接利用理论力学、材料力学和结构力学中的公式直接推导，都是基于大量试验数据，结合实际工程经验，提出符合构件受力和变形规律的基本假定，从而推导出混凝土结构构件的承载力计算方法和理论[5]。

随着计算机、大数据、人工智能、3D打印等新工科技术的迅猛发展，传统的《混凝土结构设计》课程试验已不能满足知识、能力、素质并重的新型工程设计人才的培养要求。此外，已有的《混凝土结构设计》课程试验主要包括单筋矩形截面梁正截面破坏、斜截面破坏和偏心受压柱破坏三个试验，并未体现与建筑工业化和装配式建筑相关的部分。因此，《混凝土结构设计》课程试验教学改革迫在眉睫。

三、《混凝土结构设计》课程实验设计与教学改革措施

（一）强化《混凝土结构设计》中装配式建筑部分内容

由高等教育出版社出版、沈蒲生主编的《混凝土结构设计》（第4版）中，对于装配式建筑的内容，主要体现在第一章梁板结构中的“1.5装配式梁板结构”。该部分介绍了预制板、梁形式及特点，预制梁、板结构布置，装配式梁板结构连接构造以及装配式梁、板计算特点，共四部分内容。该部分主要对装配式梁板结构的概念进行了介绍，所涉及的内容较为简单，没有系统地讲解关于装配式的理论的计算。然而，目前版本的《混凝土结构设计》其他章节中，找不到关于装配式结构的内容，并且经过近十几年的发展，装配式建筑无论是从设计与计算理论，还是相应的施工方法，都有了非常大的进步。

由郭学明编著、机械工业出版社出版的《装配式混凝土结构建筑的设计、制作与施工》，是近年来一本关于装配式建筑较好的书籍，该书从混凝土装配式建筑的发展现状、技术特点入手，结合国际的先进技术和国内的发展狀况，共分五篇26章，全面系统地介绍了装配式混凝土结构的材料特点、设计原则、制作要点及施工工艺流程，为广大读者认识装配式建筑提供了很好的文献资料。

（二）增设装配式结构虚拟仿真试验平台

目前对于装配式建筑的教学更多的是在课堂中运用多媒体信息手段进行理论教学，非常缺乏实践性环节，学生难以形成直观的认知。装配式建筑教学试验室建设方面还处于起步阶段，设置仪器不够完善，虽然可能有建筑实体模型，但构件模型是静态的，难以重现构件安装装配的整个流程，更不能使学生明白在装配的过程中构件的吊装以及关键节点的处理难题。因此，如何将实际工程的装配技术流程向试验教学方面转化，是目前装配式建筑教学中一个急需解决的重要问题。

随着VR技术和电脑科技的发展，建立装配式结构虚拟仿真试验平台，是新工科背景下土木工程专业培养人才的有效方式。虚拟仿真试验平台包含混凝土构件预制阶段、运输阶段、吊装阶段、后续施工阶段等装配式项目流程，通过真实细致的三维构件模型以及逼真的施工大环境渲染效果，让学生犹如置身于真实的施工现场进行构件生产和现场装配的模拟、动态演示、交互式操作实训。不同类型工程案例的VR漫游都能使得学生在沉浸式建筑施工环境中针对不同装配式建筑形成过程产生感性的认识，成为土木工程专业学生掌握和理解装配式建筑专业的有效工具，同时也是学生融会贯通专业知识点和技能点的有效手段。

（三）增设装配式构件组装与节点连接课程试验

装配式建筑构件与构件之间相互连接的节点是装配式建筑的薄弱环节，也是结构在各种荷载作用下应力集中的区域，非常容易发生破坏，预制构件的连接技术是装配式建筑的关键、核心的技术。近年来，土木领域的科研工作者对装配式结构的节点连接展开了较为深入的研究，更新了众多传统的技术，无论连接方式还是节点的连接材料，都有了非常巨大的进步。然而，在目前版本的《混凝土结构设计》中，无论是基础知识理论还是具体的施工方法，都没有相关的知识内容。

目前国内装配式建筑采用较多的结构形式是装配式混凝土框架结构，根据预制装配式混凝土结构连接节点的施工方法，梁柱连接方式主要有湿连接和干连接两种。湿连接是指构件在预制过程中在特定位置预留孔洞、套筒和连接筋，在现场安装的过程中往套筒内灌入高强灌浆料连接的方式。湿连接整体性好，抗震性能优于干连接，但是节点核心区连接复杂，施工难度大，难以保证连接质量，且不符合节能环保的要求。目前现阶段湿连接的运用更为广泛，《装配式混凝土结构技术规程》推荐的钢筋套筒灌浆连接和钢筋浆锚搭接两大湿连接方式。

四、结论

1.目前的《混凝土结构设计》课程试验已不能满足新工科和我国建筑业迅猛发展的需求，对土木工程专业学生的知识、能力、素质并重的新型工程设计人才提出了更高的要求，《混凝土结构设计》课程试验改革迫在眉睫。

2.现有的《混凝土结构设计》课程及课程试验中装配式建筑部分内容缺乏或者内容较弱，应增加与装配式建筑设计理论、计算、施工、安装相关的内容。

3.建立装配式结构虚拟仿真试验平台，使其成为土木工程专业学生掌握和理解装配式建筑专业的有效工具，这一手段是新工科背景下土木工程专业培养人才的有效新方式。

4.为了便于土木工程专业学生快速地适应我们建筑行业快速发展的需求，增设装配式构件组装与节点连接的课程试验内容势在必行。

参考文献：

[1]百度词条.新工科[Z].2019.

[2]孙峻.“新工科”土木工程人才创新能力培养[J].高等建筑教育.2018，27（02）：5-9.

[3]百度词条.传统工科专业[Z].2019.

[4]中华人民共和国国务院.国务院办公厅以国办发〔2013〕1号转发国家发展改革委、住房城乡建设部制订的《绿色建筑行动方案》[Z].2013.

[5]徐明，李红兵，肖士者，等.基于虚拟仪器的工程结构设计原理实验教学演示系统设计[J].高等建筑教育，2015，24（06）：141-145.