建筑抗震設(shè)計(jì)課程教學(xué)的問(wèn)題與思考

鄭曉芬

【摘 要】近幾年的地震實(shí)踐證實(shí)，建筑抗震設(shè)計(jì)的發(fā)展無(wú)疑會(huì)給社會(huì)公共安全提供重要的保障。而提高建筑抗震設(shè)計(jì)課程的本科教學(xué)質(zhì)量是進(jìn)一步促進(jìn)建筑抗震設(shè)計(jì)發(fā)展的重要組成部分。本文針對(duì)當(dāng)前我國(guó)建筑抗震設(shè)計(jì)課程教學(xué)的現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題，提出了一些建筑抗震課程教學(xué)改革建議。同時(shí)，建議引入建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)來(lái)推行抗震課程創(chuàng)新教學(xué)。

【關(guān)鍵詞】建筑抗震設(shè)計(jì)；教學(xué)改革；教學(xué)質(zhì)量；建筑信息模型

Problems and Reflections on Teaching of Seismic Design of Buildings

ZHENG Xiao-fen

（Department of Structural Engineering，Tongji University，Shanghai 200092，China）

【Abstract】The practices of earthquakes in recent years have proved that the development of structural seismic design will undoubtedly provide important guarantee for social public security.Enhancing the undergraduate teaching quality of seismic design course is an important part of further promoting the structural seismic design.Simultaneously，this paper suggests introducing the building information model technology to carry out the innovative teaching of earthquake resistant course.

【Key words】Seismic design of buildings；Teaching reform；Quality of teaching；Building Information Modeling

0 前言

由于地震的難以預(yù)測(cè)性，為減輕地震災(zāi)害，提升建筑的抗震能力是最為重要的舉措。因此，抗震設(shè)計(jì)是建筑設(shè)計(jì)極為重要的一環(huán)。國(guó)際上主要抗震國(guó)家對(duì)建筑抗震都有著嚴(yán)格的要求和規(guī)定，建筑抗震設(shè)計(jì)為土木工程本科專業(yè)的必修課。該課程使學(xué)生掌握建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)方法，以及基于性能的抗震設(shè)計(jì)。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠正確地運(yùn)用建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中的抗震設(shè)計(jì)步驟和方法[1-3]。面對(duì)當(dāng)前我國(guó)高等學(xué)校爭(zhēng)創(chuàng)“雙一流”的新形勢(shì)，工程教育的改革步伐不斷加大和深化，致力培養(yǎng)知識(shí)面廣、基礎(chǔ)扎實(shí)、創(chuàng)新能力強(qiáng)的人才。對(duì)于建筑抗震設(shè)計(jì)課程，教學(xué)模式和方法存在諸多問(wèn)題，難以滿足培養(yǎng)出創(chuàng)新人才的要求，因而教學(xué)改革勢(shì)在必行。

1 建筑抗震設(shè)計(jì)教學(xué)現(xiàn)狀

總體上，長(zhǎng)期以來(lái)，建筑抗震教學(xué)模式基本由教師向?qū)W生灌輸知識(shí)，未能及時(shí)得到學(xué)生的反饋信息。這種教學(xué)方式針對(duì)性不強(qiáng)，學(xué)生對(duì)授課內(nèi)容缺乏興趣[4]；學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題的能力較弱，難以適應(yīng)培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的需要。當(dāng)前建筑抗震教學(xué)存在的主要問(wèn)題闡述如下。

1.1 課程內(nèi)容多而學(xué)時(shí)少

建筑抗震設(shè)計(jì)課程所需的預(yù)備課程主要有材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)等，它將地震工程學(xué)、地震學(xué)和建筑結(jié)構(gòu)知識(shí)緊密聯(lián)系在一起，要求學(xué)生具有較為扎實(shí)的基礎(chǔ)理論和較寬的專業(yè)知識(shí)。無(wú)論從授課還是學(xué)習(xí)的角度來(lái)說(shuō)，建筑抗震設(shè)計(jì)課程均有較大的難度[5]。而且，該課程的學(xué)時(shí)一般安排在34左右。因此，課程內(nèi)容多而課時(shí)不足的矛盾較為突出。

1.2 課程實(shí)踐性強(qiáng)而學(xué)生缺乏實(shí)踐

結(jié)合實(shí)際工程案例講授建筑抗震設(shè)計(jì)課程的較少，而多是偏重于基本原理和計(jì)算方法的講解。建筑抗震設(shè)計(jì)一般是三部分內(nèi)容的有機(jī)結(jié)合：抗震概念設(shè)計(jì)、計(jì)算分析、抗震措施。其中，抗震概念設(shè)計(jì)是建筑抗震設(shè)計(jì)的靈魂[6]。學(xué)生一般多擅長(zhǎng)計(jì)算分析，更容易注重強(qiáng)度驗(yàn)算[7]。導(dǎo)致大多數(shù)學(xué)生只掌握了抗震設(shè)計(jì)的計(jì)算方法，卻不知道如何將這些方法應(yīng)用于實(shí)際工程中，難以理解其中的抗震概念設(shè)計(jì)，特別是基于性能的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)。在建筑抗震設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要運(yùn)用概念設(shè)計(jì)把握問(wèn)題的本質(zhì)，進(jìn)而準(zhǔn)確判斷并采取相應(yīng)抗震措施。判斷能力主要來(lái)自專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的逐步積累，恰恰是學(xué)生所欠缺的。如果學(xué)生難以理解課程的核心內(nèi)容，接下的畢業(yè)設(shè)計(jì)和工程實(shí)踐將舉步維艱。

1.3 學(xué)生對(duì)抗震規(guī)范內(nèi)容難以區(qū)分

建筑抗震設(shè)計(jì)課程內(nèi)容與抗震規(guī)范內(nèi)容緊密結(jié)合，抗震規(guī)范對(duì)各種不同類型建筑都規(guī)定了相應(yīng)的抗震設(shè)計(jì)要求。短時(shí)間內(nèi)，學(xué)生難以理解規(guī)范中大量的條文；而且容易混淆，用錯(cuò)對(duì)象。為使學(xué)生在以后的工作中正確使用抗震規(guī)范，教師需要解釋部分重要條文和規(guī)定的背景及相關(guān)知識(shí)。此外，教師需要實(shí)時(shí)關(guān)注抗震規(guī)范修訂動(dòng)態(tài)以及修訂的背景依據(jù)，及時(shí)調(diào)整抗震教學(xué)內(nèi)容。

1.4 建筑抗震設(shè)計(jì)的多樣性

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需在滿足安全性、適用性和耐久性前提下，力爭(zhēng)經(jīng)濟(jì)合理和方便施工。確定設(shè)計(jì)方案、確定計(jì)算簡(jiǎn)圖、選擇計(jì)算方法、計(jì)算組合內(nèi)力、計(jì)算截面大小和配筋率、滿足構(gòu)造要求和繪制施工圖等許多環(huán)節(jié)的選擇都有多種可能。因此，不同人對(duì)同一個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)結(jié)果往往不同。學(xué)生要理解這種設(shè)計(jì)的不唯一性即多樣性，需要對(duì)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)有著深刻的認(rèn)識(shí)和理解，能夠融會(huì)貫通地將其它課程與建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)課程結(jié)合起來(lái)，才能設(shè)計(jì)出滿足抗震規(guī)范要求的合格作品。

2 建筑抗震設(shè)計(jì)課程教學(xué)建議

筆者結(jié)合自己的教學(xué)實(shí)踐，對(duì)上述幾個(gè)問(wèn)題給出一些建議，以期能提高該課程的授課質(zhì)量。

2.1 注重抗震課程講解的層次性

高度重視建筑抗震設(shè)計(jì)課緒論的介紹，因?yàn)榫w論是使學(xué)生認(rèn)識(shí)建筑抗震設(shè)計(jì)這門課的窗口。通過(guò)緒論課，老師要能讓學(xué)生了解抗震課程的整體框架，達(dá)到激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、明確學(xué)習(xí)目標(biāo)的目的?？拐鹪O(shè)計(jì)的反應(yīng)譜原理、底部剪力法和振型分解反應(yīng)譜法等抗震計(jì)算方法，結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)和基于性能的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)以及鋼筋混凝土房屋結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)等為課程的核心內(nèi)容[8]。對(duì)于這些核心內(nèi)容，建議結(jié)合幾個(gè)典型的實(shí)際工程進(jìn)行重點(diǎn)講解，并布置結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算分析題（大作業(yè)）；而且，對(duì)于基于性能的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，建議結(jié)合重大工程（例如上海中心大廈抗震設(shè)計(jì)等）進(jìn)行講解。對(duì)于次要的內(nèi)容，可以概括性地進(jìn)行介紹，給出總體的思路，布置課后作業(yè)，讓學(xué)生自學(xué)掌握。此外，每?jī)晒?jié)（90分鐘）建筑抗震設(shè)計(jì)課，留下15分鐘進(jìn)行教學(xué)的互動(dòng)活動(dòng)，討論關(guān)鍵設(shè)計(jì)概念問(wèn)題，及時(shí)鞏固所講知識(shí)，達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目的。

2.2 優(yōu)化抗震課程考核機(jī)制

教師時(shí)及時(shí)把握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，有針對(duì)性地調(diào)整自己的上課計(jì)劃。如何及時(shí)地掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況呢？筆者建議可以在課堂上抽取部分時(shí)間對(duì)學(xué)生進(jìn)行一次小測(cè)驗(yàn)，課后布置一些開放性的抗震課程作業(yè)。課堂測(cè)驗(yàn)主要目的是及時(shí)地了解學(xué)生是否在學(xué)習(xí)中存在問(wèn)題，是否真正掌握相應(yīng)的知識(shí)。當(dāng)然，為了優(yōu)化考核機(jī)制，使學(xué)生認(rèn)真對(duì)待小測(cè)驗(yàn)，測(cè)驗(yàn)成績(jī)?cè)谄谀┛傇u(píng)中應(yīng)當(dāng)有所體現(xiàn)。開放性抗震作業(yè)主要用于考察學(xué)生深度理解和課堂所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用情況，同時(shí)還能激發(fā)學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力。

優(yōu)化考核制度的建議方法有：提高平時(shí)成績(jī)所占的比例，多布置一些平時(shí)作業(yè)，特別是課程工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)；實(shí)行抗震課程大作業(yè)、小論文、課程考試等方式構(gòu)成的求創(chuàng)新、重能力的考核機(jī)制，徹底改變以往一張考卷確定成績(jī)的局面。

2.3 建筑信息模型在抗震教學(xué)中的應(yīng)用

當(dāng)前，我國(guó)的建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)發(fā)展如火如荼，推廣十分迅速。BIM被譽(yù)為建筑領(lǐng)域變革的革命性力量，是一種用于工程設(shè)計(jì)和建造管理的數(shù)據(jù)化技術(shù)[9-11]。BIM使用三維數(shù)字技術(shù)，建立包含建筑工程項(xiàng)目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型。BIM在提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本和縮短工期等方面發(fā)揮著重要作用，已經(jīng)得到全球范圍建筑業(yè)界的廣泛認(rèn)可。而且，將BIM技術(shù)作為輔助手段引入教學(xué)中，歐美國(guó)家已經(jīng)走在我們前面。例如，美國(guó)喬治亞理工學(xué)院早在20世紀(jì)90年代就成立了BIM建筑學(xué)院；賓夕法尼亞州立大學(xué)建筑工程系在BIM教學(xué)方法上也富有成效。相對(duì)于發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)高校在運(yùn)用BIM技術(shù)開展教學(xué)改革方面尚處于探索階段。

目前，我國(guó)大部分高校在積極探索將BIM技術(shù)應(yīng)用到各類課程的教學(xué)改革中，現(xiàn)在最常用的方法就是利用BIM強(qiáng)大的建模能力而將枯燥的文字描述轉(zhuǎn)變?yōu)樯鷦?dòng)形象的可交互式施工現(xiàn)場(chǎng)模擬場(chǎng)景。設(shè)計(jì)者可以利用BIM技術(shù)十分方便地建立可視化建筑三維模型，并從模型上得到結(jié)構(gòu)的相關(guān)信息。建筑抗震設(shè)計(jì)課程，綜合性和實(shí)踐性強(qiáng)，理論抽象且與抗震設(shè)計(jì)規(guī)范緊密相連。教師應(yīng)用BIM技術(shù)，通過(guò)建立可視化三維模型，引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)的專業(yè)知識(shí)集成起來(lái)，起到模擬工程實(shí)踐的效果[12]。還可以將建筑抗震設(shè)計(jì)書本上的專業(yè)知識(shí)內(nèi)容具體化，增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)而便于理解。除了利用BIM展示教學(xué)內(nèi)容和模擬工程實(shí)踐外，教師還可以將BIM技術(shù)與課程設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)。這樣，一方面可以提高學(xué)生應(yīng)用所學(xué)設(shè)計(jì)理論進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)的能力；另一方面又能使學(xué)生通過(guò)BIM建模過(guò)程對(duì)整個(gè)建筑抗震設(shè)計(jì)有個(gè)感性直觀的認(rèn)識(shí)。例如，建筑抗震設(shè)計(jì)中截面尺寸設(shè)計(jì)、配筋布置、梁柱分布、構(gòu)造措施以及消能減振裝置的安裝布置應(yīng)用BIM建模，可以非常直觀地得到展現(xiàn)。此外，將BIM技術(shù)應(yīng)用在建筑抗震設(shè)計(jì)課程中能夠鍛煉學(xué)生的BIM建模能力，對(duì)于學(xué)生日后的畢業(yè)設(shè)計(jì)和就業(yè)發(fā)展都大有裨益。顯然，BIM技術(shù)對(duì)于建筑抗震設(shè)計(jì)課程教學(xué)的輔助效果十分明顯。

3 結(jié)語(yǔ)

建筑抗震設(shè)計(jì)涉及學(xué)科廣、綜合性強(qiáng)，具有明確的專業(yè)技術(shù)和規(guī)范背景，教學(xué)安排又具有承前啟后的特點(diǎn)。世界各國(guó)對(duì)防震減災(zāi)十分重視，建筑抗震設(shè)計(jì)課程更顯其重要性。課程改革目的是剔除原有不適應(yīng)新時(shí)期的教育理念和手段。本文總結(jié)了建筑抗震設(shè)計(jì)課程教學(xué)現(xiàn)狀，給出了建筑抗震設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革的若干意見(jiàn)，尤其是引入BIM技術(shù)以輔助抗震教學(xué)。希望本文能有助于解決建筑抗震設(shè)計(jì)課程教學(xué)既有的問(wèn)題，提高其教學(xué)質(zhì)量，讓學(xué)生更好地掌握抗震設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)，從而培養(yǎng)“寬口徑，厚基礎(chǔ)”的高素質(zhì)創(chuàng)新型人才，適應(yīng)建筑行業(yè)發(fā)展的需求。

【參考文獻(xiàn)】

[1]呂西林.建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)理論與實(shí)例[M].4版.上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2015. [2]翟長(zhǎng)海，李爽，徐龍軍，鄭文忠.建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)教學(xué)改革探索[J].高等建筑教育，2011，20（3）：88-90.

[3]張文芳.《建筑抗震設(shè)計(jì)》教學(xué)與素質(zhì)培養(yǎng)[J].太原理工大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2002，20（3）：81-83.

[4]梁炯豐，易萍華，何春鋒.多媒體條件下案例教學(xué)法在建筑抗震設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].高等建筑教育，2009，18（1）：134-136.

[5]李文雄，陳穗茵.建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)課程教學(xué)方法探討[J].山西建筑，2014，40（23）：274-275.

[6]韋愛(ài)鳳，付贛清，管民生.“高層建筑結(jié)構(gòu)抗震與設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2010，10：130-131.

[7]任曉崧，郭雪峰，周球尚.對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗震課程教學(xué)的思考[J].高等建筑教育，2015，24（4）：55-58.

[8]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011-2010）（2016年版）[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2016.

[9]Ming SUN.UK national BIM strategy and its implementation[R].ICCREM，2014.

[10]鄭琪.BIM的深層內(nèi)涵與未來(lái)趨勢(shì)[J].土木建筑信息技術(shù)，2010，2（2）：106-108.

[11]何關(guān)培.BIM總論[M].北京：北京建筑工業(yè)出版社，2011.

[12]王建超，張丁元，周靜海.BIM技術(shù)在建筑類高校專業(yè)課程教學(xué)中的應(yīng)用探索——以沈陽(yáng)建筑大學(xué)為例[J].高等建筑教育，2017，26（1）：161-164.

[責(zé)任編輯：田吉捷]