中外土木工程防災(zāi)專業(yè)工程結(jié)構(gòu)抗火課程比較研究

魯正 夏子祺

摘要：災(zāi)害防治是土木工程專業(yè)必須考慮的重要課題，對保護(hù)人身、財(cái)產(chǎn)安全起關(guān)鍵作用?；馂?zāi)是發(fā)生頻率最高、造成損失最嚴(yán)重的災(zāi)害之一，因此工程結(jié)構(gòu)抗火不可忽視。文章主要分析了工程結(jié)構(gòu)抗火課程的發(fā)展情況，以同濟(jì)大學(xué)、重慶大學(xué)、武漢大學(xué)、東南大學(xué)、香港理工大學(xué)、伊利諾伊大學(xué)香檳分校等高校為例，在課程設(shè)置、課程要求和課程內(nèi)容等方面對其進(jìn)行討論和研究，發(fā)現(xiàn)高校對教學(xué)重視程度的不同極大影響課程教學(xué)內(nèi)容的選擇和最終的教學(xué)效果。根據(jù)比較研究的結(jié)果，提出適合中國國情的教學(xué)改革方案。

關(guān)鍵詞：工程結(jié)構(gòu)抗火;課程設(shè)置;教學(xué)改革;高等教育;高等工程教育

中圖分類號：G642.3;TU3525文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1005-2909（2018）06-0052-06

土木工程防災(zāi)是一門旨在提高工程結(jié)構(gòu)抗災(zāi)能力，隸屬土木工程學(xué)科的二級學(xué)科。在結(jié)構(gòu)面臨的災(zāi)害中，火災(zāi)是發(fā)生頻率最高、造成損失最嚴(yán)重的災(zāi)害之一[1]。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是中國主要建筑結(jié)構(gòu)形式，在火災(zāi)的高溫作用下，材料性能將嚴(yán)重劣化，危及結(jié)構(gòu)的安全。隨著中國城市社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，火災(zāi)發(fā)生頻率和損失也在迅速增加，因此工程結(jié)構(gòu)抗火日益受到重視。

目前，國內(nèi)對此做過研究的高校主要有清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、浙江大學(xué)、重慶大學(xué)、武漢大學(xué)、西南交通大學(xué)、哈爾濱建筑大學(xué)、東南大學(xué)和中南大學(xué)等。國外的高校，如東京大學(xué)，專門開設(shè)了一個系所從事結(jié)構(gòu)抗火的研究。文章主要以同濟(jì)大學(xué)、清華大學(xué)、重慶大學(xué)、武漢大學(xué)、東南大學(xué)、香港理工大學(xué)、伊利諾伊大學(xué)香檳分校、愛丁堡大學(xué)為例進(jìn)行對比分析，提出相應(yīng)的教學(xué)改革建議。

一、課程概況

工程結(jié)構(gòu)抗火主要研究結(jié)構(gòu)物的抗火性能，包括結(jié)構(gòu)承載力的變化、耐火穩(wěn)定性、耐火完整性和耐火隔熱性，以及研究結(jié)構(gòu)受火后性能，包括力學(xué)性能和殘余承載力的鑒定和評估方法[2]。

同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院在防災(zāi)減災(zāi)工程及防護(hù)工程方向開設(shè)了工程結(jié)構(gòu)抗火課程。課程主要采用課堂教學(xué)、小組討論、課后作業(yè)以及期末開卷考試的方法，使學(xué)生掌握基本的抗火計(jì)算和設(shè)計(jì)原理。

清華大學(xué)在防災(zāi)減災(zāi)工程及防護(hù)工程方向開設(shè)了建筑工程抗火性能及其計(jì)算課程，為土木系研究生的專業(yè)必修課。此外，還開設(shè)有混凝土結(jié)構(gòu)的抗火性能及其計(jì)算，為跨二級學(xué)科專業(yè)選修課程。

重慶大學(xué)在建筑學(xué)專業(yè)設(shè)置建筑減災(zāi)防災(zāi)課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生熟練掌握防火規(guī)范，并能結(jié)合建筑設(shè)計(jì)進(jìn)行綜合應(yīng)用，解決工程設(shè)計(jì)中的減災(zāi)及防災(zāi)問題。

武漢大學(xué)在土木建筑工程學(xué)院開設(shè)建筑性能防火設(shè)計(jì)理論、建筑消防理論及應(yīng)用、災(zāi)害學(xué)課程，其中建筑消防理論及應(yīng)用為碩士生課程，建筑性能防火設(shè)計(jì)理論和災(zāi)害學(xué)為博士生課程。災(zāi)害學(xué)課程為通識教育，主要介紹多類災(zāi)種（含火災(zāi)），其他兩門課程的內(nèi)容均針對結(jié)構(gòu)抗火展開。

東南大學(xué)在土木工程專業(yè)開設(shè)工程結(jié)構(gòu)抗震與防災(zāi)課程，作為五選二之中的一門課。以課堂教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合的方式，將工程結(jié)構(gòu)與防災(zāi)減災(zāi)相結(jié)合，其中教材第七章對建筑結(jié)構(gòu)的抗火設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)講解。但此門課程的重點(diǎn)在于抗震設(shè)計(jì)，對抗風(fēng)和抗火內(nèi)容涉及的相對較少。

香港理工大學(xué)無防災(zāi)專業(yè)，但其結(jié)構(gòu)工程專業(yè)設(shè)置的課程與同濟(jì)大學(xué)防災(zāi)核心課較為類似，包括高等鋼筋混凝土、樓宇抗震設(shè)計(jì)、風(fēng)工程等。其中，在高等鋼筋混凝土課程中涉及了結(jié)構(gòu)抗火等內(nèi)容，共計(jì)3學(xué)分。

伊利諾伊大學(xué)香檳分校無防災(zāi)學(xué)科設(shè)置，但在結(jié)構(gòu)工程及力學(xué)分析中開設(shè)的相關(guān)課程與防災(zāi)關(guān)系較為密切。其中開設(shè)的結(jié)構(gòu)材料退化課程中包含對結(jié)構(gòu)抗火的研究，為4學(xué)分。

愛丁堡大學(xué)開設(shè)結(jié)構(gòu)和消防安全碩士學(xué)位，課程涵蓋火災(zāi)動態(tài)和防火工程設(shè)計(jì)課程、隧道火災(zāi)課程等，支持結(jié)構(gòu)和防火工程學(xué)位課程及一些短期課程。相比其他高校將抗火作為結(jié)構(gòu)工程學(xué)習(xí)的一部分，愛丁堡大學(xué)與東京大學(xué)類似，將抗火研究提升為一個系所的研究大類，可見這兩所高校對結(jié)構(gòu)抗火的重視程度。

從上述幾所高校的課程設(shè)置中不難發(fā)現(xiàn)，同濟(jì)大學(xué)、清華大學(xué)在防災(zāi)方向?qū)ｉT開設(shè)結(jié)構(gòu)防火相關(guān)課程;重慶大學(xué)、武漢大學(xué)主要為建筑防火，從宏觀上進(jìn)行控制;東南大學(xué)的課程則涉及多個災(zāi)種，而抗火并非其重點(diǎn)。這主要與不同高校的研究重點(diǎn)和培養(yǎng)計(jì)劃有關(guān)。愛丁堡大學(xué)、東京大學(xué)均將抗火作為一個系所的研究大類，對比香港理工大學(xué)和伊利諾伊大學(xué)香檳分校僅在部分結(jié)構(gòu)課程中涉及抗火內(nèi)容的課程設(shè)置而言，其對抗火的重視可見一斑。這可能與不同學(xué)校、不同國家面臨的主要災(zāi)害和不同災(zāi)害帶來的損失情況有關(guān)。

二、 課程要求

以同濟(jì)大學(xué)、清華大學(xué)、重慶大學(xué)、東南大學(xué)、香港理工大學(xué)和伊利諾伊大學(xué)香檳分校為例，其課程要求對比見表1。

從課程要求上來看，清華大學(xué)和重慶大學(xué)將抗火相關(guān)內(nèi)容設(shè)置為必修課程，清華大學(xué)還開設(shè)另一門選修課程用于加深學(xué)習(xí)。而其他高校則均將其設(shè)置為選修課程，其中，與將其設(shè)置為選修課程的香港理工大學(xué)和伊利諾伊大學(xué)香檳分校相比，同濟(jì)大學(xué)的學(xué)分明顯偏少，東南大學(xué)的學(xué)分雖多，但其教學(xué)重點(diǎn)主要在于抗震，對抗火的內(nèi)容涉及較少。

由此可見，清華大學(xué)和重慶大學(xué)對抗火課程給予了足夠的重視，要求研究生必須對其進(jìn)行學(xué)習(xí)，香港理工大學(xué)、伊利諾伊大學(xué)香檳分校雖然將此課程設(shè)置為選修，但對

該門選修課程的講解比較精細(xì)深入，有助于研究生的細(xì)化發(fā)展。同濟(jì)大學(xué)和東南大學(xué)對抗火工程的重視稍有欠缺，在學(xué)時或在教學(xué)內(nèi)容方面都無法為學(xué)生提供深入學(xué)習(xí)此門課程的機(jī)會。

三、 課程內(nèi)容對比

以同濟(jì)大學(xué)、重慶大學(xué)、武漢大學(xué)、東南大學(xué)、香港理工大學(xué)、伊利諾伊香檳分校為例，其課程內(nèi)容對比見表2。

以課程設(shè)置而言，重慶大學(xué)、武漢大學(xué)以及東南大學(xué)均開設(shè)多災(zāi)種的防災(zāi)大類課程，在其中涉及一定抗火知識。其中，東南大學(xué)在抗震為主的基礎(chǔ)上，對抗火進(jìn)行一定的介紹，相應(yīng)的抗火內(nèi)容較少，重慶大學(xué)和武漢大學(xué)均重點(diǎn)介紹了結(jié)構(gòu)抗火的相關(guān)內(nèi)容，且武漢大學(xué)在災(zāi)害學(xué)這門課程外，還為抗火單獨(dú)開設(shè)建筑性能防火設(shè)計(jì)理論和建筑消防理論及應(yīng)用課程，對抗火進(jìn)行了深入講解。

重慶大學(xué)設(shè)置的建筑減災(zāi)防災(zāi)課程，雖然為多門災(zāi)種介紹，但是一方面此門課程為專業(yè)必修課，另一方面其將結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)作為教學(xué)核心部分，因此其對于抗火是足夠重視的。重慶大學(xué)的教學(xué)內(nèi)容強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)性、綜合性和互補(bǔ)性，旨在培養(yǎng)全面發(fā)展、重視安全的研究型人才。其教學(xué)方式也十分多樣，包括課前預(yù)習(xí)防火規(guī)范、課上多媒體教學(xué)與小組討論、課后完成調(diào)研報(bào)告等，有助于學(xué)生切實(shí)掌握設(shè)計(jì)方法。

武漢大學(xué)累計(jì)開設(shè)3門抗火相關(guān)課程，且均為2學(xué)分。但僅有災(zāi)害學(xué)要求預(yù)修混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)和組合結(jié)構(gòu)，將課程的教學(xué)重點(diǎn)放在材料及結(jié)構(gòu)在火災(zāi)下的退化情況，而建筑消防理論及應(yīng)用、建筑性能防火設(shè)計(jì)理論則均建立在建筑物整體消防的教學(xué)重點(diǎn)上，包括火災(zāi)時煙氣的流動、人員的疏散等，側(cè)重于對建筑體系抗火的教學(xué)，學(xué)生可根據(jù)興趣選修不同的課程。

同濟(jì)大學(xué)雖單獨(dú)設(shè)置工程結(jié)構(gòu)抗火課程，但在這幾所高校中，其學(xué)時和學(xué)分最少，且為專業(yè)選修課，其講解的也多為概念性知識，對具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算涉及較少，鋼結(jié)構(gòu)和混凝土抗火設(shè)計(jì)的教學(xué)也僅限于課堂講授和小組討論，無法進(jìn)行深入的案例研究。同濟(jì)大學(xué)近年進(jìn)行教學(xué)改革，將工程結(jié)構(gòu)抗火、抗風(fēng)及抗震內(nèi)容由原本的一門工程災(zāi)害學(xué)，拆分到三門課程分別開設(shè)，體現(xiàn)了對各個災(zāi)種防災(zāi)的重視。

香港理工大學(xué)并未對災(zāi)害防治專門開設(shè)系所，但在其結(jié)構(gòu)工程方面開展了抗震、抗風(fēng)的專門課程。其對抗火的重視程度則明顯遜色于其他學(xué)校，與抗火有關(guān)的內(nèi)容體現(xiàn)在高等鋼筋混凝土課程中，雖然此門課程為4學(xué)分的專業(yè)必修課，但僅有一小部分對鋼筋混凝土的耐火性能進(jìn)行介紹，對于具體的結(jié)構(gòu)抗火內(nèi)容幾乎沒有涉及。

伊利諾伊大學(xué)香檳分校雖然也沒有專門的防災(zāi)學(xué)科設(shè)置，但是專門開設(shè)了結(jié)構(gòu)材料退化課程，對于材料在高溫情況下性能的退化進(jìn)行了深入學(xué)習(xí)，為4學(xué)分的專業(yè)課程。涉及的材料包括金屬、水泥基、有機(jī)材料等，適用于目前建筑行業(yè)的大部分結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)。

綜合來看，由于東南大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)的課程設(shè)置對抗火的內(nèi)容涉及較少，因此其課程內(nèi)容也大多為了解、理解層面，不涉及深入的計(jì)算。而重慶大學(xué)、武漢大學(xué)則側(cè)重于建筑消防方面，對于規(guī)范的研究和人員的疏散等較為重視，但結(jié)構(gòu)性能的退化方面幾乎沒有涉及。作為計(jì)算方面的補(bǔ)充，武漢大學(xué)還開設(shè)了災(zāi)害學(xué)課程，其中抗火部分對材料及結(jié)構(gòu)在火災(zāi)下的退化情況及相關(guān)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了介紹。這幾門課程在武漢大學(xué)均為選修課程，研究生可進(jìn)行選擇性學(xué)習(xí)。伊利諾伊大學(xué)香檳分校也專門開設(shè)結(jié)構(gòu)火災(zāi)下材料性能退化的相關(guān)課程，這說明在結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)中對材料性能的把控占據(jù)了重要地位。不同學(xué)校的教學(xué)重點(diǎn)有所區(qū)別，但對抗火的重視都在逐漸增加，因?yàn)樵谏鐣?jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的情況下，火災(zāi)的災(zāi)害損失逐漸增加。

四、 課程改革發(fā)展建議

（一）加強(qiáng)案例學(xué)習(xí)

由于工程結(jié)構(gòu)抗火與實(shí)際工程概念聯(lián)系密切，在教學(xué)過程中應(yīng)適當(dāng)引入案例教學(xué)，一方面可提升學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，另一方面可將零碎的知識系統(tǒng)化，讓學(xué)生真正掌握實(shí)際情況下的具體設(shè)計(jì)方法，使學(xué)生參與到實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中[3]。選取符合教學(xué)目標(biāo)的實(shí)際火災(zāi)案例，強(qiáng)調(diào)抗火的重要性，并結(jié)合理論授課內(nèi)容，將工程結(jié)構(gòu)抗火教學(xué)落到實(shí)處[4]。

（二）增加學(xué)分、課時

通過對各大高校課程內(nèi)容的對比可以發(fā)現(xiàn)，課時少的課程大部分只局限于概念介紹，有關(guān)計(jì)算和設(shè)計(jì)的內(nèi)容則一筆帶過。但是由于國家經(jīng)濟(jì)水平的提升，對工程抗火的重視程度日益增強(qiáng)，對其課程教學(xué)內(nèi)容的要求也必將隨之提高，因此，增加學(xué)時、學(xué)分對于內(nèi)容的擴(kuò)展和深入是十分有效和必要的。

（三） 加強(qiáng)與國家規(guī)范的結(jié)合

土建類專業(yè)的實(shí)踐性、社會性、綜合性和群體性很強(qiáng)[5]，有必要增強(qiáng)相關(guān)教學(xué)與實(shí)際工程應(yīng)用的關(guān)聯(lián)。與工程結(jié)構(gòu)抗火最相關(guān)的規(guī)范為《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》《建筑內(nèi)部裝修設(shè)計(jì)防火規(guī)范》《民用建筑設(shè)計(jì)防火統(tǒng)一技術(shù)措施》等[6]。在實(shí)際工程中，對于規(guī)范的學(xué)習(xí)是不可或缺的，因此，在教學(xué)中引入規(guī)范的相關(guān)內(nèi)容，可拉近學(xué)生與實(shí)際工程的距離，有助于其掌握專業(yè)的最新動態(tài)。參考文獻(xiàn)：

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