“地下工程設(shè)計(jì)”課程教學(xué)探索＊

徐 燕，代樹林，于清楊，沈世偉，張 敏

（吉林大學(xué)建設(shè)工程學(xué)院，吉林 長春130000）

作為解決城市資源與環(huán)境危機(jī)的重要措施，地下空間的開發(fā)利用是解決中國可持續(xù)發(fā)展的重要途徑?！薄袊こ淘涸菏客鯄?mèng)恕[1]。隨著地下工程建設(shè)的大力發(fā)展，具有地下工程設(shè)計(jì)能力的高級(jí)技術(shù)人才的需求也在增大。

“地下工程設(shè)計(jì)”是地下工程專業(yè)的重要基礎(chǔ)課之一。該課程以課堂講授為主，課程設(shè)計(jì)為輔。任課教師在課堂上對(duì)教學(xué)內(nèi)容如山嶺隧道設(shè)計(jì)、盾構(gòu)隧道設(shè)計(jì)、沉管隧道設(shè)計(jì)、城市綜合管廊設(shè)計(jì)、地鐵車站設(shè)計(jì)等進(jìn)行介紹、講解和分析，使學(xué)生對(duì)隧道、管廊等地下工程的概念、設(shè)計(jì)原理、設(shè)計(jì)步驟充分理解、認(rèn)識(shí)和掌握。然而地下工程形式多樣，課程理論學(xué)時(shí)有限，如何在有限的時(shí)間內(nèi)，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)每種地下工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法和理論的深入認(rèn)識(shí)和理解，掌握地下工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，這些問題都是“地下工程設(shè)計(jì)”課程教學(xué)亟需思考和解決的問題。

隨著中國地下空間的綜合開發(fā)利用，交通、能源和水利等基礎(chǔ)設(shè)施，尤其是城市地鐵、水下隧道建設(shè)的高速發(fā)展，地下工程得到了迅猛發(fā)展，也為“地下工程設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)提供了豐富的案例。在教學(xué)過程中通過建立地下工程案例庫，配合案例式教學(xué)、互動(dòng)式教學(xué)，加強(qiáng)學(xué)生和教師的互動(dòng)和討論，有望使學(xué)生具有多種地下工程的設(shè)計(jì)能力。

1 相關(guān)案例參考書及參考規(guī)范的優(yōu)選

地下工程形式多樣，包括公路隧道、鐵路隧道、盾構(gòu)隧道、沉管隧道、城市綜合管廊、地鐵車站等。由于課程學(xué)時(shí)限制，只能對(duì)各種工程設(shè)計(jì)的原理和方法進(jìn)行講解，課程內(nèi)容較為基礎(chǔ)，學(xué)生的設(shè)計(jì)的理解不夠深入。因此可以針對(duì)每種工程類型，選取合適的參考書及參考規(guī)范，以便學(xué)生在業(yè)余時(shí)間查閱學(xué)習(xí)，可設(shè)置借閱處，供學(xué)生隨時(shí)借閱，充分利用學(xué)生在課余時(shí)間的學(xué)習(xí)興趣，達(dá)到對(duì)地下工程設(shè)計(jì)內(nèi)容的全面了解。例如，在盾構(gòu)隧道設(shè)計(jì)方面，通過閱讀朱合華等主編的《地下建筑結(jié)構(gòu)》[2]、郭小紅等主編的《公路盾構(gòu)隧道設(shè)計(jì)指南》[3]、陳饋等主編的《盾構(gòu)施工技術(shù)》[4]等資料，了解盾構(gòu)工作原理、選型及盾構(gòu)施工技術(shù)、盾構(gòu)隧道襯砌形式和結(jié)構(gòu)、襯砌內(nèi)力計(jì)算及斷面設(shè)計(jì)、防排水設(shè)計(jì)。在沉管隧道方面，閱讀徐國平等主編的《沉管隧道設(shè)計(jì)與施工指南》[5]、中國交通建設(shè)股份有限公司編寫的《沉管隧道設(shè)計(jì)施工手冊(cè)》[6-7]等，學(xué)習(xí)沉管隧道管節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、接頭設(shè)計(jì)、抗震設(shè)計(jì)及基槽與回填防護(hù)設(shè)計(jì)、耐久性設(shè)計(jì)以及防排水設(shè)計(jì)等。認(rèn)真選擇相關(guān)參考書目，使學(xué)生們能隨時(shí)了解地下工程設(shè)計(jì)新標(biāo)準(zhǔn)、新技術(shù)的發(fā)展。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合本課程建設(shè)的地下工程案例庫，消化吸收，使理論與工程實(shí)際相結(jié)合，提高地下工程設(shè)計(jì)水平。

2 案例庫建設(shè)

“地下工程設(shè)計(jì)”課程綜合性強(qiáng)。通過地下工程案例庫教學(xué)，使學(xué)生感受地下工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，將概化的文字變成實(shí)際的情景，提高學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。因此，建立并優(yōu)化地下工程案例庫十分重要。

地下工程種類較多，首先教師需要掌握大量的工程案例，收集各類工程的圖紙、照片、視頻，進(jìn)行整理和優(yōu)選，與時(shí)俱進(jìn)，建立涵蓋多種類別地下工程結(jié)構(gòu)案例庫，如圖1 所示，包括公路隧道設(shè)計(jì)案例、鐵路隧道設(shè)計(jì)案例、盾構(gòu)隧道設(shè)計(jì)案例、沉管隧道設(shè)計(jì)案例、城市綜合管廊設(shè)計(jì)案例、地鐵設(shè)計(jì)案例。例如，公路隧道方面，教師收集并選取安徽大別山、吉林省白山等20 余座高速公路隧道實(shí)際工程作為案例，包括分離式隧道、小凈距隧道、連拱隧道等復(fù)合式襯砌隧道等全方位資料，作為山嶺隧道設(shè)計(jì)的案例庫。結(jié)合長春地鐵車站設(shè)計(jì)實(shí)例，從明挖、暗挖、蓋挖及裝配式方面出發(fā)，收集地鐵區(qū)間及車站設(shè)計(jì)的資料。盾構(gòu)隧道方面，結(jié)合長春地鐵盾構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例，收集地鐵盾構(gòu)斷面及管片等設(shè)計(jì)案例。2018年竣工的港珠澳大橋案例提供了沉管隧道設(shè)計(jì)的清晰認(rèn)識(shí)，了解到最新的施工方法以及它的發(fā)展前景。城市綜合管廊作為地下水電暖綜合管道，在未來城市建設(shè)中占有重要的作用，收集吉林省長春、白城、通化、白山、遼源、松原等地管廊設(shè)計(jì)案例。結(jié)合案例設(shè)計(jì)圖紙、工程視頻資料等，從項(xiàng)目勘察、設(shè)計(jì)等階段遇到的大量工程難題入手，將理論結(jié)合實(shí)踐，通過案例教學(xué)使學(xué)生掌握多種地下工程設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)過程，穿插提問，回答學(xué)生的疑問，引導(dǎo)學(xué)生積極的思考，提高學(xué)生分析及解決問題的能力。

圖1 地下工程設(shè)計(jì)案例庫建設(shè)內(nèi)容

3 互動(dòng)式教學(xué)模式

教學(xué)方式是知識(shí)的重要傳播途徑之一。合理的教學(xué)方式，可以起到事半功倍的教學(xué)效果[1]。案例式互動(dòng)教學(xué)過程如圖2 所示，教師在課程開始時(shí)預(yù)先將教學(xué)案例交給學(xué)生，學(xué)生根據(jù)自己喜歡的方向搜集相關(guān)設(shè)計(jì)資料，建立學(xué)生討論組，在課堂上讓學(xué)生根據(jù)自己的理解介紹本組的設(shè)計(jì)資料和想法，提出問題，學(xué)生與教師相互討論，雙向交流，從設(shè)計(jì)流程再到設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，深入理解設(shè)計(jì)原理及設(shè)計(jì)方法，學(xué)生討論組完善設(shè)計(jì)資料后做成PPT 后在課余時(shí)間完成匯報(bào)演講，形成完善的設(shè)計(jì)體系。在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)并培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力?；?dòng)式教學(xué)模式有效的避免了以往教師給學(xué)生喂養(yǎng)式的教育方式，激發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考能力，同時(shí)也對(duì)教師提出了挑戰(zhàn)，共同解決問題，教與學(xué)共同進(jìn)步，大大改變了教學(xué)的沉悶氛圍，提高了教學(xué)樂趣，使每位學(xué)生都能接觸到多種實(shí)際工程，互相促進(jìn)，提高了教學(xué)效率。

4 課程設(shè)計(jì)教學(xué)

“地下工程設(shè)計(jì)”是一個(gè)實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，在“地下工設(shè)計(jì)”課程理論講解的同時(shí)，配合課程設(shè)計(jì)，通過實(shí)踐使學(xué)生對(duì)地下工程設(shè)計(jì)有了更清晰的認(rèn)識(shí)，更加全面地掌握了地下工程設(shè)計(jì)知識(shí)，融會(huì)貫通，很好地達(dá)到實(shí)踐教學(xué)的目的。教師選定多種地下工程課程設(shè)計(jì)任務(wù)供學(xué)生自選，不同的地質(zhì)環(huán)境條件給予學(xué)生開放的設(shè)計(jì)方法，提出設(shè)計(jì)方案，繪制設(shè)計(jì)圖紙，進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)算和分析，提高了課程靈活性。

在條件允許的情況，比如本地正在修建盾構(gòu)及暗挖地鐵車站、地鐵區(qū)間以及裝配式地鐵站點(diǎn)等，教師組織學(xué)生到現(xiàn)場(chǎng)參觀、收集資料。了解施工才能做出更好的指導(dǎo)設(shè)計(jì)，由現(xiàn)場(chǎng)施工人員著重講解現(xiàn)場(chǎng)施工過程和施工步驟，使學(xué)生對(duì)施工有深入的認(rèn)識(shí)。通過實(shí)踐來鞏固及提高課程設(shè)計(jì)能力。另外，邀請(qǐng)專家介紹大型工程中前沿的設(shè)計(jì)、施工技術(shù)及成果，比如港珠澳大橋、沉管隧道的施工等，使學(xué)生能了解行業(yè)的新技術(shù)、新發(fā)展，培養(yǎng)其創(chuàng)新思想。

圖2 案例式互動(dòng)教學(xué)過程

5 結(jié)論

“地下工程設(shè)計(jì)”是一個(gè)實(shí)踐性較強(qiáng)的學(xué)科，在教學(xué)過程中建立地下工程案例庫，基于案例庫，建立學(xué)生討論組，加強(qiáng)學(xué)生和教師的互動(dòng)和討論，保證了學(xué)生參與課程的積極性，結(jié)合課程設(shè)計(jì)教學(xué)，為學(xué)生掌握及運(yùn)用相關(guān)知識(shí)提供了有力保證，使學(xué)生具有多種地下工程的設(shè)計(jì)能力，顯著提高了教學(xué)效果。