蔡建國+吳剛+張騫+馮健

摘要：以在東南大學(xué)舉辦的“柔性模板混凝土結(jié)構(gòu)國際學(xué)生工作坊”為例，對整個工作坊過程各個環(huán)節(jié)做了詳細(xì)表述，包含縮尺石膏模型和全尺混凝土模型的方案設(shè)計和現(xiàn)場制作。此外，分析了工作坊這種教學(xué)模式對開闊學(xué)生視野、培養(yǎng)團(tuán)隊精神、促進(jìn)教學(xué)和實踐考核連續(xù)統(tǒng)一方面的優(yōu)勢，并對之后開展的類似交流活動提出了一些建議。

關(guān)鍵詞：工作坊；教學(xué)模式；柔性模板混凝土

中圖分類號：G64245文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：

10052909（2017）05011507

工作坊是一種源于現(xiàn)代建筑設(shè)計領(lǐng)域的實踐教學(xué)模式，最大的優(yōu)勢是為學(xué)生提供一個將理論知識付諸于實踐的機(jī)會，在國內(nèi)高等教育建筑設(shè)計、工業(yè)設(shè)計等領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。在工作坊教學(xué)模式中，理論教學(xué)和實踐教學(xué)同步進(jìn)行，項目作為實踐的核心內(nèi)容，學(xué)生具體從事的實踐活動不分年級，主要由個人興趣和工作能力而定，在一起學(xué)習(xí)實踐的同時，學(xué)生之間的相互學(xué)習(xí)也是工作坊整個流程的重要組成部分，從而可以讓學(xué)生形成只在理論學(xué)習(xí)中無法構(gòu)建的團(tuán)隊精神和合作意識[1]。

在工作坊的運行過程中，主要體現(xiàn)出一些原則：首先，在項目開始之前，指導(dǎo)教師根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)制定詳細(xì)的教學(xué)計劃和全部的實施方案，控制整個流程的運行進(jìn)度，并且在實際過程中，不斷引領(lǐng)學(xué)生深入貫徹整個計劃。其次，評判標(biāo)準(zhǔn)不再局限于理論考核，更重要的是督促學(xué)生學(xué)以致用，以項目整體或者分解部分為節(jié)點，綜合檢驗學(xué)生應(yīng)對實際項目的能力。除此之外，強(qiáng)調(diào)多種學(xué)習(xí)方式并存，既要自學(xué)達(dá)到項目工作的要求，又要相互學(xué)習(xí)，從而不斷更新知識體系。工作坊是以多層次、多階段目標(biāo)為出發(fā)點的教學(xué)實踐模式，可以綜合各種專業(yè)特點，在實踐中找到自己的定位[2]。

土木工程專業(yè)，對學(xué)生創(chuàng)新能力和實踐能力的要求不斷提高，多學(xué)科多領(lǐng)域結(jié)合越來越緊密，傳統(tǒng)的理論教學(xué)結(jié)合試驗教學(xué)，認(rèn)識實習(xí)教學(xué)模式不能滿足社會對土木工程專業(yè)優(yōu)秀人才的需求，在社會發(fā)展和學(xué)科進(jìn)步的形勢下，探索土木領(lǐng)域新的教學(xué)模式迫在眉睫。文章結(jié)合東南大學(xué)最近對多國跨學(xué)科領(lǐng)域的工作坊教學(xué)模式探索，思考工作坊模式在土木工程領(lǐng)域開展的新思路。

一、柔性模板混凝土結(jié)構(gòu)國際學(xué)生工作坊實例

2016年6月26日至7月10日，柔性模板混凝土結(jié)構(gòu)國際學(xué)生工作坊項目由東南大學(xué)土木工程學(xué)院和建筑學(xué)院、丹麥皇家建筑藝術(shù)學(xué)院、英國巴斯大學(xué)、英國愛丁堡大學(xué)、英國謝菲爾德大學(xué)、澳大利亞墨爾本皇家理工大學(xué)、加拿大曼尼托巴大學(xué)、香港大學(xué)的師生共同完成。本次活動主要包含了學(xué)術(shù)報告、指導(dǎo)教師現(xiàn)場演示、學(xué)生石膏模型制作、學(xué)生混凝土模型制作以及匯報答辯等環(huán)節(jié)，具體流程如圖1所示[3]。其中，東南大學(xué)土木學(xué)院的9名學(xué)生，建筑學(xué)院3名學(xué)生，丹麥皇家建筑藝術(shù)學(xué)院的5名學(xué)生組成3個組，每組5～6人，均包含上述不同學(xué)校的學(xué)生，以期實現(xiàn)相互協(xié)調(diào)，各展所長。

（一）活動主題

本次工作坊活動主題為結(jié)合柔性混凝土模板這種新型建造方法進(jìn)行傳統(tǒng)的混凝土剪力墻設(shè)計。利用柔性模板混凝土結(jié)構(gòu)找形的特點，對傳統(tǒng)剪力墻進(jìn)行藝術(shù)化設(shè)計，以期實現(xiàn)建筑美學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)上的統(tǒng)一與協(xié)調(diào)。實踐工作主要分為第一周的縮尺模型（石膏材料）和第二周的全尺模型（混凝土材料，尺寸為2 m×2 m）。

柔性模板找形技術(shù)作為混凝土澆筑方法已經(jīng)有100余年歷史，最早關(guān)于這種找形技術(shù)的專利于1899年注冊，自此之后，該種方法的設(shè)計應(yīng)用和技術(shù)得到迅速發(fā)展。由于在混凝土表面質(zhì)量方面具有比傳統(tǒng)施工技術(shù)更為優(yōu)越的性能，柔性模板技術(shù)不斷得到研究者的關(guān)注。在2008年、2012年和2015年，相繼舉辦了3次關(guān)于柔性模板混凝土結(jié)構(gòu)的國際會議后，柔性模板技術(shù)開始迅猛發(fā)展，不再局限于小型的梁柱板構(gòu)件等。目前為止，已經(jīng)利用柔性模板技術(shù)得到了各種各樣的作品，如圖2所示。

（二）學(xué)術(shù)匯報

在工作坊開始的第一周，每天上午由各個高校教師針對柔性模板技術(shù)的最新進(jìn)展和研究成果向大家作學(xué)術(shù)報告（圖3），其中包含了澳大利亞工程院院士Xie Yi-min教授、Remo Pedreschi教授、何小元教授、蔡建國副教授、Daniel Sang-Hoon Lee副教授、John Orr博士、Ronnie Caceres博士、Gabriel Tang博士等。下午是實踐環(huán)節(jié)，這樣交錯進(jìn)行，學(xué)者的精彩報告讓大家對柔性模板技術(shù)了解更加深入，也為大家設(shè)計與實踐提供源源不斷的靈感。

（三）指導(dǎo)教師演示

來自加拿大曼尼托巴大學(xué)的Ronnie Caceres博士在工作坊第二天向大家演示了模板框架的制作方法，并對帆布模板石膏模型作了一個簡單的試驗（圖4），通過試驗向大家說明柔性模板在結(jié)構(gòu)找形等方面的優(yōu)點。在Ronnie Caceres博士的帶領(lǐng)下，學(xué)生迅速掌握了各種基本工具的使用技巧，為后續(xù)各組模型制作奠定了基礎(chǔ)。

（四）成果展示

經(jīng)過2周的設(shè)計、制作、點評和改進(jìn)，3組學(xué)生得到巨大的收獲，各組模型都十分有創(chuàng)意，現(xiàn)對3組的設(shè)計制作思考過程進(jìn)行介紹。各組的方案設(shè)計均要充分利用柔性模板在結(jié)構(gòu)找形上的優(yōu)勢，并要求在2 m尺寸的剪力墻上充分實現(xiàn)外觀美學(xué)和建筑力學(xué)的統(tǒng)一，比如建筑表面曲面設(shè)計和實現(xiàn)方案、鋼筋布置方案的合理性等。針對各組的考核評價，主要包括三部分：方案設(shè)計、方案的完成情況（主要表現(xiàn)為模型制作效果）和小組工作過程評價（小組工作的分配與合作、設(shè)計方案改進(jìn)過程、小組交流討論成果等）。

1.作品一

（1）設(shè)計理念。

第一組學(xué)生經(jīng)討論，決定利用繩子在制作的木框架上結(jié)合帆布形成規(guī)則或不規(guī)則網(wǎng)格，利用帆布的彈性和柔韌度，在澆筑石膏和混凝土?xí)r得到目標(biāo)的結(jié)構(gòu)外形，并在兩側(cè)帆布之間設(shè)置定位點，獲得各種理想結(jié)構(gòu)。在制作模型時，也充分考慮到結(jié)構(gòu)的剛度，在結(jié)構(gòu)澆筑時合理布置鋼筋網(wǎng)（鋼絲網(wǎng)），初期的設(shè)計構(gòu)思如圖5所示。endprint

（2）設(shè)計過程。

首先在紙上討論思路，設(shè)計需要的模板支撐框架和帆布定位點以及繩索布置位置。經(jīng)討論，第一組學(xué)生最終確定采用立方體的木方框架形式，并在立方體中布置兩層木架為帆布、繩索提供固定點，按照帆布方式分為橫立和豎立，如圖6所示。

第一組學(xué)生嘗試多種繩索（魚線）的約束方式，并且利用瓶蓋等輔助材料，試圖尋求不同美感，其中包含規(guī)則或不規(guī)則的，得到最初的4組石膏模型，如圖7所示。

在總結(jié)初步設(shè)計模型并得到指導(dǎo)教師點評之后，學(xué)生選擇改變之前使用的細(xì)繩（魚線）厚板模型，選擇制作粗繩石膏薄板模型并直接以穿孔打結(jié)的方式進(jìn)行驗證。在此基礎(chǔ)上開始設(shè)計全尺混凝土模型的基本方案，如圖8所示。

在小組確定全尺模型的設(shè)計方案后，開始制作用于澆筑全尺模型的框架，并進(jìn)行鋼筋網(wǎng)的布置，最終澆筑和養(yǎng)護(hù)成形，如圖9所示。設(shè)計方案完成后開展小組匯報答辯與教師點評，匯報主要內(nèi)容包含小組方案設(shè)計的基本思路和各個階段成果，各成員的工作內(nèi)容以及整個工作過程中出現(xiàn)的問題及解決方案，采取的形式為一名成員匯報，整個小組負(fù)責(zé)提問（圖10）。指導(dǎo)教師的點評主要針對繩索使用時采取何種控制方式保證曲面協(xié)調(diào)和達(dá)到目標(biāo)曲面的表面要求。

2.作品二

（1）設(shè)計理念。

第二組學(xué)生設(shè)計的基本思路是先進(jìn)行簡單模型簡單約束創(chuàng)作，從制作模型中不斷積累經(jīng)驗，并且在實踐過程中確定全尺模型的基本方案。第二組成員經(jīng)討論，決定對剪力墻模型開孔，通過在澆筑前使用不同材料固定洞口位置，保證孔洞使剪力墻兩側(cè)具有不同的美學(xué)特征。

（2）設(shè)計過程。

第二組學(xué)生首先進(jìn)行石膏模型的簡單制作來獲取模型的制作經(jīng)驗和全尺模型靈感。最初的模型只用孤立的柱子對帆布進(jìn)行約束，然后在上部澆筑石膏成形，如圖11所示。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)采用這種方式成形的石膏模型在節(jié)點交接處很薄弱，容易發(fā)生碎裂，經(jīng)過與指導(dǎo)教師的交流和小組成員之間的討論，決定在帆布下方節(jié)點附近使用魚線拉直，在帆布上側(cè)即石膏內(nèi)部設(shè)置縱橫交錯的鋼絲網(wǎng)（圖12）來增強(qiáng)石膏面板節(jié)點附近剛度。結(jié)果證明，這種想法可提高節(jié)點剛度，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)整體性效果（圖13）。

經(jīng)過幾次試驗之后，第二組成員決定在剪力墻中設(shè)置開孔試驗。首先開始薄板開孔石膏模型的縮尺試驗，利用木板塑造各種形狀，布置在帆布兩側(cè)，使用釘子等使兩側(cè)木板緊密結(jié)合，在澆筑過程中可以形成孔洞，如圖14所示。

圖14第二組開孔縮尺模型

在進(jìn)行混凝土剪力墻的全尺模型時，如果單獨使用這種兩側(cè)木板開孔的方式，不僅會使整個剪筑過程出現(xiàn)問題，造成澆筑不夠密實，而且塑造的孔洞也不光滑，所以在指導(dǎo)教師提議下，選擇采用塑料泡沫外包無粘性的膠帶提前確定孔洞，這樣在澆筑時會自動把孔洞預(yù)留出來。

在制作全尺模型時，首先討論孔洞的位置和形狀方案，采用兩側(cè)不一致的孔洞會使整個剪力墻的藝術(shù)效果提升，而且為了保證剪力墻的傳力體系，需要合理規(guī)劃開洞位置。第二小組把墻體按照3個剪力撐的傳力體系分成9個區(qū)域，根據(jù)區(qū)域大小布置洞口，開洞位置避開斜向的剪力撐，使剪力撐所在截面沒有截面削弱，能完成體系傳力。墻內(nèi)鋼筋布置也是根據(jù)設(shè)計的剪力撐位置布置斜向鋼筋，6根斜向交叉的鋼筋在墻內(nèi)形成3個剪力撐形式，引導(dǎo)并完成體系傳力，最終完成模型的設(shè)計與澆筑，如圖15、圖16所示。在匯報答辯環(huán)節(jié)，指導(dǎo)教師重點關(guān)注剪力墻結(jié)構(gòu)孔洞的制作方式，以及小組初步縮尺模型設(shè)計如何過渡到后期的全尺模型設(shè)計。

3.作品三

（1）設(shè)計理念。

第三組學(xué)生設(shè)計的基本思路是垂直曲面剪力墻，主要是基于帆布模板塑造“柔軟的外觀”，并且可控制曲面和自由隨意曲面之間的平衡協(xié)調(diào)。第三組在塑造曲面時考慮到上部和下部的鏡像對稱，墻體相應(yīng)地會產(chǎn)生不同的厚度，形成一定的建筑美學(xué)效果。

（2）設(shè)計過程。

第三組學(xué)生首先以混凝土縮尺模型的曲面剪力墻模型作為初步設(shè)計方案（圖17），考慮到石膏和混凝土流動性上的差異，在初步模型使用材料選取上，放棄石膏。

試驗發(fā)現(xiàn)，初步模型的澆筑結(jié)果并不十分理想，在和指導(dǎo)教師交流和小組內(nèi)部的討論后，總結(jié)了混凝土澆筑過程的注意事項：由于第一次混凝土為人工拌和，并且分為8個批次澆筑，每次澆筑的混凝土存在一定差異，整個過程持續(xù)時間較長，在界面處性能并不連續(xù)，整個結(jié)構(gòu)的外部約束相對薄弱，并不能完全剛性控制結(jié)構(gòu)。鋼筋網(wǎng)在曲面剪力墻的布置也存在一定問題，很容易對外部的帆布造成損傷。試驗之后，小組成員不斷總結(jié)，深入交流，汲取經(jīng)驗。

之后，第三組成員又進(jìn)行曲面剪力墻的開洞嘗試，在制作全尺模型之前，首先進(jìn)行縮尺模型嘗試?？紤]到曲面模型剛度較小，洞口選擇了細(xì)長的方式，主要利用木板在帆布兩側(cè)固定，使帆布間沒有間隙，達(dá)到開洞目的。兩側(cè)的約束木板在澆筑混凝土?xí)r也可起到增加側(cè)向支撐剛度的作用，為了對比，在開洞的同一直線上，采用同樣的方式設(shè)置一些凹面，但是并不貫通來作對比，如圖18所示。

第三組學(xué)生在對之前試驗的思考和設(shè)計優(yōu)化的基礎(chǔ)上，設(shè)計了全尺模型試驗，開洞方式采用之前縮尺模型的設(shè)計思路，但是相對于最初的模型，曲面由3個改為2個，設(shè)計思路和約束框架如圖19所示，并進(jìn)行了澆筑養(yǎng)護(hù)，如圖20所示。在答辯環(huán)節(jié)，該小組重點說明了曲面的制作過程和孔洞的變更過程。指導(dǎo)教師還針對拆除洞口模板問題提出了改進(jìn)意見。

（五）對工作坊工作開展的建議

經(jīng)過共同努力，為期半個月的柔性模板混凝土結(jié)構(gòu)國際學(xué)生工作坊項目順利結(jié)題。大家在交流實踐中碰撞出的靈感使每一組成員都收獲頗豐。大家在設(shè)計、實踐、點評、修正、再設(shè)計的循環(huán)過程中對柔性模板建造技術(shù)有了更加深刻的認(rèn)識，也鍛煉了動手能力，并體驗到團(tuán)隊協(xié)作的重要性。

針對本次工作坊的整個運作過程，有些建議可為后續(xù)的類似交流活動提供參考。首先，針對新技術(shù)的應(yīng)用展示十分必要，讓學(xué)生對這項之前并不十分熟悉的技術(shù)有整體的印象，這并不限制學(xué)生在實踐過程中的思路，是為學(xué)生提供一個更加廣闊的思維平臺，否則學(xué)生很容易落入俗套，被自己的固有思維限制。其次，對于創(chuàng)新型的工作坊，基礎(chǔ)十分重要，集中向?qū)W生講授基本技能，可縮短整個工作流程，有利于提高工作坊的時間利用率，得到更加豐碩的成果。最后，由簡到繁、循序漸進(jìn)的工作流程也十分重要，學(xué)生從前期的縮尺石膏模型中不斷完善設(shè)計，產(chǎn)生endprint

靈感，總結(jié)問題，積累經(jīng)驗，最終混凝土全尺模型得以順利完成。

二、工作坊教學(xué)模式的思考與意義

結(jié)合上述的柔性模板混凝土結(jié)構(gòu)國際學(xué)生工作坊全過程，發(fā)現(xiàn)工作坊不僅可為理論知識提供和實踐融會貫通的平臺，提高了學(xué)生的動手能力，也促進(jìn)了多學(xué)科領(lǐng)域?qū)W生相互合作，開闊學(xué)生視野。對工作坊在土木工程領(lǐng)域的開展有以下幾點思考。

（一）跨學(xué)科文化的交流，開闊學(xué)生視野

在傳統(tǒng)土木工程領(lǐng)域，由于大家的學(xué)習(xí)背景和實踐環(huán)境差距不大，差異性不明顯，通過交流和思維碰撞實現(xiàn)突破的可能性很小。但是針對多學(xué)科領(lǐng)域，比如土木和建筑，兩者本來就密切相關(guān)，一個從結(jié)構(gòu)的安全性考慮，一個從建筑美學(xué)和特色方面考慮，兩者的交流造成一種思想的碰撞，有利于學(xué)生開闊視野。這次工作坊中有來自不同文化背景的師生，大家的認(rèn)識存在一定差異，充滿差異性的相互交流，讓學(xué)生收獲更多[4]。

（二）教學(xué)實踐與考核的連續(xù)統(tǒng)一

在工作坊中，指導(dǎo)教師通過學(xué)術(shù)匯報和現(xiàn)場演示向?qū)W生傳授知識，學(xué)生通過實踐融會貫通，并通過自主學(xué)習(xí)、相互學(xué)習(xí)提高自己，在實踐中不斷嘗試連續(xù)統(tǒng)一多節(jié)點的考核方式?，F(xiàn)場答辯的多方面綜合考核不再局限于理論知識，從考核中總結(jié)并再次嘗試，使整個知識的獲取過程形成體系[5]。

（三）合作意識和團(tuán)隊精神的培養(yǎng)

工作坊是基于項目的教學(xué)培養(yǎng)模式，需要學(xué)生組成團(tuán)隊進(jìn)行設(shè)計與制作，學(xué)生需要根據(jù)自身優(yōu)勢自主商量分工與合作內(nèi)容。比如，在剪力墻模型澆筑時，需要考慮鋼筋網(wǎng)的布置來減弱由于開孔造成的剛度削弱，選擇鋼筋的連接方式來分析剪力墻模型本身和下部混凝土支座間鋼筋的綁扎。丹麥的學(xué)生在制作木結(jié)構(gòu)支撐框架時的動手能力明顯比中方學(xué)生強(qiáng)，而在鋼筋綁扎等技能方面中方學(xué)生更具優(yōu)勢。指導(dǎo)教師應(yīng)引領(lǐng)發(fā)揮學(xué)生的自組織功能，這也是工作坊組織者在團(tuán)隊創(chuàng)立時應(yīng)重點考慮的問題，從而打破學(xué)科年級的界限[6]。

三、結(jié)語

通過本次工作坊的實踐，包括前期的組織與計劃，初期的學(xué)術(shù)匯報和演示，學(xué)生反復(fù)嘗試直至最終作品完成，對工作坊這種教學(xué)模式在土木工程領(lǐng)域作新的探索和思考，發(fā)現(xiàn)這種教學(xué)模式可作為現(xiàn)行傳統(tǒng)教學(xué)模式的補(bǔ)充，在提高學(xué)生動手能力、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和團(tuán)隊精神等方面起到重要作用，也可促進(jìn)教學(xué)實踐考核的連續(xù)統(tǒng)一，具有推廣價值。參考文獻(xiàn)：

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Abstract： This paper illustrated in detail each step of the entire workshop named “FabricFormed Concrete Workshop” conducted in Southeast University， including design and fabrication of the scale plaster model and full scale concrete model. In addition， the advantages of the new teaching mode of workshop on broadening students horizons， developing team spirit and promoting the continuous unity of teaching， practice and assessment， were analyzed. Besides， the paper made some suggestions on carrying out similar subsequent activities.

Keywords： workshop； teaching mode； fabricformed concrete

（編輯周沫）endprint