王 強, 郭 凱, 劉 琳, 賈連光

(沈陽建筑大學 土木工程學院,遼寧 沈陽 110168)

土木工程是一門強調實踐與理論相結合的科學。實驗教學是土木工程專業(yè)教育的一個重要環(huán)節(jié),對培養(yǎng)土木工程專業(yè)人才、體現(xiàn)專業(yè)化教育具有重要意義,同時也是專業(yè)學習的重點內容,對培養(yǎng)學生興趣、鞏固專業(yè)知識、提高實踐能力具有不可替代的作用[1-3]。完善的實驗教學基地建設可以使專業(yè)實驗教學更充分,啟蒙學生專業(yè)認同感并把所學知識運用到工程實踐中[4-6],增加學生對土木建設行業(yè)的感性認知,為專業(yè)學習打下良好基礎,啟示未來專業(yè)發(fā)展方向。

1 實驗教學基地發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題

隨著我國經濟實力的提高,基礎設施建設進步顯著,土木工程專業(yè)得到了巨大發(fā)展,越來越多的高校開設了土木工程及其相關專業(yè)。2017年12月,教育部學位與研究生教育發(fā)展中心公布的全國第四輪學科評估結果顯示,土木工程專業(yè)參評高校共計已達314所之多[7]。各高校對實驗教學都是極為重視的,大多數(shù)高校都有自己的實驗教學中心。對于場地有特殊要求的實踐環(huán)節(jié),如工程地質實習、工程認識實習等則多采用建設校外實習基地的方式來進行。對于土木工程結構實驗教學而言,這種教學模式存在一些問題。

(1) 投入資源過大。建設大于1萬m2、可容納1 000名學生進行實習的實驗教學基地,投資需在幾千萬元[8-9]。緊張的實驗實習經費,相較于這種巨額投入以及后續(xù)大量的維護費用而言,無異于杯水車薪。所以大多數(shù)學校選擇教學基地共享的方式,以秦皇島柳江盆地地質實習基地為例,就有71個單位共用,中國地質大學北戴河基地、周口店基地及吉林大學興城基地等都為多個高校共用[10-12]。這種共享方式雖然解決了費用問題,但也在很大程度上使基地建設多元化,對專業(yè)化的實習未必有好處。

(2) 教學基地遠離學生生活,教學效果差。對于土木工程結構實驗教學而言,大多數(shù)實習基地均為未完成的建設工程項目,施工現(xiàn)場與學生日常生活學習的環(huán)境差距較大,在實習過程中學生很難融入現(xiàn)場環(huán)境,無法達到良好教學效果。并且實習時間通常較短,學生很難在這種短期集中的培訓中掌握土木工程結構的重點與難點。

(3) 安全隱患大。施工現(xiàn)場工程情況復雜,對于沒有經過系統(tǒng)、全面安全培訓的學生而言,存在著很大的安全隱患。實習過程中動輒幾百名甚至上千名學生的出行、交通、食宿等方面的安全需求,都是對校園外教學基地的嚴峻考驗。

2 校園景觀式結構實驗教學基地建設

為了實現(xiàn)經濟、便捷、安全的結構實驗教學基地建設,我校提出了校園景觀式結構實驗教學基地建設方案。通過標示校園內特征結構、引入新型建筑結構類型、展示前沿新式結構等方法,將土木工程的結構與校園景觀相結合,把校園建設成為結構實驗教學基地,體現(xiàn)“建筑育人”“景觀即專業(yè)”的教學特點,為實驗教學基地建設提供了新思路。

2.1 標識校園內部特征結構

在校園建設伊始,學校有意識地采用了典型結構與多元化方案相結合的建設理念。建筑風格上,我校校園采用的縱橫交錯的網(wǎng)格式建筑布局極具想象力,多種結構形式的綜合運用也是一大亮點。

(1) 教學樓整體采用了框架結構,建筑首層多處采用了敞開式庭院景觀設計,無墻體的建筑方式使框架結構得以立體的、全方位的展示(見圖1、圖2)。

圖1 教學樓一層框架結構

圖2 結構實驗室框架結構

(2) 我校擁有756 m的長廊,貫穿于教學區(qū)、科技園區(qū)、辦公區(qū)和學生生活區(qū)。整體分為3層,具有學習性、共享性、交通性、展示性等特點。長廊第3層柱距為8.1 m,長廊第1層為配合中央水系景觀,柱距增大為24 m,將第2層設計為結構轉換層,轉換層采用斜桿桁架式結構,造型優(yōu)美流暢,同時在結構中完成了上下層結構荷載的傳遞(見圖3、圖4)。

圖3 長廊建筑形式

圖4 第2層為長廊結構轉換層

(3) 長廊第2層(見圖5)、商業(yè)街以及雷鋒庭院(見圖6)的上部頂棚結構采用鋼網(wǎng)架結構,是典型的空間桿系結構,具有優(yōu)美的建筑造型。網(wǎng)架結構在建筑平面上,可以適應多種形狀,如圓形、三角形、扇形等; 建筑外觀方面,也可以形成多種曲面,如球面、橢圓面等; 結構上,網(wǎng)架受力合理,可以實現(xiàn)較大的跨度,是具有廣闊發(fā)展前景的空間結構。

圖5 長廊2層鋼網(wǎng)架

圖6 雷鋒庭院鋼網(wǎng)架

(4) 體育場主席臺(見圖7)及長廊第3層部分區(qū)域(見圖8)采用了張拉膜結構。鋼架及鋼索通過預先張拉的方式產生預應力,形成空間覆蓋結構。建筑造型優(yōu)美、覆蓋空間跨度大; 由于自重輕,受力體系簡潔合理,可形成開闊的無柱大跨度結構; 結構自重輕,還使柔性變形能力強,抗震性能好; 由于鋼結構、鋼索均在工廠加工制作,現(xiàn)場施工簡便,工期短。

圖7 體育場主席臺張拉膜結構

圖8 長廊第3層張拉膜結構

2.2 引入外部特色建筑,豐富結構類型,增加文化底蘊

砌體結構是建筑史上歷史最為悠久的結構形式之一,我國磚體砌筑有2 000多年的歷史。沈陽八王寺原名大法寺,創(chuàng)建于1415年(明永樂十三年),造型宏偉壯觀,極具中國傳統(tǒng)建筑特色。2008年,八王寺由大東區(qū)邊墻路112號整體遷入我校,成為全國建筑類高校校園里唯一具有600年歷史的古建筑教學科研示范基地,并更名為“八王書院”(見圖9)。遷建過程中不僅保留了歷史遺留的建筑部件,還對缺失部分依據(jù)歷史資料進行了修補完善,成為校園內一道優(yōu)美的風景線。

日俄戰(zhàn)爭殘垣(見圖10)也是傳統(tǒng)的砌體結構,是在1904年日俄戰(zhàn)爭中保留下來的珍貴文物,于2009年遷入我校,除采用必要的加固措施外,基本保留了原本的歷史風貌,墻體上的彈孔均清晰可見。

盛京施醫(yī)院(見圖11)于1883年由英國傳教士司徒閣所建。舊址位于今沈陽市大東區(qū)小河沿路44號。是沈陽最早的西醫(yī)院,后來增設奉天醫(yī)科專科學校,為中國培養(yǎng)了大批醫(yī)學人才,1948年更名為遼寧醫(yī)學院,并入中國醫(yī)科大學。這座飽經中國東北歷史變遷的西式閣樓建筑也于2009年遷入我校。

這些歷史悠久、飽含深刻文化底蘊的建筑結構,不僅使學生學習到了建筑的結構形式與結構特點,也感受到了歷史的磅礴厚重,文化傳承的星火不息。

圖9 八王書院

圖10 日俄戰(zhàn)爭殘垣

圖11 盛京施醫(yī)院

2.3 結合科研實驗建立結構景觀

(1) 地鐵工程教學實訓基地(圖略)展示了沈陽市地鐵1、2號線盾構隧道結構,包括支護管片及連接結構、整體道床、軌枕與軌道等,采用外部預應力的方式創(chuàng)造性地將整個管片豎立在非土層包裹的地平面以上,使觀摩、教學更為直觀。

(2) 道路工程教學實訓基地(圖略)展示了道路實體構造,包括路基、路面各結構層構成、圓管涵洞及蓋板涵洞、路基邊坡及防護、路肩、路緣石、行車道等。還可以進行路面使用性能檢測,如路面平整度、滲水系數(shù)、摩擦系數(shù)等。

(3) 地質雷達市政道路檢測教學實訓基地(圖略)展示了地質雷達在市政道路檢測中的應用,通過制作瀝青路面和混凝土路面在工程中的常見病害,如脫空、離析、蜂窩、面層厚度不足等,來向學生展示其在地質雷達中的典型圖像和特征數(shù)字信號。

(4) 結構構件綜合教學實訓基地(圖略)展示了框架填充墻出平面地震振臺試驗、蜂窩形孔洞鋼結構梁體試驗、新型建筑節(jié)能體系成套技術研究、振動臺試驗研究等前沿科研試驗的試驗構件、試驗方法,讓學生了解建筑行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及未來的發(fā)展方向。

(5) 樁基礎教學實訓基地(圖略)采用人工挖孔灌注樁,設計了標準樁、斷樁、縮頸、離析及樁長不足等5種類型樁,并展示了樁基礎檢測時常用的低應變法、豎向抗壓靜載試驗、聲波透射法等檢測手段。

(6) 中德節(jié)能示范中心(圖略)是我校和德國達姆施塔特工業(yè)大學、德國達姆施塔特應用技術大學共同合作設計的節(jié)能示范項目。中心以“被動式技術優(yōu)先、主動式技術輔助”為設計原則,展示了被動式低能耗建筑設計理念與綠色建筑集成技術的系統(tǒng)結合,實現(xiàn)了嚴寒地區(qū)超低能耗綠色建筑的設計目標。示范中心的預認證目標為:我國綠色建筑評價三星級、德國BNB評價金級、美國LEED-NC鉑金級。

3 結語

通過標示校園內部原有的特征結構、以多種渠道豐富校內建筑結構類型、結合科研實驗展示前沿新式結構等方式,形成體現(xiàn)行業(yè)院校特色的校園景觀,把校園建設成為景觀式結構實驗教學基地。建設方案體現(xiàn)了教學基地建設所必須的安全、便利、經濟的總體目標,既可用作本校學生的認識實習、專業(yè)實習,也可用作外部人員的專業(yè)技術培訓,使教學實訓基地建設在有限的資源條件下盡可能做到最好。融入校園景點建設的實訓基地,對學生的專業(yè)教育起到潛移默化、潤物無聲的教學效果,為教學基地的建設提供了新思路,開拓了新視野。