建筑抗震设计课程教学的问题与思考

郑晓芬

【摘 要】近几年的地震实践证实，建筑抗震设计的发展无疑会给社会公共安全提供重要的保障。而提高建筑抗震设计课程的本科教学质量是进一步促进建筑抗震设计发展的重要组成部分。本文针对当前我国建筑抗震设计课程教学的现状和存在的问题，提出了一些建筑抗震课程教学改革建议。同时，建议引入建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技术来推行抗震课程创新教学。

【关键词】建筑抗震设计；教学改革；教学质量；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

由于地震的难以预测性，为减轻地震灾害，提升建筑的抗震能力是最为重要的举措。因此，抗震设计是建筑设计极为重要的一环。国际上主要抗震国家对建筑抗震都有着严格的要求和规定，建筑抗震设计为土木工程本科专业的必修课。该课程使学生掌握建筑结构抗震设计原理和设计方法，以及基于性能的抗震设计。通过该课程的学习，学生能够正确地运用建筑抗震设计规范中的抗震设计步骤和方法[1-3]。面对当前我国高等学校争创“双一流”的新形势，工程教育的改革步伐不断加大和深化，致力培养知识面广、基础扎实、创新能力强的人才。对于建筑抗震设计课程，教学模式和方法存在诸多问题，难以满足培养出创新人才的要求，因而教学改革势在必行。

1 建筑抗震设计教学现状

总体上，长期以来，建筑抗震教学模式基本由教师向学生灌输知识，未能及时得到学生的反馈信息。这种教学方式针对性不强，学生对授课内容缺乏兴趣[4]；学生运用所学知识解决问题的能力较弱，难以适应培养创新型人才的需要。当前建筑抗震教学存在的主要问题阐述如下。

1.1 课程内容多而学时少

建筑抗震设计课程所需的预备课程主要有材料力学、结构力学、结构动力学、混凝土结构和钢结构等，它将地震工程学、地震学和建筑结构知识紧密联系在一起，要求学生具有较为扎实的基础理论和较宽的专业知识。无论从授课还是学习的角度来说，建筑抗震设计课程均有较大的难度[5]。而且，该课程的学时一般安排在34左右。因此，课程内容多而课时不足的矛盾较为突出。

1.2 课程实践性强而学生缺乏实践

结合实际工程案例讲授建筑抗震设计课程的较少，而多是偏重于基本原理和计算方法的讲解。建筑抗震设计一般是三部分内容的有机结合：抗震概念设计、计算分析、抗震措施。其中，抗震概念设计是建筑抗震设计的灵魂[6]。学生一般多擅长计算分析，更容易注重强度验算[7]。导致大多数学生只掌握了抗震设计的计算方法，却不知道如何将这些方法应用于实际工程中，难以理解其中的抗震概念设计，特别是基于性能的结构抗震设计。在建筑抗震设计过程中，需要运用概念设计把握问题的本质，进而准确判断并采取相应抗震措施。判断能力主要来自专业知识和实践经验的逐步积累，恰恰是学生所欠缺的。如果学生难以理解课程的核心内容，接下的毕业设计和工程实践将举步维艰。

1.3 学生对抗震规范内容难以区分

建筑抗震设计课程内容与抗震规范内容紧密结合，抗震规范对各种不同类型建筑都规定了相应的抗震设计要求。短时间内，学生难以理解规范中大量的条文；而且容易混淆，用错对象。为使学生在以后的工作中正确使用抗震规范，教师需要解释部分重要条文和规定的背景及相关知识。此外，教师需要实时关注抗震规范修订动态以及修订的背景依据，及时调整抗震教学内容。

1.4 建筑抗震设计的多样性

建筑结构设计需在满足安全性、适用性和耐久性前提下，力争经济合理和方便施工。确定设计方案、确定计算简图、选择计算方法、计算组合内力、计算截面大小和配筋率、满足构造要求和绘制施工图等许多环节的选择都有多種可能。因此，不同人对同一个建筑结构的设计结果往往不同。学生要理解这种设计的不唯一性即多样性，需要对每个知识点有着深刻的认识和理解，能够融会贯通地将其它课程与建筑结构抗震设计课程结合起来，才能设计出满足抗震规范要求的合格作品。

2 建筑抗震设计课程教学建议

笔者结合自己的教学实践，对上述几个问题给出一些建议，以期能提高该课程的授课质量。

2.1 注重抗震课程讲解的层次性

高度重视建筑抗震设计课绪论的介绍，因为绪论是使学生认识建筑抗震设计这门课的窗口。通过绪论课，老师要能让学生了解抗震课程的整体框架，达到激发学习兴趣、明确学习目标的目的。抗震设计的反应谱原理、底部剪力法和振型分解反应谱法等抗震计算方法，结构抗震概念设计和基于性能的结构抗震设计以及钢筋混凝土房屋结构抗震设计等为课程的核心内容[8]。对于这些核心内容，建议结合几个典型的实际工程进行重点讲解，并布置结构抗震计算分析题（大作业）；而且，对于基于性能的结构抗震设计，建议结合重大工程（例如上海中心大厦抗震设计等）进行讲解。对于次要的内容，可以概括性地进行介绍，给出总体的思路，布置课后作业，让学生自学掌握。此外，每两节（90分钟）建筑抗震设计课，留下15分钟进行教学的互动活动，讨论关键设计概念问题，及时巩固所讲知识，达到提高教学质量的目的。

2.2 优化抗震课程考核机制

教师时及时把握学生的学习状况，有针对性地调整自己的上课计划。如何及时地掌握学生的学习情况呢？笔者建议可以在课堂上抽取部分时间对学生进行一次小测验，课后布置一些开放性的抗震课程作业。课堂测验主要目的是及时地了解学生是否在学习中存在问题，是否真正掌握相应的知识。当然，为了优化考核机制，使学生认真对待小测验，测验成绩在期末总评中应当有所体现。开放性抗震作业主要用于考察学生深度理解和课堂所学知识的应用情况，同时还能激发学生的想象力和创造力。

优化考核制度的建议方法有：提高平时成绩所占的比例，多布置一些平时作业，特别是课程工程项目设计；实行抗震课程大作业、小论文、课程考试等方式构成的求创新、重能力的考核机制，彻底改变以往一张考卷确定成绩的局面。

2.3 建筑信息模型在抗震教学中的应用

当前，我国的建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技术发展如火如荼，推广十分迅速。BIM被誉为建筑领域变革的革命性力量，是一种用于工程设计和建造管理的数据化技术[9-11]。BIM使用三维数字技术，建立包含建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型。BIM在提高生产效率、节约成本和缩短工期等方面发挥着重要作用，已经得到全球范围建筑业界的广泛认可。而且，将BIM技术作为辅助手段引入教学中，欧美国家已经走在我们前面。例如，美国乔治亚理工学院早在20世纪90年代就成立了BIM建筑学院；宾夕法尼亚州立大学建筑工程系在BIM教学方法上也富有成效。相对于发达国家，我国高校在运用BIM技术开展教学改革方面尚处于探索阶段。

目前，我国大部分高校在积极探索将BIM技术应用到各类课程的教学改革中，现在最常用的方法就是利用BIM强大的建模能力而将枯燥的文字描述转变为生动形象的可交互式施工现场模拟场景。设计者可以利用BIM技术十分方便地建立可视化建筑三维模型，并从模型上得到结构的相关信息。建筑抗震设计课程，综合性和实践性强，理论抽象且与抗震设计规范紧密相连。教师应用BIM技术，通过建立可视化三维模型，引导学生将所学的专业知识集成起来，起到模拟工程实践的效果[12]。还可以将建筑抗震设计书本上的专业知识内容具体化，增强学生的感性认识而便于理解。除了利用BIM展示教学内容和模拟工程实践外，教师还可以将BIM技术与课程设计结合起来。这样，一方面可以提高学生应用所学设计理论进行实际设计的能力；另一方面又能使学生通过BIM建模过程对整个建筑抗震设计有个感性直观的认识。例如，建筑抗震设计中截面尺寸设计、配筋布置、梁柱分布、构造措施以及消能减振装置的安装布置应用BIM建模，可以非常直观地得到展现。此外，将BIM技术应用在建筑抗震设计课程中能够锻炼学生的BIM建模能力，对于学生日后的毕业设计和就业发展都大有裨益。显然，BIM技术对于建筑抗震设计课程教学的辅助效果十分明显。

3 结语

建筑抗震设计涉及学科广、综合性强，具有明确的专业技术和规范背景，教学安排又具有承前启后的特点。世界各国对防震减灾十分重视，建筑抗震设计课程更显其重要性。课程改革目的是剔除原有不适应新时期的教育理念和手段。本文总结了建筑抗震设计课程教学现状，给出了建筑抗震设计课程教学改革的若干意见，尤其是引入BIM技术以辅助抗震教学。希望本文能有助于解决建筑抗震设计课程教学既有的问题，提高其教学质量，让学生更好地掌握抗震设计相关知识，从而培养“宽口径，厚基础”的高素质创新型人才，适应建筑行业发展的需求。

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[责任编辑：田吉捷]