龐瑞 鄭德乾 梁書亭
摘要:建筑工業化是目前中國建筑業發展的新方向和必然選擇。近年來,中國加快了建筑工業化進程,取得了豐碩的科研和工程技術新成果。土木工程專業本科教材滯后于新的國家設計和施工規范,更滯后于科學研究。因此,需要尋找合適途徑將建筑工業化新進展融入到專業教學中,從而達到拓寬學生視野、為今后的工作打下良好基礎,以及為建筑工業化及建筑業發展提供人才儲備的目標。
關鍵詞:建筑工業化;研究進展;土木工程;教學活動
中圖分類號:G6420 文獻標志碼:A 文章編號:10052909(2014)03003204
土木工程專業是一門技術性很強的專業,伴隨著其它科學、技術和社會的發展而發展。近年來,中國科技發展速度較快,工程和科研活動異常活躍,對畢業生的要求日趨提高。而本科教學活動主要遵循教學大綱和教學計劃,這些內容均滯后于國家新規范,更滯后于科研和工程實踐。因此,需要將建筑業發展的重大革新進展融入到日常教學,從而提高學生對專業的認知水平,為行業發展提供優秀的人才支持。
建筑工業化是當前建筑業發展的新趨勢和必由之路[1-2],環保壓力和成本壓力兩大因素倒逼建筑業向建筑工業化方向發展。從上個世紀90年代末至今,大批學者開始了建筑工業化相關研究。同時,在國家層面也給予了建筑工業化強有力的支撐和支持。如:批準了由中國建筑科學研究院主持的國家“十二五”科技支撐計劃“新型預制裝配式混凝土建筑技術研究與示范(2011BAJ10B03)”項目;成立了由東南大學牽頭、清華大學等6所高校,以及中國建筑工程總公司等15家
研究機構、行業領軍企業共同組建的,依托10個國家級科研基地、5個國家級產業基地,構建現代結構技術、裝配制造技術、先進支撐技術、人才培養、示范推廣五大創新平臺的“新型建筑工業化協同創新中心”;以相關知名企業為依托,在全國范圍內批準了40個“國家住宅產業化基地”;批準了深圳、沈陽和濟南3個“國家住宅產業化綜合試點城市”。各地區也出相繼出臺了與建筑工業化相配套的經濟和技術政策,重點支持工業化建筑的發展。
在此背景下,新理論、新技術和新方法不斷涌現,但也僅限于東部沿海地區和經濟較發達城市,集中分布在若干相關企業和科研院所,國內大部分高校的本科生沒有機會系統了解建筑工業化的發展狀況和成果。在若干限制建筑工業化發展的因素中[3],工業化建筑的設計難度較大是一個重要因素。結構工程師比較熟悉現澆混凝土結構的設計方法,對預制結構的設計方法和特點不熟悉。美國PCI調查表明[4]:缺乏熟練的預制混凝土結構設計和施工技術人員是限制預制混凝土結構應用的重要原因。因此,將建筑工業化新進展融入專業教學中,
是增強高等院校專業教育時效性,改善教學活動滯后于建筑業工程實踐現狀,提高學生對專業認知水平的重要舉措。
一、建筑工業化發展概述
建筑工業化是按照大工業生產方式改造建筑業,使之逐步從手工業生產轉向社會化大生產的過程。它的基本途徑是建筑標準化、構配件生產工廠化、施工機械化和組織管理科學化,并逐步采用現代科學技術的新成果,以提高勞動生產率,加快建設速度,降低工程成本,提高工程質量。建筑工業化的發展有利于促進經濟、社會、資源和環境的協調發展。
圖1現澆與預制砼結構施工現場
采用預制混凝土結構是實現建筑工業化的重要舉措。預制裝配式混凝土結構是建筑工業化的產物,鋼筋混凝土結構預制生產方式的采用和推廣,將引起整個建筑業發生深刻變化。由圖1可知,現澆混凝土結構需要大量的模板和腳手架,而預制結構基本沒有,這樣可節約大量資源和資金。由于適應鋼筋混凝土裝配式建筑的結構方案、預制過程、預制件的運輸和安裝等不斷發展和完善,預制方式早已不再是應急的辦法,而是鋼筋混凝土結構的一個現代化的工業化生產方式。
預制裝配式RC結構具有較好的結構性能和優越的經濟、環境和社會效益,在國外已被普遍應用,在國內的應用也日漸興起,預制結構在土木工程領域的建造比例正逐年上升[5-7]。各工業大國在住宅建筑方面已走上工業化的道路,裝配式混凝土結構在土木工程中的應用比例大致為:美國35%、俄羅斯51%、歐洲35%~40%。
中國的建筑工業化問題在1956年提出[8],1956年2月國家建委和建筑工程部在有關會議上明確指出:“建筑工業化是建筑業的發展方向”,要“大力開展建筑結構和配件的標準化工作”,“積極實行工廠化、機械化施工”。從那時起,中國的建筑工業化有序推進,陸續發展了砌塊建筑、裝配式壁板建筑、大模板住宅、滑升模板住宅、框架輕板建筑等工業化建筑形式。
改革開放以來,人民的住房條件和居住環境得到明顯改善。在大規模的建設過程中,住宅建造中所采用的建筑工業化方式也在發生變化。在工廠生產現場裝配的大板住宅體系等因交通運輸、工廠用地、經營成本等原因,已逐漸萎縮。20世紀90年代以后,從南方發源的泵送砼技術和現澆鋼筋混凝土結構體系開始流行,這種采用現場制作混凝土模板、現場澆注混凝土的施工體系,包括現澆框架結構、現澆剪力墻結構,以及二者的結合等施工體系得到了較快發展,對預制裝配式混凝土結構沖擊很大,相關產業效益急劇降低,直至基本退出建筑市場。
但是,現澆混凝土結構有明顯的缺點,如現場的質量控制困難、質量不穩定、勞動力需求大、勞動強度高、工期長、節能和環保效果差等,給開發商、業主和社會造成巨大問題。因此,預制裝配式混凝土結構的優點再次被人們認識,并開始了更大領域和更深層面的研究和應用。
從2004年開始[9],萬科開始研究混凝土結構的預制技術,即PC技術,現今已取得重大突破。實際上,中國在1995年就提出預制住宅技術是“住宅產業現代化”的核心[10]。時至今日,北京、上海、深圳、南京、沈陽、合肥、濟南等地相關企業已經在預制混凝土建筑領域進行了大量科學研究和工程實踐,已經形成了較為成熟的工業化建筑部品生產線和產品,編制了相關技術規程和施工圖集,部分成果已列入國家標準,如《預制預應力混凝土裝配整體式框架結構技術規程》(JGJ224—2010)等。而這些建筑工程活動和新成果均未在當前的本科專業教學中得到很好的展現,對學生和行業發展來講是一個比較大的缺憾。
二、建筑工業化新進展與教學活動的融合
將建筑工業化新進展融入土木工程專業日常教學的方式可以是多樣化的。比如:在培養方案中將建筑工業化新進展列入土木工程前沿問題中;在具體課程中引入建筑工業化新成果;定期召開相關科普活動;在課外實踐中列入建筑工業化調研活動等。
(一)調整培養方案
個別教師自發的傳授效果非常有限,應從學院或院系層面認識到建筑工業化的重要性,將其列入日常教學,召開相關會議,將建筑工業化等建筑行業重大變化和變革納入土木工程本科生培養方案,在相關課程中適當增加土木工程新進展部分內容,使學生在學習的過程中接觸行業發展前沿,對建筑工業化有一個全面系統的認識。
(二)在課程中增加相關知識點
在教務會議上向相關教師說明建筑工業化的重要性以及增加相關教學內容的必要性,鼓勵大家了解工業化建筑的設計和施工特點,從而提煉授課內容,增加建筑工業化相關知識點,從理論高度和技術層面剖析工業化建筑,進而化整為零,將工業化建筑的理論設計計算方法、構造特點和施工要點分散在各門課程之中。比如:在土木工程概論課程中增加工業化建筑的發展歷程、特點、組成形式和發展趨勢;在混凝土結構設計原理中增加疊合式混凝土結構的設計方法、預埋件設計方法和鋼筋連接設計計算方法;在建筑抗震設計中增加柔性樓蓋和半剛性樓蓋建筑抗震設計方法、樓蓋抗震設計方法等,強調裝配式樓蓋對整體結構的抗震設計的決定性影響。如:對樓蓋平面內剛度評價不足,在地震作用下建筑物可能發生嚴重的破壞,如圖2所示;在鋼結構設計基本原理中增加預埋件焊接計算方法;在土木工程施工中增加預制裝配式建筑和裝配整體式建筑的施工工序、施工要點、吊裝計算和施工組織設計等內容。此外,在建筑結構課程講授中,講述預制裝配式混凝土結構時會涉及建筑工業化發展的進程。
圖2預制RC結構破壞實景圖
(三)有序組織科普活動
以建筑工業化發展過程中科學技術知識的傳播和普及為目的,定期邀請高校學者和企業專家開展學術講座。組織者要把握科普活動的特點和規律,并引入科學的評價體系[11],以達到應有的作用和效果。科普活動從科研和工程等不同角度剖析建筑工業化的發展成果,從而拓展學生的視野,豐富學生的課外知識,深化學生對工程技術的認識,更重要地是認清行業的發展方向,從而產生濃厚興趣,主動涉獵相關知識,為今后的工作和深造打下良好基礎。
(四)調整課外實踐方案
從培養方案的調整到具體課程的教授,再到學術講座的熏陶,學生基本間接認識了建筑工業化,在課外實踐中也應增加建筑工業化相關內容。比如:在本科生剛入學的認識實習中,可根據地區情況,安排學生參觀預制房屋構件生產工廠,參觀工業化建筑的施工工地,觀看目前世界上發展較好的國家和地區建筑工業化發展新成果視頻資料等;在混凝土樓蓋課程設計中,可增加裝配式樓蓋選項,在建筑基礎課程設計中增加杯口基礎設計選項等;在本科畢業實習中,可安排學生進駐裝配式建筑項目,深入了解工業化建筑的設計、施工和項目管理特點,從總體上把握建筑工業化的特點。
三、 現實問題分析
在土木工程專業本科教學中融入建筑工業化發展新進展無疑將提高學生的專業素養,為建筑工業化的推進和建筑業的發展起到關鍵作用,但在這一過程中將會遇見很多困難。首先,目前的土木工程專業培養方案已明確規定了課程設置與教學進程,如增加相關內容將會影響正常教學進程,給本來繁重的教學任務和學習任務增加新的負擔;其次,由于攻讀學位期間課題所限,了解建筑工業化前沿問題的教師數量有限,要求在相關課程里都融入工業化建筑相關內容,也將對授課教師的授課計劃造成影響,增加工作量;最后,目前建筑工業化發展較好的地區主要分布在東南沿海經濟較發達地區,對于中西部地區高校來講獲得工業化建筑項目課外實踐機會比較困難。
鑒于上述情況,應群策群力,謀求解決問題的方法。以河南工業大學為例,學校土木工程專業是國家級特色專業、教育部“本科教學工程”地方高校第一批本科綜合改革試點專業和河南工業大學“優培工程”專業,可以此為契機,至上而下采取措施,在教學團隊建設、課程與教學資源建設、教學方式方法和實踐教學環節等方面大膽改革、突破,尋找建筑工業化新進展與專業教學有機融合的結合點,達到教學水平和學生培養質量共同提高的效果。參考文獻:
[1]劉禹. 建筑工業化是中國建筑業發展的必由之路[J]. 中國建設信息,2012(5): 36-40.
[2]葉鋒. 兩大因素倒逼 “住宅產業化”瓶頸待破[EB/OL].http://news.xinhuanet.com/2013-07/19/c_116613068. htm,(2013-07-19).
[3]Arditi, David, Uluc Ergin, Suat Gunhan. Factors affecting the use of precast concrete systems[J]. Journal of Architectural Engineering, 2000, 47(3): 70-88.
[4]Gul Polat. Factors Affecting the Use of Precast Concrete Systems in the United States[J]. Journal of Construction Engineering and Management, 2008, 134(3):169-178.
[5]Yee A A. Social and environmental benefits of precast concrete technology[J]. PCI Journal, 2001, 46(3): 14-19.
[6]Yee A A. Structural and economic benefits of precast/ prestressed concrete construction[J]. PCI Journal, 2001, 46(3): 34-42.
[7]PCI Industry Handbook Committee. PCI Design Handbook: Precast and Prestressed Concrete (6th ed)[S]. Chicago, PCI, 2004.
[8]劉東衛,蔣洪彪,于磊.中國住宅工業化發展及其技術演進[J]. 建筑學報,2012(4):10-18.
[9]丁長峰.萬科的住宅產業化之路[J].城市開發,2009(22): 20-21.
[10]建設部.建筑工業化發展綱要[J].施工技術,1995(8):1-3.
[11]胡俊平.大型科普活動組織及服務者評估研究[J].高等建筑教育,2013,22(2):143-146.
二、建筑工業化新進展與教學活動的融合
將建筑工業化新進展融入土木工程專業日常教學的方式可以是多樣化的。比如:在培養方案中將建筑工業化新進展列入土木工程前沿問題中;在具體課程中引入建筑工業化新成果;定期召開相關科普活動;在課外實踐中列入建筑工業化調研活動等。
(一)調整培養方案
個別教師自發的傳授效果非常有限,應從學院或院系層面認識到建筑工業化的重要性,將其列入日常教學,召開相關會議,將建筑工業化等建筑行業重大變化和變革納入土木工程本科生培養方案,在相關課程中適當增加土木工程新進展部分內容,使學生在學習的過程中接觸行業發展前沿,對建筑工業化有一個全面系統的認識。
(二)在課程中增加相關知識點
在教務會議上向相關教師說明建筑工業化的重要性以及增加相關教學內容的必要性,鼓勵大家了解工業化建筑的設計和施工特點,從而提煉授課內容,增加建筑工業化相關知識點,從理論高度和技術層面剖析工業化建筑,進而化整為零,將工業化建筑的理論設計計算方法、構造特點和施工要點分散在各門課程之中。比如:在土木工程概論課程中增加工業化建筑的發展歷程、特點、組成形式和發展趨勢;在混凝土結構設計原理中增加疊合式混凝土結構的設計方法、預埋件設計方法和鋼筋連接設計計算方法;在建筑抗震設計中增加柔性樓蓋和半剛性樓蓋建筑抗震設計方法、樓蓋抗震設計方法等,強調裝配式樓蓋對整體結構的抗震設計的決定性影響。如:對樓蓋平面內剛度評價不足,在地震作用下建筑物可能發生嚴重的破壞,如圖2所示;在鋼結構設計基本原理中增加預埋件焊接計算方法;在土木工程施工中增加預制裝配式建筑和裝配整體式建筑的施工工序、施工要點、吊裝計算和施工組織設計等內容。此外,在建筑結構課程講授中,講述預制裝配式混凝土結構時會涉及建筑工業化發展的進程。
圖2預制RC結構破壞實景圖
(三)有序組織科普活動
以建筑工業化發展過程中科學技術知識的傳播和普及為目的,定期邀請高校學者和企業專家開展學術講座。組織者要把握科普活動的特點和規律,并引入科學的評價體系[11],以達到應有的作用和效果。科普活動從科研和工程等不同角度剖析建筑工業化的發展成果,從而拓展學生的視野,豐富學生的課外知識,深化學生對工程技術的認識,更重要地是認清行業的發展方向,從而產生濃厚興趣,主動涉獵相關知識,為今后的工作和深造打下良好基礎。
(四)調整課外實踐方案
從培養方案的調整到具體課程的教授,再到學術講座的熏陶,學生基本間接認識了建筑工業化,在課外實踐中也應增加建筑工業化相關內容。比如:在本科生剛入學的認識實習中,可根據地區情況,安排學生參觀預制房屋構件生產工廠,參觀工業化建筑的施工工地,觀看目前世界上發展較好的國家和地區建筑工業化發展新成果視頻資料等;在混凝土樓蓋課程設計中,可增加裝配式樓蓋選項,在建筑基礎課程設計中增加杯口基礎設計選項等;在本科畢業實習中,可安排學生進駐裝配式建筑項目,深入了解工業化建筑的設計、施工和項目管理特點,從總體上把握建筑工業化的特點。
三、 現實問題分析
在土木工程專業本科教學中融入建筑工業化發展新進展無疑將提高學生的專業素養,為建筑工業化的推進和建筑業的發展起到關鍵作用,但在這一過程中將會遇見很多困難。首先,目前的土木工程專業培養方案已明確規定了課程設置與教學進程,如增加相關內容將會影響正常教學進程,給本來繁重的教學任務和學習任務增加新的負擔;其次,由于攻讀學位期間課題所限,了解建筑工業化前沿問題的教師數量有限,要求在相關課程里都融入工業化建筑相關內容,也將對授課教師的授課計劃造成影響,增加工作量;最后,目前建筑工業化發展較好的地區主要分布在東南沿海經濟較發達地區,對于中西部地區高校來講獲得工業化建筑項目課外實踐機會比較困難。
鑒于上述情況,應群策群力,謀求解決問題的方法。以河南工業大學為例,學校土木工程專業是國家級特色專業、教育部“本科教學工程”地方高校第一批本科綜合改革試點專業和河南工業大學“優培工程”專業,可以此為契機,至上而下采取措施,在教學團隊建設、課程與教學資源建設、教學方式方法和實踐教學環節等方面大膽改革、突破,尋找建筑工業化新進展與專業教學有機融合的結合點,達到教學水平和學生培養質量共同提高的效果。參考文獻:
[1]劉禹. 建筑工業化是中國建筑業發展的必由之路[J]. 中國建設信息,2012(5): 36-40.
[2]葉鋒. 兩大因素倒逼 “住宅產業化”瓶頸待破[EB/OL].http://news.xinhuanet.com/2013-07/19/c_116613068. htm,(2013-07-19).
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[7]PCI Industry Handbook Committee. PCI Design Handbook: Precast and Prestressed Concrete (6th ed)[S]. Chicago, PCI, 2004.
[8]劉東衛,蔣洪彪,于磊.中國住宅工業化發展及其技術演進[J]. 建筑學報,2012(4):10-18.
[9]丁長峰.萬科的住宅產業化之路[J].城市開發,2009(22): 20-21.
[10]建設部.建筑工業化發展綱要[J].施工技術,1995(8):1-3.
[11]胡俊平.大型科普活動組織及服務者評估研究[J].高等建筑教育,2013,22(2):143-146.
二、建筑工業化新進展與教學活動的融合
將建筑工業化新進展融入土木工程專業日常教學的方式可以是多樣化的。比如:在培養方案中將建筑工業化新進展列入土木工程前沿問題中;在具體課程中引入建筑工業化新成果;定期召開相關科普活動;在課外實踐中列入建筑工業化調研活動等。
(一)調整培養方案
個別教師自發的傳授效果非常有限,應從學院或院系層面認識到建筑工業化的重要性,將其列入日常教學,召開相關會議,將建筑工業化等建筑行業重大變化和變革納入土木工程本科生培養方案,在相關課程中適當增加土木工程新進展部分內容,使學生在學習的過程中接觸行業發展前沿,對建筑工業化有一個全面系統的認識。
(二)在課程中增加相關知識點
在教務會議上向相關教師說明建筑工業化的重要性以及增加相關教學內容的必要性,鼓勵大家了解工業化建筑的設計和施工特點,從而提煉授課內容,增加建筑工業化相關知識點,從理論高度和技術層面剖析工業化建筑,進而化整為零,將工業化建筑的理論設計計算方法、構造特點和施工要點分散在各門課程之中。比如:在土木工程概論課程中增加工業化建筑的發展歷程、特點、組成形式和發展趨勢;在混凝土結構設計原理中增加疊合式混凝土結構的設計方法、預埋件設計方法和鋼筋連接設計計算方法;在建筑抗震設計中增加柔性樓蓋和半剛性樓蓋建筑抗震設計方法、樓蓋抗震設計方法等,強調裝配式樓蓋對整體結構的抗震設計的決定性影響。如:對樓蓋平面內剛度評價不足,在地震作用下建筑物可能發生嚴重的破壞,如圖2所示;在鋼結構設計基本原理中增加預埋件焊接計算方法;在土木工程施工中增加預制裝配式建筑和裝配整體式建筑的施工工序、施工要點、吊裝計算和施工組織設計等內容。此外,在建筑結構課程講授中,講述預制裝配式混凝土結構時會涉及建筑工業化發展的進程。
圖2預制RC結構破壞實景圖
(三)有序組織科普活動
以建筑工業化發展過程中科學技術知識的傳播和普及為目的,定期邀請高校學者和企業專家開展學術講座。組織者要把握科普活動的特點和規律,并引入科學的評價體系[11],以達到應有的作用和效果。科普活動從科研和工程等不同角度剖析建筑工業化的發展成果,從而拓展學生的視野,豐富學生的課外知識,深化學生對工程技術的認識,更重要地是認清行業的發展方向,從而產生濃厚興趣,主動涉獵相關知識,為今后的工作和深造打下良好基礎。
(四)調整課外實踐方案
從培養方案的調整到具體課程的教授,再到學術講座的熏陶,學生基本間接認識了建筑工業化,在課外實踐中也應增加建筑工業化相關內容。比如:在本科生剛入學的認識實習中,可根據地區情況,安排學生參觀預制房屋構件生產工廠,參觀工業化建筑的施工工地,觀看目前世界上發展較好的國家和地區建筑工業化發展新成果視頻資料等;在混凝土樓蓋課程設計中,可增加裝配式樓蓋選項,在建筑基礎課程設計中增加杯口基礎設計選項等;在本科畢業實習中,可安排學生進駐裝配式建筑項目,深入了解工業化建筑的設計、施工和項目管理特點,從總體上把握建筑工業化的特點。
三、 現實問題分析
在土木工程專業本科教學中融入建筑工業化發展新進展無疑將提高學生的專業素養,為建筑工業化的推進和建筑業的發展起到關鍵作用,但在這一過程中將會遇見很多困難。首先,目前的土木工程專業培養方案已明確規定了課程設置與教學進程,如增加相關內容將會影響正常教學進程,給本來繁重的教學任務和學習任務增加新的負擔;其次,由于攻讀學位期間課題所限,了解建筑工業化前沿問題的教師數量有限,要求在相關課程里都融入工業化建筑相關內容,也將對授課教師的授課計劃造成影響,增加工作量;最后,目前建筑工業化發展較好的地區主要分布在東南沿海經濟較發達地區,對于中西部地區高校來講獲得工業化建筑項目課外實踐機會比較困難。
鑒于上述情況,應群策群力,謀求解決問題的方法。以河南工業大學為例,學校土木工程專業是國家級特色專業、教育部“本科教學工程”地方高校第一批本科綜合改革試點專業和河南工業大學“優培工程”專業,可以此為契機,至上而下采取措施,在教學團隊建設、課程與教學資源建設、教學方式方法和實踐教學環節等方面大膽改革、突破,尋找建筑工業化新進展與專業教學有機融合的結合點,達到教學水平和學生培養質量共同提高的效果。參考文獻:
[1]劉禹. 建筑工業化是中國建筑業發展的必由之路[J]. 中國建設信息,2012(5): 36-40.
[2]葉鋒. 兩大因素倒逼 “住宅產業化”瓶頸待破[EB/OL].http://news.xinhuanet.com/2013-07/19/c_116613068. htm,(2013-07-19).
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[4]Gul Polat. Factors Affecting the Use of Precast Concrete Systems in the United States[J]. Journal of Construction Engineering and Management, 2008, 134(3):169-178.
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[7]PCI Industry Handbook Committee. PCI Design Handbook: Precast and Prestressed Concrete (6th ed)[S]. Chicago, PCI, 2004.
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