土木工程專業本科教育開設火災安全性課程必要性與可行性分析

曾翔　趙聯楨　曹寶珠　肖天崟　李兵

摘要：隨著科學技術和社會的不斷發展，土木工程專業人才的知識結構應順應時代的發展而不斷更新，土木工程專業本科教育改革也勢在必行，其中課程體系的改革是一個重要方面。文章首先分析了土木工程面臨的嚴峻火災形勢，進而對土木工程專業本科教育開設火災安全性課程的必要性與可行性進行了深入的闡述，為土木工程專業本科教育課程體系改革提出意見和建設。

關鍵詞：土木工程專業；本科教育；火災安全性課程；課程研究

中圖分類號：G642-0；TU 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2909（2016）01-0109-05

隨著中國經濟的迅速發展，土木工程建設進入高速發展時期，社會對土木工程專業人才的需求量也增加很多。據統計，絕大多數院校土木工程專業畢業生就業率都在90%以上，而且根據市場預測，中國土木工程專業畢業生在相當長的時期內就業前景看好。在中國土木工程技術人才學歷結構中，本科學歷占77%，研究生學歷占5%，大專學歷占18%，這說明中國土木工程學科本科教育的質量直接影響土木工程建設的質量，進而影響國家的發展進步[1]。

隨著社會和科學技術的發展，土木工程專業人才的知識結構也應適應時代的發展而不斷更新，因此，

土木工程專業課程內容和課程體系的改革勢在必行。教育要發展，根本靠改革，進行課程體系改革、優化知識結構、增強社會服務能力是《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》提出的要求。在此大背景下，為了培養適應社會主義現代化建設的復合型人才，拓展人才的知識結構，本文對土木工程專業本科教育開設土木工程火災安全性課程的必要性和可行性進行分析，以引起廣大教育工作者對該問題的重視和思考。

一、土木工程設施火災安全形勢概述

火災作為發生頻度很高的災害之一，給人類帶來了巨大的經濟損失和人員傷亡。根據公安部消防局網站發布的統計數據，1950-2013年間（1978-1980年未進行統計）共發生火災5 902 025起，直接經濟損失432億，死亡人數180 665人，受傷人數324 278人（其中2003-2009年火災統計不包括森林、草

原、軍隊、礦井地下火災）。圖1（a）統計了1950-2013年每年火災發生次數與直接經濟損失的變化趨勢，可以看出火災總體呈上升趨勢，2013年出現猛增。

圖1（b）統計了1950-2013年火災人員傷亡的變化趨勢，可見1970年以后傷亡人數基本呈下降趨勢，2003年以后每年死亡人數和受傷人數均分別在3 000人以內。

圖2統計了2009-2013年火災引起房屋的燒毀面積和受災戶數，其中2009-2012年房屋燒毀面積在960～1 300萬平方米之間，受災戶數在35 000～43 000戶之間，而2013年則出現了猛增。在上述火災中，絕大部分的火災發生在建筑物和構筑物中，建筑火災是發生次數最多、損失最大的火災[2]。以2013年火災為例，全國發生火災共388 821起，直接經濟損失484 670.2萬元，較大火災多發生在住宅、商業場所。建筑火災共發生202 299起（按高層、多層、單層和地下火災分類統計所得），占總火災數的52%；直接經濟損失376 028.2萬元，占總直接經濟損失的77%；死亡人數1 962人，占總死亡人數的92%；受傷人數1 448人，占總受傷人數的87%；燒毀建筑7 048 557平方米，受災戶數64 422戶。值得注意的是，2013年由于建筑火災造成的直接經濟損失占1950-2013年所統計的火災直接經濟損失總和的8.7%，這一比例相當大[3]。由于經濟的發展，人們生活水平的提高，對居住環境的要求也越來越高，室內裝飾、家具和電器設備花費巨大，這是導致火災直接經濟損失大幅攀升的重要原因。火災發生后可能造成工廠停產、水電供應中斷等，影響人們

的正常生活與工作秩序，從而造成間接經濟損失。統計分析表明，火災所造成的平均間接經濟損失是直接經濟損失的3倍[2]。

土木工程領域除了建筑火災，還有隧道火災、橋梁火災等，1903-2008年間國內外發生的18起典型的鐵路隧道火災案例，這18起火災造成死亡人數超過646人，受傷人數超過1 283人[4]。趙峰[5]等通過網絡、論文等渠道收集了2001-2011年國內103起公路隧道火災事故的資料，并進行了火災原因的統計分析。滬渝高速漁泉溪隧道2011年70天內連續發生4起火災事故，火災事故頻率之高實屬罕見[6]。隨著經濟和交通建設的快速發展，穿越橋梁的重型硬脂酸車、苯酚運輸車、運油（氣）卡車、海上油（氣）輪等易燃易爆運輸工具增多，橋梁火災爆炸事件頻頻發生，引發的火災對橋梁結構帶來嚴重損害[7]。此外其他原因造成的橋梁火災事故也值得引起重視，如2014年10月29日下午，湖南省郴州市宜章縣境內在建的赤石大橋一正在施工的索塔內部起火，導致9根拉繩被燒斷，橋面坍塌，嚴重影響工程進度和橋梁的順利通車，造成約1億元損失。另據報道，美國加利福尼亞州Herperia 15號洲際公路上方一正在施工的立交橋在當地時間2014年5月6日發生火災，造成約2億人民幣損失。隧道和橋梁建設代價大，又是交通要道，發生火災事故后除了人員傷亡和直接經濟損失外，往往阻斷交通，還造成不可估量的間接經濟損失。如2008年5月，京珠高速大寶山隧道由于汽車追尾碰撞發生火災，導致隧道嚴重受損，封閉維修1個月。

通過上述統計分析可見，火災是土木工程領域的重要災害，其造成大量的人員傷亡和經濟損失，嚴重影響了社會和經濟的持續發展。防止土木工程火災的發生，減少其造成的人員傷亡和經濟損失，是土木工程技術人員的重要責任，因此，在高等院校土木工程專業設置土木工程火災安全性課程十分必要，且意義重大。

二、開設火災安全性課程符合土木工程本科專業人才培養目標

《高等學校土木工程本科指導性專業規范》[1]明確土木工程專業人才培養目標是：培養適應國家現代化建設需要，德智體美全面發展，掌握土木工程學科基本原理和基本知識，經過工程師的基本訓練，能勝任房屋建筑、道路、橋梁、隧道等各類工程的技術與管理工作，具有扎實的基礎理論、寬廣的專業知識、較強的實踐能力和創新能力，具有一定國際視野，能面向未來的高級專門人才。土木工程專業學生畢業后能夠在有關土木工程的勘察、設計、施工、管理、教育、投資和開發、金融與保險等部門從事技術與管理工作。盡管各高校在介紹該專業培養目標時表述方式有所差異，但內涵與《高等學校土木工程本科指導性專業規范》所要求的培養目標是一致的。土木工程領域火災安全形勢嚴峻，因而使工程人才具備土木工程火災安全性知識是“適應國家現代化建設需要”的，開設火災安全性課程使學生具備“寬廣的專業知識”，也有利于提高學生的“實踐能力和創新能力”，是培養“能面向未來的高級專門人才”的需要。因此，火災安全性相關課程應成為土木工程本科專業課程體系的組成部分。

三、開設火災安全性課程為解決工程火災實際問題提供人才保障

土木工程專業本科人才是土木工程技術人才的主力軍，占土木工程技術人才的比例達77%[1]。土木工程專業本科人才主要承擔工程設計、施工、監理等工作，而設計、施工和監理是控制土木工程設施火災發生的三個重要環節，若能在這三個環節處理好有關火災的問題，將大大降低設施發生火災的危險。因此，在本科教育中開設火災安全性課程，加強本科生防火與抗火意識，使本科生掌握專業的防火與抗火知識，可為解決土木工程設施火災安全問題提供人才保障。此外，在本科階段開設土木工程火災安全性課程，使本科生對該領域有一定的了解，為培養更高層次的人才奠定基礎。中國工程院土木、水利與建筑工程學部編寫的《土木工程學科發展及前沿發展方向研究》 [8]，建議加強土木工程專業本科生結構抗火的理論教育，在大學開設工程結構抗火課程，可作為高年級本科生的選修課程。

四、土木工程火災安全性課程本科教育現狀

目前相關學校土木工程專業普遍開設了土木工程概論課程，還有部分學校開設了土木工程防災減災概論課程。雖然這些課程有一小節或一章的內容涉及土木工程火災安全性知識，但畢竟是概論性課程，其內容顯得比較單薄，對本科學生掌握火災安全性專業知識提供的幫助十分有限。目前還很少有學校在土木工程專業專門開設一門火災安全性課程，只有部分學校在研究生層次開設了這方面的課程。如北京工業大學結合城市建筑火災安全技術和專業發展需求設置了建筑火災安全技術碩士研究生課程[9]。

五、火災安全性課程設置的可行性分析

（一）課程設置的基礎：課程相關內容形成體系

土木工程火災安全性課程本科生學習的內容可以概括為三部分：火災動力學基礎、土木工程防火和土木工程結構抗火。

火災動力學是消防及相關專業的課程，土木工程專業學生也需要有一定的了解。火災動力學以火災過程為研究對象，主要闡述火災的發生和發展蔓延過程的機理和規律、煙氣的流動規律。目前相關的教材有《火災安全工程學》，主要參考書有《火災動力學基礎》《火災過程動力學特性分析》《隧道火災動力學與防治技術基礎》等等。這些教材和參考書為火災動力學課程教學內容提供了完整的知識體系，可以針對土木工程專業特點進行相關內容的講解。

建筑防火有兩方面的含義，一方面是指“防止火災”，主要用于制定

建筑防火措施，如防火分區、消防設施的布置等；另一方面是指“防火保護”，用于建筑防護的有防火墻、防火門等，用于結構防護的有防火涂料、防火板等。對土木工程防火來說也是如此。對于火災歷來的主張是從預防為主，土木工程防火相關知識和要求早已形成體系。防火設計的主要依據是消防規范，目前中國涉及土木工程的消防規范主要有B50016-2014《建筑設計防火規范》、GB 50098-2009《人民防空工程設計防火規范》、WH 0502-1996《公共圖書館建筑防火安全技術標準》、CECS 200-2006《建筑鋼結構防火技術規范》等等。除了規范體系外，很多相關教材著作可作參考用書，如《結構工程防火》《建筑防火性能化設計》《高層建筑和地下建筑通風與防排煙》《隧道火災動力學與防治技術基礎》等等。

火災以預防為主，但往往又防不勝防，火災發生后要求土木工程結構能夠抗火。“抗火”主要用于結構，即“結構抗火”。一般對結構構件采取防火保護措施，即設計中要有“結構防火”保護措施，使構件

在承受確定的外部荷載條件下，滿足“結構耐火”時間要求[2]。抗火設計有著重要的意義：一是減輕結構在火災中的破壞，避免火災引起局部或整體倒塌，為人員疏散提供足夠時間；二是減少火災后結構的修復費用，縮短災后結構功能恢復周期，減少間接經濟損失。2003年11月3日湖南衡陽“11·3”特大火災事故，造成房屋倒塌，導致20名消防官兵被埋而壯烈犧牲，這是結構抗火不足的典型案例。正因為土木工程結構抗火意義重大，近幾十年來國內很多學者致力于該領域的研究，已有大量的成果積累，形成了相應的理論體系。如《結構抗火安全性設計》一書對土木工程最廣泛使用的材料混凝土和鋼材在高溫下的力學性能進行介紹，并重點介紹了鋼結構和混凝土結構、組合結構的抗火設計方法。其他的著作如《預應力混凝土高溫性能及抗火設計》《鋼—混凝土組合結構抗火設計原理》《中國科技進展叢書：鋼結構抗火高等分析與設計（英文版）》等等，均為課程學習必要的參考書。

（二）開設課程的人才保障： 師資力量

近年來土木工程火災研究領域已有一大批博士人才。同濟大學、中國科學技術大學、華南理工大學、清華大學、哈爾濱工業大學、中國建筑科學研究院、湖南大學、青島理工大學等土木工程專業均有從事結構抗火和防火研究的教授級人才和研究團隊，他們培養出一批批博士畢業人才在各個院校和企業工作，為開設土木工程火災安全性課程儲備了較強的師資力量，為課程的開設提供了充分的人才保障。

（三）課程設置的重要條件：課程內容適合本科教育

工程教育永遠要面向工程實踐[10]，因此火災安全性本科課程內容的設置也應主要面向工程應用，強化防火抗火意識，注重知識內容的廣泛性和實用性，以概念性和應用性的內容為主，不涉及艱深的理論，課程設置內容在本科生能理解接受的范圍內。課程設置還應符合《普通高等學校本科專業目錄》對土木工程專業的指導性要求，以“厚基礎、寬口徑、強能力、高素質”為人才培養目標。

（四）國家推行教育改革是課程設置的驅動力

國家近年來一直致力于教育改革，其中課程內容和體系是改革的重要內容。根據《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》要求，今后土木工程專業人才培養的一個重要任務是滿足行業企業對土木工程高級專門人才的需求，這就意味著工程教育必須與行業發展要求相適應。面對新的需求，課程改革重在更新知識體系，開拓新的課程內容。土木工程專業新增火災安全性課程，培養具有土木工程專業火災安全性知識的人才，適應社會發展的需要，符合《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》的要求。

六、結語

土木工程火災造成嚴重的經濟損失和人員傷亡，土木工程火災安全形勢嚴峻，因此，非常有必要對未來土木工程技術人員的中堅力量土木工程專業本科生進行火災安全性教育。本文對土木工程專業本科教育開設火災安全性課程的必要性與可行性進行了分析，提出了土木工程專業課程體系改革的思考，旨在進一步推進和完善土木工程專業本科教學。

參考文獻：

[1] 高等學校土木工程學科專業指導委員會.高等學校土木工程本科指導性專業規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2011.

[2] 李國強，韓林海，婁國彪，等.鋼結構及鋼—混凝土組合結構抗火設計[M].北京：中國建筑工業出版社，2006.

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[4] 趙東平， 王峰， 余顏麗，等. 鐵路隧道火災事故及其規模研究綜述[J]. 隧道建設，2015，35（3）：227-231.

[5] 趙峰，夏永旭，謝濤.公路隧道運營事故統計分析研究[J].公路，2014（6）：280-287.

[6] 曾磊，王少飛，林志，等.公路隧道火災事故調查分析[J].現代隧道技術，2012，49（3）：41-48.

[7] 馬瑞，張崗.橋梁抗火之始——火災下橋梁結構災變機理及安全性評估與加固技術研究[EB/OL]. [2014-12-03].http：//www.glzx.gov.cn/dongtaixx/xiangmudt/201412/t20141203_1737040.html.

[8] 中國工程院土木、水利與建筑工程學部.土木工程學科發展及前沿發展方向研究[M].北京：人民交通出版社，2012.

[9]李炎鋒，侯昱晟，李俊梅，等.土木工程學科開設建筑火災安全技術研究生課程的探索[J].高等建筑教育，2014，23（5）：80-82.

[10] 姜嘉樂.工程教育永遠要面向工程實踐——萬鋼校長訪談錄[J].高等工程教育研究，2006（4）： 1-7.

（編輯 王 宣）