柔性模板混凝土結構國際學生工作坊實踐與思考

蔡建國+吳剛+張騫+馮健

摘要：以在東南大學舉辦的“柔性模板混凝土結構國際學生工作坊”為例，對整個工作坊過程各個環節做了詳細表述，包含縮尺石膏模型和全尺混凝土模型的方案設計和現場制作。此外，分析了工作坊這種教學模式對開闊學生視野、培養團隊精神、促進教學和實踐考核連續統一方面的優勢，并對之后開展的類似交流活動提出了一些建議。

關鍵詞：工作坊；教學模式；柔性模板混凝土

中圖分類號：G64245文獻標志碼：A文章編號：

10052909（2017）05011507

工作坊是一種源于現代建筑設計領域的實踐教學模式，最大的優勢是為學生提供一個將理論知識付諸于實踐的機會，在國內高等教育建筑設計、工業設計等領域已經得到廣泛應用。在工作坊教學模式中，理論教學和實踐教學同步進行，項目作為實踐的核心內容，學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，在一起學習實踐的同時，學生之間的相互學習也是工作坊整個流程的重要組成部分，從而可以讓學生形成只在理論學習中無法構建的團隊精神和合作意識[1]。

在工作坊的運行過程中，主要體現出一些原則：首先，在項目開始之前，指導教師根據培養目標制定詳細的教學計劃和全部的實施方案，控制整個流程的運行進度，并且在實際過程中，不斷引領學生深入貫徹整個計劃。其次，評判標準不再局限于理論考核，更重要的是督促學生學以致用，以項目整體或者分解部分為節點，綜合檢驗學生應對實際項目的能力。除此之外，強調多種學習方式并存，既要自學達到項目工作的要求，又要相互學習，從而不斷更新知識體系。工作坊是以多層次、多階段目標為出發點的教學實踐模式，可以綜合各種專業特點，在實踐中找到自己的定位[2]。

土木工程專業，對學生創新能力和實踐能力的要求不斷提高，多學科多領域結合越來越緊密，傳統的理論教學結合試驗教學，認識實習教學模式不能滿足社會對土木工程專業優秀人才的需求，在社會發展和學科進步的形勢下，探索土木領域新的教學模式迫在眉睫。文章結合東南大學最近對多國跨學科領域的工作坊教學模式探索，思考工作坊模式在土木工程領域開展的新思路。

一、柔性模板混凝土結構國際學生工作坊實例

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

（一）活動主題

本次工作坊活動主題為結合柔性混凝土模板這種新型建造方法進行傳統的混凝土剪力墻設計。利用柔性模板混凝土結構找形的特點，對傳統剪力墻進行藝術化設計，以期實現建筑美學和結構力學上的統一與協調。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）。

柔性模板找形技術作為混凝土澆筑方法已經有100余年歷史，最早關于這種找形技術的專利于1899年注冊，自此之后，該種方法的設計應用和技術得到迅速發展。由于在混凝土表面質量方面具有比傳統施工技術更為優越的性能，柔性模板技術不斷得到研究者的關注。在2008年、2012年和2015年，相繼舉辦了3次關于柔性模板混凝土結構的國際會議后，柔性模板技術開始迅猛發展，不再局限于小型的梁柱板構件等。目前為止，已經利用柔性模板技術得到了各種各樣的作品，如圖2所示。

（二）學術匯報

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的最新進展和研究成果向大家作學術報告（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。下午是實踐環節，這樣交錯進行，學者的精彩報告讓大家對柔性模板技術了解更加深入，也為大家設計與實踐提供源源不斷的靈感。

（三）指導教師演示

來自加拿大曼尼托巴大學的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構找形等方面的優點。在Ronnie Caceres博士的帶領下，學生迅速掌握了各種基本工具的使用技巧，為后續各組模型制作奠定了基礎。

（四）成果展示

經過2周的設計、制作、點評和改進，3組學生得到巨大的收獲，各組模型都十分有創意，現對3組的設計制作思考過程進行介紹。各組的方案設計均要充分利用柔性模板在結構找形上的優勢，并要求在2 m尺寸的剪力墻上充分實現外觀美學和建筑力學的統一，比如建筑表面曲面設計和實現方案、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：方案設計、方案的完成情況（主要表現為模型制作效果）和小組工作過程評價（小組工作的分配與合作、設計方案改進過程、小組交流討論成果等）。

1.作品一

（1）設計理念。

第一組學生經討論，決定利用繩子在制作的木框架上結合帆布形成規則或不規則網格，利用帆布的彈性和柔韌度，在澆筑石膏和混凝土時得到目標的結構外形，并在兩側帆布之間設置定位點，獲得各種理想結構。在制作模型時，也充分考慮到結構的剛度，在結構澆筑時合理布置鋼筋網（鋼絲網），初期的設計構思如圖5所示。endprint

（2）設計過程。

首先在紙上討論思路，設計需要的模板支撐框架和帆布定位點以及繩索布置位置。經討論，第一組學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，其中包含規則或不規則的，得到最初的4組石膏模型，如圖7所示。

在總結初步設計模型并得到指導教師點評之后，學生選擇改變之前使用的細繩（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的方式進行驗證。在此基礎上開始設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計方案后，開始制作用于澆筑全尺模型的框架，并進行鋼筋網的布置，最終澆筑和養護成形，如圖9所示。設計方案完成后開展小組匯報答辯與教師點評，匯報主要內容包含小組方案設計的基本思路和各個階段成果，各成員的工作內容以及整個工作過程中出現的問題及解決方案，采取的形式為一名成員匯報，整個小組負責提問（圖10）。指導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調和達到目標曲面的表面要求。

2.作品二

（1）設計理念。

第二組學生設計的基本思路是先進行簡單模型簡單約束創作，從制作模型中不斷積累經驗，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具有不同的美學特征。

（2）設計過程。

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

結果發現采用這種方式成形的石膏模型在節點交接處很薄弱，容易發生碎裂，經過與指導教師的交流和小組成員之間的討論，決定在帆布下方節點附近使用魚線拉直，在帆布上側即石膏內部設置縱橫交錯的鋼絲網（圖12）來增強石膏面板節點附近剛度。結果證明，這種想法可提高節點剛度，實現結構整體性效果（圖13）。

經過幾次試驗之后，第二組成員決定在剪力墻中設置開孔試驗。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，使用釘子等使兩側木板緊密結合，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

在進行混凝土剪力墻的全尺模型時，如果單獨使用這種兩側木板開孔的方式，不僅會使整個剪筑過程出現問題，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，采用兩側不一致的孔洞會使整個剪力墻的藝術效果提升，而且為了保證剪力墻的傳力體系，需要合理規劃開洞位置。第二小組把墻體按照3個剪力撐的傳力體系分成9個區域，根據區域大小布置洞口，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。墻內鋼筋布置也是根據設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形成3個剪力撐形式，引導并完成體系傳力，最終完成模型的設計與澆筑，如圖15、圖16所示。在匯報答辯環節，指導教師重點關注剪力墻結構孔洞的制作方式，以及小組初步縮尺模型設計如何過渡到后期的全尺模型設計。

3.作品三

（1）設計理念。

第三組學生設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調。第三組在塑造曲面時考慮到上部和下部的鏡像對稱，墻體相應地會產生不同的厚度，形成一定的建筑美學效果。

（2）設計過程。

第三組學生首先以混凝土縮尺模型的曲面剪力墻模型作為初步設計方案（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。

試驗發現，初步模型的澆筑結果并不十分理想，在和指導教師交流和小組內部的討論后，總結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，整個過程持續時間較長，在界面處性能并不連續，整個結構的外部約束相對薄弱，并不能完全剛性控制結構。鋼筋網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，深入交流，汲取經驗。

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

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

（五）對工作坊工作開展的建議

經過共同努力，為期半個月的柔性模板混凝土結構國際學生工作坊項目順利結題。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。大家在設計、實踐、點評、修正、再設計的循環過程中對柔性模板建造技術有了更加深刻的認識，也鍛煉了動手能力，并體驗到團隊協作的重要性。

針對本次工作坊的整個運作過程，有些建議可為后續的類似交流活動提供參考。首先，針對新技術的應用展示十分必要，讓學生對這項之前并不十分熟悉的技術有整體的印象，這并不限制學生在實踐過程中的思路，是為學生提供一個更加廣闊的思維平臺，否則學生很容易落入俗套，被自己的固有思維限制。其次，對于創新型的工作坊，基礎十分重要，集中向學生講授基本技能，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、循序漸進的工作流程也十分重要，學生從前期的縮尺石膏模型中不斷完善設計，產生endprint

靈感，總結問題，積累經驗，最終混凝土全尺模型得以順利完成。

二、工作坊教學模式的思考與意義

結合上述的柔性模板混凝土結構國際學生工作坊全過程，發現工作坊不僅可為理論知識提供和實踐融會貫通的平臺，提高了學生的動手能力，也促進了多學科領域學生相互合作，開闊學生視野。對工作坊在土木工程領域的開展有以下幾點思考。

（一）跨學科文化的交流，開闊學生視野

在傳統土木工程領域，由于大家的學習背景和實踐環境差距不大，差異性不明顯，通過交流和思維碰撞實現突破的可能性很小。但是針對多學科領域，比如土木和建筑，兩者本來就密切相關，一個從結構的安全性考慮，一個從建筑美學和特色方面考慮，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，大家的認識存在一定差異，充滿差異性的相互交流，讓學生收獲更多[4]。

（二）教學實踐與考核的連續統一

在工作坊中，指導教師通過學術匯報和現場演示向學生傳授知識，學生通過實踐融會貫通，并通過自主學習、相互學習提高自己，在實踐中不斷嘗試連續統一多節點的考核方式。現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）合作意識和團隊精神的培養

工作坊是基于項目的教學培養模式，需要學生組成團隊進行設計與制作，學生需要根據自身優勢自主商量分工與合作內容。比如，在剪力墻模型澆筑時，需要考慮鋼筋網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。丹麥的學生在制作木結構支撐框架時的動手能力明顯比中方學生強，而在鋼筋綁扎等技能方面中方學生更具優勢。指導教師應引領發揮學生的自組織功能，這也是工作坊組織者在團隊創立時應重點考慮的問題，從而打破學科年級的界限[6]。

三、結語

通過本次工作坊的實踐，包括前期的組織與計劃，初期的學術匯報和演示，學生反復嘗試直至最終作品完成，對工作坊這種教學模式在土木工程領域作新的探索和思考，發現這種教學模式可作為現行傳統教學模式的補充，在提高學生動手能力、培養學生創新意識和團隊精神等方面起到重要作用，也可促進教學實踐考核的連續統一，具有推廣價值。參考文獻：

[1]張曉瑞， 鄭先友. 基于WORKSHOP 的建筑學專業教學模式探討[J]. 高等建筑教育， 2009， 18（3）： 137-139.

[2] 林書兵. 基于工作坊的實踐教學模式的應用與探析[J]. 現代教育論叢， 2014 （3）： 67-71.

[3]石堅韌，雷雅昕. 基于大型設計競賽機制及城市設計項目實踐的BIM教學工作坊建設[J]. 高等建筑教育，2015（4）：151-155.

[4] 龔龍煜. 基于設計類跨專業合作模式的workshop教學初探[J]. 設計， 2015 （11）： 103-104.

[5]李彩麗. 高等學校藝術設計專業校際聯合實踐教學模式思考——以2013年上海藝術設計展清華大學與米蘭新美術學院workshop為例[J]. 黑龍江工程學院學報，2015（6）：68-71.

[6]劉禹，王來福. 基于工作坊的高等教育實踐教學體系的研究[J]. 東北財經大學學報，2009（1）：93-96.

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