城市地下防護結構課程教學思考

萬軍 程盼

【摘要】城市地下防護結構是城市地下空間工程專業（地下防護工程方向）一門重要的專業課。本文根據該專業方向的人才培養目標，分析課程的地位作用和特點，在此基礎上從注意課程之間的銜接、注重規范應用、加強實踐教學、加強課外作業和課程設計、采用靈活考核方式等五個方面提出了改進課程教學的措施和方法。

【關鍵詞】城市地下空間 ?防護結構 ?教學思考 ?理論教學

【中圖分類號】G642.0 ? ? ? ? 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）40-0238-01

近年來，我國城市化發展非常迅猛，不少大城市出現了地面建筑密集、交通擁堵等城市病。為了緩解城市土地資源有限的現象，人們把目光投向了城市地下空間。在和平時期城市地下空間開發過程中，往往需要綜合考慮其在戰時的防護功能。城市地下空間工程專業（地下防護工程方向）培養既掌握城市地下空間工程的規劃、建筑、結構、施工、管理等基本理論，同時還較系統地掌握地下防護工程設計、施工和監理等知識的人才。地下防護結構是城市地下空間工程專業（地下防護工程方向）重要的專業課程之一。如何在地下防護結構課程教學中夯實學生防護結構設計的基本功，是需要認真研究的重要課題。

一、城市地下防護結構課程的地位作用和特點

（一）課程在人才培養中具有重要的地位

城市地下空間工程專業（地下防護工程方向）的學生畢業后要具備從事地下防護工程的設計、施工、監理等能力。根據該專業方向的人才培養方案，地下防護結構課程的主要內容為防護結構計算的基本原理和地下防護結構的設計。通過課程學習，學生應能夠正確分析作用在地下防護結構上的爆炸、沖擊動荷載，掌握這些荷載在巖土介質和防護結構內傳播的基本規律，并能夠將上述動荷載和地下防護結構的自重荷載、巖土壓力靜荷載等進行正確組合，在此基礎上分析地下防護結構的內力，并進行結構截面設計和構造措施選用工作。該課程和地下結構、鋼筋混凝土結構設計、鋼結構設計等課程相互銜接和結合，共同培養學生常用城市地下防護結構設計的能力。

（二）課程涉及理論多、內容難度大

地下防護結構課程的特點是內容多、難度大。其中防護結構計算原理部分主要包括空氣沖擊波的傳播、巖土介質中應力波的傳播、防護材料和結構的動力學性能以及結構在瞬時動載作用下的響應等內容，理論內容涉及空氣沖擊波、固體中的應力波、沖擊結構動力學等范疇。理論內容涉及范圍較寬廣，對于土木工程大類的學生來說，上述內容對力學基礎知識要求高，難度大。同時，防護結構設計部分則要結合城市地下空間工程常用的結構形式，根據結構所受的動荷載，進行內力分析、截面設計和構造措施的選用。其內容也很龐雜，學習難度較大。

二、改進地下防護結構課程教學的措施

根據該課程的特點和任務，提出如下改進課程教學的措施：

（一）注意把握好學生的知識基礎和相關課程內容的銜接關系

防護結構計算原理部分涉及空氣沖擊波和巖土中壓縮波傳播規律方面的內容。本專業學生先修力學類課程限于彈性力學、理論力學、材料力學、結構力學、結構動力學，其在空氣沖擊波、固體中的應力波等方面的基礎較為薄弱。在課程內容講解中，要注意學生的知識基礎，力求深入淺出。例如在介紹空氣沖擊波的傳播規律和巖土介質中的壓縮波的傳播規律時，要注意從最基本的質量守衡、動量守衡和能量守恒定律開始，推導沖擊波和壓縮波傳播過程中所遵循的基本規律。在防護結構設計部分，則要注意把握好和地下結構、鋼筋混凝土結構設計和鋼結構設計課程之間的銜接關系。重點講清等效荷載法的基本思想，以及在其基礎上進行荷載組合、內力計算、截面設計和構造措施選用等內容。

（二）注重概念清晰，弱化理論推導，注重規范公式應用

防護結構計算原理部分理論知識多，且涉及較復雜的理論推導過程。在該部分內容教學過程中，要注意貼合學生的力學基礎，以及該專業方向主要培養工程應用型人才的特點。教學中要注意物理概念清晰準確，弱化理論推導過程。在防護結構設計部分的教學中，則要注意遵循防護結構設計相關規范的指導作用，培養學生按規范設計的習慣。同時在教學中注意講清防護結構設計規范和普通民用結構設計規范的區別和聯系。

（三）適當增加課程實驗和工程參觀內容，增加學生的感性認識

防護結構計算原理中的相關教學內容，例如空氣沖擊波的傳播特性和規律、巖土中應力波的傳播規律、應力波在不同介質界面上的反射和透射等，均從基本物理守恒定律推導而得到，比較抽象。學生在學習時難以形成直觀的物理印象。為了提高教學效果，在教學中可以增加課程實驗測試炸藥爆炸引起的空氣沖擊波壓力和巖土中壓縮波壓力的方法，使學生獲得感性認識。同時，還可釆用LS-DYNA 等有限元程序，數值模擬空氣沖擊波遇到結構物之后的正反射、斜反射等現象，以及壓縮波在遇到不同介質的界面時，其反射波和透射波的傳播過程。此外，在防護結構設計部分，為了使學生對不同的防護結構類型有一個直觀的感性認識，也可在教學中適當安排一些地下防護工程參觀的內容。

（四）適當增加課外習題和課程設計作業，提高學生的動手能力

防護結構計算原理部分，理論知識內容多。為了促進學生更好地掌握相關理論知識，在教學過程中，應適當布置一定數量的相關原理、公式應用的課外習題。通過獨立完成課外習題，促進學生對相關理論的復習和掌握。在防護結構設計部分，則注意結合不同的防護結構類型，給出課程設計作業。通過課程設計作業，使學生更好地掌握相關理論知識，并得到工程設計的初步訓練。

（五）根據課程特點，選擇靈活多樣的考核方式

防護結構計算原理部分和相關設計規范結合緊密，經驗計算公式繁雜。課程考核中主要考查學生對原理的理解和公式的正確應用上，不必要求學生死記硬背公式。對于防護結構設計部分則主要考查學生初步的工程設計能力，可以采用課程設計的方式進行考核。要求學生利用相關的規范，在課外完成特定類型防護工程的一定工作量的設計任務。通過上述兩種考核方式的組合共同檢測學生的學習效果。

三、結束語

總之，地下防護結構是城市地下空間工程專業（地下防護工程方向）一門重要的專業課程。針對該專業方向的人才培養目標和課程的特點，本文提出了注意課程之間的銜接、注重規范、加強實踐教學、加強課外作業和課程設計、采用靈活考核方式等五種改進課程教學的措施和方法。

參考文獻：

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作者簡介：

萬軍（1975-），國防科技大學軍事基礎教育學院副教授，博士。研究方向：土木防護工程、軍事基礎教育。

程盼，男，國防科技大學軍空天學院講師，博士，研究方向：土木工程。