中外土木工程防災專業工程結構抗火課程比較研究

魯正 夏子祺

摘要：災害防治是土木工程專業必須考慮的重要課題，對保護人身、財產安全起關鍵作用。火災是發生頻率最高、造成損失最嚴重的災害之一，因此工程結構抗火不可忽視。文章主要分析了工程結構抗火課程的發展情況，以同濟大學、重慶大學、武漢大學、東南大學、香港理工大學、伊利諾伊大學香檳分校等高校為例，在課程設置、課程要求和課程內容等方面對其進行討論和研究，發現高校對教學重視程度的不同極大影響課程教學內容的選擇和最終的教學效果。根據比較研究的結果，提出適合中國國情的教學改革方案。

關鍵詞：工程結構抗火;課程設置;教學改革;高等教育;高等工程教育

中圖分類號：G642.3;TU3525文獻標志碼：A文章編號：1005-2909（2018）06-0052-06

土木工程防災是一門旨在提高工程結構抗災能力，隸屬土木工程學科的二級學科。在結構面臨的災害中，火災是發生頻率最高、造成損失最嚴重的災害之一[1]。鋼筋混凝土結構是中國主要建筑結構形式，在火災的高溫作用下，材料性能將嚴重劣化，危及結構的安全。隨著中國城市社會經濟的發展，火災發生頻率和損失也在迅速增加，因此工程結構抗火日益受到重視。

目前，國內對此做過研究的高校主要有清華大學、同濟大學、浙江大學、重慶大學、武漢大學、西南交通大學、哈爾濱建筑大學、東南大學和中南大學等。國外的高校，如東京大學，專門開設了一個系所從事結構抗火的研究。文章主要以同濟大學、清華大學、重慶大學、武漢大學、東南大學、香港理工大學、伊利諾伊大學香檳分校、愛丁堡大學為例進行對比分析，提出相應的教學改革建議。

一、課程概況

工程結構抗火主要研究結構物的抗火性能，包括結構承載力的變化、耐火穩定性、耐火完整性和耐火隔熱性，以及研究結構受火后性能，包括力學性能和殘余承載力的鑒定和評估方法[2]。

同濟大學土木工程學院在防災減災工程及防護工程方向開設了工程結構抗火課程。課程主要采用課堂教學、小組討論、課后作業以及期末開卷考試的方法，使學生掌握基本的抗火計算和設計原理。

清華大學在防災減災工程及防護工程方向開設了建筑工程抗火性能及其計算課程，為土木系研究生的專業必修課。此外，還開設有混凝土結構的抗火性能及其計算，為跨二級學科專業選修課程。

重慶大學在建筑學專業設置建筑減災防災課程，旨在培養學生熟練掌握防火規范，并能結合建筑設計進行綜合應用，解決工程設計中的減災及防災問題。

武漢大學在土木建筑工程學院開設建筑性能防火設計理論、建筑消防理論及應用、災害學課程，其中建筑消防理論及應用為碩士生課程，建筑性能防火設計理論和災害學為博士生課程。災害學課程為通識教育，主要介紹多類災種（含火災），其他兩門課程的內容均針對結構抗火展開。

東南大學在土木工程專業開設工程結構抗震與防災課程，作為五選二之中的一門課。以課堂教學與實踐教學相結合的方式，將工程結構與防災減災相結合，其中教材第七章對建筑結構的抗火設計進行了詳細講解。但此門課程的重點在于抗震設計，對抗風和抗火內容涉及的相對較少。

香港理工大學無防災專業，但其結構工程專業設置的課程與同濟大學防災核心課較為類似，包括高等鋼筋混凝土、樓宇抗震設計、風工程等。其中，在高等鋼筋混凝土課程中涉及了結構抗火等內容，共計3學分。

伊利諾伊大學香檳分校無防災學科設置，但在結構工程及力學分析中開設的相關課程與防災關系較為密切。其中開設的結構材料退化課程中包含對結構抗火的研究，為4學分。

愛丁堡大學開設結構和消防安全碩士學位，課程涵蓋火災動態和防火工程設計課程、隧道火災課程等，支持結構和防火工程學位課程及一些短期課程。相比其他高校將抗火作為結構工程學習的一部分，愛丁堡大學與東京大學類似，將抗火研究提升為一個系所的研究大類，可見這兩所高校對結構抗火的重視程度。

從上述幾所高校的課程設置中不難發現，同濟大學、清華大學在防災方向專門開設結構防火相關課程;重慶大學、武漢大學主要為建筑防火，從宏觀上進行控制;東南大學的課程則涉及多個災種，而抗火并非其重點。這主要與不同高校的研究重點和培養計劃有關。愛丁堡大學、東京大學均將抗火作為一個系所的研究大類，對比香港理工大學和伊利諾伊大學香檳分校僅在部分結構課程中涉及抗火內容的課程設置而言，其對抗火的重視可見一斑。這可能與不同學校、不同國家面臨的主要災害和不同災害帶來的損失情況有關。

二、 課程要求

以同濟大學、清華大學、重慶大學、東南大學、香港理工大學和伊利諾伊大學香檳分校為例，其課程要求對比見表1。

從課程要求上來看，清華大學和重慶大學將抗火相關內容設置為必修課程，清華大學還開設另一門選修課程用于加深學習。而其他高校則均將其設置為選修課程，其中，與將其設置為選修課程的香港理工大學和伊利諾伊大學香檳分校相比，同濟大學的學分明顯偏少，東南大學的學分雖多，但其教學重點主要在于抗震，對抗火的內容涉及較少。

由此可見，清華大學和重慶大學對抗火課程給予了足夠的重視，要求研究生必須對其進行學習，香港理工大學、伊利諾伊大學香檳分校雖然將此課程設置為選修，但對

該門選修課程的講解比較精細深入，有助于研究生的細化發展。同濟大學和東南大學對抗火工程的重視稍有欠缺，在學時或在教學內容方面都無法為學生提供深入學習此門課程的機會。

三、 課程內容對比

以同濟大學、重慶大學、武漢大學、東南大學、香港理工大學、伊利諾伊香檳分校為例，其課程內容對比見表2。

以課程設置而言，重慶大學、武漢大學以及東南大學均開設多災種的防災大類課程，在其中涉及一定抗火知識。其中，東南大學在抗震為主的基礎上，對抗火進行一定的介紹，相應的抗火內容較少，重慶大學和武漢大學均重點介紹了結構抗火的相關內容，且武漢大學在災害學這門課程外，還為抗火單獨開設建筑性能防火設計理論和建筑消防理論及應用課程，對抗火進行了深入講解。

重慶大學設置的建筑減災防災課程，雖然為多門災種介紹，但是一方面此門課程為專業必修課，另一方面其將結構抗火設計作為教學核心部分，因此其對于抗火是足夠重視的。重慶大學的教學內容強調系統性、綜合性和互補性，旨在培養全面發展、重視安全的研究型人才。其教學方式也十分多樣，包括課前預習防火規范、課上多媒體教學與小組討論、課后完成調研報告等，有助于學生切實掌握設計方法。

武漢大學累計開設3門抗火相關課程，且均為2學分。但僅有災害學要求預修混凝土結構、鋼結構和組合結構，將課程的教學重點放在材料及結構在火災下的退化情況，而建筑消防理論及應用、建筑性能防火設計理論則均建立在建筑物整體消防的教學重點上，包括火災時煙氣的流動、人員的疏散等，側重于對建筑體系抗火的教學，學生可根據興趣選修不同的課程。

同濟大學雖單獨設置工程結構抗火課程，但在這幾所高校中，其學時和學分最少，且為專業選修課，其講解的也多為概念性知識，對具體的結構設計計算涉及較少，鋼結構和混凝土抗火設計的教學也僅限于課堂講授和小組討論，無法進行深入的案例研究。同濟大學近年進行教學改革，將工程結構抗火、抗風及抗震內容由原本的一門工程災害學，拆分到三門課程分別開設，體現了對各個災種防災的重視。

香港理工大學并未對災害防治專門開設系所，但在其結構工程方面開展了抗震、抗風的專門課程。其對抗火的重視程度則明顯遜色于其他學校，與抗火有關的內容體現在高等鋼筋混凝土課程中，雖然此門課程為4學分的專業必修課，但僅有一小部分對鋼筋混凝土的耐火性能進行介紹，對于具體的結構抗火內容幾乎沒有涉及。

伊利諾伊大學香檳分校雖然也沒有專門的防災學科設置，但是專門開設了結構材料退化課程，對于材料在高溫情況下性能的退化進行了深入學習，為4學分的專業課程。涉及的材料包括金屬、水泥基、有機材料等，適用于目前建筑行業的大部分結構抗火設計。

綜合來看，由于東南大學、同濟大學的課程設置對抗火的內容涉及較少，因此其課程內容也大多為了解、理解層面，不涉及深入的計算。而重慶大學、武漢大學則側重于建筑消防方面，對于規范的研究和人員的疏散等較為重視，但結構性能的退化方面幾乎沒有涉及。作為計算方面的補充，武漢大學還開設了災害學課程，其中抗火部分對材料及結構在火災下的退化情況及相關的設計方法進行了介紹。這幾門課程在武漢大學均為選修課程，研究生可進行選擇性學習。伊利諾伊大學香檳分校也專門開設結構火災下材料性能退化的相關課程，這說明在結構抗火設計中對材料性能的把控占據了重要地位。不同學校的教學重點有所區別，但對抗火的重視都在逐漸增加，因為在社會經濟不斷發展的情況下，火災的災害損失逐漸增加。

四、 課程改革發展建議

（一）加強案例學習

由于工程結構抗火與實際工程概念聯系密切，在教學過程中應適當引入案例教學，一方面可提升學生學習的積極性，另一方面可將零碎的知識系統化，讓學生真正掌握實際情況下的具體設計方法，使學生參與到實踐教學環節中[3]。選取符合教學目標的實際火災案例，強調抗火的重要性，并結合理論授課內容，將工程結構抗火教學落到實處[4]。

（二）增加學分、課時

通過對各大高校課程內容的對比可以發現，課時少的課程大部分只局限于概念介紹，有關計算和設計的內容則一筆帶過。但是由于國家經濟水平的提升，對工程抗火的重視程度日益增強，對其課程教學內容的要求也必將隨之提高，因此，增加學時、學分對于內容的擴展和深入是十分有效和必要的。

（三） 加強與國家規范的結合

土建類專業的實踐性、社會性、綜合性和群體性很強[5]，有必要增強相關教學與實際工程應用的關聯。與工程結構抗火最相關的規范為《建筑設計防火規范》《高層民用建筑設計防火規范》《建筑內部裝修設計防火規范》《民用建筑設計防火統一技術措施》等[6]。在實際工程中，對于規范的學習是不可或缺的，因此，在教學中引入規范的相關內容，可拉近學生與實際工程的距離，有助于其掌握專業的最新動態。參考文獻：

[1]范維澄，劉乃安.中國火災科學基礎研究進展與展望[J].中國科學技術大學學報，2006，36（1）： 1-8.

[2]張慶順，章孝思.論高等建筑院校的建筑防火教育[C]//全國高等學校建筑學學科專業指導委員會. 2005建筑教育國際學術研討會論文集，沈陽：遼寧科學技術出版社，2005：122-126.

[3]郭鐵男，傅智敏，黃金印. 火災科學與消防工程學發展現狀及學科體系構架[J]. 消防科學與技術，2003（6）： 430-432.

[4]胡靚. 建筑學專業《建筑防火》課程中實踐教學環節的總結與思考[J]. 科技信息，2012（33）：699，716.

[5]蔣永生，邱洪興，陳以一. 土建類專業工程素質和實踐能力培養的研究與實踐[J]. 高等建筑教育，2003（2）：14-16.

[6]張慶順，馬躍峰，魏宏楊. 重慶大學建筑學專業“建筑減災防災”課程教學改革及實踐研究[J]. 室內設計，2012（4）：30-34.