智能建造背景下混凝土結構設計課程改革探索

doi：10.11835/j.issn.1005-2909.2024.02.010

歡迎按以下格式引用：李慶濤，袁廣林，張營營.智能建造背景下混凝土結構設計課程改革探索［J］.高等建筑教育，2024，33（2）：73-78.

摘要：智能建造是以傳統土木工程專業為基礎，面向國家建設需求的新工科發展方向。混凝土結構設計課程作為傳統土木工程專業的核心課程之一，仍是智能建造專業的重要教學環節。為了滿足人才培養的新要求，結合目前國內高校智能建造專業的核心課程分析，探討了現有混凝土結構設計課程知識的改革措施，構建了適應智能建造背景下程混凝土結構設計課程的知識體系，明確了混凝土結構設計在智能建造專業中的作用，相關成果可為智能建造專業結構設計教學提供參考。

關鍵詞：智能建造；課程知識；鋼筋混凝土結構設計；改革探索

中圖分類號：G642.0 """""文獻標志碼：A """""文章編號：1005-2909（2024）02-0073-06

隨著我國信息化和智能化技術的不斷發展，智能建造企業在土木行業不斷涌現。2020年，住房和城鄉建設部等十三部門聯合印發了《關于推動智能建造與建筑工業化協同發展的指導意見》^［1］，明確提出了要加大智能建造在工程建設各環節的應用。但我國智能建造專業發展還處于探索發展階段，智能建造專業的人才缺乏。丁烈云院士指出：“當前懂土木建筑工程的，信息技術、智能化方面的知識掌握不夠；懂信息技術的又缺乏土木工程專業知識。”^［2］使得人才培養難以適應未來建筑結構設計的智能化發展方向^［3］。

當下，智能建造已成為高校較為熱門的專業方向，但目前人才培養的相關課程體系仍待改革^［4-6］，急需智能建造專業的相關教師進行探索和實踐^［7-10］。傳統專業所采用的授課學時、授課內容和授課方法均應按照智能建造專業的人才培養方案做出相應調整。

一、國內智能建造專業開設現狀

為了滿足未來土木行業發展的人才需求，2017年同濟大學率先開設智能建造專業。截至2021年，全國已經有69所高校開設智能建造專業，既有綜合性、研究型和國際化的高校，又有特色型大學、應用型高校，如表1所示。

由于智能建造不僅涉及智能化生產、設計、施工和維護管理等，還涉及多個子體系，如建筑體系、結構體系、施工裝備體系、運維管理體系等，使得各個高校對于智能建造專業人才培養方案都各有特色，且各有側重點。例如，同濟大學對智能建造專業人才培養定位為在“共性基礎+個性發展”的基礎上，致力于為社會培養智能建造產業急需的復合型人才；重慶大學城市科技學院作為西南地區首家開設智能建造專業的高校，其畢業生的就業方向主要是從事智能化、數字化技術應用和管理工作；福州大學制定的智能建造學科建設則以“勘察—設計—建造—運維”為主線，以智慧工程建設、智慧工程運維和智能工程裝備為特色學科方向。

總體而言，智能建造專業的培養目標是培養面向未來國家建設需要，適應未來社會發展需求的復合型建筑人才，需要掌握智能建造的相關原理和基本方法，獲得工程師基本訓練，能勝任一般土木工程項目的傳統和智能規劃與設計、智能裝備與施工、智能設施與防災，以及智能運維與管理等工作。

2019年

東南大學、華中科技大學、北京工業大學、天津城建大學、內蒙古科技大學、沈陽工學院、長春工程學院、吉林建筑科技學院、安徽理工大學、福州大學、福建工程學院、福州外語外貿學院、青島黃海學院、鄭州工程技術學院、重慶城市科技學院、銀川能源學院

2020年

重慶大學、西南交通大學、哈爾濱工業大學、河北大學、遼寧科技大學、遼寧科技大學、沈陽建筑大學、長春工業大學人文信息學院、哈爾濱學院、南京工程學院、皖西學院、福建農林大學、閩南理工學院、南昌工學院、齊魯理工學院、長江大學、湖北工業大學、湖北理工學院、武昌首義學院、武昌理工學院、武昌工學院、長沙理工大學、華南理工大學廣州學院

2021年

中國礦業大學（北京）、大連理工大學、合肥工業大學、武漢大學、華南理工大學、石家莊鐵道大學、沈陽工業大學、吉林建筑大學、長春大學旅游學院、南京工業大學、徐州工程學院、南京理工大學紫金學院、福建江夏學院、新余學院、山東建筑大學、河南工業大學、河南城建學院、湖南工業大學、桂林理工大學、四川輕化工大學、攀枝花學院、西京學院、寧夏理工學院

二、智能建造專業中混凝土結構設計課程設置現狀

目前，在國內首先獲得教育部批準開設智能建造專業的前69所高校中，共有63所高校公開了智能建造專業必修課程的設置情況，其中與結構設計相關的課程統計情況如表2所示。開設比例最高的課程是裝配式結構設計，設置該課程的學校比例多達83%，體現出各高校對該課程的重視。而混凝土結構設計原理是土木工程專業的核心專業課程之一，且該課又是裝配式結構設計的重要前置課程，是一門理論與實踐緊密結合的課程。因此，設置該課程的學校比例達到了79%，體現了該課程在高校智能建造專業人才培養過程中的重要作用。在智能建造專業中，設置結構智能化設計或者數字化設計課程的學校占了71%。因此，智能化結構設計是未來的重點發展趨勢，有助于降低人工成本，提升設計效率，為未來智能化結構方案設計提供實踐基礎。需指出的是，傳統土木工程作為智能建造專業的核心支撐學科，混凝土結構設計仍應是重要教學環節，需作為專業必修課程，進而為培養復合型、創新型的人才奠定基礎。

三、混凝土結構設計課程知識點設置情況分析

（一）"混凝土結構設計教材知識點

混凝土結構設計的相關教材，如《混凝土結構》《混凝土結構設計原理》《鋼筋混凝土結構設計原理》等，其主要知識點內容相差較小。文章選取了2017年以后出版的16本混凝土結構設計相關教材，對其課程知識點進行了對比分析，具體情況如表3所示。

雖然各教材的章節內容側重點有所區別，但是混凝土結構設計的主要教學內容高度一致。在這16本教材中，都包含單層廠房結構和框架結構這兩部分內容；包含梁板結構（樓蓋結構）設計的有14本，占87.5%；包含高層建筑結構設計的有6本，占37.5%。由此可見，對于混凝土結構設計課程而言，梁板結構、單層廠房結構、框架結構是最基本和最核心的教學內容，這三部分內容在智能建造專業的課程設置中還應繼續保留，以便學生掌握混凝土整體結構設計的教學內容知識，為智能建造專業人才培養奠定理論基礎。

（二）"裝配式混凝土結構知識點

目前，在已開設智能建造專業的高校中，裝配式結構設計是設置比例最高的課程。文章選取了具有代表性的裝配式結構設計教材，各教材的主要內容如表4所示。裝配式結構設計教材中內容較多的章節，主要對混凝土結構設計的原理和基本內容進行了延伸和拓展，分別是預制混凝土構件設計、裝配式混凝土框架結構設計和裝配式混凝土剪力墻結構設計。按施工方法分類，裝配式混凝土結構是混凝土結構的類型之一。因此，學習裝配式結構設計之前，需要先掌握混凝土結構設計原理和混凝土結構設計等前置課程的教學內容。

四、混凝土結構設計課程教學內容改革思路

智能建造作為新興專業，雖然融入了智能化和信息化等技術手段，但是其建造對象仍是建筑物本身，服務對象仍是建筑工程行業。因此，智能建造專業的人才培養仍需著眼于土木工程的專業知識儲備。智能建造專業能力培養要求指出，學生應掌握混凝土結構的基本設計原則，熟悉混凝土整體結構的選型、布置、計算、分析、設計方法，使學生具備整體建筑結構問題的分析能力、結構設計方案的解決能力和與實際工程相結合的實踐應用能力。因此，在知識點的設置上，智能建造專業還應包括梁板結構、單層廠房結構、框架結構等混凝土整體結構設計的基本內容和方法，以及相關設計成果的應用，才能發揮出智能化和信息化技術在建筑行業的作用，進而安全可靠地促進建筑行業發展。

智能建造專業新增了計算機應用技術、信息化技術和機械自動化等相關知識內容，導致課時量增加。因此，需結合智能建造專業本科生培養方案的人才目標要求，合理調整課時和設置專業知識內容。混凝土結構設計的三門主要課程——混凝土結構設計原理、混凝土結構設計和裝配式混凝土結構，需以交叉融合方式合理控制學時，同時也不缺少關鍵的課程知識點。具體融合建議主要有以下幾方面。

（一）"強化課程的連貫性設置

在開課時間設置上，將混凝土結構設計原理、混凝土結構設計和裝配式混凝土結構三門課程連續開設，不宜間隔較久，使學生在不同課程的學習過程中能夠銜接貫通相關知識點。此外，混凝土結構設計與裝配式混凝土結構都是以整體結構為主的課程，應在同一個學期內先后開設。

在課程知識點設置上，為方便學生整合混凝土結構設計相關課程的基礎知識點，利于學生理解知識點背后的過程和機理，宜將混凝土結構設計原理課程中梁、板、柱等構件設計的知識點與裝配式混凝土結構課程中預制裝配式構件深化設計的知識點進行穿插講解。具體而言，在混凝土結構設計原理課程中，弱化高度重疊的知識點，如結構上的作用與作用效應的組合。同時，混凝土結構設計課程的教師應與混凝土結構設計原理課程的教師提前做好知識點的融合銜接工作。另外，在裝配式混凝土結構中重點區分裝配式混凝土結構與現澆混凝土結構節點的設計、構造要求和裝配結構的拆分原則等。并將混凝土構件的設計、結構上的作用、構件的內力分析，以及作用效應的組合等內容則放在混凝土結構設計原理和混凝土結構設計課程中講述。

（二）"強化混凝土結構的整體設計

在混凝土結構設計課程中，可穿插融合裝配式混凝土結構課程的部分知識點，而在裝配式混凝土結構課程中則重點講解裝配式混凝土結構的施工方法。裝配整體式結構與現澆混凝土結構可采用相同的方法進行結構分析。因此，兩門課的知識點可以放在混凝土結構設計課程中一并講授，例如，單層結構、框架結構、剪力墻結構，以及框架-剪力墻結構等設計原則和內力分析方法等。

混凝土結構整體分析知識點的講解可在混凝土結構設計課程中進行，也可將兩門課融合成建筑結構綜合設計一門課程，做到既能講授兩門課中的主要知識點，又能夠避免重復講述。合并融合后課程課時會更加充足，更有利于知識的串講和融合，進而實現提高教學效果的目的。

（三）"強化結構施工圖的設計能力

混凝土結構設計的主要成果包含結構計算說明書和施工圖。結構計算說明書中包含混凝土結構受力分析和構件截面設計等內容。其中，建議適當減少實現過程的教學課時，增加結構施工圖的教學課時，培養學生的施工圖設計能力，便于與智能設計、智能建造銜接，使學生能夠掌握工程結構智能設計原理、完成現代土木工程的智能設計和從事土木工程的智能建造等。目前，設計院大多采用結構軟件進行結構設計。因此，建議大幅增加結構設計軟件課程的實踐課時，使學生熟練掌握其基本操作，以便更好地推動智能化結構設計軟件在工程中的應用。

五、結語

結合國內智能建造專業混凝土結構設計相關課程設置情況，搜集并分析了國內近五年與混凝土結構設計相關教材的知識點，依據智能建造專業的培養目標，提出了智能建造專業混凝土結構設計課程知識點的設置建議。對混凝土結構設計相關課程開課學期的設置、基礎知識點的合并、整體結構設計的強化，以及結構施工圖的設計能力等提出了相應的改革建議，為智能建造專業中混凝土結構設計課程的教學提供參考。

參考文獻：

［1］"中國政府網.住房和城鄉建設部等部門關于推動智能建造與建筑工業化協同發展的指導意見［N/OL］.［2020-07-30］.

https：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2020-07/28/content_5530762.htm.

［2］"丁烈云.加快智能建造人才培養［J］.施工企業管理，2022（4）：53.

［3］"李彬瑜，史健勇.建筑結構設計的知識管理與智能化方法研究［J］.工程管理學報，2020，34（2）：123-128.

［4］"盧昱杰，高慧，霍天昭.智能建造專業建設體系與教學方案設計［J］.高等建筑教育，2022，31（1）：8-14.

［5］"毛超，嚴薇，劉貴文，等.智能建造專業教育創新與實踐［J］.高等建筑教育，2022，31（1）：1-7.

［6］"丁烈云.智能建造創新型工程科技人才培養的思考［J］.高等工程教育研究，2019（5）：1-4，29.

［7］"吳杰，李懷健.面向智能建造專業的工程制圖課程建設［J］.城市建設，2021，18（378）：161-167，176.

［8］"木林隆，錢建固，呂璽琳，等.智能建造背景下《基坑工程》課程知識要求［J］.教育現代化，2020，7（9）：126-127，143.

［9］"張美亮，張軍俠，何忠茂.面向智能建造的多專業實訓教學體系重構路徑［J］.高等建筑教育，2022，31（2）：152-159.

［10］"劉世平，駱漢賓，孫峻，等.關于智能建造本科專業實踐教學方案設計的思考［J］.高等工程教育研究，2020（1）：20-24.

Exploration of design of concrete structure course reform under the background of intelligent construction

LI Qingtao，"YUAN Guanglin，"ZHANG Yingying

（School of Mechanics and Civil Engineering， China University of Mining and Technology， Xuzhou 221116，P.R.China）

Abstract： Intelligent construction is based on traditional civil engineering majors，and it is a new direction of engineering development meeting the needs of national construction. As a core course of traditional civil engineering， the course of concrete structure design is still an important teaching link of intelligent construction. In order to meet the new requirements of talent cultivation， combined with the analysis of core courses of intelligent construction in domestic universities， this paper explores the reform measures of existing concrete structure design course knowledge， constructs a knowledge system suitable for concrete structure design courses under the background of intelligent construction， clarifies the role of concrete structure design in intelligent construction， and related achievements can provide reference for the teaching of structure design in intelligent construction.

Key words： intelligent construction; curriculum knowledge; structure design of reinforced concrete; reform exploration

（責任編輯""代小進）

基金項目：中國礦業大學力學與土木工程學院本科教學一流專業建設項目；江蘇省高等教育教改立項研究課題（2019JSJG224）

作者簡介：李慶濤（1980—），男，中國礦業大學力學與土木工程學院副教授，博士，主要從事混凝土結構研究，（E-mail）li.qingtao@cumt.edu.cn。