《拱坝设计》在水利水电工程专业本科生毕业设计中的指导心得

陈旭东 李宗坤 王建有 王娟

摘要：《拱坝设计》是水利水电工程专业本科生运用所学专业知识的综合检验，也是培养学生创新、实践精神的重要实践教学环节。为了使其最大限度地发挥作用，本文从设计任务书编制和指导方法两方面提出了指导过程中的心得体会。

关键词：拱坝设计；水利水电工程；指导实践；心得

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）24-0225-02

水利水电工程（简称水工）专业本科生的培养目标是：基础扎实、能力强、富有创新精神，在水利、水电等部门从事规划、设计、施工、科研和管理方面工作的高级工程技术人才。为实现该培养目标，要求学生必修静力学、动力学、结构力学、水力学、土力学、工程地质、工程测量、工程水文学、工程材料等基础课程，以及水资源规划与利用、水工建筑学等专业课程。然而，如何检验学生能否综合运用这些知识分析并解决实际问题呢？毕业设计无疑是一块重要的试金石，并且毕业设计的选题是重中之重。《拱坝设计》就经常被高等学校的水工专业选为毕业设计的课题，一方面，拱坝是一种经济性和安全性都比较优越的坝型，我国已建或在建了一批世界前列的300m级拱坝[1]；另一方面，拱坝结构复杂，在设计过程中牵涉的知识点多，能将水工专业毕业生所学课程有机结合。因此，《拱坝设计》作为水工专业毕业设计课题不仅具有很好的理论意义，还具有较高的实用价值[2]。但是，在实际过程中学生做毕业设计的时间是有限的，通常为14周，要在14周的时间内让学生综合运用所学知识完成《拱坝设计》，并重点培养他们的独立工作能力、分析和解决问题的能力、创新能力以及绘图和写作实践能力，就得在设计任务书的编制和指导方法上下功夫。笔者结合《拱坝设计》指导过程中的实际情况，在设计任务书的编制和指导方法两个方面分享一些心得体会并提出一些建议。

一、设计任务书的编制方面

1.设计任务要明确且工作量合适。目前《拱坝设计》的设计要求如下[3，4]：对水库进行洪水调节计算，确定坝顶高程及溢洪道孔口尺寸；对可能的方案进行比选，确定枢纽建筑物型式、轮廓尺寸及水利枢纽布置方案；通过比较确定坝的基本剖面与轮廓尺寸，拟定地基处理方案与坝身构造，进行水力、静力计算；对拱坝进行设计：选择建筑物的型式与轮廓尺寸，确定布置方案；拟定细部构造，进行水力、静力计算；决定枢纽的施工导流方案，安排施工的控制性进度。上述可见，目前设计任务不仅包括坝体以及泄水建筑物的轮廓尺寸确定，还包括细部构造的拟定和施工导流方案的选择，在实际的设计过程中，建筑物尺寸确定和细部构造的拟定部分学生们普遍做得较好，而施工导流方案部分则因为时间关系，鲜有做出细致方案者，基本流于泛泛而谈，因此，可把施工导流方案的确定和施工进度安排任务删减。这是笔者在任务书编制方面的建议之一。另外，设计坝体尺寸时，通常是先根据拱冠梁尺寸对坝体轮廓进行初步设计，然后对其进行应力和稳定验算，以便确定最终尺寸，在学生们的实际设计过程中，应力验算环节有的学生采用电算方法，有的采用手算方法。电算法利用计算机程序能够快速得到计算结果，但是具体计算步骤由于学生没有一步一步操作，会造成计算原理的不甚明了；手算法是学生一步一步进行计算的过程，加深了计算过程中概念和原理的理解，但在计算机程序方面的锻炼欠缺。为了既培养学生对基本概念、基本原理的掌握，又提高其计算机语言方面的能力，笔者建议在任务书里明确需要采用电算法和手算法两种方法分别进行验算，这也是笔者在任务书编制方面的第二条建议。

2.原始资料编制要详细具体。拱坝设计通常是设计一座具有防洪、发电、灌溉、渔业等综合作用的大坝，为此需要给出相应的自然地理、工程地质、筑坝材料、库区经济等方面的原始资料，主要包括流域概况、气候特性、水文特性、库区工程地质、坝址处工程地质、砂石料、库区作物种植情况等。目前这些原始资料的编制已较为详细，只是有些图（包括水位—容积关系曲线、水位—流量关系曲线和设计洪水过程线图）的坐标刻度偏于稀疏，致使学生在读图时存在较大误差，从而影响设计工作的顺利进行。根据这一实际情况，笔者建议在任务书所涉及的图形资料制作时可以尽量缩小刻度使得图形更加详细，以方便学生读取数据并减小误差。

二、指导方法方面

1.引导适度重在启发。所谓“师者，传道受业解惑也”，指导教师顾名思义是对学生起指导作用的教师，而具体指导时也存在“度”的问题。设计之初，如果只是给学生下发设计任务，不进行讲解，学生难免会出现“面对原始资料和设计任务，不知如何下手”的情况，这不仅会浪费时间还会使学生产生畏难情绪，不利于设计工作的顺利开展；假如直接告诉学生采用何种方法通过哪些步骤进行设计，又不能充分调动学生的主观能动性，起不到培养学生独立工作能力的作用。只有循循善诱的给学生讲解设计任务和原始资料，使其对拱坝设计有清晰的认识，并激发其兴趣，才能调动学生进行设计的积极性。设计之中，当学生遇到问题时，如果一味地让学生自己思考、钻研，便起不到指导教师的指导作用；相反，只是告诉学生解决问题的办法，问题看似解决了，但学生遇到类似问题时，不一定能很好地解决。正所谓“授之以鱼不如授之以渔”，只有逐步给学生讲明问题的来龙去脉，让学生切实参与其中进行思考，并给予适时地启发，才能使学生不仅学会了如何解决这个问题，更掌握了解决此类问题的方法。比如，针对拱坝设计时泄洪方案的选取问题，首先和学生探讨泄洪方案有哪些，该工程坝址处的地形地质条件如何，初选的泄洪方式是什么，通过这一系列的发问与思考，可以初步设计为坝身泄洪方式，而细化到坝身泄洪的具体形式，还需要引导学生思考是利用表孔还是浅孔，抑或是中孔进行泄洪，这些又需要根据什么确定，使学生在思考之后能自然想到“泄洪量”这一概念，它是由调洪演算得来，用于泄洪设计的一个重要参数，起着贯通前后的作用。那么，思考到这里思路就明朗了：先进行调洪演算求得设计水位下的下泄流量；根据坝址处地形地质条件初选坝身泄洪方式；利用已经求得的下泄流量设计孔口尺寸，并对表孔泄流、中空泄流等方案进行比选，最终确定泄洪方案。综上所述，适度引导和重点启发不仅有助于培养学生的独立工作能力，还能提高其分析问题、解决问题的能力，并激发其创新潜能。因此，笔者建议在拱坝设计时指导教师引导适度、重点启发，这种方法除了能指导学生顺利完成毕业设计，还能在实现水利水电工程专业本科生培养目标方面发挥重要的作用。

2.严格要求重在培养。《拱坝设计》涉及静力学、动力学、结构力学、水力学、土力学、工程地质、工程水文学、工程材料、水资源规划与利用、水工建筑学等课程知识，设计内容不仅包括枢纽建筑物的总体布置、拱坝剖面尺寸设计、泄水建筑物设计等计算内容，还包括设计说明书的编制，以及设计图纸的绘制，所以，拱坝设计是一项艰巨的毕业设计任务。但是，在实际的指导过程中发现：尽管设计任务相对较重，最终学生们还是能够圆满完成了设计任务。笔者认为这与平时对学生的严格要求和重视对学生的培养是分不开的。这里的严格要求主要包括考勤严格、计算严谨、图文规范等方面。学生的出勤率反映了其认真刻苦的程度，所谓天道酬勤，只有脚踏实地付出努力，才有可能收获胜利的果实，尤其是对于普遍认为艰苦的水利行业，艰苦耐劳是一名优秀的水利工作者应有的重要品质。水利工程的设计经常需要“经济性”与“安全性”之间的平衡，只顾经济性可能会导致工程存在不安全的隐患，然而太关注安全性，又有可能造成资源的浪费，使得所设计的工程经济性不够，只有对各种方案进行“经济性”和“安全性”方面的比选，才能寻找出最优方案，而这个过程离不开缜密的思维和严谨的计算，所以严格要求学生计算严谨也有着重要意义。在设计说明书编制时，严格要求学生采用统一、规范的格式，这也是写作实践能力培养的关键内容，而在图形绘制时更应该规范绘制，这样才能方便读者查阅。由上可见，对学生进行严格要求，不仅在于做好《拱坝设计》本身，更重要的是提高了学生的综合素质，有利于将其培养成一名优秀的本科毕业生，进而为社会发展做出重要贡献。

《拱坝设计》对水工专业本科生培养具有重要的理论意义和实际价值，可用于检验并提高水工专业本科生的独立工作能力、分析问题解决问题能力、创新能力以及绘图写作实践能力等方面。然而，由于《拱坝设计》涉及知识点多，设计内容丰富，对于学生和指导教师而言都是一项艰巨的任务。结合《拱坝设计》的指导经历，总结一些心得和建议，希望能为高等学校相关学科的教学指导实践提供一些参考。

参考文献：

[1]陈坤孝，冯继军，戴旭东，等.拱坝技术的研究与应用[M].北京：中国水利水电出版社，2012.

[2]索丽生.水利水电工程专业毕业设计指南[M].北京：中国水利水电出版社，2001.

[3]河海大学.水利水电工程专业拱坝设计任务书[R].南京：河海大学，2015.

[4]郑州大学.水利水电工程专业拱坝设计任务书[R].郑州大学，2015.