城市地下防护结构课程教学思考

万军 程盼

【摘要】城市地下防护结构是城市地下空间工程专业（地下防护工程方向）一门重要的专业课。本文根据该专业方向的人才培养目标，分析课程的地位作用和特点，在此基础上从注意课程之间的衔接、注重规范应用、加强实践教学、加强课外作业和课程设计、采用灵活考核方式等五个方面提出了改进课程教学的措施和方法。

【关键词】城市地下空间  防护结构  教学思考  理论教学

【中图分类号】G642.0         【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）40-0238-01

近年来，我国城市化发展非常迅猛，不少大城市出现了地面建筑密集、交通擁堵等城市病。为了缓解城市土地资源有限的现象，人们把目光投向了城市地下空间。在和平时期城市地下空间开发过程中，往往需要综合考虑其在战时的防护功能。城市地下空间工程专业（地下防护工程方向）培养既掌握城市地下空间工程的规划、建筑、结构、施工、管理等基本理论，同时还较系统地掌握地下防护工程设计、施工和监理等知识的人才。地下防护结构是城市地下空间工程专业（地下防护工程方向）重要的专业课程之一。如何在地下防护结构课程教学中夯实学生防护结构设计的基本功，是需要认真研究的重要课题。

一、城市地下防护结构课程的地位作用和特点

（一）课程在人才培养中具有重要的地位

城市地下空间工程专业（地下防护工程方向）的学生毕业后要具备从事地下防护工程的设计、施工、监理等能力。根据该专业方向的人才培养方案，地下防护结构课程的主要内容为防护结构计算的基本原理和地下防护结构的设计。通过课程学习，学生应能够正确分析作用在地下防护结构上的爆炸、冲击动荷载，掌握这些荷载在岩土介质和防护结构内传播的基本规律，并能够将上述动荷载和地下防护结构的自重荷载、岩土压力静荷载等进行正确组合，在此基础上分析地下防护结构的内力，并进行结构截面设计和构造措施选用工作。该课程和地下结构、钢筋混凝土结构设计、钢结构设计等课程相互衔接和结合，共同培养学生常用城市地下防护结构设计的能力。

（二）课程涉及理论多、内容难度大

地下防护结构课程的特点是内容多、难度大。其中防护结构计算原理部分主要包括空气冲击波的传播、岩土介质中应力波的传播、防护材料和结构的动力学性能以及结构在瞬时动载作用下的响应等内容，理论内容涉及空气冲击波、固体中的应力波、冲击结构动力学等范畴。理论内容涉及范围较宽广，对于土木工程大类的学生来说，上述内容对力学基础知识要求高，难度大。同时，防护结构设计部分则要结合城市地下空间工程常用的结构形式，根据结构所受的动荷载，进行内力分析、截面设计和构造措施的选用。其内容也很庞杂，学习难度较大。

二、改进地下防护结构课程教学的措施

根据该课程的特点和任务，提出如下改进课程教学的措施：

（一）注意把握好学生的知识基础和相关课程内容的衔接关系

防护结构计算原理部分涉及空气冲击波和岩土中压缩波传播规律方面的内容。本专业学生先修力学类课程限于弹性力学、理论力学、材料力学、结构力学、结构动力学，其在空气冲击波、固体中的应力波等方面的基础较为薄弱。在课程内容讲解中，要注意学生的知识基础，力求深入浅出。例如在介绍空气冲击波的传播规律和岩土介质中的压缩波的传播规律时，要注意从最基本的质量守衡、动量守衡和能量守恒定律开始，推导冲击波和压缩波传播过程中所遵循的基本规律。在防护结构设计部分，则要注意把握好和地下结构、钢筋混凝土结构设计和钢结构设计课程之间的衔接关系。重点讲清等效荷载法的基本思想，以及在其基础上进行荷载组合、内力计算、截面设计和构造措施选用等内容。

（二）注重概念清晰，弱化理论推导，注重规范公式应用

防护结构计算原理部分理论知识多，且涉及较复杂的理论推导过程。在该部分内容教学过程中，要注意贴合学生的力学基础，以及该专业方向主要培养工程应用型人才的特点。教学中要注意物理概念清晰准确，弱化理论推导过程。在防护结构设计部分的教学中，则要注意遵循防护结构设计相关规范的指导作用，培养学生按规范设计的习惯。同时在教学中注意讲清防护结构设计规范和普通民用结构设计规范的区别和联系。

（三）适当增加课程实验和工程参观内容，增加学生的感性认识

防护结构计算原理中的相关教学内容，例如空气冲击波的传播特性和规律、岩土中应力波的传播规律、应力波在不同介质界面上的反射和透射等，均从基本物理守恒定律推导而得到，比较抽象。学生在学习时难以形成直观的物理印象。为了提高教学效果，在教学中可以增加课程实验测试炸药爆炸引起的空气冲击波压力和岩土中压缩波压力的方法，使学生获得感性认识。同时，还可釆用LS-DYNA 等有限元程序，数值模拟空气冲击波遇到结构物之后的正反射、斜反射等现象，以及压缩波在遇到不同介质的界面时，其反射波和透射波的传播过程。此外，在防护结构设计部分，为了使学生对不同的防护结构类型有一个直观的感性认识，也可在教学中适当安排一些地下防护工程参观的内容。

（四）适当增加课外习题和课程设计作业，提高学生的动手能力

防护结构计算原理部分，理论知识内容多。为了促进学生更好地掌握相关理论知识，在教学过程中，应适当布置一定数量的相关原理、公式应用的课外习题。通过独立完成课外习题，促进学生对相关理论的复习和掌握。在防护结构设计部分，则注意结合不同的防护结构类型，给出课程设计作业。通过课程设计作业，使学生更好地掌握相关理论知识，并得到工程设计的初步训练。

（五）根据课程特点，选择灵活多样的考核方式

防护结构计算原理部分和相关设计规范结合紧密，经验计算公式繁杂。课程考核中主要考查学生对原理的理解和公式的正确应用上，不必要求学生死记硬背公式。对于防护结构设计部分则主要考查学生初步的工程设计能力，可以采用课程设计的方式进行考核。要求学生利用相关的规范，在课外完成特定类型防护工程的一定工作量的设计任务。通过上述两种考核方式的组合共同检测学生的学习效果。

三、结束语

总之，地下防护结构是城市地下空间工程专业（地下防护工程方向）一门重要的专业课程。针对该专业方向的人才培养目标和课程的特点，本文提出了注意课程之间的衔接、注重规范、加强实践教学、加强课外作业和课程设计、采用灵活考核方式等五种改进课程教学的措施和方法。

参考文献：

[1]方秦， 柳锦春.地下防护结构[M]. 北京： 中国水利水电出版社： 知识产权出版社，  2010.

[2]伍毅敏.土木工程生产实习的虚实结合模式及平台建设 ——以隧道工程生产实习为例[J].教育教学论坛，2013（19）：196～199.

[3]马亢.隧道工程课程教学改革思考[J].高等建筑教育， 2013（1）： 82-85.

作者简介：

万军（1975-），国防科技大学军事基础教育学院副教授，博士。研究方向：土木防护工程、军事基础教育。

程盼，男，国防科技大学军空天学院讲师，博士，研究方向：土木工程。