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開篇:寫作不僅是一種記錄,更是一種創造,它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感,將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇土木新材料論文,希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友,陪伴您不斷探索和進步。
關鍵詞:土木工程材料;改革;畢業設計
“土木工程材料”n程是土木工程等專業必修的技術基礎課,同時,也是為混凝土結構、鋼結構、材料力學等專業課的學習打下良好的堅實基礎。土木工程材料課程的學習內容是介紹土木工程材料的基本性質、應用范圍、檢測方法,了解材料的性質、結構以及改善的途徑,使學生在以后的學習工作中合理選擇并且使用土木工程材料,并為學生今后從事土木工程專業技術工作提供基礎理論和技能訓練。隨著建筑行業專業經營模式的變化,社會對創新型、綜合型人才的需求量日益增大,土木工程材料課在工程建設中的重要性就體現出來。為適應大土木培養的要求,傳統的以驗證性實驗為主的教學模式已經不能滿足人才培養的需要,我們需要對土木工程材料課進行改革和創新,并且及時調整教學內容。
一、土木工程材料教學現狀
土木工程材料課程的涉及內容種類繁多,材料之間的邏輯性不強,而學時相對偏少,記憶內容偏多,導致學生對材料課程理解不深。考試結束,學生就會忘得一干二凈,最終使得學生在材料的選擇使用方面知識欠缺,給以后工作帶來困難。
隨著當今世界科學技術的飛快發展,新材料、新工藝層出不窮。隨著社會分工的細化,建筑行業的分工也在細化,國內專門從事新材料開發與提供施工服務的企業已參與到設計與施工中。但是,水泥和混凝土依舊是當今社會中經常使用的材料,并且在將來的相當長的一段時間里占據著重要的地位。所以土木工程材料實驗教學結構相對穩定,對理論課程的依賴性比較強,致使實驗課程和時代脫節,降低了學生的求知欲。
傳統的實驗教學模式就是先由實驗教師講解實驗任務和實驗過程,然后學生按教師的要求分組進行驗證性實驗。實踐證明,這種“驗證式”的實驗教學模式難以激發學生自主學習的興趣,已經不適應當前以素質教育為核心,以培養學生創新能力為重點的高等教育體制。
現如今,隨著土木工程類高等院校課程的調整,材料實驗課程的課時相對較少,學生很難去做一些有意義、具有綜合性和設計性的創新型實驗,不但減少了學生的試驗次數,也很難激發起學生做實驗的興趣。
二、實踐教學改革措施
1.優化實踐教學大綱
實踐教學是實驗課中最為重要的環節,學生通過做實驗來驗證書本中的理論。為了增強學生的動手能力,并培養學生養成嚴謹的科學態度,鍛煉學生進行科研的能力。我們積極進行實驗教學的改革和實踐,及時調整更新實驗課程內容。針對上述現狀,我們進行了如下改革,并且取得了良好的效果。
將教學內容提前發放給學生自習,在實驗課時教師做重點以及難點的講解,通過預習和講解,減少贅述時間,從而使學生擁有更多的時間去做實驗。實驗前不再重復講述課程內容,節省了時間,更多的是提高學生們的動手實踐能力。
增加實驗內容。由于實驗課大幅減少了實驗內容的講授環節,實驗時間大為增加。在原來實驗內容的基礎上,增加鋼材實驗多方案設計、水泥性質多方案實驗、混凝土性質多方案設計等實驗,使實驗內容能夠覆蓋大多數的材料。
增加了設計性實驗。改變之前的驗證模式,將水泥、砂、石、混凝土和砂漿實驗合并起來,作為2個設計性實驗。通過設定混凝土和水泥砂漿的各類指標,讓學生對原材料進行性能檢驗、配合比設計等任務,并根據實驗的結果進行經驗總結。
為進一步提高學生的動手時間能力,根據我校提出的實驗課程要具有“演示性”“驗證性”“設計性”和“綜合性”的要求,提出了開放土木工程材料實驗室,設立綜合性實驗課程。初步設想開設綜合性實驗課程,配合各類專業課進行綜合性實驗。
隨著科技生產力的提高,各種新型材料也在不斷應用于工程實際當中。所以,在之前實驗的基礎上,可以增加一些有意義的實驗內容,提高學生們的興趣。可以組織一些實驗設計大賽,鼓勵學生們積極參加,內容形式不限,發揮學生的自主性和積極性。按照要求完成實驗比賽內容,并寫出實驗報告或論文的,可以得到課外活動學分1~3分。這樣,不但激發了學生學習的積極性,鍛煉了學生發現問題解決問題的能力,而且并且培養了學生的科學精神和創業精神,也促進了老師與學生的相互提高。
2.開設研究型畢業論文設計選題
學生參加研究型項目需要和學生自身的能力一致,所布置的任務或者實驗不要超出學生的能力范圍,找不到切入點,這樣也不能達到預期的目的。將橫向課題或者縱向課題加入到土木工程材料實驗課中去,授課老師在課外花更多時間和精力去指導學生們進行科研項目,并給學生提供實驗所需的材料及其設備,使學生能夠從中得到能力的鍛煉和提升。根據其縱向或橫向課題確定畢業論文選題。通過參與科研項目的研究,學生可以協助老師解決與科研項目相關的科學難點,并且為自己以后的畢業設計選題確立方向,為以后的畢業設計做良好的鋪墊。
三、結語
通過對土木工程材料實踐教學進行改革,優化實踐教學大綱,學生課前自主預習,減少贅述時間,增加做實驗時間和實驗內容,增加設計性實驗,鼓勵學生參加,并給出相應的獎勵。在土木工程材料教學實踐過程中,將科研項目和實驗教學有機結合,指導學生參與授課老師的科研項目活動,讓學生不但能夠很快的理解并吸收知識,而且鍛煉了學生們的動手能力,使學生們真正學到相關的專業知識,從而圓滿完成教學任務。
參考文獻:
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1980年夏天,正在讀研的徐世慕名拜訪了來大連開會的著名混凝土大壩溫控專家朱伯芳,就此確定碩士論文題目。由此,他與“混凝土斷裂力學”結下了不解之緣,并成為他人生大部分時間為之孜孜努力的研究方向。
2009年11月16日,徐世正式出任浙江大學建筑工程學院院長,他面對的仍然是打了30年交道的實實在在的“混凝土。不同的是,他正在努力地將傳統的硬且脆的混凝土,通過科學的魔方,改良成為具有優異的柔韌性能的混凝土材料新品種。
“我將繼續發揮學術專長,帶領建工學院的學科集群走向國際一流。”56歲的徐世平靜地說。
“最年輕的元老”
1979年夏天,徐世考上大連工學院(現大連理工大學)趙國藩院士的碩士研究生,在確定研究方向的時候,他早早地做起了準備,并瞄準了當時國內還沒有開始研究,國際上才剛剛興起的混凝土斷裂力學研究領域。1980年,時任國家水利電力部總工程師的中國科學院學部委員潘家錚老先生、中國水利水電科學研究院結構材料研究所所長于驍中先生剛剛在《水利學報》上發表了關于混凝土斷裂力學方面的研究論文。徐世對該方向的研究興趣更大了,但是對其發展前景還不是十分明晰。
正巧,中國水利水電科學研究院的朱伯芳工程師正在大連工學院參加一個學術會議。“朱院士是研究大壩溫控的,那時他在國內已經很有名氣。我去拜訪他,想聽聽他對于我選擇混凝土斷裂力學作為研究方向的意見。”當時的徐世此前也未曾有與朱伯芳謀面的機會。但朱伯芳毫無保留地把自己的想法告訴了徐世。“他對我說,60年代就想從事混凝土斷裂力學研究,但是組織不同意,安排我去三門峽大壩研究大壩溫控。現在有機會了,就要好好做。這個領域,是一塊肥沃的土地,只要你辛勤耕耘,一定能收獲很多的果實。”
研究方向確定下來了,但隨后又碰到更為棘手的問題――缺乏試驗和測試設備。“我當時所有的研究經費總共不過500元,但要做斷裂力學試驗,必須測試裂縫口張開位移,所需要的夾式引伸儀一支就要800元。”為了得到準確的數據和結果,從沒做過實驗儀器的徐世決定自己動手做一支夾式引伸儀。
經過一番打聽,徐世找到大連工學院機械系衛國強副教授尋求幫助。衛老師告訴他,加工夾式引伸儀需要16硅2錳彈簧鋼,但這種彈簧鋼在市場上買不到。這讓徐世傻了眼。“市場上買不到,我就一家一家地到企業去打聽。”
功夫不負有心人,經過整整1周的尋找。徐世娘終于在一家軍工廠找到這種彈簧鋼。“但他們不賣給我。因為我想買1公斤,他們說要買就得買一捆,一捆是32公斤。”徐世一咬牙,就把這32公斤的彈簧鋼搬回了實驗室。隨后,徐世又找到學校基建處,希望買些實驗用的木材水泥、砂與石子。“我告訴他們我手上僅剩的一點經費,看能買多少?基建處的老師說,你這點錢買一樣材料都不夠。算了,我們送給你得了,也算為你的研究工作做些奉獻。”
“走進科研殿堂的第一步,我是在大家的無私幫助下完成的。”徐世感激地說,自己當時只有滿腔熱情和一股子韌勁,是老一輩科學家的熱誠幫助和周圍同事的鼎力支持給了他無窮的力量。“經歷的這些小挫折,也是一筆不小的財富。我會以平常心對待科研中碰到的困難,努力去尋找解決困難的途徑和方法。”
1981年的冬天,徐世終于完成了自己的研究課題。在當年舉行的第一屆全國巖石混凝土斷裂力學學術會議上,他的研究論文被《水利學報》和《冶金建筑》(現為《工業建筑》)兩個期刊選中。這是他進入混凝土斷裂力學這個領域以來發表的首篇學術論文。與他的論文同樣受關注的,還有他的實驗測試儀器。徐世娘回憶說:“國內很多同行買不到16硅2錳彈簧鋼。后來他們找到我,我就陸續郵寄給他們,解了他們研究中的燃眉之急。”
自涉足混凝土斷裂力學領域的研究以來,徐世就一直執著于國內研究混凝土斷裂力學的研究。1985年,在河海大學舉行的一個學術會議上,徐世就被與會的一些老教授稱為這一領域“最年輕的元老”。“搞基礎研究不僅難度大,周期長,而且要耐得住清貧。”徐世說,建筑行業本身來錢又快,一旦受到市場誘惑,很多人就直接下海了,能堅持到最后的很少。“到我2004年從德國回國后發現,原先僅有的幾個同行早已退休了,那時真的感到愈發寂寞。”
重視科學原創,服務國家建設
傳統混凝土易開裂,嚴重影響了工程質量,成為引發工程事故的主要原因之一。問題的根本在于混凝土的抗拉強度低、韌性差和開裂后裂縫寬度難以控制等缺陷。為克服混凝土這些不足,徐世帶領他的科研團隊,圍繞國家大項目潛心研究,努力攻關。
“建筑為什么會壽命短,是因為混凝土易開裂,開裂之后引起鋼筋銹蝕,導致膨脹,又進一步引發更大范圍的破壞和開裂,這樣就對這個建筑結構產生嚴重的危害,從而致使結構失效,喪失使用功能。”徐世說,從事混凝土斷裂力學研究的目的,就是要找到減少裂縫危害的理論支撐。甚至是研發新材料的理論基礎。
1983年,徐世撰寫基金申請書,并作為主要研究者完成了國家自然科學基金第一批獲準項目“混凝土斷裂和損傷的機理”。在這個項目中,他采用激光散斑干涉法,發現了混凝土裂縫失穩斷裂前存在著裂縫的穩定擴展階段和斷裂過程區,并提出了混凝土斷裂概率模型和尺寸效應公式;1984年,徐世又負責承擔了水利水電科學基金項目“混凝土斷裂韌度的尺寸效應”的研究工作。考慮到工程實際的需要,徐世和他的課題組成員大膽地進行了國際上最大尺寸和最大規模的混凝土I型斷裂韌度測定,在國際上最早將光彈性貼片法應用于測量混凝土斷裂過程區,發現了當試件高度大于2米時,混凝土斷裂韌性為常數,其斷裂過程區長度的影響可以忽略,線彈性斷裂力學理論可以直接應用于混凝土大壩的裂縫安全評定。課題的成果已應用于我國東風拱壩裂縫的防治分析中;1986年,徐世在“七五”國家重點科技攻關項目“混凝土裂縫的評定技術”的全國招標會上中標。徐世制定了詳細的研究計劃,帶領課題組成員開展了大規模的全級配混凝土斷裂實驗研究。該研究為我國高混凝土壩的裂縫防治技術作出了重大貢獻。
1992年,徐世遠赴德國繼續他的研究。當時,德國卡爾斯魯爾大學的赫爾斯道夫教授,對徐世完成的國際上最大混凝土斷裂試件的斷裂力學實驗研究成果很看重,幫他聯系到了當時正值盛年的斯圖加特大學奧托格拉夫研究所的萊茵哈特所長,建議他去德國之后在萊茵哈特教授那里開展合作研究。赫爾斯道夫教授還專門給德國洪堡基金會寫了推薦信,幫助徐世獲得了德國洪堡基金會研究獎勵基金。
在德國經濟和工業最發達的城市,徐世度過了他依然忙碌的國
外研究歲月。萊茵哈特教授為徐世提供了良好的工作條件、自由而寬松的研究環境,配備了強有力的實驗研究小組。“德國教授擅長把基礎研究與工程相結合,讓我受益匪淺”。在這里,徐世解決了國際上一直未能解決的純剪切斷裂試驗研究的理論基礎和實驗方法,首次實現了各向異性材料和混凝土材料的純II型斷裂韌性和斷裂能的測試。特別是利用這個難能可貴的可以靜下心來潛心研究的機遇,他系統地完成了混凝土雙K斷裂模型和基于裂縫粘聚力的裂縫擴展阻力新KR曲線的理論架構和基礎。
1998年開始,為發揮徐世的學術專長,大連理工大學支持他建立了國內課題組。徐世同時帶領這個課題組開始了對“混凝土裂縫擴展的斷裂理論與分析方法”的研究。這是基于國家杰出青年科學基金項目開展的課題。通過大量實驗研究,他們取得了一系列創新性成果:系統測試了混凝土的雙K斷裂模型的斷裂參數,測試了不同混凝土等級的基于裂縫粘聚力的裂縫擴展阻力新KR曲線,建立了以能量釋放率為參數的雙G斷裂模型及新的GR阻力曲線理論等。近年來,該研究成果已經在三峽大壩裂縫穩定性分析等國家建設中得到廣泛應用。2005年6月,該成果還被作為制定我國水工混凝土斷裂韌度測試規程的基本理論。
“從1998年開始,我的研究開始從‘混凝土的斷裂韌性’轉向‘韌性斷裂的混凝土’。”徐世說,轉變的目的是希望通過改變傳統的配制混凝土的方式,設計制造新型的混凝土材料,實現節能環保。“傳統的混凝土是脆性的,它的抗拉強度比較低,再怎么進行溫控,也很難避免出現裂縫,所以必須要提高材料的韌性、增強材料自身抵抗開裂的能力。”
2000年,徐世帶領其國內課題組率先開展了超高韌性水泥基復合材料(UHTCC)研究。2004初,徐世完全回國后,這一研究工作取得了加速進展,在國產膠凝材料基礎上研制出極限拉伸應變高達3~6%和撓跨比高達12%的應變硬化UHTCC新材料。這項研究工作改善了普通鋼筋混凝土本征缺陷,可解決普通鋼筋混凝土梁長期使用安全性下降和服役時間達不到設計壽命的問題。俄羅斯《大眾機械》雜志2007年撰文將該材料列為未來能夠使人類生活因此而更加完美無缺的十大新技術之一,與其并列的有相變隨即閃存,汽車智能一體化、可印制太陽能電源技術、防偽護照、人體局域網、等離子電弧汽化技術、網絡視頻技術、聰明藥丸等。
“現在橋梁橋面鋪裝用的混凝土為了防止開裂,鋪得都很厚。如果采用超高韌性水泥基復合材料,橋面鋪裝厚度可大為降低,橋梁自重得以減輕,相當于橋上的汽車載荷可以忽略不計;現在的隧道襯砌一般都用60~80公分厚的混凝土澆筑,如果使用新材料,降低它的厚度,隧道的開挖量減少了,用的混凝土也減少了。特別是,我們國家基礎設施的重大工程結構。比如大型橋梁、高混凝土壩、城市地鐵和城市建筑使用壽命如果能達到100年甚至300年以上,這樣就能真正實現國家財富的積累和真正意義的節能環保―我們不用生產那么多水泥、不用去挖那么多山和毀壞那么多植被了,就可以造福于我們的子孫后代了”徐世說。
以創新帶動學科發展
原大連工學院老院長錢令希先生來自浙江大學,他給徐世留下了很深的印象。“錢老先生身上體現出來的浙大人的‘求是’精神,真的讓我打心眼里佩服。”徐世說,“求是”才是科學態度,才是科學家應該堅持的。“正是錢老先生力邀,叫我從德國回來的。能有機會到浙大工作,更應秉承‘求是、創新’的校訓,并將這個理念貫穿到我的管理和科研中。”
在受聘擔任浙江大學建筑工程學院院長前,徐世像做基礎研究一樣,對國際頂尖大學士木工程學科的設置和研究方向等進行了比較研究。他發現,這些國際頂尖的大學越來越重視土木與環境工程的相互影響,特別注重學科交叉、新材料和新材料結構的研究。徐世說,材料的創新是土木工程結構領域最帶有革命性的根本創新,是學科發展的制高點。目前高性能混凝土材料在世界著名大學得到了廣泛研究,其研究趨勢已經從傳統的被動地研究材料和結構的性能,包括研究材料和結構的斷裂性能、耐久性能,可靠性等,轉向主動地根據工程需求研究出具有集多種高性能性質于一身的高性能材料和結構。“有趣的是,這些研究高性能材料和高性能結構的學者,大多是我在混凝土斷裂力學領域的研究同行。”徐世說,“我們站在同一個起跑線上。”
根據研判和實地了解,徐世描繪了浙大建工學院土木工程學科(已有80余年厚實發展歷史學科)的愿景――學科發展為國內一流、在國際上具有重要影響的學科集群:巖土工程、空間結構傳統優勢學科進一步增強,水利工程學科和建筑學實現跨越式快速發展,同時大力發展交通工程學科。經過幾年的努力,土木工程學科進入國內前3名,水利工程學科進入前5名、建筑學進入前8名,在大平臺建設上邁出一個新臺階,承擔具有較大影響的國家大項目,在土木水利工程學科幾個主要領域出現若干具有國際前沿水平和影響的學術成果。
“要實現學科的可持續發展,重要的是營造一個以創新為核心的寬松的學術環境。”徐世說,根據他自己近30年不斷從事科學研究的經歷和領導創新團隊的管理經驗,他認為三個“三分之一”的科研力量分布配置是比較科學的:三分之一的科研力量從事大平臺、大團隊建設,承擔和完成對國家建設具有重要貢獻、對提高學校學術聲譽具有顯著影響的大項目、大成果,三分之一的科研力量從事工程科學的研究,進行長期持續性的原創積累;三分之一的科研力量從事為社會服務的橫向工程項目的工作。
關鍵詞房屋建筑學 建筑節能 教學設計
房屋建筑學作為土木工程專業一門承上啟下的專業課基礎課,其內容不僅涵蓋基本的建筑構造原理,同時涉及建筑構造設計前沿內容。在以往學者們的教學研究中,對房屋建筑學教學體系改革研究的較多,但對某一章節的教學研究較少,也有學者對樓梯等章節的教學方法及策略做了探討,但對房屋建筑學中建筑節能相關知識的研究鮮見報道,建筑節能知識與房屋建筑學教學息息相關,同時為建筑業發展的趨勢之一。如何提高教學效果,教學設計環節尤為重要。本論文選取房屋建筑學中建筑保溫隔熱構造部分(建筑節能相關內容),對這部分教學設計教學探討及實例說明,以期提高房屋建筑學課程的教學質量。
1建筑節能知識在土木工程專業課程設置及課程教學中的現狀及必要性
能源問題是己成為世界各國普遍關注的問題。在社會能耗的三大能耗中,不管是發達國家,還是發展中國家,建筑能耗己占社會總能耗的大戶(約占30%~40%)。為實現可持續發展的戰略,建筑節能己成為我國一項基本國策。高校土木工程專業作為培養未來建筑師與工程師的搖籃,如何培養土木工程專業學生的建筑節能理念與工程素養,是一個亟待解決的現實問題。
房屋建筑學是土木工程專業的一門非常重要的專業課,建筑節能知識與房屋建筑學教學息息相關。但在以往房屋建筑學的教學中,建筑節能知識主要體現在墻體與屋面的保溫隔熱構造這部分內容,有些教材中甚至把保溫隔熱這部分內容分別融入到墻體和和屋面,沒有獨立的知識體系,在課時分配是這部分知識占比重較少,強化不夠,所以在土木工程整個專業體系學習中,這部分內容給學生留下的印象并不深。
2教學設計原則
研究在傳統教學設計原則的基礎上,筆者認為還應針對建筑保溫隔熱這部分知識的特點,注意以下問題。
2.1培養學生節能意識,樹立節能理念
在教學中,明確保溫隔熱的目標:即在保證室內基本的熱環境質量,同時建筑節能。圍繞三要素的關系:即人、環境與建筑之間的關系;協調好三因素之間的關系,即協調好建筑、環境c人三者之間的協調關系,引導學生建立節能理念;講課以設問開始,然后探究原因,解析機理,重點難點突出。不同層次知識層層展開,最后得出解決問題對策
講解中首先讓學生認識當前建筑能耗現狀及存在的問題,比較分析分析節能潛力,導入建筑構造應與建筑節能相結合,潛移默化,引導學生建立建筑節能理念。比如,比較分析我國某地區與氣候環境相近的發達國家在建筑能耗方面差距,探究其原因――分析兩者在建筑材料應用和建筑構造設計上的差異,最后提出改進措施。
2.2體現先進性、地域性、靈活性原則
第一,體現先進性原則,保溫隔熱部分不僅要學習基本的保溫隔熱構造原理,同時,隨著時代的發展,新的節能設計理念,新的節能構造技術,新的節能構造原理不斷涌現,教師在教學中在講清基本原則的同時介紹建筑節能新理、念新技術及新材料,分析其發展趨勢,引導學生去思考,去探索。第二,體現地域性原則:自然環境影響很大程度上影響著建筑節能設計,在講解中應分析本地區氣候特征,當地傳統節能構造技術,在此基礎上引導提出適宜當地的建筑節能構造技術。在講課中不拘泥與課本內容,同時不拘泥課堂形式,體現教學的靈活性原則。
3教學設計
3.1教學目標
教學目標指導著教師的教學行為,在教學設計中起著舉足輕重的作用。教學目標主要包括:知識與技能、過程與方法、情感與態度三個層面。
在傳統的房屋建筑學教學中,教師多還停留在知識傳授與技能層面,對教學“過程與方法設計”不夠重視,更缺乏在教學過程中對學生情感及價值觀的培養,導致學生僅掌握理論知識,而忽略學生其他方面的發展。而在建筑節能這一章的教學中,筆者認為喚起學生的節能意識,樹立節能理念的情感和價值觀的培養尤為重要。
3.2教學策略
為達到教學目標,教師應采取一定的教學策略。本章節的教學策略主要采用理論講授,知識問答、課堂討論、引導探究等。
3.3教學設計示例
【教學目的】
(1)保溫隔熱的目標;(2)保溫隔熱的途徑;(3)常見的保溫材料。
【過程目的】
(1)通過學習,增強學生的節能意識,樹立建筑節能理念,掌握建筑節能構造技術;(2)通過激發學生的創新意識。
【教學思想】
介紹我國能源現狀,目前我國建筑節能現狀及建筑設計需求,國外建筑節能發展歷程及發展趨勢,引出現階段保溫隔熱目標。通過我國建筑熱工區劃,明確當地保溫隔熱設計要求。
通過熱量在建筑中傳遞的原理。得出減少熱量損失的途徑。再介紹水蒸氣對建筑保溫的危害,及解決的途徑。通過圖片認識現有的建筑保溫材料,啟發學生如何利用當地的資源,開發建筑保溫材料。
【教學內容】
(1)建筑保溫隔熱基本目標;(2)我國建筑熱工區劃;(3)降低建筑護結構熱損失的方法;(4)建筑隔熱保溫基本概念掌握;(5)水汽對建筑熱工性能的影響。
【重點難點分析】
(1)建筑保溫目標;(2)水蒸氣在建筑護結構中的傳遞及對保溫的危害。
【教學策略及方法】
課堂教學以教師為主導、但充分調動學生的主體作用,教學方式采用多媒體,教師首先講解基本原理,再結合實際提出問題,引發學生創新思考,師生共同討論,最后提出對策等策略,在教學過程中盡量營造寬松愉快的學習氛圍,引導學生進入情景,激發其思考的積極性,最后達到滿意的教學效果。
【教學過程】(表1)
考研的沖擊考研熱已是大學校園里的一種風氣.據調查,近年來有的大學應屆畢業生報考研究生比例達到60%-70%,有的甚至高達80%-90%,我院土木工程專業連續兩年的考研比例也達到60%.究其原因,一是部分學生真正喜歡科學研究工作,通過讀研在教學、科研上有所成就,這是考研學生中最值得肯定的;二是相當一部分學生嫌棄施工工作的辛苦,不愿到施工單位就業,想通過考研回避;三是一部分學生人云亦云,別人考我也考試試;還有則是順應家長對其“成龍成鳳”的期盼,不一而足.另外對于地方一般大學而言,學生就業缺乏競爭力,想通過考研來圓自己的重點大學夢,從而提高就業砝碼則是相當部分學生的考研主因.考研的學生忙于復習考研課程,忙于參加各種考研輔導班,而生產實習一般安排在第六、七學期進行,與考研時間鄰近而“沖突”,這使得要參與考研的大部分學生已經無心實習.實習教學力量薄弱由于高校的擴招,教師數量的增加遠遠沒有跟上學生數量的增加,導致生師比過大,這在一些新建土木工程專業尤甚.在實習教學的實施過程中,由于主要靠教師負責管理學生,而教師自身的理論課教學與科研任務一般較重,沒有充足的時間到施工現場去管理學生,加上一個教師負責多個實習點的管理,所以對學生的管理力度不夠.雖然學院聘請一些施工單位的工程技術人員做兼職實習指導教師,但由于工程緊張,任務繁忙,現場工程技術人員無法安排較多的時間認真指導學生.雙師型教師缺乏,指導的針對性不強.實習指導教師應具備一定的專業理論知識,更應具備豐富的工程實踐經驗,即“雙師型”教師.而現實情況卻是本科高校中雙師型教師十分缺乏.主要原因一是近年來高校人才引進唯高學歷,工程型人才往往因為學歷不達標無法引進;二是學校長期以來不同程度的重“學”輕“術”的導向,導致教師往往喜歡呆在辦公室內做學術、寫論文,而不愿到工程一線鍛煉.目前帶實習的任務一般由年青教師擔任,年青教師一般為近幾年畢業的碩士或博士,出校門,進校門,普遍缺少施工、設計方面的實踐鍛煉,工程經驗缺乏,指導實習時很難有的放矢,學生遇到的問題難以得到及時解決.
實習基地建設不能片面追求數量的增加,而是通過建設實習基地尋求互利雙贏并向縱深延伸的實質合作關系.協議一方面規定建筑公司有義務接納實習學生,為學生實習提供便利和指導;另一方面也規定學校有責任為合作企業提供相應的技術支持.例如,我院派出一名鋼結構博士做為科技特派員為山東中通鋼構建筑有限公司提供技術支持,幫助企業解決技術難題,同時每年推薦優秀畢業生到公司工作.目前,該公司已成為我校的定點實習基地,每次實習,公司都設專人為學生指導,公司還在學院設立了“中通鋼構”獎學金,每年拿出2萬元用來資助我院品學兼優的學生.注重教師工程實踐鍛煉,建立雙師型教學團隊為了提高實習指導教師的實踐能力,我們一方面鼓勵教師到企業兼職,深入生產第一線,了解、熟悉工程技術、工藝流程等,以鍛煉自身的實踐能力;另一方面有計劃地安排青年教師做為科技特派員或者以橫向課題合作方到企業鍛煉,使他們有更多機會與企業的技術人員、管理人員交流,或參與企業的工程設計、施工、項目管理等環節.這樣不僅可以從那里了解到新工藝、新技術、新材料等方面的信息,而且可以發現教學環節與實踐環節脫節的地方,還可以及時了解到工程施工過程中遇到的技術難題.這都有利于教師及時調整教學內容和從事相關的科研活動,有助于他們將所學的知識與生產實際相結合,提高自身的工程能力、科研能力和學術水平;第三,鼓勵教師參加各種執業資格考試與培訓,土木系已有近半數教師獲得國家一級注冊結構師、注冊建造師、注冊監理師、注冊造價師的職業資格.這些執業資格的獲得為他們聯系企業、融入企業,指導學生的實習具有良好的促進作用.創新實習教學模式,提高實踐意識李培根認為,工程教育應注重培養學生的實踐主體意識和實踐常態意識,應該在整個學習與教育過程中充滿實踐意識,讓實踐意識成為教師和學生在整個教育學習過程中的常態意識[2].為了充分調動學生的實習積極性,提高實習效果,我院積極探索改革實習模式,主要做法有:一是充分利用校內和學校周邊工程建設資源,將實習教學環節貫穿于大學四年的整個學習過程,組織動員學生利用課余時間經常到工地參觀.二是將實習與大學生社會實踐相結合,進行關于新工藝、新材料、施工新方法的社會調研,形成調研報告或論文,并擇優在學院自辦期刊《觀筑》上發表,或者經教師指導修改后推薦到科技期刊上公開發表,這種做法在很大程度上能調動學生的實踐積極性,養成勤于思考、善于觀察的良好習慣,培養學生從工程實踐中獲取信息的能力,也提高了工科學生的語言表達能力.第三,將實習和學生未來的職業取向相結合,在實習教學中讓學生充分認知土木工程行業中的職業形態,熟悉未來所從事職業的具體工作及要求,從而提高學生的職業意識和實踐意識.
做好實習宣傳發動,在思想上重視實習要從根本上提高學生的實習質量,首先要提高學生對實習重要性的認識[3].從大一新生入學專業教育開始就向學生宣傳實踐教學的重要性,宣傳理論聯系實際的必要性.在職業規劃教育中,教育學生大學畢業后不管從事施工、設計、監理還是從事項目管理等工作,或者考研后從事科研、教學工作,實習都是不可或缺的學習環節.首先,通過實習,大學生可以廣泛地接觸社會,形成更為理性的求職態度和職業規劃;其次,大學生可以在實習中發現職業興趣,及時調整學習重點和彌補不足;再次,通過與用人單位的雙向交流,大學生能更清晰地找準定位,避免盲目擇業;第四,實習過程往往是學生與實習單位之間相互考察、雙向選擇的過程,很多勤奮務實的學生通過實習被實習單位看中,找到了工作單位.教育學生實習中應努力做到:一是不挑剔工作,能從小事情做起;二是對待工作踏實認真,有責任心,主動性積極性高;善于發現工作中的問題,能夠及時與老師、技術人員溝通和交流;三是勤學多問,虛心學習;四是有團隊意識,和部門其他同事能很好配合;第五能吃苦耐勞,不能遇到困難就當逃兵.每次實習前,召開實習動員大會,學院領導、系領導和實習指導教師都要求參加,強調實習重要性,讓學生實習有目的、有任務、有要求,有紀律.同時播放一些重點工程施工流程的影像資料,提高學生對實習的重視程度與安全意識.
針對土木工程材料專業的特點,立足于實驗教學的基礎性、系統性和層次性,強調綜合性和創新性,創新性的構建了土木工程材料專業的獨立實驗教學體系,單獨設立材料科學基礎、材料制備、性能測試、材料分析技術、專業方向綜合實驗、畢業論文設計等實驗課程,并在教學中逐次推進,實現了實驗教學的獨立性和系統性。
關鍵詞:
土木工程;材料專業;實驗課程;教學體系
創新源于問題,始于實踐[1]。實驗是理論課程抽象知識的具體化,是理論的延伸,是理論再實踐的深化。實驗是所有工學和理學科技工作者必須掌握的基本手段。實驗不同于理論,往往理論是美好的,實踐時卻經常因某個細節而造成實驗結果與理論預期不相符,而某些細節經過研究探索,可能會促進理論的發展。因此,對以實驗為基礎的學科,實驗和理論顯得更相輔相成。土木工程材料屬于傳統材料,屬于典型的應用型科學,更是以實驗為基礎的學科的典型代表,其大量的科學理論首先來源于實際經驗的總結,來源于實驗規律的總結和提升。
1實驗教學的分析
良好的實驗教學是促進并實現“工學并舉”的重要手段。實驗教學不同于理論教學,更注重于培養學生理論聯系實際、綜合運用知識、觀察與思考的能力,即培養學生動手,用所學知識解決實際問題的能力;通過觀察實驗現象、分析實驗問題和結果,培養學生在實踐中的探索和創新意識。我校鄭家茂校長指出:相對于理論教學,實驗教學更有利于促進學生主動構建科學的知識體系、促進理論與實踐結合;更有利于突出研究探索,培養學生創新意識和能力;更有利于提高學生綜合科學素質、突出知、情、意、能的高級復合作用,幫助學生取得創新成果并得到全面綜合發展[1]。如何通過實驗有效地培養學生的動手能力呢?以往的實驗教學一般均作為理論教學的一部分,采用非單獨設課方式,以平時成績計入課程總分,一般占10~30%,但多為論證性實驗,僅針對某單一目標,對課程整體理論的連貫性理解不足,對知識的綜合運用能力不足。事實上,培養一個學生動手能力和實踐能力,應在滿足若干學時的基礎上,通過一個與課程緊密相關但又相對獨立的完整實踐體系的實施,才能實現[3]。同時,高水平的實驗教師隊伍也是提高實驗教學、提高單獨設課效果的基本保障。我校材料專業實驗室擁有多位博士和全校僅有的兩位教授級高工,在院系的支持下,構建了獨立實驗教學體系,建立了實驗課程間、不同實驗間的緊密聯系,并從2011級學生開始實踐。采用單獨設課,實驗教師具有較大的自,但同時對實驗教師和學生的要求更高[2],要求實驗教師兼具扎實的理論知識、豐富的實踐經驗、足夠的科研經歷。
2實驗教學體系的設置原則
為培養創新型人才,大學實驗教學應在立足基礎性、系統性和層次性的基礎上,強調綜合性和創新性。基礎實驗是扎實掌握相關專業知識點的重要手段,不能忽視基礎實驗的作用。雖然綜合設計性實驗項目對于培養學生創新意識、全面提升學生的知識應用能力和解決問題能力方面發揮著不可替代的作用。但基礎不夠,過多的強調綜合性、設計性實驗,很難達到預期的效果。二者應相得益彰,不可偏廢[4]。綜合性、設計性實驗更不能片面強調實驗教學的探索功能,甚至過高要求產生創新成果,應強調培養學生掌握如何綜合設計的基本思路、基本流程和基本方法,強調方案設計的重要性,強調與理論知識的結合,強調合作與團隊意識等[5]。事實上,綜合性實驗往往也是由一系列簡單的基礎實驗組成,只是更強調各種結果之間的相關性。如某個簡單實驗的結果,能用來表征該材料的某些關鍵性能,無疑該簡單實驗本身就是一個完美實驗設計的詮釋。一個完整的綜合性實驗教學,應包含與該實驗相關的知識體系,包含文獻綜述,熟悉和了解與實驗內容相關的知識背景、材料性能、整個實驗設計原理和方法、實驗過程的影響因素、實驗可能的結果,實驗過程的操作,結果計算,對實驗過程出現的現象進行分析總結等。實驗前,應了解實驗背景知識、基本理論和實驗過程,了解實驗設計方法,了解實驗過程可能出現的偏差和現象,并初步預期實驗結果;實驗過程中,要認真觀察實驗現象,思考問題所在,對比實驗結果與預期結果等;實驗結束后,認真總結實驗結論,分析實驗過程中的現象和實驗結果的偏離等。通過完成從了解實驗、設計到結論分析的整個實驗過程,通過有趣的實驗現象和有效的實驗結論,調動學生的求知欲,啟發學生的創新性思維,使學生由被動接受轉變為主動求知,從而達到提高實踐能力的目的。
3全新實驗教學體系的構建
從培養“創新研究型人才”和高素質人才的角度出發,我校土木工程材料專業基于實踐教學體系全局化、整體構建的思路,制定了相對獨立而又完整的實驗課程體系。課程體系的設計以材料科學基礎、材料制備、性能測試和分析為主線,以材料的組成、結構、性能、工藝的相關性為牽引,突出系統性和學科交叉性,同時設置專業方向大型綜合實驗、本科畢業論文設計,以強調綜合性和創新性。實驗課程具體設置了材料科學基礎實驗、材料制備技術實驗、材料性能測試技術實驗、材料分析技術實驗、專業方向大型綜合實驗、本科畢業論文設計等獨立課程。每門課程中,又同時包含基礎性實驗和綜合型實驗,充分體現了基礎性和層次性。材料科學基礎實驗結合硅酸鹽材料方向的材料科學基礎理論課程,通過豐富多彩的顯微世界和材料的鑒別技術,引導學生對材料的興趣。而材料制備、性能測試與分析技術三門課程均偏重于方法的學習,同時注意學科交叉,制備技術偏重于材料的各種制備工藝與方法,性能測試則在充分考慮材料的物理、力學、聲學、熱學、電學等方面的基礎上,對實驗課程所制備的具體材料進行系列性能的測試,分析技術則偏重于所制備樣品的微觀分析,三者之間借助制備的材料相互聯系,相互穿插,但同時又各有側重;實驗內容囊括了土木工程材料的各種典型實驗,及相關性較強的部分金屬材料性能試驗,提升了實驗內容的深度,突出“理論夠用,實驗為主”,基礎性實驗項目教學中,更強調理解實驗原理、步驟的流程,重點講解其中易引起實驗結果產生偏離的步驟、原因及注意事項等;而綜合性實驗項目或課程注重學生對實驗方案的設計,注重科研思維、科研方法等的教學,以實際工程應用問題和指標要求為目標,綜合應用各種基礎實驗,分析材料組成、結構、工藝與性能之間的相關關系,通過對實驗的理解、動手操作、對現象和結果的分析、總結和評估,培養學生獨立解決問題及創新的能力。
4實驗教學體系的構建說明
材料制備實驗教學內容的設計,在考慮了專業特點的同時,又充分考慮了材料或產品在生產工藝上的延伸。大多數材料的更新發展和進步,主要通過配方的改進和工藝的更新來實現。配合比設計即材料的配方設計。混凝土的配合比設計為通過計算配方,實驗驗證性能,得到合理配方;各種泡沫輕質材料的制備原理基本相近,均為在基體中加入各種氣體形成氣孔,以金屬為基體,加入氣體即成為泡沫金屬,以陶瓷為基體引入氣孔,即成為泡沫陶瓷,以混凝土為基體引入氣孔,即成為泡沫混凝土。而不同基體,因其特性不同,引入氣孔的方式和方法也有所不同。模壓法是采用預先制備好的模型,將所需制備的材料加入模具中,采用澆注或者加壓的方法制備出與模型相同的產品,除廣泛用于混凝土模型、構件或試件的澆筑、墻體材料的壓制成型外,同時也是模具設計和工藝制品常用的方法。水熱法廣泛應用于各種材料領域,如用于生產納米材料、陶瓷材料、生物材料、使合金變成超細粉末或結晶粉末等,是指溫度為100~1000℃、壓力為1MPa~1GPa條件下利用水溶液中物質,進行化學反應,從而制備出一種新材料的方法,其關鍵是根據所需制備的產品選擇合適的原材料、合適的反應溫度及反應時長等。高溫燒結法是把各種原料粉末或粉末壓坯,配入適量的燃料和熔劑,在高溫爐或窯中加熱到低于其中基本成分的熔點的溫度,經過一系列的物理化學反應,然后以一定的方法和速度冷卻到室溫的過程,采用不同原材料,在不同的燒結工藝制度下,可制得不同的產品。高溫燒結是陶瓷材料制備的常用方法,也是合金等材料改性的主要方法,該制備方法的關鍵主要是選擇合適的原材料,然后根據原材料的特性進行工藝的合理優化。性能測試實驗課程的設置,注重實驗間的對比與分析。如不同材料的力學性能有何異同?如同樣是力學性能,木材、鋼筋、高分子材料各有何特性,實際使用中如何考慮?另外,同樣的檢測方法,如超聲無損檢測,測試不同材料如金屬和混凝土時,方法有何異同,是否可相互借鑒?通過課程中的綜合實驗,分析性能間的相互關系,如力學性能與滲透性的關系;同樣是混凝土滲透性的表征,RCM法、電通量法、氣滲法等,有何異同,結果之間的關聯性如何?總之,就是培養學生分析材料組成、性能、結構與工藝等之間的相關性、對比材料性能之間或方法之間的異同、并分析異同產生之根本緣由等。綜合實驗中,還包含制備實驗所制備材料的部分性能,從而進一步了解制備方法的合理性和有效性,最終形成對材料制備、性能的綜合評估與分析。專業方向大型實驗則在補充了前述缺乏的少量專業實驗的基礎上,設置以解決實際工程應用問題為目標的小型課題,其包含技術較成熟、目標相對簡單且較易實現,結合學生理論課程試驗設計與數據處理進行實驗方案的設計,實驗內容包含從原材料、性能指標、測試、分析技術的測試應用和綜合分析,必須覆蓋原材料的關鍵性能(含物理性能和形貌)、工作性、重要的力學性能和易于實現的耐久性或功能性(如吸聲/導熱/無損等特性)測試等,適當微觀分析。且盡量控制工作量和學生的實驗時間,工作量不宜太大,需輕重、難易結合,注重于前述知識的綜合運用,注重于整個科研方法和思維的培養,注重于解決實際問題。作為畢業論文設計,結合科研項目,學生必須獨立完成一個相對系統的微型課題。需要學習者較為全面地熟悉掌握專業和課程的基本原理,才能綜合運用各種方法進行設計。如果學生不具備相應的理論基礎和實踐基礎,難以達到預期的效果,所以,設計性實驗的安排應與本專業的基礎理論教學進程緊密結合。
5結語
以材料科學基礎實驗引導學生了解材料,以材料制備-性能測試-分析為主線,分析材料組成、性能、結構與工藝之間的相關性,對比材料性能之間或方法之間的異同,并分析異同產生之根本緣由,結合專業綜合性實驗和畢業設計,進一步掌握各種實驗技能的綜合應用,結合理論教學體系,培養學生實驗或科研設計的思路和方法,從而培養學生的分析問題和解決問題的能力。
作者:龐超明 張亞梅 梅建平 張萍 韓雪芹 單位:東南大學材料科學與工程學院 江蘇省土木工程材料重點實驗室
參考文獻:
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[3]龐超明,秦鴻根,張亞梅,等.材料專業本科實驗教學課程設置的思考[J].實驗技術與管理,2011,28(6):271-275.
1.建筑與土木工程領域全日制工程碩士培養探析——以XK大學為例
2.土木工程碩士專業課教學模式改革
3.全日制工程碩士專業學位研究生教育探索與實踐——以建筑與土木工程領域為例
4.土木專業工程碩士研究生力學基礎課程群建設構想
5.土木工程專業工程碩士培養模式淺析
6.建筑與土木工程領域全日制碩士研究生實踐教學質量評價指標體系研究
7.項目驅動的專業碩士創新人才培養模式的研究——以土木工程專業為例
8.關于土木工程類碩士研究生培養的若干看法
9.電力高校土木工程專業高質量碩士研究生培養模式研究
10.土木工程全日制專業碩士培養存在的問題與對策
11.土木工程專業畢業設計選題研究
12.土木工程專業英語教學現狀調查分析
13.中國土木工程建設安全現狀與風險監控對策
14.現代土木工程特點與土木工程專業人才的培養模式
15.土木工程施工中的質量控制分析
16.土木工程施工課程教學改革思考與探索
17.探討提升土木工程施工項目質量管理的對策
18.土木工程施工中的質量控制分析
19.土木工程——一個平實而又重要的學科
20.土木工程施工中的質量控制分析
21.土木工程施工中的質量控制探討
22.淺談土木工程施工技術的創新及發展
23.企業參與下的高校專業評估和人才培養——以土木工程專業為例
24.土木工程專業畢業設計現狀及對策探討
25.論土木工程施工項目管理
26.土木工程施工管理中存在問題的分析
27.土木工程施工實習教學改革與實踐
28.土木工程大類復合型人才培養模式探討
29.對現代土木工程施工質量控制的探討
30.可持續土木工程結構的若干科學問題與實現技術途徑
31.談土木工程施工項目的管理
32.淺論土木工程施工的質量控制
33.土木工程施工技術的創新及發展探討
34.土木工程結構風場實測及新技術研究的進展
35.論土木工程災害及其防御
36.淺談土木工程結構設計與施工技術兩者之間的關系
37.淺談土木工程施工技術教學問題及解決對策
38.新世紀的土木工程與可持續發展
39.論土木工程專業教改與國家注冊工程師的統一
40.淺談土木工程結構設計中的安全性與經濟性
41.基于創新能力培養的土木工程施工課程教學改革研究
42.土木工程施工質量管理問題及對策
43.土木工程施工技術及創新研究
44.土木工程施工管理中常見的不足及對策
45.基于土木工程施工管理問題的探究性分析
46.土木工程專業實踐性教學改革與實踐
47.土木工程施工中存在問題及對策
48.淺析土木工程施工的質量控制
49.土木工程施工質量控制中存在的問題及對策
50.淺議土木工程混凝土施工技術的應用
51.基于土木工程施工的質量控制研究
52.高校“土木工程概論”課程教學改革初探
53.淺談基于創新原則的土木工程施工技術
54.土木工程混凝土施工技術探討
55.基于數值仿真的土木工程實驗教學改進與實踐
56.淺談加強土木工程施工項目質量管理的措施
57.土木工程專業核心課程的教學方法研究
58.土木工程施工項目管理分析
59.土木工程建筑中混凝土結構的施工技術研究
60.土木工程專業實驗教學新體系的構建與實踐
61.淺析土木工程施工管理中存在的問題分析
62.土木工程施工技術的創新探究
63.土木工程施工技術及創新初探
64.土木工程管理施工過程質量控制措施探究
65.開放式土木工程實踐教育中心的構建與實踐
66.基于土木工程施工管理問題的探究性分析
67.土木工程概論類課程教學探討
68.大土木背景下《土木工程概論》教學模式創新研究
69.復合材料在土木工程中的發展與應用
70.淺析土木工程施工項目的管理
71.土木工程的現狀與未來發展趨勢綜述
72.淺析如何加強土木工程施工項目質量管理
73.土木工程施工管理中存在的問題分析
74.淺談土木工程結構設計中的安全性與經濟性
75.加強土木工程施工項目質量管理的措施
76.對土木工程建筑施工技術及創新研究
77.《土木工程施工技術》教學改革思考
78.試論加強土木工程施工項目管理有效措施
79.FRP復合材料及其在土木工程中的應用研究
80.淺析土木工程建筑節能措施
81.基于生產實習的土木工程施工理論教學改革與實踐
82.土木工程施工技術及創新
83.土木工程結構設計與施工技術的關系分析
84.基于工程能力培養的土木工程專業課程設計一體化改革研究與實踐
85.淺析土木工程施工技術的重要性和創新
86.土木工程結構設計中的安全性與經濟性
87.關于土木工程施工技術的創新及發展分析
88.土木工程施工技術分析
89.關于土木工程施工技術的創新探討
90.纖維增強塑料筋在土木工程中的應用
91.提高土木工程施工項目管理的有效措施
92.淺談土木工程施工中的機械設備管理
93.土木工程結構健康監測系統的研究狀況與進展
94.工程管理專業土木工程施工課程的教學改革探討
95.我國土木工程結構可靠性研究的一些進展
96.基于社會需求的土木工程專業復合型創新人才培養模式研究
97.土木工程施工管理中存在的問題及對策分析
98.電子教材在土木工程施工教學中的應用研究
99.土木工程施工技術的創新及發展探討
100.結構與地基加固技術在土木工程設計中的應用
101.微動勘探技術及其在土木工程中的應用
102.土木工程特色專業建設規劃與效果分析
103.土木工程施工中的質量控制分析
104.土木工程結構振動控制的研究現狀與展望
105.中美土木工程本科創新實驗教學體系對比分析
106.土木工程施工課程教學改革探討
107.國家特色專業實踐教學改革研究——以土木工程專業為例
108.基于卓越工程師教育計劃的土木工程專業教學改革
109.土木工程專業生產實習教學改革初探
110.試論土木工程信息技術的發展趨勢
111.土木工程施工技術及創新
112.土木工程中的計算機應用
113.遠程開放教育土木工程人才培養模式的創新與實踐研究
114.《土木工程結構試驗與檢測》課程的教學改革與探討
115.如何保障土木工程設計工作的安全性與經濟性
116.土木工程學科教學中宜注重工程案例教學
117.工程技術應用型人才培養模式研究與實踐——論土木工程本科專業(中職本)人才培養模式
118.面向土木工程學科的安全工程課程探討
119.土木工程施工中的邊坡支護技術探討
120.簡析土木工程建筑中混凝土結構的施工技術
121.光纖傳感器在土木工程中的應用
122.注冊師制度下的土木工程專業教學體系構建
123.關于土木工程項目施工管理的思考
一、合理調整、補充教學內容知識
房屋建筑學是在長期的工程實踐和科學實驗基礎上發展起來的一門學科[2],具有很強的應用性,隨著工程技術的快速發展,建筑領域也有了翻天覆地的變化,出現了很多新材料、新技術、新方法,由于建筑業的快速發展,即便是最新版的教材,也都普遍落后于時代的發展水平,專業教學存在內容陳舊滯后、更新緩慢等問題,不能適應行業的要求。因此,在教學中,應該分析土木工程的專業特點,結合技術的發展狀況及現行規范,對各部分的內容進行優化調整,在原內容基礎上,增加一些建筑發展的新技術、新方法等前沿性知識,關注行業技術的最新發展,及時調整教學內容、教學方向和培養目標,突出本專業領域的新技術。這不僅提高了學生的視野,也加強了學生的學習興趣。
二、激發學生學習的積極性
1.使學生了解學好《房屋建筑學》的重要意義。作為教師,首先,應該在課前,向學生介紹《房屋建筑學》在這個專業中的作用及地位,使學生對這門課從心里上重視起來;其次,對這門課程的主要內容做大致的闡述,并說明同其他課程的聯系,使學生有系統、綜合的認識,能將所學知識融會貫通;最后,結合工程實例介紹這門課程的特點,使得學生懂得學好這門課對以后工作有很大的幫助。這樣,學生對這門課有了大致的了解,能夠激發學生學習的主動性,為今后這門課程的學習打下了扎實的基礎。
2.采用問題式教學。在講解過程中,教師沒有必要以灌溉式詳細講解每個知識點都,這樣,學生聽起課來沒有主動性,只是一味地“聽”,并沒有“消化”和“吸收”,導致教學效率也不高。由于建筑具有共性,只要抓住它的特點,總結規律,遇到不同問題也就能有的放矢了[3]。所以,教師在講解時,應當注重規律和共性,其余的留給學生思考,激發學生的思維,例如可以講解基本的構造做法,進而提出各種條件下的做法,采用啟發式教學,充分調動學生的積極性,培養學生分析問題和解決問題的能力,同時培養了學生的專業興趣,可以達到事半功倍的效果。再例如講屋頂的章節,可以提問學生平時見過什么形式的屋頂,屋面的防水有哪些形式等,讓學生帶著問題學,邊講邊練,既直觀明了,又生動具體,這種問題式教學,可以增強學生的學習能力,充分體現了以學生為主體的教學思想。
3.重視直觀教學。房屋建筑學不同于其他課程,教材中的內容大多是通過“圖”的形式表示的,這也是這門課程的一大特點,圖是工程界的“語言”,但大多數的圖是通過投影原理畫出來的,缺乏形象感和立體感,學生看圖感覺比較抽象,教師可結合本校的宿舍樓、教學樓、餐廳、圖書館等建筑物的構造做法等實例進行講解,可以培養學生的立體感和形象思維。
三、改變傳統教學方式,利用現代化教學手段
板書是傳統的教學方式,板書具有直觀、靈活的特點,但由于《房屋建筑學》更新速度快,內容量大,圖樣較多,僅僅依靠傳統的教學方式難以達到理想的教學效果,所以應該改變教學方式,利用多媒體教學。采用多媒體課件,可以把圖形、文字、聲音、視頻結合為一體,不受空間和時間等因素的限制,大量的圖像直觀明了,加大了課堂的信息量,增強了教學內容的直觀性和生動性,給學生留下深刻的印象。多媒體課件可以展示一些新材料、新技術,可以將房屋的構造以圖的形式展示出來,能夠活躍課堂氣氛,還能給學生一種身臨其境的感覺,培養了學生的興趣,使得教學變得更生動、更立體;同時,還可以減少板書的時間,能夠將板書無法表達的內容生動、清晰地展示出來,教師可以對重點內容進行詳細講解,提高了教學效率和質量。多媒體課件通過圖像、施工錄像、動畫等形式生動地展示出最新技術以及施工工藝等教學內容,活躍了課堂氣氛,獲得了令人滿意的教學效果。隨著建筑業的發展,使用多媒體課件已經成為必然趨勢,采用多媒體教學傳遞的信息量大。加強了教學內容的直觀性與藝術效果,使教學更加生動精彩[3]。
四、現場教學加強理論聯系實際
房屋建筑學是一門實踐性很強的課程,與工程實際聯系緊密[4]。一般院校都具備完善的實訓條件,因此,應帶領學生到校園建筑或實訓實驗室內參觀講解,采用現場觀摩教學,將理論聯系實際,對課本上、圖紙上難以描述的知識點進行現場講解[2],能夠增強學生的理解,加深學生的記憶。比如“樓梯”這一章,樓梯的開間、進深,如何確定踏步的高度,以及設計樓梯應該注意的問題;再如“墻面裝飾”、“變形縫”等都可以直接在教學樓的樓梯間進行講解,這樣極大地提高了學生的積極性,學生在學習中能夠自覺地聯系生活,將學習變“被動”為“主動”,激發了學生學習的積極性,加深了其對教學內容的記憶,理論聯系實際,提高了教學質量,達到了事半功倍的效果。
五、教師要不斷地擴充和更新知識
近年來,建筑專業出現了很多新理論、新材料和新技術,知識更新越來越快。作為《房屋建筑學》的教師,就要不斷擴充和更新自己的知識,博覽群書,不斷提高自身的業務素質,不斷增加自身的知識儲備,適應教學的要求。利用各種途徑豐富自身的知識,例如多看前沿性的雜志、論文,多參觀實際工程等,在講解時多結合實例,才能對自己要講的內容運用自如、得心應手,才能將最新的知識傳授給學生。只有不斷地學習和進取,才能適應專業的要求,才能更好地教書育人。
六、結語
教學是一門藝術,為了取得預期的教學效果,可以通過啟發式教學、現場式教學及多媒體課件等多種途徑,激發學生學習的熱情和主動性,培養學生的學習動力,重視實踐環節,及時調整和補充教學內容,不斷更新和擴充自己的知識儲備,全面提高本課程的教學質量,最終獲得良好的教學效果。總之,這門課開拓了學生的視野,培養了學生的創新能力,使得學生更加適應社會的需求。
參考文獻:
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[2]閆曉燕.提高《房屋建筑學》教學效率初探[J].教育科學,2009,(24):134-139.
[3]宿曉萍,王瑩,隋艷娥,趙萬里.土木工程專業《房屋建筑學》課程的教學改革探析[J].長春工程學院學報,2009,(10):98-100.
[關鍵詞]能力培養 工程材料 高等職業教育 教學
1引言
《工程材料》課程是理工科院校土木類專業的一門專業基礎課,是后續施工技術、施工概預算等專業核心課的先修課程。該課程具有較強的理論性和實踐性。工程材料品種繁多,性質各異,評價參數眾多,新材料、新技術不斷涌現,規范和標準不斷推陳出新,這些因素使得《工程材料》的教與學存在一定的難度。根據《教育部關于全面提高高等職業教育教育教學質量的若干意見(教高[2006]16號)》文件精神,“要注重增強學生的實踐能力、創造能力和就業能力、創業能力”,結合高職教育的特點,本課程的教學應該以工程技術專業學生的就業為導向,根據行業專家對工程技術專業所涵蓋的崗位群進行的任務與職業能力分析,以本專業共同具備的崗位能力為依據,通過本課程的教學,要求學生了解和掌握建筑材料的技術要求、技術性質,使學生具備能夠根據不同工程要求和環境條件選用經濟而合理的工程材料以及正確使用工程材料的能力,同時培養學生對常用建筑材料的主要技術指標進行檢測的能力。
2教材的選擇
近幾年來,高職教育發展迅猛,體現高職教育目標的應用性、實踐性、先進性的各種高職教材也隨之出現。目前存在著同一門課不同教師選用的教材不相同,或同一學科不同專業、不同年級、甚至不同層次的班級選用同一版本教材的現象。這種狀況既不符合高職院校培養目標與教學大綱的要求,也影響了整體教學水平的提高。高職院校學生由于自身的特點,大部分學生很少使用參考書籍,而僅僅局限于使用課堂教材或教師指定輔導教材,對拓展學生的知識面,引導學生的學習興趣極為不利。
一般來說教材的選擇應該選用符合高職教育特色的教材,結合不同專業級學生特點,盡量選用該專業的“十一五”規劃教材。教材分析與選擇的方法有很多,例如試驗分析法、社會學分析法、功能一結構分析法以及教學組織結構分析法等。其中教學組織結構分析法是最適合高職院校教師使用的一種方法,這是一種以教師個人執教水平與教學經驗為基礎的教材分析與選擇方法。該方法的基本分析、選擇步驟為:(1)確定出必要的教材質量評估指標;(2)按各項指標進行具體評估并評出相應各項的得分;(3)根據指標質量與指標數量的綜合得分,評選出最合適的教材。詳細操作方法可參考相應論文。
3教學方法探討
高等職業教育不是“本科壓縮餅干”,它與普通高校的人才培養模式不同,它的主要培養目標是“高素質技能型人才”。因此,高職教育對理論以夠用為原則,著重培養學生的職業素質和動手能力。
高職學校的生源主要為應屆高中生或具有高中同等學歷的學生,學生們的數、理、化成績參差不齊,給高職的專業課教學帶來了一定難度。在《工程材料》的教學過程中,學生們普遍認為該課程內容較多,需要記憶內容也較多,且各知識點之間的聯系不是很緊密,學習時常感到比較枯燥,加上受課堂教學手段的限制,學生對材料的認識普遍感覺比較抽象、陌生、難以理解,因此急需改革教學方法和教學手段,使之與高職教學模式相適應。對此,以《工程材料》課程為例,在教學方法上進行以下幾個方面的探討:
3.1項目驅動教學法
以某一具體工程施工為例,了解該工程施工需要哪些工程材料,將這些工程材料分類,然后將這些分類與該課程教學內容相對應,將教學內容劃分為若干的工作模塊,比如:材料的基本性質模塊、石材模塊、膠凝材料模塊、混凝土模塊、砂漿模塊、鋼材模塊、防水材料模塊等。每個模塊的講授應突出實用性與可操作性,培養學生的綜合職業技能,滿足學生職業生涯發展的需要。
3.2結構——功能分析法
功能分析法是自然科學和社會科學用來分析自然現象和社會現象的一種方法。分析事物或現象的結構和功能的方法,稱之為結構功能分析方法。
例如,《工程材料》混凝土模塊的教學中運用結構一功能分析的方法,可以按下列步驟進行:
(1)明確結構和功能的承載物
即分析對象,也就是混凝土。
(2)內部結構分析
即分析混凝土的各種組成材料。
(3)內部功能分析
即考察各組成要素之間的相互影響和相互作用,包括混凝土拌合物和硬化后混凝土兩個方面的內容。
(4)外部功能分析
主要分析混凝土的作用和功能。如施工階段混凝土拌合物和易性的要求;混凝土養護階段的要求;混凝土凝結硬化后的性質等。
在課程的教學中充分利用結構一功能分析法,采用引導式教學,使學生自己思考、得出結論,從而提高學生對理論的感性認知。
3.3任務導向教學法
在教學過程中,給學生提出明確要求,要做什么,達到什么要求,使學生的學習目的更為明確。
例如,混凝土配合比計算的教學中,明確給出某工程現場某部位鋼筋混凝土梁的設計要求、施工要求和已有材料,要求學生自己選擇材料,并進行初步配合比計算。在學生已經根據要求自己確定出初步配合比之后,再指導學生在實驗室完成試驗,確定實驗室配合比……“理論加實踐”,可以進一步加深學生對知識點的掌握。
3.4實驗教學法
多數實驗內容是用來驗證理論教學中的重要結論,采用開放式的實踐性教學,可以極大地提高學生的學習興趣,鍛煉學生的實際動手操作能力和分析問題的能力。因此,有必要壓縮理論課學時,增加實驗課,要求學生對每個實驗結果及實驗過程進行詳細總結,達到提高學生解決實際問題的能力的目的。
3.5社會參與教學法
在課程的教學過程中,要求學生到施工現場調查或網上查詢常用的各種工程材料類別、規格、價格、性價比等任務,使學生對施工現場材料的使用有進一步了解。
3.6教學與職業考證結合
高職教育的一個特點是“雙證書制度”,即學生畢業必須具備一個職業資格證書。同時,作為大土木類專業學生,畢業后也面臨二級建造師、一級建造師等職業資格證書的考取。作為考試內容的《工程材料》課程緊密結合職業資格證書考試內容的要求,顯得尤為重要。在課程的教學中,需對職業資格考試內容,給學生以重點提示,并輔以職業資格考試題,幫助學生重點掌握。
4教學效果的反饋與分析
在課程的教學過程中,教師應注重與學生之間的交流,了解學生對教學內容的掌握程度。通過實驗教學環節了解學生對材料性能的掌握和實際動手能力。考試是最刻板的手段,但也是一種有效的強制手段,讓學生記住一些必須掌握的知識點。但對于考試所占的比例,不能過大。建議考評內容作適當調整:一是降低考試成績在總評成績中的比例,提高案例分析在試題中的比例;二是加強對學生實驗和實習環節的考核。
5小結
以《工程材料》高職課程教學為例,對如何提高學生的能力培養方面進行了探討,主要結論如下:
(1)教材的選擇應該選用符合高職教育特色的教材,盡量選用該專業的“十一五”規劃教材;
(2)教學方法應靈活多樣,高職教育應以培養“高素質技能型人才”為目標,著重培養學生的職業素質和動手能力;
(3)考核中應突出案例分析,增加對實驗環節的考核;
參考文獻
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關鍵詞:現代無金屬結構 水工閘門 復合纖維 纖維混凝土
1.前言
我們研究纖維增強聚合物(FRP)的應用已有多年了,一直致力力于土木工程結構FRP建造,倡導現代無金屬結構。所謂現代無金屬結構,就是用FRP替代結構中的金屬,或仿制、增強非金屬材料,得到新型無金屬結構。其概念含有民族科學文化內涵。土木,“謂建筑之事也,如筑屋,架橋,筑堤,開路等工事是也(國語晉語九)”。顧名思義,中華土木工程結構本意就與金屬無關,是無金屬結構,符合中華古代“五行”理念。近代,鋼鐵等金屬材料大量應用,使中華“營造法式”落伍了,但是,有金屬結構卻是短壽的。現代FRP越來越多地用于補強加固,纖維混凝土結構建造設計試驗的成功確立了現代無金屬結構概念的地位,2001年北戴河昌黎地磁觀測房屋的試制成功標志著現代無金屬結構在中國的誕生。
值得指出的是,我們在美國Hexcel公司復合纖維建筑加固性能研究實施期間,正值“98抗洪”時,美國的Gregory先生拿著解放軍抗洪“人背肩抗”的照片,表示一定要介紹Hexcel加固FRP材料給水利部門,以提高水工設施的安全度。中國水利專家表示如果美國已經在水工建筑上使用了FRP材料,中國就立即可用。如果美國沒有用過,中國需要進行一定的試驗研究才可以用。帶著水利專家希望了解的問題,Hexcel公司方面后來回美國專門調研,結果表明,美國也沒有把FRP用于水工建造的事例,但為本文研究奠定了初步的思想基礎。2002年天津市水利局設立了現代無金屬水工閘門研究課題,2003年7月在天津津南小站北湖村雙橋河閘附近進行了該水工閘門的堆載檢測[1],并于2004年該水工閘門下水試用成功。本文將就這一研究過程進行深入地闡述。
2.水工閘門現狀和現代無金屬水工閘門的研制問題
2.1 研究內容和設計思想
現代水工建筑物中,大多含有鋼材,屬于有金屬結構,水工建筑中也越來越多地使用了鋼材。現代無金屬水工閘門就是研究在水工建筑中,采用復合碳纖維材料(非金屬材料)替代現代結構中的鋼材或增強非金屬結構,制成纖維混凝土水工閘門,取代水工鋼閘門或水工鑄鐵閘門、以及鋼筋混凝土閘門,并在不增加造價的前提下明顯提高結構綜合防災能力。
天津市水工閘門有幾千座,大部分為全金屬的鋼鐵結構閘門,極少有木結構小閘門,也有鋼筋混凝土結構閘門。在水工閘門中普遍存在著鋼鐵材料腐蝕,壽命短,維修費用高等問題。由于水位變化,在經常處于濕、干交替環境中和空氣或水中各種化學介質易產生電化學作用,閘門銹蝕很嚴重。應用復合碳纖維材料將能很好地解決這一問題。同時可以充分發揮復合纖維材料受拉強度高和混凝土受壓強度高、價格低的優點,組成具有重大技術經濟潛力的新型復合結構,進而將其在水利行業中推廣,推動天津市水利工程技術的創新和發展。特別是2006年,“南水北調”工程將在天津全面展開,迫切需要新材料、新技術來更好地完成這一劃時代的水利工程。
然而,現代無金屬結構新型水工閘門古今中外沒有先例,研制工作并不是很容易就能完成的,必然要根據具體實際情況,制訂了較為容易和可行的研究計劃,經過努力創新的研究,就可以逐步滿足水利工程的實際需要,解決面臨的諸多實際問題。
圖1 鋼閘門銹蝕問題十分嚴重
美國Hexcel公司根據1991—1997年所做的復合纖維增強工程歸納結果,提出了有意義的建議(如下表),我們據此對采用復合纖維代替在原有鋼筋混凝土閘門當中的鋼筋而做成纖維混凝土水工閘門進行了可行性和合理性研究:
表1 各種用途的纖維選擇
條 件
玻璃纖維
芳倫纖維
碳纖維
被動荷載—施加纖維增強結構支撐
主動荷載—主體結構,應力小于許用25%
—主體結構,應力為許用25—80%
水下結構—完全浸沒或長期潮濕
—防護板區域
強度控制應用
剛度控制應用
地下結構—反復潮濕條件;濕或干
極高沖擊狀態
電磁傳導或電池有關條件
現澆混凝土—內部或外部應用
老齡混凝土或封閉混凝土
高堿條件; PH 9.5—13.5
高酸條件; PH 2.0—7.0
低應力、高周期反復循環破壞
高應力、高周期反復循環破壞
高壓應力
本研究利用天津市津南區河道管理所管轄的雙橋河閘更換閘門的機會,研制纖維混凝土閘門替代原來的鋼閘門。通過調研,考慮到纖維混凝土結構閘門的可行性在于:
(1) 津南區原來就有鋼絲網混凝土水工閘門,且已工作了十幾年,這便說明鋼筋混凝土閘門的應用是有先例的,只不過我們要完成碳纖維材料替換鋼材的功能,使該閘門更具耐腐蝕能力,也能夠把閘門的尺寸做大,大到優于鋼閘門。
(2) 鋼筋(絲網)混凝土閘門本身存在著很多局限性,例如,笨重,不適合反復啟閉,鋼閘門就輕些。又如,平時不能再做鋼筋的防腐處理,所以其使用過程中的安全度很難保證,而鋼閘門可隨時做除銹防腐處理,盡管這項工作量很大,但能保證閘門使用過程中的安全度。因此,我國目前還沒有鋼筋(絲網)混凝土閘門設計規范的技術標準,只是在教科書上、或個別論文有關于鋼筋(絲網)混凝土閘門設計的技術方法介紹。這種情況說明了鋼筋(絲網)混凝土閘門設計建造研究是可行的,但沒有安全保障。顯然,纖維混凝土結構閘門的設計、建造研究也是可行的,而且有可能形成國家有關部門的技術標準。
纖維混凝土結構閘門的合理性主要在于:
(1) 鋼閘門在使用期內需要做大量的除銹防腐維護工作,纖維混凝土結構閘門從理論上說是可以終生免維護的。
(2) 野外使用的鋼閘門面臨著被偷盜賣廢鐵的社會問題,纖維混凝土結構閘門可以避免類似問題的發生。
(3) 纖維混凝土的現代無金屬結構理念正是中華土木工程的基本理念,這種結構明確豎起了“無金屬”的大旗,即中華“五行”——金、木、水、火、土,《史記》說:“木生水,土生火”,土木工程用了“土”和“木”,也就是用了“水”和“火”,就是不用“金”,實際上幾千年的土木建筑都是無“金”的,因此是長壽的。現代無金屬結構水工閘門首先是民族的、也一定是非常長壽的,這不僅有良好的經濟效益,也會有長遠的社會效益,將十分有力地支撐當代社會和經濟的可持續發展。
2.2 纖維混凝土水工閘門試制研究
(1)纖維混凝土結構閘門的試制地點選在津南區雙橋河閘附近僅一華里的建筑工廠院內,這主要是考慮到閘門混凝土澆鑄的方便和閘門成品運輸安裝的方便。
(2)閘門采用的陶粒混凝土的配方由天津市建筑構件廠試驗室協助提供,并指導閘門混凝土澆鑄施工,盡管該閘門是在初冬季節施工的,由于有混凝土專家的具體指導,有精心地養護,結果保證了混凝土的質量。
(3)碳纖維筋的制作,仍采用本課題組過去成熟的方法制成,原材料生產廠家都提供了具體的材料性能檢測報告和環境保護方面的報告,提高了試制應用的可信度。過去同類試制研究的試驗結果也得到了充分地參考和應用。
(4)碳纖維筋的制作與以往不同的是,采用了一定的預應力技術,保證了碳纖維筋制作的質量,顯然有利于纖維筋與混凝土之間的變形協調。
(5)試制工作對纖維筋的布設明顯采用了內力大處多配置的優化技術,使碳纖維材料能夠更好地發揮出應有的作用。
(6)繼承以往成功的經驗,纖維混凝土內也配置了短纖維,即美國的杜拉纖維,這便可明顯提高混凝土的抗微裂能力和抗凍融能力。
2.3 纖維混凝土水工閘門設計承載力試驗檢測研究
(1)閘門制作在現場附近,這也給閘門試驗檢測帶來不便,然而,作為科研課題,這一檢測又是十分必要的,為了完成檢測任務,不得已采用了最直觀的堆載方法。
(2)本堆載檢測工作最初擬聘請天津市水利科學研究所承擔,由于種種原因,最后由國內結構檢測技術設備較為著名的廣州大學工程抗震研究中心協助檢測,這說明了試驗檢測還是有相當大的工作量的,技術難度也很高。
(3)為了完成新試制閘門的檢測工作,必須精心設計檢測方案,保證工作中的安全,取得科學的、實事求是的檢測結果。
(4)檢測主要使用的法碼由天津市津南區技術監督局提供,是可靠的。
(5)檢測的計量手段是國家有關技術標準認可的。
3.采用現代無金屬結構的優勢
現代無金屬結構水工閘門一般采用纖維混凝土結構形式,但對特殊需要的特大閘門,也可以采用纖維仿木結構形式。設計建造纖維混凝土結構閘門替代鋼閘門,首先就明確了兩種閘門的設計技術參數應該保持一致,且纖維混凝土結構閘門的造價一定不高于鋼閘門,否則就沒有優越性了。經過對天津市津南區雙橋河閘幾次現場實地考察和測量實際閘室和閘門的尺寸,擬新建造的替換閘門的尺寸為3.15M高、3.3M寬,設計水頭為4M,因此,我們采用了如下鋼閘門定型產品的有關技術參數]進行了替代研究。
表2 鋼閘門定型產品的有關技術參數
規格
尺寸
高 ╳ 寬 ╳ 厚
適用水頭(M)
閘板重
(kg)
單 價
(元)
PGZ 3 ╳ 3
3000 ╳ 3000 ╳ 275
4
3200
33496
表2示出的鋼閘門的有關技術參數和經濟指標起了參考和設計參數控制作用,設計的纖維混凝土結構閘門具有如下特征,且具有明顯的技術和經濟優勢。
(1) 采用陶粒混凝土,能使兩種閘門的重量基本保持一致,使原啟閉機能夠繼續得到使用。
(2) 采用空心板形式,保證在不增加重量的前提下,具有足夠的閘門厚度,滿足抗彎需要。
(3) 采用雙面配筋形式,提高為雙向使用功能,優于表2所示的單向鋼閘門。
(4) 采用混凝土內配置纖維筋,混凝土表面粘貼纖維布的方式,兩種抗拉形式材料配置量基本相等,但其中每一種的配置強度都不低于鋼閘門,即在設計上至少有兩倍的安全系數。
(5) 新型閘門的造價不高于表2所示的單向鋼閘門,而且在鋼閘門造價的一半以下。
這次全新研制的現代無金屬水工閘門,采用了纖維混凝土結構形式,復合纖維布和纖維筋選用美國赫氏公司和臺灣塑料工業公司的原材料進行制作,材料拉伸強度在4000Mpa左右,混凝土選用陶粒混凝土,試驗檢測強度為C25以上。閘門為寬330厘米、高315厘米、厚25厘米的空心板,總重量約3噸,設計荷載為4米高水頭,左、右和高三邊邊距15厘米處簡支,因此荷載面積為9平方米,平均每平方米2.5噸,最大受力位置在閘門底部中點。
閘門堆載檢測試驗采用了5級均勻加載,總荷載為22.5噸,加載重物四分之三為標準砝碼塊,四分之一為規整石條。試驗測點為9個應變觀測點和1組撓曲變形觀測點。試驗計量設備為計算機自動數據采集靜態電阻應變儀、千分表和百分表。試驗從早7:30開始至晚18:00結束。檢測試驗結果表明,該閘門強度和剛度技術指標均符合我國有關技術法規的要求,閘門研制獲得了成功。
參加本次試驗的工程技術人員也總結認為,這種纖維混凝土的現代無金屬水工閘門研制成功在我國尚屬首次,試驗檢測表明該閘門具有很好的承載能力,結構設計合理,加工技術可靠。這類閘門的造價明顯低于具有同樣功能的鋼閘門,耐腐蝕,耐老化,結構終生免維護,而設計使用壽命可達50年,遠長于鋼閘門壽命,同時該閘門的野外使用能夠避免偷盜閘門賣廢鐵的社會問題,具有明顯的經濟效益、社會效益和環境效益。
雙橋河南閘自1970年修建以來,因其處于淡水、海水、污水交匯區域,水工建筑物受到很大的侵蝕破壞,閘門經歷了多次的翻修維護,已不能正常工作。新研制的現代無金屬水工閘門于2004年初在雙橋河南閘下水投入使用,在使用期間對水位進行的觀測記錄。這次現代無金屬水工閘門試用觀測結果表明,該閘門經過近一年的使用,特別是汛期的上下游高水位差及頻繁啟閉,閘門運行狀況良好,且沒有變形、老化、腐蝕現象,閘門表現出優良的性能,受到用戶——天津市津南區防汛抗旱指揮部辦公室的肯定。
4.結語
綜上所述,現代無金屬結構水工閘門采用復合纖維代替鋼筋,是在新材料,新工藝應用的一場技術變命,勢必推動現代土木、水利工程朝嶄新的方向發展,可以走出一條有中國特色的民族現代化工程之路。
本次也對雙橋河南閘的另外一孔換上了新的鋼閘門,以便于長時間與首座現代無金屬水工閘門進行綜合對比觀察,這種對比試驗顯然十分重要,是應該得到各界支持的,但是還需要持續多年,我們期待著第一個現代無金屬水工閘門會有十分驚人的表現,這種優良性能的表現在理論上應該是以百年來度量的。
今后,我們將就現代無金屬水工閘門的設計、制作、檢測和試用另專門細致的研究介紹。
參考文獻
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On the modern nonmetallic hydraulic gate
中國博士后科學基金項目(2012M511957)
作者簡介:雷 拓(1973),男,陜西岐山人,講師,工學博士,Email:。
摘要:為研究高層建筑轉換梁節點上扁柱的抗震性能,進行了3個1∶4縮尺模型的低周反復加載試驗,對其破壞形態、滯回曲線、極限承載力及延性進行了分析。在試驗基礎上,利用ABAQUS軟件對試件進行了有限元分析;詳細討論了有限元模型的建立、模型材料參數的定義以及斜向鋼筋的影響。結果表明:軸壓的增大提高了試件的極限承載力,同時也減小了構件的延性;構件荷載位移滯回曲線飽滿,具有較好的耗能能力;在相關參數合理設置的前提下,ABAQUS混凝土損傷塑性模型可用于鋼筋混凝土構件的滯回分析;斜向鋼筋增加了試件的極限承載力,但位移延性沒有明顯變化。
關鍵詞:斜向鋼筋;高強混凝土;扁柱;高層建筑;抗震性能;滯回分析;有限元
中圖分類號:TU352 文獻標志碼:A
0 引 言
高強混凝土具有能夠大幅度提升結構和構件的承載力、減小結構構件尺寸和自重、加快施工進度等優點,在工程實踐中得到了越來越多的應用。近年來,在高層、小高層結構設計中,建筑師和結構工程師為了改善室內使用空間和視覺效果,較多使用了扁柱(柱截面高寬比為2~4),從而形成扁柱框架結構或扁柱框架剪力墻結構體系[12]。張國軍等[3]、史慶軒等[4]分別就火力發電廠主廠房框架混凝土扁柱進行了縮尺模型試驗研究。馮慶興等[5]就結構計算中扁柱的幾種建模方法進行了比較。而對于高強混凝土扁柱破壞機理的研究,目前還未見報道。
本文中筆者通過對3個配置斜向鋼筋的高強混凝土扁柱的低周反復加載試驗研究,定量測試結構構件在較低應力水平下的滯回曲線和骨架曲線,對扁柱的強度、剛度、延性和耗能進行了分析;詳細討論了試驗有限元模型的建立、模型材料參數的定義以及斜向配筋對構件滯回性能的影響,驗證了扁柱構件設計的可行性。
1 試驗概況
1.1 試件設計與制作
試件原型為某24層高等級酒店結構轉換層斜交梁節點上的扁柱。模型與原型的縮尺比例為1∶4,共制作3個試件,柱截面高寬比為3。扁柱混凝土設計強度為C80,鋼筋為HRB400級;底座為斜交梁節點形式,底座梁以及加載梁的混凝土設計強度為C45,型鋼為Q345級,鋼筋為HRB335級。試件尺寸及配筋見圖1,混凝土材料力學性能如表1所示。
1.2 加載制度
首先,采用千斤頂施加軸壓比要求的豎向荷載(試件1,2均為1 000 kN,試件3為1 300 kN),待
豎向力恒定后,通過加載梁兩端的滑動支座使加載梁始終保持水平,再由申科機施加水平荷載。初期加載為力控制,采用周期為100 s的正弦波,每級荷載循環1次,加載力幅值按每級10 kN遞增。而后加載按屈服位移的整數倍逐級施加位移,每級荷載循環3次,直到試件承載力下降至極限承載力的80%左右時停止試驗。試驗加載裝置如圖2所示。
2 試驗現象及結果分析
2.1 試驗現象
試驗中首先在柱腳出現豎向裂縫,接著產生水平裂縫。在接近屈服荷載時,豎向裂縫延伸,柱頂、柱腳混凝土開始壓碎剝落;在柱身上下1/3處出現大量斜裂縫。在接近極限承載力時,柱頂、柱腳混凝土被壓碎現象較為嚴重,并有鋼筋露出。隨著加載位移的繼續增大,柱頂、柱腳混凝土完全被壓碎,局部鋼筋壓曲、斷裂;柱底、柱頂部位斜裂縫繼續加密,但并未向柱體中部發展。圖3為試件的破壞形態。
2.2 結果分析
試件荷載位移滯回曲線見圖4。由圖4可以看出,進入塑性后,滯回環基本呈穩定的梭形,說明扁柱的耗能能力較為理想,試件表現出一定的強度退化,但并不十分明顯,在下降段強度退化相對明顯;隨著變形的增加,試件剛度退化越來越嚴重。對比3個試件,試件3的軸壓力較試件1,2的大,從滯回曲線中可以看出,試件3的延性和耗能能力比試件1,2的小。
從圖5可以看出,試件1,2的極限荷載在455 kN左右,試件3的極限荷載在500 kN左右;曲線在達到極限荷載后有一段平滑的過渡段,這說明該試件的延性較為理想。
表2為試驗所得的主要試驗結果統計,其中延性系數μ按下式計算
式中:Δu為承載力下降到極限承載力的85%時對應
的極限位移;Δy為構件屈服時對應的位移,按文獻[6]中提出的方法確定。
3 有限元模型
3.1 材料模型的選取
混凝土材料模型采用ABAQUS程序的損傷塑性模型[7]。混凝土受壓應力應變曲線選用Lgeron等[8]提出的應力應變表達式,該模型可定量描述箍筋的約束效應。筆者通過反復試算認為,箍筋約束區的混凝土必須采用約束混凝土的應力應變曲線,且約束混凝土極限壓應變取為峰值應力相應應變的10倍左右。混凝土受拉應力應變關系采用雙折線簡化形式,混凝土拉應力在達到單軸抗拉強度ft0(此時的應變為εt0)之前為彈性受拉,剛度取為混凝土彈性模量;之后,直到混凝土拉應變達到極限拉應變εtu之前為線性受拉軟化段;拉應變超過εtu后,混凝土抗拉強度降為0。本文中取εtu=0.001,混凝土受拉骨架曲線見圖6,其中,f為應力,ε為應變。鋼筋材料模型選用組合強化模型,鋼筋受拉骨架曲線見圖7,其中fy,fu分別為鋼筋屈服應力和極限應力,εh為鋼筋開始硬化的應變,εh=4εy;εu為鋼筋極限應變,εu=25εy。
采用損傷塑性模型進行滯回分析時,最為關鍵的材料參數是混凝土拉、壓損傷因子及剛度恢復因子的定義。關于剛度恢復因子wc和wt的取值,暫取程序默認值1和0。關于混凝土拉、壓損傷因子,目前還沒有公認的計算公式。參考張勁等[9]及Birtel等[10]的研究,采用式(2)~(4)定義受壓損傷因子dc及受拉損傷因子dt,即
式中:β為混凝土塑性應變與非彈性應變的比例系數,經反復試算,本文中受壓時取0.7,受拉時取0.95;εpl,εin分別為混凝土拉(壓)時的塑性應變和非彈性應變;σk為混凝土應變為ε時相應的抗拉(抗壓)應力,k取t,c分別表示混凝土拉伸和壓縮狀態;E0為混凝土初始彈性模量。
3.2 建模過程
扁柱及加載梁混凝土采用C3D8R實體有限元模擬。鋼筋采用T3D2桁架單元模擬,將鋼筋單元嵌入混凝土實體單元中。根據試件的破壞情況及考慮到提高計算效率,建模時將底座梁按固定端處理,而將加載梁混凝土材料定義為彈性。定義邊界條件時,建立了參考點和加載梁頂面的運動耦合約束,通過約束參考點除豎向及水平以外的其他自由度保證加載梁不發生轉動。圖8為所建立的試件的有限元模型。
3.3 有限元分析結果
通過圖4中計算和試驗所得荷載位移滯回曲線對比情況可知,計算結果與試驗結果比較吻合,計算與試驗所得的極限承載力十分接近。從試件1,2與試件3的滯回曲線來看,軸壓力的增加將會提高構件的抗剪承載力,但同時會造成延性的損失。通過進一步比較可以發現,計算得到的荷載位移滯回曲線的初始剛度偏大,且對試驗后期的強度退化及捏縮現象的模擬還存在一定差異。究其原因,有以下2個方面:①基于收斂性方面的考慮,試件的保護層混凝土未能采用素混凝土應力應變關系;②鋼筋與混凝土之間的粘結滑移效應未能充分考慮。
4 斜向鋼筋的影響分析
本文試件中均配置了斜向鋼筋,但現行《混凝土結構設計規范》(GB 50010—2010)[11]中還未提供關于斜向鋼筋的承載力理論計算公式。下面通過配置斜向鋼筋與不配置斜向鋼筋的計算結果比較斜向鋼筋在混凝土試件滯回分析中的影響(圖9)。研究發現:配置斜向鋼筋后試件的極限承載力分別提高了10%~20%;而滯回曲線的形態沒有明顯變化,說明斜向鋼筋對于試件的延性提高并不明顯。
5 結 語
(1)試驗結果表明,模型最后在柱端形成塑性鉸,可認為構件薄弱點在扁柱柱端部位。滯回曲線的反“梭形”及加載時水平裂縫的貫通及斜裂縫的發展說明構件的破壞屬于彎剪型,且以彎曲破壞起控制作用。從滯回曲線中可以看出,該構件的耗能能力較為理想。
(2)軸向力增加30%時,構件的極限抗側承載力提高了11%;從延性來看,扁柱的延性相對較小,介于普通柱和剪力墻之間,而且隨著軸向力的增加,構件的延性降低。
(3)基于ABAQUS平臺,建立了該試驗的精細化有限元模型。通過滯回分析與試驗結果比較,驗證了該計算結果的可靠性。斜向鋼筋的配置會提高構件的承載能力,但構件的延性沒有明顯變化。
(4)在合理定義混凝土損傷塑性模型參數的前提下,該模型可以較好地用于混凝土構件反復荷載作用下的計算分析,但限于該模型本身的問題,如滯回規則、計算收斂性等,更為準確地計算模擬還有待于對混凝土損傷塑性模型的進一步完善。
參考文獻:
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[10]BIRTEL V,MARK P.Parameterized Finite Element Modeling of RC Beam Shear Failure[C]//ABAQUS Inc.2006 ABAQUS Users Conference.Boston:ABAQUS Inc,2006:95108.
[11]GB 50010—2010,混凝土結構設計規范[S].
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關鍵詞:土木工程;生產實習;教學改革
土木工程是應用性很強的專業,在對學生專業實踐能力培養的過程中,生產實習起著舉足輕重的作用。通過生產實習,不僅鞏固了工程識圖、工程測量、土木工程材料、土木工程施工等課程的理論知識,而且強化了學生的實踐能力、動手能力,在實習過程中,以工程項目為對象,將相關課程的專業知識進行融會貫通,提高了學生綜合分析問題、解決問題的能力。生產實習對學生融入團隊的協作能力與溝通能力的培養、吃苦耐勞工作作風的鍛煉,也是一個難得的機會。此外,利用生產實習的機會,有意識地學習質量管理、成本管理、人力資源管理、物資管理、合同管理等項目管理內容,也是彌補土木工程專業學生經濟、管理方面薄弱環節的一個絕好機會。但是,在生產實習環節組織過程中,由于土木工程專業生產實習的具體特點,使得有效實施難度較大、不易組織,致使生產實習效果大打折扣、不盡人意,因此,客觀分析生產實習存在的問題,研究如何進行生產實習環節的系統管理、保證生產實習的教學效果和加強學生實踐能力的培養就顯得更加重要。
一、土木工程專業生產實習存在的問題綜合分析
國內普通高校的生產實習情況,當前土木工程專業生產實習存在的主要問題有:
(一)聯系實習單位困難,缺少穩定的實習基地
學生到工地實習的目的是以學習為主,學生具備一定的理論知識但缺乏實際經驗,一般不能給實習單位帶來經濟效益,反而會給實習單位帶來一定的安全隱憂。在市場經濟體制下,對于以追求合理利潤為主要目標,同時考慮安全、進度、質量等管理內容的企業,基于工程項目的流動性以及施工進度、施工安全等因素的考慮,對實習生的接納并不積極,這就使得實習單位聯系起來非常困難。對于大多數普通高校的土木工程專業,主要是通過教師和學生的個人關系聯系實習單位。基于生產實習的特點,每個工地接收學生的數量有限,一般不宜超過五個,而土木工程專業學生人數眾多,高校對學生實習工地數量需求很大,而且各高校實習時間相仿,企業難以接納和安排。
(二)實習時間較短,不能跟蹤整個施工過程,實習內容不全面
國內高校土木工程專業的生產實習一般為四周時間,由于時間較短,學生在實習中只能接觸工程部分內容,實習內容不夠完整。此外,施工企業推行項目責任制,學生實習一定程度上成為項目部的負擔。因此,很難對施工單位再做進一步要求,致使部分學生在工地上走馬觀花,缺少有效指導,或以參觀者的身份去實習,或被安排在辦公室做一些事務性的工作,導致實習深度不夠,難以達到實習預期效果。
(三)學生分散實習居多,缺乏全面、有效的過程監控
由于實習學生數量眾多,大多數高校采取以學生自己聯系分散實習為主、學校統一組織集中實習為輔的方法。由于實習地點分散,遍布省內外,教師無法進行有效管理,使得實習效果更多的是依靠學生的自覺與自律。部分學生實習目的不明確,不重視實踐環節,缺少主動性、持之以恒與肯于吃苦的精神,處于被動實習狀態。部分同學備戰考研,無心實習。因此,總體上并沒有達到實習的預期效果。
(四)實習安全問題存在風險
一方面是施工現場安全問題,施工現場各種臨時設施、水電管線、建筑材料、施工設備繁多,多工種立體交叉施工,存在一定安全風險。實習生須在工地人員帶領下進行工作,否則遇到突發狀況難以做出準確、及時的反應。此外,還包括交通安全、住宿安全、飲食安全等問題,均給學校及實習單位帶來很大壓力。部分實習單位顧慮到學生施工現場安全,不支持學生完成大量的外業作業,對實習質量有較大影響。
(五)實習成績考核評定機制存在不足,無法真實反映實習情況
由于學生實習過程中缺乏有效的監督,實習單位提供的實習鑒定材料有時也不能準確反映學生實習的真實情況,因此,實習成績多以實習日記、實習報告為評定依據。個別同學實習報告甚至出現雷同或抄襲現象,由于指導教師掌握學生情況有限,因此導致實習成績評定存在偏差。基于上述原因所限,學生的生產實習往往達不到良好的效果。因此,本文針對生產實習中存在的常見問題,結合生產實習的目標,采用多渠道、多環節齊頭并進的方式,系統構建生產實習教學體系。
二、生產實習教學體系的構建與實踐
(一)改革生產實習模式,建立政府-學校-企業相互合作的良性機制
針對我國高校當前實踐環節面臨的困境,主要原因在于缺少了企業的支持和配合,這是非學校自身的能力所能解決的。對此,我們可以借鑒德國工程教育模式。德國工程教育模式作為國際工程教育發展過程中的成功模式,有許多值得我們借鑒的經驗。德國的高等工程教育是以培養成品工程師為目標,非常注重培養學生的動手能力和嚴謹務實的精神,對學生的實踐時間和實踐經驗均有明確要求。德國工科大學的學生一般有3-6個月的時間在企業進行生產實踐,學生還經常利用假期參與企業的科研開發和項目研究。德國作為法制國家,高等學校是整個國家法制體系中的重要組成部分,每當高等教育改革條件相對成熟時,德國政府就會以法律的形式予以明確,保證改革能順利進行。德國從法律上明確規定企業應參與學校人才培養,企業把參與學生培養作為企業的社會責任與義務,愿意接納學生參與企業的實踐活動。而我國這種良好的合作機制未能很好地開展起來,其主要原因是:企業缺乏積極性,政府沒有出臺相關的政策支持學校與企業合作,學校缺乏社會責任意識和教育教學改革的動力等原因。要想改變這種狀況,政府、學校、企業三方必須承擔相應的責任、義務,并且用法律的形式予以明確。長此以往,步入正規后進入良性循環。
(二)進一步建立穩定、高質量的實習教學基地
建立一定數量穩定、質量優良的實習教學基地,是保證生產實習質量的基礎,良好的生產實習基地會為學生在施工技術、施工管理等方面起到良好、規范的引領作用,為學生樹立科學的工程意識打下堅實的基礎。企業規范、完善、科學的項目運作模式,使得學生樹立起較強的質量管理意識。而改革生產實習模式,建立政府、學校、企業三方相互合作的良性機制確實需要一個過程,一方面,我們應積極宣傳,將推進過程加快。另一方面,高校應立足于當前,加大力度,充分利用校友會、產學研合作、行業培訓等各種資源,加強校企聯合,進一步完善實習基地。學校可以在科研課題、業務培訓等方面給企業提供幫助,雙方簽訂長期合作辦學協議書,力求達到校企合作的雙贏。
(三)有效利用多媒體技術,豐富、完善實習內容
基于生產實習時間較短、不能跟蹤項目整個施工過程、實習內容不全面及部分工地施工管理不規范、施工質量較差等缺點,充分利用多媒體技術,采取多種形式、多種渠道收集、制作實踐教學資料,作為生產實習不可缺少的輔助手段。其內容主要包括反映新材料、新技術、新工藝及典型施工技術的專題施工錄像、圖片說明。利用網絡資源、影像教學及軟件模擬等方式進行室內模擬生產實習,使學生通過真實場景體驗現場的施工過程,與現場的生產實習相輔相成。
(四)完善生產實習教學文件資料
生產實習教學文件主要包括生產實綱、任務書、指導書等內容。由于生產實習的分散性,指導教師的指導時間受到限制,因此,完善、詳細的生產實習教學文件能夠起到較強的指導作用。而又由于學生實習工地、實習內容的差異性,實習前,無法針對每個學生給出具體的生產實習任務書、指導書,因此,應針對當前常見工程類型,如鋼筋混凝土框架結構、鋼筋混凝土剪力墻結構、輕鋼結構廠房、磚混結構等,給出針對不同結構形式的生產實習任務書、指導書,并以分部工程為對象,給出各分部工程實習要點及思考題。在實習過程中,指導教師再針對工程的具體內容予以補充完善。
(五)建立生產實習全過程質量監控體系,強化過程管理將生產實習質量控制劃分為事前控制、事中控制、事后控制三個階段。
1.事前控制階段
(1)加強管理,健全實習制度。規范學生自行聯系工地的審批程序。學院統一制定生產實習審批表下發給學生,學生聯系好實習單位后,填寫實習單位及實習工程概況、實習內容,實習單位簽署接收學生實習意見、家長簽字同意后,學院最終批準。建立合理的考評制度。采取日常考核與集中考核相結合的方式,從實習表現(包括日常出勤情況、解決實際工作問題的能力、工地評價等內容)、實習工作日記、實習報告、實習答辯等方面量化指標,通常可參照實習表現占40%、實習日記和實習報告占30%、答辯成績占30%的比例設定。
(2)重視實習動員環節。學院、系對生產實習動員給予足夠的重視,著重強調生產實習的意義、目標及實習安全的重要性,細化實習要點,以使學生做好充分準備。但實習動員不能只局限于動員大會,除此之外,尚應設置系列實習講座,主要內容包括:a.施工質量驗收系列規范入門講座。使學生熟悉施工質量驗收系列規范的組成,施工質量驗收統一標準的內容、作用,主要專業施工質量驗收規范的內容,施工現場質量驗收的程序、組織方式等內容。b.平法圖集講座。系統介紹混凝土結構施工圖平面整體表示方法制圖規則和構造詳圖,即G101平法圖集系列。c.建筑工程技術資料講座。系統介紹建筑工程技術資料管理規程及技術資料的收集與整理方法、要點。d.工程材料試驗檢驗講座。系統介紹常見工程材料如水泥、鋼材、混凝土、砂漿、砌塊、磚、防水材料等的外觀檢驗、取樣要點、實驗室檢驗主要內容等。e.現場施工講座。播放一定數量的現場施工視頻,主要側重施工現場施工工藝、施工質量的控制等內容,使學生能夠近距離接觸,增加感性認識。該系列講座也可穿插在學期中,分模塊結合建筑施工與管理、混凝土結構等課程進行。做好了系統的前期準備,學生進入工地之后,能夠盡快地、有條不紊地適應工地工作和生活。
2.事中控制
該階段的理想狀態是在政府、學校、企業三方相互合作的良性機制引導下,學校與企業合作共同對學生生產實習予以系統指導、合作培養。但在當前形勢下,多數實習單位并未達到這種程度,其中,學校未與實習單位進行很好溝通也是一大主要原因。因此,學校應主動加強與實習單位的聯系,使實習單位了解學生實習的主要任務,予以合理安排。此外,該階段應進一步完善學校、指導教師對學生的實習過程質量監控。
(1)規范實習教學資料要求。實習期間,要求學生每天完成實習日記,詳細記錄每天實習內容、工地遇到的問題、解決方法、收獲等。實習結束完成實習報告,強化實習報告質量要求,要求總結實習過程的精華、亮點,并結合規范、規程、標準等明確、完善佐證資料,要求按照科技論文的要求完成,力求學生在完成實習報告的過程中,得到進一步的升華。
(2)指導教師隨機抽查。學院、系可以根據學生實習地點,設定指導檢查多條路線,每條路線由1-2名指導教師負責,分組指導,采取隨機抽查與定期檢查相結合的方式。每周要求學生通過電話、短信、郵件等多種形式與指導教師聯系,以使指導教師及時了解情況。指導教師隨機性地與工地項目經理聯系,了解學生實習表現等。
3.事后控制學生返校后,可設置形式多樣的環節檢查并進一步提升實習效果。
(1)設置生產實習答辯環節。在學生進行生產實習過程陳述后,答辯教師針對學生實習內容進行有針對性的提問,通過該種方式,可以準確了解學生的實習情況。
(2)召開生產實結報告大會。選取一定比例的學生進行會上交流。通過會上交流,增進同學間的溝通,相互借鑒,增強實習效果。
(3)綜合評定生產實習成績。結合實習日記+實習報告+答辯+指導教師檢查等多項內容,綜合評定生產實習成績。
三、結束語
綜述所述,針對當前生產實習中存在的問題,我們應當采取多渠道、多方法,改革生產實習模式,建立政府、學校、企業三方相互合作的良性機制,加強實習教學基地的建設,規范生產實習管理,建立生產實習全過程質量監控體系,并有效利用多媒體技術作為輔助手段,豐富、完善實習內容,使生產實習效果取得實質性提升。
參考文獻
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近5年學校獲得8項國家科學技術進步獎、國家技術發明獎
2010年國家科學技術進步二等獎獲獎項目
特大異型工程精密測量與重構技術研究及應用
該項目在國家“十五”科技攻關項目、北京市自然科學基金、奧運工程、故宮古建筑大修等項目的支持下,率先開展了特大異型工程精密測量與重構技術研究;提出了快速精密“按需建網”的控制測量理論與技術,研制了基于經緯儀、全站儀以及數碼相機為傳感器的高精度三維坐標測量系統,基于地面激光雷達的精密三維重構技術,發明了專用測量裝置,制定了相關技術標準,整體技術達到國際先進水平。本項目相關成果獲省部級科學技術金獎1項、一等獎3項、二等獎3項;已申請國家發明專利10項,其中授權7項,獲軟件著作權2項,68篇(其中EI 9篇),出版專著3部,制定行業標準3項。
本項目已在國家大劇院、“鳥巢”、水立方、國家體育館、首都機場新航站樓、CCTV新址、探月工程50米天線、北京國貿大廈、武廣客運專線、故宮古建筑大修、全國地鐵建設等大中型工程中得到應用,經濟效益達到7億多元,為北京奧運會、探月工程等國家重大工程項目作出了突出貢獻。
2011年國家科學技術進步二等獎獲獎項目
固體廢棄物循環利用新技術及其在公路工程中的應用
該項目屬交通運輸工程領域,針對國家節能減排的重大需求,解決了道路建設中廢舊瀝青混合料、廢舊橡膠輪胎、鋼渣、建筑垃圾等代表性固體廢棄物在公路中高摻配率循環利用的關鍵技術難題,形成了生產線與試驗示范基地,實現了固體廢棄物的高效循環利用。本項目已獲得授權發明專利4項、實用新型專利6項、受理發明專利申請7項,編制國標4部、行業規范4部,相關技術已在全國18個省市的32個國家和省級重點工程中成功應用。近3年來,本項目取得直接經濟效益21億元,累計經濟效益33億元,引領了交通運輸、建筑、鋼鐵等行業的技術進步。
2012年國家科學技術進步二等獎獲獎項目
地下工程開挖誘發災害防控關鍵技術開發及應用
近年來,我國地下空間開發迅速發展,僅城市軌道交通行業每年新增里程就達150公里以上,市政基礎設施等大型穿越工程顯著增加。確保開挖、運營以及相鄰構筑物的安全是地下工程建設的技術核心,本項目針對大型地下工程開挖領域的超近結構物隔離保護、風險辨識與控制、災后結構恢復等重大技術難題,展開了長達15年的科技攻關。
在國家自然科學基金重大項目等支持下,本項目通過關鍵技術的開發與應用,取得了階段性成果19項,授權專利8項(其中發明專利6項),軟件著作權7項,發表相關學術論文116篇,形成地方標準2部,所取得的技術成果已經在“首都機場滑行道穿越工程”等國家重點工程中得到廣泛應用。
代表性建筑與古建筑數據庫教育部工程中心
代表性建筑與古建筑數據庫教育部工程中心依托北京建筑大學測繪工程、地圖制圖與地理信息工程等學科,于2009年12月經教育部批準建設。
工程中心圍繞我國代表性建筑和古建筑遺產保護與利用的迫切需求,發揮與國內古建筑數據庫生產企業聯合的產學研優勢,通過研究開發與工程化的環境建設,構筑起代表性建筑與古建筑數據庫技術的工程能力平臺;建立并完善工程化產業化的體制及運行機制;建設國內領先具有國際競爭力的代表性建筑與古建筑數據庫技術研發與工程化產業基地。
工程中心的主要研究方向和內容:
建筑三維空間數據獲取系統與技術:研制擁有自主知識產權的三維激光掃描儀,研制以數字近景攝影測量與掃描系統為代表的數據采集設備,形成一個能夠以多種手段獲取代表性建筑與古建筑的各種空間幾何、影像紋理、點云等多源數據的系統。
面向古建筑等大型復雜對象的逆向三維建模軟件與技術:對采集的點云數據進行逆向,包括數據處理構建點云模型、根據點云模型提取構成建筑構件的結構實體幾何(Constructive Solid Geometry— CSG)模型、基于點云模型構建建筑表面的三維不規則三角網(3D-TIN)模型、在CSG模型或者3D-TIN模型上加載影像紋理構成建筑的仿真模型4個步驟。
代表性建筑與古建筑數據庫管理系統與技術:數據庫中要包含空間數據與非空間數據,還有文學數據、歷史數據、影像數據等。要設計一種能夠管理、查詢、顯示和利用這些數據的數據模型和結構,構成代表性建筑與古建筑的數據庫系統。
代表性建筑與古建筑數據庫的應用技術:將數據庫應用于建筑遺產生命過程分析、建筑遺產備災數據庫、數字化建筑遺產復原研究、推動建筑學的實境化教學、國際化的建筑數據交換平臺等5個方面。
基于文獻的歷史建筑復原研究數據庫:將中國歷史不同時期建筑的資料與文獻數據重建為歷史建筑的代用數據,并使用現代信息獲取、存儲與可視化技術,提取各個朝代特色建筑的豐富資料成為數字化信息,進而建立一個較完善的、可共享的歷史建筑檔案數據庫。
建筑信息存儲與交換數據標準:建立富有建筑行業特色的歷史建筑和特色建筑數據庫,以及國內首個歷史建筑和特色建筑數字檔案信息交換及應用平臺。
近幾年,該中心獲得國家科學技術進步二等獎1項,省部級獎勵8項。
城市雨水系統與水環境省部共建教育部重點實驗室
城市雨水系統與水環境省部共建教育部重點實驗室依托北京建筑大學環境工程和市政工程、環境科學等學科建設,于2009年12月經教育部批準成立。實驗室立足北京,面向全國,緊緊圍繞我國城市化快速發展進程中水環境污染控制和綜合治理中的突出共性問題,以城市雨水系統為切入點,以可持續水循環為引領,以建立健康的城市水環境為目標,以揭示城市水環境水量水質保障各環節的科學機理為支撐,在城市雨洪控制與利用、水質凈化與環境風險評價、水資源再生利用與節水、水資源優化配置與管理領域,通過環境工程和市政工程、環境科學等學科之間的相互交叉和滲透,重點開展跨學科創新性應用基礎研究。
重點實驗室主要研究方向及研究內容:
城市雨洪控制利用與水環境生態修復:城市雨水系統發展戰略與規劃設計評估模型工具研發;城市雨水產匯流特征及其對水環境響應機理研究;城市雨水資源化利用理論與技術;城市雨水徑流污染控制理論與生態處置技術研究;城市雨水管理政策與制度設計研究;城市雨水系統的信息化管理 。
污水處理及其資源化:污水處理系統的數學模擬優化與數字化智能決策控制系統 ;可持續污水生物營養物去除回收反應過程和機理;高效低耗的污水再生處理新工藝;污水生物處理系統中的內源過程機理研究;污水資源化回用的環境與健康風險評價原理與方法研究。
城市節水與水系統優化管理:城市生活公共建筑節水技術研究;城市工業再生水利用技術研究;城市規劃對城市節水影響機理研究;城市工業節水潛力分析和技術集成;城市工業和公共建筑節水相關定額研究。
目前,實驗室共承擔科研項目200余項。其中,國家自然科學基金10項,國家重大科技專項課題/子課題6項,國家“863計劃”課題1項,省部級項目30余項。近年來,實驗室承擔各類企業合作與社會服務項目200余項。包括:北京市東方太陽城水環境系統與雨水利用工程、數字化污水處理廠的建設研究方案、龍潭湖節水和再生水利用的研究與示范等。
現代城市測繪國家測繪地理信息局重點實驗室
該實驗室依托北京建筑大學與建設綜合勘察研究設計院有限公司,于2011年9月被國家測繪地理信息局批準建設。實驗室憑借學校測繪科學與技術學科優勢、人才培養優勢和建設綜合勘察研究設計院有限公司的建設行業優勢,面向城市規劃、建設、管理和文化遺產保護需求,通過產學研聯合,實現優勢互補,研究構建現代城市測繪地理信息理論方法和技術體系,為城市運行管理和文化遺產保護提供特色服務,為政府提供決策支持,為公眾提供信息服務,為企業運營提供技術服務。實驗室將逐步建設成為現代城市測繪地理信息領域的高水平研究平臺。通過營造一個創新、開放、和諧的實驗室學術環境,培養在主要研究方向上具有國際、國內先進水平的中青年優秀科學家、學術帶頭人和優秀創新團隊,形成高層次學術交流、成果培育轉化和人才培養基地。
重點實驗室主要研究內容:
現代城市測繪技術體系與標準化:基礎測繪方面:研究大地基準現代化、城市三維測量與建模的理論與方法;在攝影測量與遙感方面,主要研究多源對地觀測數據高可靠高精度處理、高效能網絡分布式光學遙感數據一體化處理、傾斜攝影與面陣攝影測量技術、多模式合成孔徑雷達攝影測量、激光雷達數據處理及其與攝影測量數據融合、遙感數據智能解譯等;在地理信息系統方面:主要研究地圖智能綜合與質量控制、地理信息自動化數據挖掘與知識發現、時空數據通用模型與一體化管理、地圖數據級聯更新、地理信息智能服務等。要大力推進地理信息數據處理關鍵技術攻關,加強測繪生產技術裝備建設,建設地理信息服務體系,研究制定測繪基準框架,通用和專用標準。
城市地理信息理論、方法及應用:重點研究網格化城市管理的理論、方法和技術體系;研究城市突發事件應急指揮和城市運行保障的策略、模型、方法和技術;研究構建城市歷史多源空間信息共享與服務系統平臺的相關理論和技術方法;研究城市空間信息應用與共享服務模式,發展面向網格化、精細化城市運行管理服務的空間信息支撐技術,探索基于空間信息的城市建筑生命周期管理新方法。
建筑精細測量與重構重點研究城市建(構)筑物精細測量技術:為建筑施工進行精密放樣、建筑運營進行質量監控和安全監測服務;文化遺產精細三維重構技術,為文化遺產數字化保護和利用服務。
近年來,學校重點實驗室獲得多項省部級以上科技獎勵。“特大異型工程精密測量與重構技術”獲得2010年國家科技進步二等獎;“三維激光掃描測量建模技術研究及在故宮古建筑測繪中的應用”獲得2009年測繪科技進步獎一等獎;“國家體育場精密施工測量技術研究與實踐”獲得2008年測繪科技進步獎一等獎,同時榮獲2008年度“全國優秀工程勘察設計金獎”。
供熱、供燃氣、通風及空調工程北京市重點實驗室
供熱、供燃氣、通風及空調工程北京市重點實驗室依托北京建筑大學環境與能源工程學院供熱、供燃氣、通風及空調工程學科,是經北京市教育委員會、北京市科學技術委員會評審和認定的首批北京市重點實驗室,于2001年6月成立,2009年12月通過第二期建設項目驗收,2010年9月進入第三期建設。
重點實驗室主要研究方向:
燃氣綜合高效利用技術:包括研究燃氣綜合高效利用技術、天然氣梯級高效利用技術、集中供熱和區域供冷技術、城鎮建設和新農村建設所應用的新能源和可再生能源應用等相關技術。
供熱空調制冷系統與設備節能技術:包括研究供熱系統量化管理節能技術、空調用冰蓄冷技術、大型公共建筑用能系統監測和優化技術、淺層地熱和水源熱泵技術等。
室內環境質量檢測與控制技術:包括研究室內空氣品質的檢測方法、室內空氣品質控制手段相關技術、室內空氣品質改善技術。
建筑節能綜合應用技術研究:包括研究降低建筑用能系統、能源輸配系統能耗并提高能效技術、監測和優化管理建筑用能技術、改善建筑圍護結構或建筑構件熱工性能技術、實現可再生能源在建筑中的規模化應用技術、發展綠色建筑和實現建筑節能減排相關技術。
近5年來,承擔科研項目125項,科研經費2,228萬元。其中,國家自然科學基金4項,“863計劃”子課題1項,“十一五”子課題7項,國際合作項目5項。實驗室已完成的研究成果中,許多已直接應用于北京市場,內容涉及旋流式煙氣除塵器、低污染催化燃燒爐、煙氣熱能回收器、低溫空氣源熱泵系統、室內環境質量檢測等,同時申請多項發明專利及實用新型專利。
綠色建筑與節能技術北京重點實驗室
綠色建筑與節能技術實驗室是2010年由北京市教育委員會、北京市科學技術委員會批準建設的北京市重點實驗室。實驗室的建立主要為北京市城市建設發展中所遇到的環境和資源方面的問題、可持續發展方面的問題提供科技支持。實驗室以“人文北京、科技北京、綠色北京”為服務方向,將建筑學、土木工程、材料科學與工程、環境工程等多學科進行交叉與融合,結合北京的城鄉建設需求,致力于基礎研究、應用基礎研究、關鍵技術研發,促進當前與未來城鄉建設中以可持續發展為模式的建筑事業發展。
重點實驗室主要研究方向和課題:
綠色建筑設計與施工關鍵技術研究:綠色建筑規劃評估理論與應用;既有建筑更新改造的理論、方法與模式;新型圍護結構研究;建筑風環境、光環境、水環境研究;可再生能源建筑一體化技術研究。
節能墻體關鍵技術研究:研究節能混凝土、砌體外墻和玻璃幕墻的設計、生產和施工的系統理論;研究混凝土、砌體外墻及玻璃幕墻節能性能的關鍵技術;研究節能混凝土、砌體外墻及節能玻璃幕墻的系統設計理論。
可持續性建筑材料研究:研究建筑垃圾資源化關鍵技術與應用研究;研究再生結構材料與再生功能材料的形成機理;研究節能環保材料設計與機理研究;研究工業廢棄物在可持續性結構材料中的性能機理及應用技術。
綠色建筑能源系統研究:供熱空調制冷系統與設備節能技術研究;新型高效制冷、熱泵機組及系統研究;建筑能耗及環境控制系統特性評價指標研究;建筑用能管理自動控制系統研究;可再生能源開發與利用理論及技術研究;蓄能機理及建筑應用研究;太陽能、淺層地熱能開發與利用關鍵技術及理論研究;混合能源系統的運行控制研究。
綠色建筑水循環系統:雨水收集利用關鍵技術與設備成套化研究;非傳統水源循環途徑與水資源優化配置技術研究;建筑節水與場地水資源循環利用技術;低影響開發與綠色建筑關鍵技術與應用研究;綠色建筑水環境生態調蓄凈化技術與集成技術。
該實驗室近年來獲得國家科技進步獎二等獎1項,省部級科技進步獎15項,國家優質工程設計銀獎1項,省部級優秀設計獎1項;編制國家、地方、行業各類技術標準4項;專利及知識產權數十項。
實驗室自組建以來,在綠色醫院設計研究、采光遮陽一體化建筑構件研究、高層建筑風噪機理及對策研究、節能材料制造研究等多個方向,開展了系統的研究工作,取得了一定的階段性成果并進行了示范項目的成果轉化實踐。同時,實驗室針對綠色建筑重點方向,面向北京及全國進行開放性課題資助。典型的研究課題及成果有:中國駐厄立特里亞使館經商參處綠色建筑設計、北京騰達大廈綠色建筑優化對策研究、北京宣武醫院綠色醫院評價及設計研究、佛山東平新城項目綠色建筑星級認定技術咨詢等。
工程結構與新材料北京市高等學校工程研究中心
工程結構與新材料北京高等學校工程研究中心經北京市教育委員會批準于2010年1月成立。該中心具有北京市高校唯一的“工程結構與建筑材料”工程檢測資質,擁有國家設計甲級資質的北京建工建筑設計研究院和全國行業領先的北京建工京精大房工程建設監理公司。工程研究中心依托北京市建設領域龍頭企業北京建工集團、北京市建筑設計研究院、北京市市政工程設計研究總院、北京市政路橋控股有限公司等4家企業,為北京的城市建設提供必要的技術支撐,旨在提升北京在工程結構節能、抗震、耐久性、環保和可持續發展結構工程材料應用方面的整體水平。
工程研究中心主要研究方向:
工程結構節能抗震新技術研究和應用:開展工程結構相關的抗震新技術和國外先進抗震技術的國產化研究,節能新型墻體的研發和應用研究。
現代大型復雜結構施工監控技術與標準化施工技術:開展大型復雜結構的施工關鍵技術和施工監控技術研究,高效預應力成套技術標準化施工研究。
既有工程結構的檢測、鑒定與維修加固:開展工程結構的材料檢測、結構檢測、檢測鑒定和加固新技術的研究。
建筑垃圾資源化、再生環保節能和可持續性結構材料的研究和應用:開展建筑垃圾資源化、再生結構材料關鍵技術和規模化生產技術研究。
環保型可持續發展城市道路工程材料:開展環保型城市道路材料的關鍵技術研究,積極開展熱再生技術、溫拌瀝青混合料技術的成果轉化。
工程研究中心目前承擔“973計劃”“863計劃”、國家科技支撐計劃、國家自然科學基金、北京市自然科學基金等研究項目共計80余項,研究經費達1,000余萬元。獲得國家和省部級獎勵11項;申請專利10余項,獲批6項,其中發明專利2項。
北京市建筑安全監測工程技術研究中心
北京市建筑安全監測工程技術研究中心于2011年4月經北京市科學技術委員會正式批準設立。中心結合學校機械工程、土木工程和電氣工程等學科優勢,致力于該領域重大關鍵性、基礎性和共享性技術的研究,以及相關科研成果的系統化、配套化和工程化開發,為北京乃至全國建筑安全監測提供所需高新技術和裝備。
中心主要研究方向:
基于聲學技術的建筑安全監測。
大型建筑運行環境狀態監測。
建筑安全物聯網系統工程。
特種機器人的研究在建筑安全監測中的應用。
建筑鋼結構和混凝土結構安全評估及可靠性技術。
建筑裝備安全監測規范與服務。
目前,中心在研國家自然科學基金項目1項,北京市自然科學基金項目2項,其他省部級以上科研項目10余項。獲北京市科學技術獎一、二等獎各1項,其他省部級科技獎2項。
北京市城市交通基礎設施建設工程技術研究中心
北京市城市交通基礎設施建設工程技術研究中心于2012年經北京市科學技術委員會批準成立。該中心以北京建筑大學為依托,并聯合北京市政工程設計研究總院和北京市政路橋建設控股(集團)有限公司,形成了集交通基礎設施綜合防災減災規劃、大型交通樞紐設計、交通基礎設施新材料與新技術研發等于一體的省部級科研及成果轉化平臺。中心整合了北京交通基礎設施研究領域的優勢資源,協同開展科技創新,通過產學研結合,促進成果轉化,為北京建立高效、安全、環保的世界城市交通運輸體系提供技術支持,并培養一批高層次人才,以滿足北京交通基礎設施建設需求。
中心技術研究開發主要方向:
交通樞紐規劃設計:研究綜合交通樞紐規劃布局理論、功能設計方法及行人交通特征,解決高效交通換乘、優化樞紐內部流線等交通運行效率及緊急情況下行人疏散等安全問題。
交通基礎設施綜合防災減災:研究交通基礎設施的綜合防災減災,解決地下道路及空間火災煙氣控制、內澇防治、安全疏散、結構抗震設計及安全評價問題。
交通基礎設施全壽命設計:解決交通基礎設施全壽命設計相關技術難題,著重開展混凝土耐久性及工程應用技術、交通基礎設施使用性能預測、評價技術與應用和交通基礎設施抗震設計新技術等相關內容的研究。
交通基礎設施施工新技術:研究交通基礎設施施工新技術,解決施工的空間制約、資源制約、無障礙施工等問題。
該中心近3年來獲得國家科技進步獎一等獎1項、二等獎5項,省部級科技進步獎22項,國家優質工程設計銀獎4項,省部級優秀設計獎16項;國家、地方、行業各類技術標準54項;專利及知識產權75項;國家級工法5項,省部級工法10項。科研成果已應用于工程約60余項,其中包括:奧林匹克公園綜合交通規劃、北京地鐵4號線的防災減災設計、長安街大修改造的全壽命設計、北京市四元橋立交工程的施工新技術等。
北京建筑文化研究基地
北京建筑文化研究基地于2010年被北京市哲學社會科學規劃辦公室、北京市教育委員會批準建立。
基地自成立以來,緊緊圍繞“三個北京”和中國特色世界城市建設,開展北京城市文化特色研究、空間哲學研究、建筑倫理研究和建筑文化遺產保護研究,共承擔各級各類課題40余項。其中,國家社科基金項目2項,省部級哲學社會科學課題15項,北京市自然科學基金2項。舉辦國際、國內學術研討會5次,出席國內外學術會議40余人次。出版著作20余部,150余篇。有20多篇論文被《人大復印報刊資料》全文轉載,有100余篇論文被CSSCI收錄。基地重視人才培養和建筑文化科普工作,2012年開始招收“設計倫理學與美學方向”碩士研究生,建設了建筑物文化特色資源庫,取得了豐碩的科研成果和良好的社會效益。
基地主要研究領域:
北京城市建筑文化特色與功能研究:北京傳統建筑文化的意義及功能;北京城市主要功能區的建筑文化特色;北京城市公共建筑物和公共空間的文化內涵;北京城市建筑形態的文化功能等。
建筑倫理研究:建筑、規劃、工程活動的價值取向;建筑、規劃、工程活動的公共參與;西方建筑思潮的倫理分析。
北京建筑文化遺產保護研究:北京城市建筑遺產的類型與特征;北京城市建筑遺產的文化功能評價;北京城市建筑文化遺產的再利用。
北京應對氣候變化研究和人才培養基地
北京應對氣候變化研究和人才培養基地成立于2012年3月,由北京市發展和改革委員會、北京市教育委員會聯合共建。
基地的基本定位:
北京市應對氣候變化智庫;北京市應對氣候變化信息服務中心;北京市應對氣候變化戰略措施研究和技術交流平臺;應對氣候變化專業人才培養與人力資源儲備中心。
基地建設將立足北京、面向全國、放眼世界,跟蹤氣候變化問題的國際、國內形勢及動態,匯聚國內外應對氣候變化領域的精英人才和技術,集成利用北京市在相關研究領域的各類資源,開展氣候變化對本市經濟社會的影響及應對措施等方面研究,培養儲備本市應對氣候變化專業人才,努力將該基地建設成為與國際接軌、國內一流的集應對氣候變化相關教學、研究與技術開發于一體的產學研綜合性基地。
基地將組建與氣候變化緊密相關的能源、交通、建筑、環境、生態、經濟與金融、規劃與管理等跨學科研究力量,緊密跟蹤氣候變化問題的國際國內形勢及動態,系統全面地分析氣候變化對北京市經濟社會和環境的影響,研究本市應對氣候變化的總體戰略、應對機制與技術、應對計劃與方案。
基地主要研究方向與內容:
開展相關發展戰略和政策標準的研究;搭建北京市應對氣候變化信息交流和研發網絡;開展應對氣候變化技術研究,包括基礎研究、適應氣候變化能力的研究、提升溫室氣體減排水平的研究、溫室氣體減排及相關低碳政策在短期內的經濟社會影響研究等。
北京建筑大學——浙江勤業建工集團有限公司技術研發中心
為充分發揮高校科研人才優勢和建筑施工企業的生產要素資源,促進工程建設領域的科技進步和科技成果的孵化與轉化,建筑工程浙江省工程技術研究中心(企業技術中心)由北京建筑大學和浙江勤業建工集團有限公司(以下簡稱“浙江勤業集團”)共同組成并申報建設。中心于2009年獲得浙江省批復(浙經信技術[2009]311號)。
研究中心的建立是本著優勢互補、互惠互利、共同發展的原則,以切實發揮產學研聯合作用為目標,以實現提高企業科技創新、促進高校科技成果轉化為主要任務。
中心自建立以來圍繞工程實際中遇到的技術難題,企業與高校聯合開展了多項科研項目合作和技術攻關,主要包括:圍繞土木工程施工領域的共性技術與關鍵技術,重點在施工新技術、新材料、新設備、新工藝等“建筑四新技術”方面開展創新研究與開發,以形成一批具有自主知識產權的一系列技術成果,并大力做好應用與推廣工作。
中心的科研項目選題主要來源于三個途徑:一是浙江勤業集團設立或擬定的項目,包括工程建設的行業標準、發明專利、國家級工法等;二是學校根據具體土木工程熱點、難點技術而設立或擬定的項目;三是國家及地區科研主管部門的相關科研課題。浙江勤業集團與學校擬定的項目由各單位分別提交到研發中心,并由專家委員會評審通過后,方可列為正式選題并由中心負責編制項目申報指南。
北京建筑大學建筑科技大學科技園
北京建筑大學建筑科技大學科技園是依托北京建筑大學的優勢學科及科技創新資源,面向首都城鄉建設,集聚創新創業人才,擴散高新技術,建設知識創新和科研成果轉化及產業化的中心;是為首都城市規劃、建設與管理提供科技支撐和智力支撐的創新創業基地;是產學研合作引領產業結構優化升級的高新技術企業集聚區;是首都城鄉建設創新創業人才培養的高地。
科技園以建筑科技為主導,圍繞城鄉規劃、建設與管理,是重點開展建筑結構、建筑施工、建筑材料、建筑節能、建筑監理、智能建筑以及城市基礎設施建設的研究、設計、實驗、應用、信息等產業化基地。