土木工程CAD與專業(yè)軟件課程教學(xué)方法探討及實(shí)踐

羅伯光，覃荷瑛

（桂林理工大學(xué) 土木與建筑工程學(xué)院，廣西 桂林 541004）

土木工程CAD與專業(yè)軟件課程教學(xué)方法探討及實(shí)踐

羅伯光，覃荷瑛

（桂林理工大學(xué) 土木與建筑工程學(xué)院，廣西 桂林 541004）

以培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手操作能力、工程實(shí)踐能力以及分析問題和解決問題、發(fā)展創(chuàng)新能力為目的，在土木工程CAD與專業(yè)軟件課程教學(xué)中，結(jié)合建筑工程項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從方案設(shè)計(jì)到結(jié)構(gòu)計(jì)算再到施工圖設(shè)計(jì)出圖三階段，探討了一套以工程項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)模型輸入—結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算—施工圖設(shè)計(jì)出圖為主線的教學(xué)方法，通過該方法的教學(xué)實(shí)踐，取得了良好的效果。

土木工程CAD；專業(yè)軟件；課程教學(xué)；能力

《土木工程CAD與專業(yè)軟件》是土木工程專業(yè)開設(shè)的重要專業(yè)課程之一，與土木工程行業(yè)接軌緊密，同時(shí)又用到大量的專業(yè)課程的理論知識(shí)以及各種建筑設(shè)計(jì)規(guī)范，是一門實(shí)踐性、工程性、綜合性很強(qiáng)的專業(yè)課程。該課程主要的教學(xué)內(nèi)容是高等學(xué)校土木工程本科指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范中規(guī)定的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)知識(shí)領(lǐng)域的核心知識(shí)單元和知識(shí)點(diǎn)[1]。在土木工程行業(yè)中所運(yùn)用的各種計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件有：AUTOCAD、廣廈CAD、PKPM、TBSA、SAP、ANSYS等，而PKPM是中國建筑科學(xué)研究院開發(fā)的集平面空間于一體的、以建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算為主導(dǎo)的建筑設(shè)計(jì)軟件，是目前國內(nèi)應(yīng)用最廣泛，被絕大多數(shù)設(shè)計(jì)院所認(rèn)可的建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算程序。各高校土木工程專業(yè)從市場(chǎng)需求出發(fā)，為培養(yǎng)社會(huì)急需人才，近幾年來基本上均開設(shè)該課程。學(xué)好該課程不僅能使學(xué)生掌握對(duì)軟件的操作使用，更能使學(xué)生鞏固以前所學(xué)專業(yè)課程的理論知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)各種錯(cuò)綜復(fù)雜因素的綜合分析能力和解決工程實(shí)際問題的能力，實(shí)現(xiàn)零距離就業(yè)有非常大的幫助。筆者結(jié)合自己多年的實(shí)際工程設(shè)計(jì)和施工的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)工程項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)從方案設(shè)計(jì)到結(jié)構(gòu)計(jì)算再到施工圖設(shè)計(jì)出圖三階段，在教學(xué)中探討了一套以工程項(xiàng)目的模型輸入—結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算—結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)出圖為主線的實(shí)踐教學(xué)方法，以增強(qiáng)學(xué)生將理論知識(shí)、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件三者融會(huì)貫通的能力，提高學(xué)生的動(dòng)手操作能力、技術(shù)應(yīng)用能力、工程實(shí)踐能力以及創(chuàng)新能力。

一、結(jié)合工程項(xiàng)目的方案設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)計(jì)算，提高學(xué)生對(duì)軟件基本操作技能以及技術(shù)應(yīng)用能力

工程項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的階段大體可以分為三個(gè)階段：方案階段、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算階段和施工圖設(shè)計(jì)出圖階段。方案階段的主要內(nèi)容有：根據(jù)建筑項(xiàng)目的各種資料、條件確定結(jié)構(gòu)類型；再根據(jù)不同結(jié)構(gòu)類型的特點(diǎn)及要求布置結(jié)構(gòu)的承重體系和受力構(gòu)件。結(jié)構(gòu)計(jì)算階段的內(nèi)容為：一，荷載的計(jì)算。二，構(gòu)件的試算。根據(jù)荷載值和相關(guān)構(gòu)造措施等初步確定構(gòu)件的截面。三，內(nèi)力的計(jì)算。根據(jù)確定的構(gòu)件截面和荷載值進(jìn)行內(nèi)力的計(jì)算；四，構(gòu)件的計(jì)算。根據(jù)計(jì)算出的結(jié)構(gòu)內(nèi)力及規(guī)范，對(duì)構(gòu)件的要求和限制來復(fù)核構(gòu)件是否符合規(guī)范規(guī)定和要求。如不滿足要求則要調(diào)整構(gòu)件的截面或布置直到滿足要求為止[2]。

考慮到受實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)限制，教學(xué)采用的工程項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)類型教師已選定，學(xué)生根據(jù)已選定的工程項(xiàng)目和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使學(xué)生了解軟件的基本功能和主要參數(shù)的選擇，熟悉各級(jí)菜單命令及其操作方法，掌握PMCAD結(jié)構(gòu)建模的主要步驟、荷載的輸入、計(jì)算數(shù)據(jù)文件形成、結(jié)構(gòu)平面施工圖的繪制，SATWE進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算和配筋并繪制梁柱施工圖的方法、JCCA地質(zhì)資料輸入、地基基礎(chǔ)計(jì)算、繪制基礎(chǔ)施工圖等操作[2]。在操作的全過程中，要認(rèn)真的考慮設(shè)計(jì)的每一環(huán)節(jié)，融入所學(xué)的理論知識(shí)以及相應(yīng)規(guī)范的要求，例如：PMCAD菜單中，設(shè)計(jì)參數(shù)的地震信息和風(fēng)荷載信息的輸入時(shí)一定要結(jié)合工程項(xiàng)目，并根據(jù)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范和荷載設(shè)計(jì)規(guī)范中相應(yīng)的規(guī)定去選擇參數(shù)；在框架結(jié)構(gòu)項(xiàng)目時(shí)，填充墻是不作為構(gòu)件還是作為荷載輸入的，要將墻體轉(zhuǎn)化為線荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用在梁上[3]。

在教學(xué)過程中可激發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的強(qiáng)烈愿望，比如在PMCAD建模過程中，樓梯所在房間樓板是如何處理的，考慮到軟件在全房間樓板開洞和樓板厚度為零的區(qū)別：平面導(dǎo)荷時(shí)，全房間樓板開洞處的荷載將被扣除，樓板厚度為零處不扣除，出圖時(shí)樓板不配筋，可引導(dǎo)學(xué)生這樣解決此問題：將程序設(shè)置成不自動(dòng)計(jì)算樓板自重，樓梯所在房間樓板厚度設(shè)為零，恒載和活載按照實(shí)際情況輸入，這樣既不會(huì)漏掉荷載，計(jì)算時(shí)又符合實(shí)際情況，出圖時(shí)改得也少，減少了不少工作量。類似這種問題軟件本身是不會(huì)教你如何解決，也沒有一本教科書有現(xiàn)存的答案，只有綜合學(xué)過的理論知識(shí)，通過充分的思考，嘗試各種方法才能正確解決好。

二、結(jié)合工程項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)計(jì)算，提高學(xué)生的分析問題和解決問題的能力以及培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)工作態(tài)度和作風(fēng)

工程項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)計(jì)算階段內(nèi)容包括的四點(diǎn)并不是一次性就能夠完成的，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，有大量數(shù)據(jù)是憑借經(jīng)驗(yàn)給定的，如：構(gòu)件截面尺寸、構(gòu)件布置的數(shù)量和位置、鋼筋的直徑等。這些提前給定的數(shù)值經(jīng)過計(jì)算后是否合理，必需根據(jù)計(jì)算出的結(jié)構(gòu)內(nèi)力及規(guī)范對(duì)構(gòu)件的要求和限制（比如：軸壓比、剪跨比、跨高比、裂縫和撓度等）來復(fù)核。不滿足要求的則需調(diào)整構(gòu)件的截面或布置，直到滿足要求為止。教師在教學(xué)中對(duì)該部分應(yīng)給予充分的重視，引導(dǎo)學(xué)生采用正確的檢查方法對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行反復(fù)檢查，保證各信息輸入的正確性，對(duì)檢查出的問題分析原因、找出對(duì)策、進(jìn)行更正；例如通過對(duì)整樓模型的仔細(xì)觀察，檢查構(gòu)件布置是否正確；通過檢查荷載圖，來分析荷載輸入的正確性等。同時(shí)讓學(xué)生養(yǎng)成仔細(xì)閱讀分析計(jì)算結(jié)果文件的習(xí)慣，這些結(jié)果文件有WMASS.OUT文件（建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)信息）、WAQ.OUT文件（周期、振型、地震力）、WDISP.OUT文件（結(jié)構(gòu)位移）、WNL.OUT文件（內(nèi)力）、WPJ.OUT文件（配筋）等輸出文件[2]，這些j計(jì)算結(jié)果的一個(gè)直觀顯示，能使我們觀察到計(jì)算結(jié)果（內(nèi)力、位移、裂縫等）是否符合規(guī)范、各工況下的荷載圖是否正確等，教師應(yīng)重點(diǎn)分析結(jié)果的常見問題，然后由學(xué)生對(duì)工程項(xiàng)目的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，找出數(shù)據(jù)不合理的原因，提出改正措施，修改后再計(jì)算，分析后再修改計(jì)算，直到找到理想的結(jié)果。在這個(gè)不斷修改的過程中，綜合運(yùn)用到大量以前所學(xué)的混凝土結(jié)構(gòu)、建筑抗震、地基基礎(chǔ)等知識(shí)，如：當(dāng)結(jié)果文件中顯示梁正截面鋼筋超筋時(shí)，可以有幾種辦法解決：加大梁的寬度、加大梁的高度、提高砼強(qiáng)度等級(jí)等[4]，但到底哪種辦法最有效呢，這在混凝土結(jié)構(gòu)課程中講的非常清楚，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生善于運(yùn)用。在反復(fù)的不斷的修改過程中，提高了學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問題和解決問題的能力，以及嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)工作態(tài)度和作風(fēng)。

三、結(jié)合工程項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)施工圖的設(shè)計(jì)，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力及創(chuàng)新能力。

工程項(xiàng)目施工圖設(shè)計(jì)出圖的主要內(nèi)容為：確定構(gòu)件布置、構(gòu)件配筋以及根據(jù)規(guī)范的要求來確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件的構(gòu)造措施。也就是說施工圖表達(dá)的東西首先要符合結(jié)構(gòu)計(jì)算的要求，同時(shí)還要符合規(guī)范中的構(gòu)造要求，最后還要考慮施工的可操作性。在這一階段，讓學(xué)生結(jié)合實(shí)際工程項(xiàng)目的施工圖，檢查自己的施工圖是否齊全，比較二者之間的差別，找出差別的原因，以及是否有必要作出修改和調(diào)整。由于“構(gòu)造措施”實(shí)踐性較強(qiáng)，不像結(jié)構(gòu)計(jì)算理論強(qiáng)，并可根據(jù)公式進(jìn)行推導(dǎo)，在理論教學(xué)中教師容易忽視，學(xué)生也不愿去學(xué)，造成學(xué)生的薄弱點(diǎn)，但構(gòu)造措施是保證房屋的耐久性，提高房屋的空間剛度和整體工作性能，防止或減輕房屋開裂，提高房屋的抗震性能等重要的方法之一，所以，教師要加強(qiáng)學(xué)生對(duì)“構(gòu)造措施”的理解，以提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

由于工程的個(gè)別性、復(fù)雜性、實(shí)際性，設(shè)計(jì)人員必須將PKPM所形成的施工圖在AutoCad中加以修改、編輯后才能作為實(shí)際的工程施工圖出圖，這些工作中有很多是繁瑣的、重復(fù)的。教師可以在教學(xué)中引導(dǎo)一些比較優(yōu)秀的學(xué)生利用計(jì)算機(jī)語言編寫應(yīng)用程序，例如：通過ActiveX Automation技術(shù)，在Windows系統(tǒng)下對(duì)PKPM所形成的配筋圖在AutoCAD中進(jìn)行二次處理，這樣既可以方便工程設(shè)計(jì)人員結(jié)合工程的實(shí)際情況更加快速、準(zhǔn)確地編輯配筋施工圖，從而提高工作效率，又可以提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

四、結(jié)束語

在土木工程CAD與專業(yè)軟件課程教學(xué)中，結(jié)合了建筑工程項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)踐了一套以工程項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)模型輸入—結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算—施工圖設(shè)計(jì)出圖為主線的教學(xué)方法，提高了該課程的教學(xué)質(zhì)量，取得了良好的效果。該課程教導(dǎo)學(xué)生要踏踏實(shí)實(shí)，從一個(gè)個(gè)基本的構(gòu)件算起，考慮工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)的每一環(huán)節(jié)，做到知其然并知其所以然，不僅保證計(jì)算模型的簡(jiǎn)化與工程實(shí)際相吻合，使計(jì)算假定與實(shí)際情況相一致，而且應(yīng)注意設(shè)計(jì)軟件的適用條件及其技術(shù)條件，正確地使用結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件，保證計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確，同時(shí)更要加強(qiáng)學(xué)生的理論知識(shí)和各建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的學(xué)習(xí)，深刻理解規(guī)范和規(guī)程的含義，加強(qiáng)概念設(shè)計(jì)，保證結(jié)構(gòu)滿足各項(xiàng)構(gòu)造措施的要求，為社會(huì)輸送優(yōu)秀的應(yīng)用型人才。

[1]高等學(xué)校土木工程學(xué)科專業(yè)指導(dǎo)委員會(huì).高等學(xué)校土木工程本科指導(dǎo)必專業(yè)規(guī)范[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[2]羅福午.建筑結(jié)構(gòu)[M].武漢理工大學(xué)出版社，2012.

[3]中國建筑科學(xué)研究院PKPM CAD工程部.PKPM系列軟件用戶手冊(cè)及技術(shù)條件[Z].2011，2.

[4]沈蒲生，梁興文.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].北京：高等教育出版社，2012.

G642.0

A

1674-9324（2014）30-0215-02

本文系“桂林理工大學(xué)教學(xué)改革工程2013年立項(xiàng)項(xiàng)目”（項(xiàng)目編號(hào)：2013JG37）的研究成果。

基金項(xiàng)目：本文系“桂林理工大學(xué)教學(xué)改革工程2013年立項(xiàng)項(xiàng)目”（項(xiàng)目編號(hào)：2013JG37）的研究成果。

羅伯光（1975-），男，廣西合浦人，本科，工程師，研究方向：混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)仿真分析；覃荷瑛（1972-），女，湖南邵陽人，博士，副教授，研究方向：混凝土結(jié)構(gòu)耐久性。