中國木結構教學實踐與探索

凌志彬 楊會峰 孫國華

摘要：近年來，中國木結構步入快速發展軌道，木結構工程總量迅猛增加，然而木結構設計的專業技術人員卻極度短缺，嚴重制約了木結構的發展。文章基于中國木結構教學現狀和社會對木結構技術人才的需求，對當前木結構教學方面存在的一些問題進行了分析與探討，從合作教學、教學手段、專業競賽及本科生畢業設計等幾方面提出了相應的改革措施，以期達到較好的教學效果，進而培養適應現代木結構發展需要的木結構專業人才。

關鍵詞：木結構;教學實踐;人才培養

中圖分類號：G6420;TU3662文獻標志碼：A文章編號：1005-2909（2018）06-0082-05

木材是一種可再生建筑材料，其生長過程會吸收二氧化碳，釋放氧氣，是天然固碳材料，生態環保效益顯著。木材還能調節室內空氣濕度，控制二氧化碳濃度，有益于居住者的身心健康。同時，木結構建筑抗震性能好、工業化程度高、環保宜居，發展現代木結構符合可持續發展的國家戰略。

當前，在美國、日本等發達國家，木結構住宅占比達到65%～80%，木結構公共建筑占比20%左右。隨著木材加工技術的發展和現代木結構體系的創新，現代木結構在高度和跨度上不斷取得新突破。圖1為位于加拿大英屬哥倫比亞大學的學生宿舍樓Brock Commons，共18層，高度53 m，是目前世界上已建成的最高木結構建筑。圖2為美國塔科馬木結構穹頂體育館，穹頂直徑為162 m，高度達45.7 m，可容納20 000名觀眾觀看比賽，至今仍是非常有影響力的大跨木結構建筑。

中國具有悠久的木結構建造歷史，1056年建成了67.3 m高的應縣木塔，1103年出版了國際上最早、最為完整的木建筑設計、施工的規范書——《營造法式》。但是，解放后，百廢待興，木材資源遠不能滿足大規模基本建設的迫切需求，現代木結構研究基本處于停滯狀態，造成中國在現代木結構教學培訓、科研與設計等方面與發達國家差距明顯。近幾年，中共中央、國務院和住建部等先后出臺了《關于進一步加強城市規劃建設管理工作的若干意見》《關于大力發展裝配式建筑的指導意見》等一系列政策文件，明確了“適用、經濟、綠色、美觀”的建筑方針，倡導發展現代木結構建筑。此外，近20年來，中國從北美和俄羅斯等進口的結構用木材日趨增加，也為發展木結構提供了基礎。

綜上所述，中國現代木結構迎來了非常好的發展機遇。經過多年的發展和積淀，木結構事業已呈蓬勃發展之勢，市場對木結構人才的需求愈加旺盛，國內多所高校又重新開設了木結構課程。然而，與混凝土結構、鋼結構教學改革研究[1-8]形成鮮明對比的是，木結構教學改革方面的研究并不多見[9-12]。

一、中國木結構教學現狀

（一）木結構課程課時偏少

目前，國內針對本科生開設木結構設計及相近課程的高校主要有哈爾濱工業大學、同濟大學、南京工業大學和南京林業大學等。然而木結構一般設置為選修課，大約20個課時左右，通過學習，學生僅能了解木結構的一些基本概念和知識，而不能深入掌握木結構設計和分析計算方法，導致學生在木結構方面的整體設計與實踐能力薄弱。學生乃至整個社會對木結構的認知度較低，社會上對木結構的一些偏見和疑慮不能在短期內消除，設計院由于不熟悉材料性能和設計方法而對木結構避而遠之，嚴重制約了木結構的發展。

（二）缺少專業的木結構教學人員

在中國，現代木結構是一個新興產業，發展潛力巨大。由于過去幾十年，中國木結構發展停滯不前，專門從事木結構設計和研發的專業技術人員很少，高校對木結構專業的教學投入也并不積極。據了解，目前能培養教學研究型木結構專業技術人才的高校有同濟大學、哈爾濱工業大學、東南大學、南京工業大學、南京林業大學等。很多高校通過邀請國外知名木結構工程專家或專門從事木結構設計的企業技術人員進行木結構課程的短期講學。

（三）學生對木結構認知度不高

目前，現代木結構在中國相對偏少，學生在現實生活中接觸到的大部分是混凝土結構和鋼結構，真正接觸木結構的機會很少，導致學生對木結構的認知度不高，給木結構課程學習帶來了困難。比如說，木材順紋和橫紋方向的力學性能差異較大，設計的時候，要盡量避免木材橫紋受力。另外，一談到木結構，大家都會覺得防火是個大問題，其實這是個誤區。事實證明，木結構具有較高的耐火極限。一般情況下，溫度達到300℃時，鋼材開始軟化，而木材則不會，燃燒使木材表面形成的碳化層起到很好的保護作用，1 h僅碳化40 mm左右，因此可通過構件的冗余設計保證其在火災中的安全性。此外，還可通過一些木材改性處理措施來提高木構件的耐火極限，使之從易燃級變成難燃級。

（四）教學不能滿足社會需求

隨著木結構事業的蓬勃發展和國外木結構產品供應商的宣傳與推介，木結構在中國越來越受關注。很多單位和企業也開始嘗試性使用現代木結構，但目前主要集中在沿海經濟發達地區和森林資源豐富的地區。因此，現階段一些木結構加工企業、設計院、監理和質監部門對木結構人才需求旺盛，但卻很難招聘到合適的學生，主要原因在于開設木結構方向或從事木結構教學課程的院校偏少，造成木結構專業技術人才短缺。

二、木結構教學創新實踐與探索

（一）合作教學

由于過去幾十年木結構發展的停滯不前，中國在木結構教學方面經驗不足，而歐、美、日等發達國家在木結構發展和教育方面取得了很大的成就。鑒于目前國內木結構教學的現狀，與國外的木結構強校進行聯合辦學是快速提高木結構教學水平的有效途徑。目前，同濟大學、東南大學等高校與加拿大英屬哥倫比亞大學在木結構專業進行聯合教學，雙方聯合制定教學計劃，定期邀請加方木結構專家來華集中授課。同時，也應注重不同專業的多元化交叉教學，如涉及木材材料性能，可由木材加工專業背景的教師授課，關于建筑外形設計方面，可邀請建筑學專業的教師授課。做到多學科、多角度的交叉教學與融合，這樣既能發揮不同專業的長處，又能取得良好的教學效果。

（二）理論授課與實驗教學相結合

對于絕大部分課程，理論知識的學習涉及大量的公式與圖表，相對枯燥，很難調動學生的主動性，木結構課程的學習也不例外。為使木結構課程的教學更生動、有趣，針對一些材料的基本力學性能、典型構件和連接，在完成理論階段的學習后可進行現場實驗教學，如圖3和4所示。同時，可帶領學生在實驗室參觀，讓學生現場接觸工程木產品及連接件等的實體模型，如圖5所示。針對典型的構件與連接，可制作電子模型進行展示，以提高學生對木結構的直觀認識。

（三）理論教學與案例教學相融合

經過多年努力，建成了一批現代木結構建筑與橋梁，圖6（a）和（b）分別為貴州省榕江縣木結構游泳館和蘇州市胥虹橋。結構設計均由南京工業大學完成。這些新建的現代木結構建筑為現代木結構的教學提供了很好的實際案例。在案例教學時，不要求學生深究設計的每一個細節，與教學內容相匹配即可。例如，對現有工程案例所采用的結構體系進行適當簡化，然后取出其中一部分讓學生進行設計與計算，理論知識的學習貫穿于真實的工程案例。這樣的授課模式有效避免了理論知識學習的枯燥無味，同時結合真實案例的圖片，使課程學習變得生動形象。另外，學生會感覺到離實際工程很近，學習的興趣得到提高，可加強學生對于理論知識的應用與融會貫通。

（四）指導學生開展木結構競賽

開展學科競賽是促進教學提升的有效途徑。學科競賽是對大學生素質和能力的綜合考查。競賽可以激發學生的原創力和設計靈感，提升學生的動手實踐能力，加深對理論知識的理解，培養大學生的團隊協作精神，同時還能豐富大學生的課余生活。近年來，針對木結構方向，中國木結構高等教育和研究指導委員會專門設立了全國高校木結構設計競賽。目前已舉辦了兩屆，于2016和2017年分別由同濟大學和南京工業大學承辦。與全國大學生結構設計競賽的區別在于：1）木結構設計競賽更注重實際，競賽命題源于實際工程;2）組隊要求建筑學和結構工程專業背景的學生;3）競賽所選用的材料為真實的木材且構件尺寸相對大些，更貼近實際。學科競賽不僅對學生是一項挑戰，同時對指導教師也是一項考驗，通過指導學科競賽，在一定程度上也促進了教師教學技巧的提高。

（五）開展本科生木結構畢業設計

畢業設計是學生在校期間的最后學習和綜合訓練階段，是綜合運用所學知識的重要環節，是學習、研究與實踐成果的全面總結，是學生綜合素質與工程實踐能力培養效果的全面檢驗。 本科生畢業設計是一項系統工程，要求畢業生將四年所學的知識進行一次綜合應用。通過開展本科生木結構畢業設計，首先能全面鞏固學生所學的木結構理論知識，其次，能加深學生對現代木結構的認識與理解，提升學生看問題的高度，最重要的是使學生掌握木結構建筑的設計和計算方法，提高木結構知識的應用能力。近年來，南京工業大學在本科生木結構畢業設計方面做出了大量的努力，專門為土木工程專業的學生開設了木結構畢業設計和課程設計，學生有機會接近真實的木結構設計工作。

三、結語

近年來，現代木結構快速發展，且市場潛力巨大，木結構教學與人才培養是社會的迫切需求。文章對現代木結構教學的現狀進行了分析探討，主要存在授課院校和課時安排偏少，缺少專業的木結構教學人員，學生對木結構的認識度不高及教學遠不能滿足社會需求等問題。筆者結合自身的教學經驗，對現代木結構教學提出一些教學改革建議和措施。希望通過教學改革，促進中國現代木結構優秀人才的培養，滿足現代木結構市場對專業技術人員的需求。

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