土木工程專業人才風險管控能力培養的課程群建設探索

王鼎，曹海瑩，潘鵬程，徐珊，朱瑞廣

（燕山大學建筑工程與力學學院 河北 秦皇島 066004）

1 簡介

土木工程包括人類從事生產和生活活動的各類基礎設施，其安全性和可靠性直接關系到社會整體和個人的生命財產安全。土木工程在服役期內有一定概率受到地震、強風、地質災害等極端災害的影響，同時施工不規范、恐怖襲擊等人為行為也會增加結構破壞的風險。美國911 恐怖襲擊導致世貿雙塔倒塌、汶川大地震導致建筑結構倒塌、東日本地震海嘯導致福島核電站泄露均是典型例子。因此，風險管控意識是新時代土木工程專業人才的必備素質。

我國土木工程專業教育日趨重視本科生風險管控能力的培養，但多采用在專業課程部分章節中進行介紹的教學方法，未形成系統的體系。近年來，課程群建設成為專業人才培養的重要途徑，為風險管控能力培養提供了新思路。基于此，本項目進行了土木工程專業人才風險管控能力培養的課程群建設。課程群名稱為“土木工程可靠性與風險管控”課程群，以巖土與地下工程專業方向為對象，采用案例教學的方式整合重組各課程中關于可靠性和風險分析的教學內容，明確課程群教學產出，實現畢業生風險管控能力提升的教學目標。

2 課程群建設必要性

現階段推進土木工程風險管控能力培養存在如下難點：①風險管控以工程結構可靠性分析為基礎，需要學生具有隨機性思維。土木工程專業本科課程體系中，可靠性分析主要通過“工程結構荷載與可靠度設計原理”課程講授，其他課程較少涉及可靠性相關內容。導致學生難以進行實際工程結構的可靠性分析并判斷風險來源。②除可靠性理論教學外，土木工程風險意識培養須對比真實工程實例，抽絲剝繭地分析工程風險成因和防治技術。這需要多門課程統籌安排教學實例，明確每個實例的教學重點，實現風險管控相關知識點全覆蓋。因此，培養學生的風險管控能力，需要多門課程在理論和應用兩個維度配合教學。

以上難點可采用課程群建設與案例教學相結合的方式進行解決。這是因為：①課程群建設可以整合協調各課程的教學內容，將可靠性理論與工程風險分析實例相結合，從理論和應用兩個維度培養學生的風險管控能力。②采用案例教學可以使學生理解可靠性分析的抽象概念，在復雜建造環境中準確尋找工程風險來源。

3 課程群構建思路

本課程群建設以土木工程專業巖土與地下工程方向為對象，包括“工程結構荷載與可靠度設計原理”“土力學”“巖土工程測試技術”“高層建筑基礎”“地下工程施工技術”“建設工程經濟與項目管理”等六門課程。“工程結構荷載與可靠度設計原理”是課程群的核心，學生通過本課程學習掌握可靠度分析方法，為工程風險管控奠定理論基礎；“土力學”和“巖土工程測試技術”聚焦地基土參數的隨機性，使學生掌握建造環境不確定性如何影響工程風險；“高層建筑基礎”與“地下工程施工技術”聚焦實際工程結構的風險分析，將可靠度方法用于風險定量評價，分析實際工程事故的風險源；“建設工程經濟與項目管理”重點講授如何在成本約束下降低工程風險，介紹風險管控的實用方法。

4 實施方案

本課程群建設的具體實施方案包括：

第一，以“工程結構荷載與可靠度設計原理”課程為基礎，在工程結構荷載統計、構件抗力統計的教學過程中強調土木工程和建造環境隨機性的影響，樹立學生利用可靠性評價結構工程的觀念；在結構可靠度計算方法講授中引入獨立基礎地基承載力案例，使學生掌握可靠度分析的原理。

第二，在“土力學”“巖土工程測試技術”兩門課程中，針對地基土土層參數的隨機性分析設置案例，使學生掌握工程建造環境的隨機性及其帶來的潛在風險。“土力學”課程通過多個工程實際案例，展示場地土層參數的實測數據、均值、變異系數，使學生具有工程建造環境隨機性的定量認識；“巖土工程測試技術”要求學生對土層參數實測數據進行統計，掌握建造環境隨機性的定量分析方法。

第三，在“高層建筑基礎”“地下工程施工技術”兩門課程中，分別針對筏板基礎設計和隧道施工設置案例，使學生掌握實際工程結構可靠度分析的方法，加深學生對災害隨機性導致工程風險的理解。“高層建筑基礎”課程利用之前土層參數隨機性的分析結果，進行框架結構筏板基礎地基承載力的可靠度計算，使學生了解土層參數隨機性帶來的結構失效風險，并利用可靠度結果定量評估風險；“地下工程施工技術”講解多個隧道事故實例，使學生了解忽視風險防控會導致嚴重的后果。

第四，以“建設工程經濟與項目管理”課程為落腳點，從經濟損失角度講授降低工程風險的必要性和措施，介紹降低風險的實用方法，培養學生在立項―設計―施工―維護全過程中管控風險的意識。

在實際操作過程中，本課程群采用案例式教學方法。案例教學是理論聯系實際的重要途徑，能夠將學生置于真實案例環境中，培養其解決實際問題的能力，也能夠提高學生的學習興趣。本課程群的六門課程均設置了專門的案例，以支撐專業人才風險管控能力培養的目標。

“采用一次二階矩方法的獨立基礎地基承載力可靠度計算案例”“地基土指標的隨機性分析案例”和“靜力觸探法測量地基承載力的實測數據分析與統計案例”三個案例以獨立基礎地基承載力驗算這一學生易于理解的問題入手。

“采用一次二階矩方法的獨立基礎地基承載力可靠度計算案例”以一獨立基礎的地基承載力驗算作為工程問題，考慮荷載、基礎尺寸與地基土強度的隨機性，要求學生構建功能函數，并利用一次二階矩方法求解可靠指標。同時要求學生進行探索，分析荷載、基礎尺寸、地基土強度的均值和標準差變化如何影響可靠指標與可靠度，進而增加地基失效的風險。本案例可以使學生理解工程風險的來源，為之后的風險評估提供分析工具。

“地基土指標的隨機性分析案例”展示5 組實際工程現場測定的地基土指標，計算指標均值與變異系數，評價不同種類地基土性質的離散性。任課教師回顧之前的獨立基礎地基承載力可靠度計算案例，要求學生針對本案例的5 組實際地基土指標重新進行可靠度分析，優化基礎設計方案，促使學生將可靠度分析方法應用到實際工程中。

“靜力觸探法測量地基承載力的實測數據分析與統計案例”要求學生利用靜力觸探法獲得的數據計算地基土的強度指標值，并利用可靠度計算中的誤差傳遞公式計算原始數據測量誤差導致的強度指標誤差，分析測量誤差導致的基礎承載力可靠度變化。本案例可以使學生在理性上認識工程設計建造中各隨機因素造成的風險，掌握工程風險的定量評價方法。

以上三個案例具有統一的工程背景，由理論分析逐步過渡到實用計算，從可靠度概念入手逐步引導學生探索工程風險產生原因，層層深入。之后的“筏板基礎地基承載力的可靠度計算與風險評估案例”“隧道工程的事故實例分析”與“巖土與地下工程的風險識別與應對措施案例”三個案例側重土木工程在真實建造環境下的風險分析，設置目的是使學生能夠進行復雜土木工程問題的風險評估與管控。

“筏板基礎地基承載力的可靠度計算與風險評估案例”要求學生計算更為復雜的筏板基礎的可靠性。與獨立基礎相比，筏板基礎的基底反力分布不均勻，土層指標的隨機性對基礎內力和可靠度的影響更明顯。案例教學過程中要求學生對比獨立基礎和筏板基礎的可靠度，分析相同地基土環境中不同基礎形式失效風險的差別，并分析成因。

“隧道工程的事故實例分析”通過展示6 個工程實例，聚焦隧道建設、運行過程中出現的事故。案例覆蓋突水突泥、塌方、洞內機械設備故障、交通事故引起火災等隧道常見的事故類型，分析事故發生的自然和人為原因。本案例使學生了解真實工程的風險并非具有單一來源，相較建造環境和材料屬性的隨機性，設計施工錯誤可能造成更為嚴重的事故。提高設計、施工與管理人員的職業素養和專業能力是降低風險的重要途徑。

“巖土與地下工程的風險識別與應對措施案例”針對前一案例的隧道事故實例，介紹工程風險的管控措施。風險管控的核心是降低各類事故發生的概率，提高土木工程建造和使用的可靠度。本案例詳細介紹土木工程設計、施工和運營過程中的風險管控措施，要求學生制訂風險預防和應對方案，并通過小組討論的形式完善方案，激發學生的團隊合作意識。

本課程群的6 個案例具有清晰的邏輯關系，層層深入，兼顧土木工程風險管控的理論深度與應用廣度。

5 結語

土木工程專業人才需要具有工程風險管控能力。為適應行業發展需要，教學團隊構建了土木工程專業人才風險管控能力培養的課程群，結合案例教學方法，進行了兩個完整教學周期的實施。課程群建設實施過程中，得到如下經驗和結論：

土木工程風險管控能力的培養，需要在理論和實踐兩個維度展開。理論教學應使學生掌握工程結構可靠度計算方法，理解風險管控的理念。實踐教學應培養學生分析具體工程對象風險來源的能力，使學生能夠評價各類風險的發生概率與后果，掌握降低各類風險的實用方法。

在風險管控能力培養課程群建設中使用案例教學方法，應強調各案例知識能力培養的邏輯性與連續性，避免出現“孤立”案例。教學反饋表明，教師在教學過程中回顧前置課程的案例，或將前置課程案例的結果用于新案例，能夠加強學生對復雜工程問題的全景認識，增強學生的學習興趣。