土木工程CAD與專業(yè)軟件課程教學方法探討及實踐

羅伯光，覃荷瑛

（桂林理工大學 土木與建筑工程學院，廣西 桂林 541004）

土木工程CAD與專業(yè)軟件課程教學方法探討及實踐

羅伯光，覃荷瑛

（桂林理工大學 土木與建筑工程學院，廣西 桂林 541004）

以培養(yǎng)學生動手操作能力、工程實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)軟件課程教學中，結合建筑工程項目結構設計，從方案設計到結構計算再到施工圖設計出圖三階段，探討了一套以工程項目的結構模型輸入—結構設計計算—施工圖設計出圖為主線的教學方法，通過該方法的教學實踐，取得了良好的效果。

土木工程CAD；專業(yè)軟件；課程教學；能力

《土木工程CAD與專業(yè)軟件》是土木工程專業(yè)開設的重要專業(yè)課程之一，與土木工程行業(yè)接軌緊密，同時又用到大量的專業(yè)課程的理論知識以及各種建筑設計規(guī)范，是一門實踐性、工程性、綜合性很強的專業(yè)課程。該課程主要的教學內容是高等學校土木工程本科指導性專業(yè)規(guī)范中規(guī)定的計算機應用技術知識領域的核心知識單元和知識點[1]。在土木工程行業(yè)中所運用的各種計算機設計軟件有：AUTOCAD、廣廈CAD、PKPM、TBSA、SAP、ANSYS等，而PKPM是中國建筑科學研究院開發(fā)的集平面空間于一體的、以建筑結構計算為主導的建筑設計軟件，是目前國內應用最廣泛，被絕大多數(shù)設計院所認可的建筑結構計算程序。各高校土木工程專業(yè)從市場需求出發(fā)，為培養(yǎng)社會急需人才，近幾年來基本上均開設該課程。學好該課程不僅能使學生掌握對軟件的操作使用，更能使學生鞏固以前所學專業(yè)課程的理論知識，培養(yǎng)學生對各種錯綜復雜因素的綜合分析能力和解決工程實際問題的能力，實現(xiàn)零距離就業(yè)有非常大的幫助。筆者結合自己多年的實際工程設計和施工的經驗，根據(jù)工程項目結構設計從方案設計到結構計算再到施工圖設計出圖三階段，在教學中探討了一套以工程項目的模型輸入—結構設計計算—結構施工圖設計出圖為主線的實踐教學方法，以增強學生將理論知識、建筑結構設計規(guī)范以及結構設計軟件三者融會貫通的能力，提高學生的動手操作能力、技術應用能力、工程實踐能力以及創(chuàng)新能力。

一、結合工程項目的方案設計以及結構計算，提高學生對軟件基本操作技能以及技術應用能力

工程項目結構設計的階段大體可以分為三個階段：方案階段、結構設計計算階段和施工圖設計出圖階段。方案階段的主要內容有：根據(jù)建筑項目的各種資料、條件確定結構類型；再根據(jù)不同結構類型的特點及要求布置結構的承重體系和受力構件。結構計算階段的內容為：一，荷載的計算。二，構件的試算。根據(jù)荷載值和相關構造措施等初步確定構件的截面。三，內力的計算。根據(jù)確定的構件截面和荷載值進行內力的計算；四，構件的計算。根據(jù)計算出的結構內力及規(guī)范，對構件的要求和限制來復核構件是否符合規(guī)范規(guī)定和要求。如不滿足要求則要調整構件的截面或布置直到滿足要求為止[2]。

考慮到受實際工程經驗限制，教學采用的工程項目的結構類型教師已選定，學生根據(jù)已選定的工程項目和教學內容進行初步結構設計，使學生了解軟件的基本功能和主要參數(shù)的選擇，熟悉各級菜單命令及其操作方法，掌握PMCAD結構建模的主要步驟、荷載的輸入、計算數(shù)據(jù)文件形成、結構平面施工圖的繪制，SATWE進行內力計算和配筋并繪制梁柱施工圖的方法、JCCA地質資料輸入、地基基礎計算、繪制基礎施工圖等操作[2]。在操作的全過程中，要認真的考慮設計的每一環(huán)節(jié)，融入所學的理論知識以及相應規(guī)范的要求，例如：PMCAD菜單中，設計參數(shù)的地震信息和風荷載信息的輸入時一定要結合工程項目，并根據(jù)抗震設計規(guī)范和荷載設計規(guī)范中相應的規(guī)定去選擇參數(shù)；在框架結構項目時，填充墻是不作為構件還是作為荷載輸入的，要將墻體轉化為線荷載標準值作用在梁上[3]。

在教學過程中可激發(fā)學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的強烈愿望，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：平面導荷時，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，出圖時樓板不配筋，可引導學生這樣解決此問題：將程序設置成不自動計算樓板自重，樓梯所在房間樓板厚度設為零，恒載和活載按照實際情況輸入，這樣既不會漏掉荷載，計算時又符合實際情況，出圖時改得也少，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，只有綜合學過的理論知識，通過充分的思考，嘗試各種方法才能正確解決好。

二、結合工程項目的結構計算，提高學生的分析問題和解決問題的能力以及培養(yǎng)學生嚴謹認真的科學工作態(tài)度和作風

工程項目的結構計算階段內容包括的四點并不是一次性就能夠完成的，在建筑結構設計過程中，有大量數(shù)據(jù)是憑借經驗給定的，如：構件截面尺寸、構件布置的數(shù)量和位置、鋼筋的直徑等。這些提前給定的數(shù)值經過計算后是否合理，必需根據(jù)計算出的結構內力及規(guī)范對構件的要求和限制（比如：軸壓比、剪跨比、跨高比、裂縫和撓度等）來復核。不滿足要求的則需調整構件的截面或布置，直到滿足要求為止。教師在教學中對該部分應給予充分的重視，引導學生采用正確的檢查方法對項目進行反復檢查，保證各信息輸入的正確性，對檢查出的問題分析原因、找出對策、進行更正；例如通過對整樓模型的仔細觀察，檢查構件布置是否正確；通過檢查荷載圖，來分析荷載輸入的正確性等。同時讓學生養(yǎng)成仔細閱讀分析計算結果文件的習慣，這些結果文件有WMASS.OUT文件（建筑結構設計信息）、WAQ.OUT文件（周期、振型、地震力）、WDISP.OUT文件（結構位移）、WNL.OUT文件（內力）、WPJ.OUT文件（配筋）等輸出文件[2]，這些j計算結果的一個直觀顯示，能使我們觀察到計算結果（內力、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，教師應重點分析結果的常見問題，然后由學生對工程項目的計算結果進行分析，找出數(shù)據(jù)不合理的原因，提出改正措施，修改后再計算，分析后再修改計算，直到找到理想的結果。在這個不斷修改的過程中，綜合運用到大量以前所學的混凝土結構、建筑抗震、地基基礎等知識，如：當結果文件中顯示梁正截面鋼筋超筋時，可以有幾種辦法解決：加大梁的寬度、加大梁的高度、提高砼強度等級等[4]，但到底哪種辦法最有效呢，這在混凝土結構課程中講的非常清楚，應引導學生善于運用。在反復的不斷的修改過程中，提高了學生綜合運用所學知識分析問題和解決問題的能力，以及嚴謹認真的科學工作態(tài)度和作風。

三、結合工程項目的結構施工圖的設計，提高學生的工程實踐能力及創(chuàng)新能力。

工程項目施工圖設計出圖的主要內容為：確定構件布置、構件配筋以及根據(jù)規(guī)范的要求來確定結構構件的構造措施。也就是說施工圖表達的東西首先要符合結構計算的要求，同時還要符合規(guī)范中的構造要求，最后還要考慮施工的可操作性。在這一階段，讓學生結合實際工程項目的施工圖，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整。由于“構造措施”實踐性較強，不像結構計算理論強，并可根據(jù)公式進行推導，在理論教學中教師容易忽視，學生也不愿去學，造成學生的薄弱點，但構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，教師要加強學生對“構造措施”的理解，以提高學生的工程實踐能力。

由于工程的個別性、復雜性、實際性，設計人員必須將PKPM所形成的施工圖在AutoCad中加以修改、編輯后才能作為實際的工程施工圖出圖，這些工作中有很多是繁瑣的、重復的。教師可以在教學中引導一些比較優(yōu)秀的學生利用計算機語言編寫應用程序，例如：通過ActiveX Automation技術，在Windows系統(tǒng)下對PKPM所形成的配筋圖在AutoCAD中進行二次處理，這樣既可以方便工程設計人員結合工程的實際情況更加快速、準確地編輯配筋施工圖，從而提高工作效率，又可以提高學生的創(chuàng)新能力。

四、結束語

在土木工程CAD與專業(yè)軟件課程教學中，結合了建筑工程項目結構設計，實踐了一套以工程項目的結構模型輸入—結構設計計算—施工圖設計出圖為主線的教學方法，提高了該課程的教學質量，取得了良好的效果。該課程教導學生要踏踏實實，從一個個基本的構件算起，考慮工程項目設計的每一環(huán)節(jié)，做到知其然并知其所以然，不僅保證計算模型的簡化與工程實際相吻合，使計算假定與實際情況相一致，而且應注意設計軟件的適用條件及其技術條件，正確地使用結構計算軟件，保證計算結果準確，同時更要加強學生的理論知識和各建筑結構設計規(guī)范的學習，深刻理解規(guī)范和規(guī)程的含義，加強概念設計，保證結構滿足各項構造措施的要求，為社會輸送優(yōu)秀的應用型人才。

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

[2]羅福午.建筑結構[M].武漢理工大學出版社，2012.

[3]中國建筑科學研究院PKPM CAD工程部.PKPM系列軟件用戶手冊及技術條件[Z].2011，2.

[4]沈蒲生，梁興文.混凝土結構設計原理[M].北京：高等教育出版社，2012.

G642.0

A

1674-9324（2014）30-0215-02

本文系“桂林理工大學教學改革工程2013年立項項目”（項目編號：2013JG37）的研究成果。

基金項目：本文系“桂林理工大學教學改革工程2013年立項項目”（項目編號：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：混凝土結構計算機仿真分析；覃荷瑛（1972-），女，湖南邵陽人，博士，副教授，研究方向：混凝土結構耐久性。