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关键词: 概念设计 ; 抗震 ;桥梁 ;匝道;延性
中图分类号:U448文献标识码: A
引言
郑州市花园路与连霍高速公路互通立交,是郑州市城市路网中的一个重要节点,其中花园路是郑州市区南北方向的主要交通通道,是郑州市唯一的一条绿色通道,也是郑州市主要交通北出口之一。连霍高速公路郑州段是交通部规划的连云港至霍尔果斯国家主干道的组成部分,也是河南省交通最繁忙的路网中的一段,它横穿郑州市北部地区,是郑州市快速路网中的重要骨架道路。花园路立交桥梁工程:包括C匝道(跨连霍高速)桥、C匝道(跨花园路)桥、J匝道桥、K匝道桥、L匝道桥、M匝道桥、N匝道桥。本文只对C匝道(跨连霍高速)桥梁的抗震概念进行探讨。
C匝道(跨连霍高速)桥:跨径布置为(4x20m+4x20m)钢筋混凝土连续梁+(40.5m+39.5m)钢结构连续梁+(4x20m,4x20m)钢筋混凝土连续梁,部分桥段位于R=67.75m曲线上。上部结构采用单箱多室斜腹板带圆弧断面,下部结构采用双柱式桥墩,采用矩形带弧形形式,墩顶设置横系梁,基础采用4根φ1.2m钻孔灌注桩。
图1C匝道(跨连霍高速)桥型布置图(单位: cm)
图2C匝道(跨连霍高速)桥桥墩横断面图(单位: cm)
基于抗震设计在城市桥梁设计工作中的重要作用和意义,在花园路立交设计工作中, 抗震设计作为一条红线贯穿于设计工作的全过程。桥梁结构的抗震设计,包括两个范畴:概念设计和参数设计,这两者是相辅相成的。概念设计是桥梁结构设计的一个重要环节,在欧美规范中,在抗震的概念设计非常重视。经验表明:对结构抗震设计来说,概念设计比结构计算设计更为重要,结构抗震性能的决定因素是良好的“概念设计”。由于地震动的不确定性和复杂性,以及结构计算模型与实际情况的的差异,难以保证理论计算分析与实际情况完全吻合。作为正确的抗震设计,必须重视抗震概念设计,灵活而又合理地运用抗震设计思想,使计算工作不至于盲目而且更有针对性;同时,通过计算,可以对桥梁的抗震概念设计进行验证,或者对概念设计中考虑不周到的地方进行修正。
1桥梁抗震设计基本原则
结构抗震设计采用的是“小震不坏,中震可修,大震不倒”的三级设防思想。《公路桥梁抗震设计细则》采用的是两水平设防,两阶段设计。第一阶段的抗震设计,采用弹性抗震设计,第二阶段采的抗震设计,采用延性抗震设计方法,并引入能力保护设计原则。通过第一阶段的抗震设计,即对应E1地震作用的抗震设计,可达到和原规范基本相当的抗震设防水平。通过第二阶段的抗震设计,即对应E2地震作用的抗震设计,来保证结构具有足够的延性能力,通过验算,确保结构的延性能力大于延性需求。
2桥位选择
选择桥梁建设场址时,应根据桥梁工程的需要,全面掌握场址处的地震活动情况、工程地质和地震地质的有关资料做出综合分析。应避免将桥址选择在地质情况不良的地方:断层、易产生滑坡的陡峭的山区、存在容易液化砂土或软弱夹层的坡地、大面积采空区等;而开阔、平坦地带的基岩、坚实的碎石地基、坚硬场地土或密实均匀的中硬场地是桥梁选址的有利地区。如必须设置在可液化或松软土层的河岸地段时,桥长应适当增长,将桥台置于稳定的河岸上,而桥墩基础要加强。
3结构方案的选择
3.1 立交匝道桥特点
互通立交的匝道桥,受地形、地物和占地面积等影响,其总体布局跟其他桥梁相比,有以下特点:
a)由于互动立交区匝道的最小平曲线半径可达到30m,如果桥梁刚好位于小半径曲线上,则该桥就可能做成曲线桥梁,且往往超高值较大,故桥梁的横坡较大;
b)由于要在短距离内实现高差,匝道桥往往纵坡较大;
c)桥面较窄;
d)匝道桥有时候要跨越主线或其他匝道,以及非机动车道,因此匝道桥的单跨跨径受到限制,不能减小。
综上所述,不难得出,匝道桥具有斜、弯、坡、异形等特点,属于不规则桥梁,在地震作用下的响应比较特殊,其抗震设计将更复杂,不仅要满足常规桥梁所规定的构造,而且在某些方面需要提出更高的要求。震害表明,曲线梁桥具有较高的地震易损性,薄弱环节较多,因此其抗震概念设计就显得尤为重要。
3.2 上部结构
由于匝道桥自身的特殊性,受力复杂,需要采用抗扭刚度较大的截面,且桥梁上部结构的整体性要好。因此,尽量选取具有连续的上部结构形式,避免采用松散的简支梁形式,减少伸缩缝,以防止落梁。抗弯、抗扭性能强,整体性强的现浇箱型的截面形式,是较为理想的城市桥梁抗震设计的备选结构截面形式。
3.3 下部结构
3.3.1 桥墩的形式
匝道桥一般相对较窄,桥墩一般采用双柱墩或者独柱墩,桥墩的刚度相对较小。在地震作用下墩身的弯矩和剪力一般不大,但是位移相对较大,如有较好的限位措施,对于抗震来说,未必是不利的。而对于小半径匝道桥来说,地震作用下,可能会导致桥墩会产生较大的扭矩,所以桥墩墩身宜采用抗扭刚度相对较大且整体性较好的结构,如独柱实心墩或者空心墩,如采用双柱式墩,应对其进行全桥空间地震响应分析,对关键部位进行加强。
3.3.2 桥墩的刚度
对于连续梁桥,同一联内各桥墩的高度不同而导致其抗推刚度相差较大,则水平地震力在各墩间的分配不均衡,刚度大的墩将承受较大的水平地震力,严重时可能导致刚度较大的桥墩发生破坏,从而导致全桥损毁。如果刚度中心和质量中心偏离,上部结构还将伴随产生水平转动,又可能导致落梁或者上部结构的碰撞,而匝道桥恰好容易符合这两个条件:纵坡较大,桥墩高差将会比较大;在小半径曲线上,地震作用下可能会出现上部结构的水平转动。
虽然匝道桥的桥墩高度相差较大,可以通过改变桥墩截面的形式或大小来对其抗推刚度进行调节。对于相对较高的桥墩,可以采用刚度较大的截面形式,或者增加其截面尺寸。如此一来,可以使得地震作用下各桥墩的水平地震相应达到均衡。
如果桥梁位于小半径曲线上,地震来临时,桥墩承受的水平力方向是不确定的,且有扭矩的存在。因此,桥墩截面的刚度在各个方向大致相同将会是比较好的处理方法。
3.3.3 桥墩的配筋方式
提高桥墩的延性对其抗震性能作用巨大,配置数量足够的,锚固合理的横向钢筋,对于墩柱来说,可以起到三个方面的作用:约束塑性铰区域内的混凝土,提高混凝土的抗压强度和延性;提高抗剪能力;防止纵向钢筋压曲。因此,箍筋或螺旋筋的间距应小一些。各国抗震设计规范对塑性铰区横向钢筋的最小配筋率都作了具体的规定。
图3C匝道(跨连霍高速)桥桥墩横断面配筋图(单位: cm)
4桥梁细节构造
4.1 支座
为保证桥梁刚度和质量的平衡,设计时应优先考虑采用等跨径、等墩高、等桥面宽度的结构形式。如不能满足也可通过调整墩柱的截面尺寸和支座等方法来改善桥的平衡情况。其中,调整支座可能是最简单易行的办法了,效果也显著。当采用橡胶支座后,由墩和支座构成的串联体系的水平刚度为:
Kt=KzKp/(Kz+Kp)
其中:Kt是由墩和支座构成的串联体系的水平刚度,Kz和Kp分别为橡胶支座的剪切刚度和桥墩的水平刚度。
水平地震力就是根据各墩串联体系的水平刚度按比例进行分配的。从上式可以看出,调整支座的刚度可以有效的调整各墩位处的刚度平衡。另外,如果地震设防烈度较高,须考虑将支座设计成抗震支座,以达到减、隔震的目的。
4.2 梁连接方式
匝道桥,尤其处于小半径曲线上的桥梁,桥梁应采用挡块、螺栓连接和钢夹板连接等防止纵横向落梁的措施。
图4C匝道(跨连霍高速)桥梁纵向抗震连接构造立面图(单位: cm)
图5C匝道(跨连霍高速)桥桥墩横向抗震挡块构造立面图(单位: cm)
5桥梁延性设计
我国在2008年颁布实施的《公路桥梁抗震设计细则》中增加了桥梁延性抗震设计和能力保护原则有关规定,增加了延性构造细节设计的有关规定,以期增加初始强度没有明显变化的情况下的非弹性变形能力,避免结构在大震中倒塌。
新西兰学者鲍雷等提出了能力设计原理。在新西兰最先广泛应用能力设计方法,其他国家也先后在各自的结构抗震设计规范中采纳应用了能力设计原理的一些基本概念。能力设计强调构件之间的安全度差异,通过这种差异,保证结构在强震中延性形式的出现,避免发生脆性破坏。同时为了保证结构在强震中延性形式的出现,在高烈度震区桥梁设计中应该重视延性构建的细部设计。
6结语
匝道桥由于其特殊性,在抗震设计中应予以特别关注。概念设计可以总体上把握桥梁的抗震性能,在桥梁抗震设计中起到指导性的重要作用。只有根据具体工程,始终坚持将桥梁的抗震思想贯彻于桥梁设计的全过程,按照桥梁抗震原则,具体实施设计工作,采取一系列有效的抗震措施。才能达到结构的良好的抗震效果。
参考文献
[1] JTG/T B02-2008,公路桥梁抗震设计细则[S].北京:人民交通出版社,2008.
[2] CJJ 166-2011,城市桥梁抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2011.
1.1道路安全系统的内涵
道路安全系统,简而言之,就是对系统中的驾驶员、车辆和道路三者在系统中运行的状态进行分析和评价,并对有可能出现的故障提出解决措施的系统工程。在此系统中,这三个因素之间必须相互协调、相互作用,这样才能确保整个系统的安全性,道路的安全性也是经济快速发展的重要保障。但是,由于这三个因素变动性非常大,所以整个系统的安全性并不是绝对的,我们只能尽可能减小系统产生故障即发生安全事故的可能性,做好系统的维护工作。另外,关于道路安全系统这三个因素的作用主要表现为以下几点:其一,驾驶员在系统中占据着核心的地位,一方面所有的道路信息都是传递给驾驶员,由其作出反应的;另一方面,车辆是靠人来操控的,道路是不变的,所以,人自然成为协调二者的纽带和桥梁。其二,驾驶员是系统中最难改变的因素,因为车辆和道路这两个因素都是通过人来对系统产生影响的,即道路和车辆给道路安全问题带来的影响一方面是通过物理上的力学影响,另一方面就是通过影响人的行为而影响道路安全。其三,对于引起道路安全的因素,并不一定能通过改善此因素来找到解决道路安全问题的措施,最有效的也许是此因素之外的其他因素,并且我们应该更注重对道路和车辆这些设施的改进,而不能仅仅提高驾驶员的水平。
1.2道路安全系统战略的概念
道路安全系统中的各个因素是相互影响、相互作用的,这就产生了道路安全系统战略的概念,此概念一经提出,使得道路安全问题有了全面系统化的分析,有利于提前预防交通事故的发生,并提出科学有效的解决措施。在道路安全系统战略中包括以下几方面的内容:道路安全系统中相关因素的控制;提前进行交通事故的预防;制定一系列的道路人员行为准则规范;对发生交通事故伤亡率进行控制;在发生交通安全问题时开展紧急救援工作。通过对道路安全系统和道路安全系统战略概念的分析,我们可以看出道路安全系统是一个复杂的系统,很多因素都可能影响到系统的安全性,我们应该充分考虑各因素的影响,开展道路安全工程工作。
2道路安全工程
从上述内容可以看到,道路安全系统战略包含了很多内容,除此之外还涉及了如道路工程、经济学等其他众多学科内容,这其中最主要的就是关于道路交通安全事故的防治,再结合事故伤亡率和紧急救援等内容,我们又得出了道路安全工程的相关理论成果,道路安全工程的建设对道路安全也起到了非常重要的作用。
2.1道路安全工程的内涵
道路安全工程这一概念在我国尚处于发展的初期阶段,相关的理论定义还不够深入,结合了国外的相关研究我们可以得出,道路安全工程是从工程学的角度出发,对道路安全系统中的有关道路环境的因素进行研究,将研究的总结的交通信息结合道路环境进行系统性的分析,确定科学合理的有关道路维护和解决交通安全事故的有效措施,从而不仅能够减少道路安全事故发生的可能性,还能够促进经济的快速发展。道路安全工程主要包括以下两个层次的内容:首先,关于新路的规划和设计。我们要充分考虑到新路的规划和设计是否会带来安全隐患,同时也要对道路安全事故进行预防和控制,进行合理的规划和设计;另一方面,关于旧路的整治。对已有道路的整治工作也不能忽视,既要对已有道路进行改善来预防事故,又要对之前频发事故的道路进行整治来提高道路安全水平。
2.2道路安全工程对道路交通安全的作用
道路的安全系统中的各个因素中,道路与交通环境的因素对道路交通安全的影响最直接,深入研究道路安全事故发生的原因并找到解决的具体措施对道路安全具有非常重要的意义。道路安全工程在道路安全中发挥了不可替代的作用,具体主要包括以下几方面:其一,能够充分结合道路与交通环境的因素进行系统化的分析,虽然在过去交通治理的过程中人们认识到了道路交通安全问题需要综合各方面因素进行治理,但是却没能在实践中得到实施,道路安全工程的提出使得道路交通安全从规划设计到道路维护管理和事故安全处理都能形成一个整体的系统,各有针对性的对道路安全事故进行预防和控制;其二,道路安全工程能够加强对道路安全事故的预防。传统的道路安全规划中只关注单个因素是否符合标准,而道路安全工程则是从事故预防到后期事故处理都进行协调统一,防患于未然。另外,道路安全工程还关注道路交通安全事故频发的道路状况,将整治和预防有效结合。
3结束语
我国交通管理工程技术是在20世纪70年代才开始引入,开始主要以借鉴国外经验、开展大规模道路规划建设为主。进入20世纪80年代,全国各地相继成立了交通工程学会,许多大专院校设立了交通工程专业,交通工程学科建设得到快速发展[6]。20世纪90年代,随着城市“畅通工程”的实施,各大中城市引入了科学交通管理理念,城市交通组织规划得到了重视,各地对城市交通管理工程技术进行了初步应用[7]。在城市道路交通供需矛盾日益突出的情况下,城市交通管理工程技术的初步应用推动了城市交通通行秩序的改善,较好地缓解了城市交通机动化初期的拥挤问题。20世纪80年代后期,北京、天津、上海等一些大城市引进了英国SCOOT(Split,CycleandOffsetOptimizationTechnique)、澳大利亚SCATS(SydneyCoordinatedAdaptiveTrafficSystem)等城市交通信号控制系统[8]。20世纪90年代中期,ITS概念进入我国,ITS技术开始得到开发、应用。在城市交通管理中,注重交通信息采集设备和交通监控设备等科技设施的建设,各地投入大量资金用于城市交通指挥中心建设。“十五”期间,科技部将“智能交通系统关键技术开发和示范”作为重大项目列入国家科技攻关计划,并随着北京奥运会和上海世博会的相继召开,实施了城市智能交通应用示范工程[9]。可以说,我国城市智能交通已从探索阶段进入实际开发和应用阶段,特别是在硬件建设方面效果显著,提升了城市道路交通科技管控的效能(图2)。总体来看,我国城市交通管理工程技术的发展早于城市“畅通工程”的实施。在“畅通工程”实施前期,交通管理工程技术得到了一定程度的深化应用,许多大中城市还制定了交通组织规划。在“畅通工程”实施的中、后期,各地逐渐形成以科技设施投入和智能交通技术应用为核心的趋势或局面,但在交通管理工程技术的精细化应用方面关注、投入很不够,导致城市道路交通系统的基础功能发挥有限,道路通行效率未能充分发挥。
2现阶段我国城市交通管理工程技术应用的反思
ITS的概念和技术在我国的推广应用有效地推动了我国城市交通管理技术的发展。但是由于对ITS产生、发展的理解和研究不够深入、全面,在推广其应用的同时,忽视了基础的交通管理工程技术应用发展的重要性和必要性,甚至可以说对城市交通管理工程技术发展的基本规律尊重不够,导致城市道路的基础通行能力未得到有效、充分的发挥。当前我国城市面临的交通拥堵问题,固然有城市化进程快、机动车发展迅速、城市规划和路网规划不合理、公交体系不完善等重要因素作用,但也需要在交通管理工程技术应用上进行深刻的反思。1)交通管理工程技术应用缺少规划引导。纵观近十年来城市交通管理工程技术的应用,虽然取得了一些成绩,但是基本上还是技术引导需求,技术应用经历起伏较大:先是引进国外的交通工程科学与技术,开展交通基础设施建设和工程技术初步应用;然后,跟随国外的信息技术发展,转向了科技设施建设和智能化技术。结果导致我国许多大城市在交通硬件建设方面已达到国际先进水平,但却无法发挥其应有的效能,道路通行效率未得到有效提升。其根本原因在于,交通管理工程技术的发展缺少纲领性文件和长远规划,导致交通管理工程技术的研究、开发和应用缺乏前瞻性,创新和可持续发展能力不足;只是盲目追踪国外的发展脚步,尚未形成适合我国国情的技术应用体系。2)道路时空资源可挖掘空间较大。城市“畅通工程”的实施改变了许多传统的城市交通管理理念,城市交通精细化管理越来越受重视。单向交通、可变车道、禁止左转等管理措施逐步实施,待转区、导流线、渠化岛等渠化方法普遍应用,线协调控制技术得到推广应用。但是,一些问题仍然较普遍地存在:路口渠化不精细,交通标志和标线不规范、不协调、不连续;信号配时未根据交通流量和流向变化及时调整,盲目使用多相位,感应控制鲜有应用,非机动车和行人控制考虑得少,造成区域、干线、节点的通行效率低下。究其原因在于,交通管理工程技术应用时缺乏专门、细致的设计,交通管理工程技术应用精细化不够;在路口时空资源挖掘技术上还处于粗放式应用阶段,道路时空资源还未得到充分挖掘,并没有真正做到“寸土必争、寸秒必争”的精细程度,有待于进一步优化。3)交通管控系统功能未得到有效发挥。各地纷纷建设由交通信息采集设备和各种管控设备构成的信息采集终端,以及交通信号控制系统、交通诱导系统、交通指挥调度系统等,这些系统对于交通管理也发挥了一定的作用。但是,“重建设、轻应用”的倾向较为突出,由于采集设备种类多样,数据格式和接入不规范,导致数据难以融合处理,交通流运行态势无法准确获取;各种管控系统各自独立,接入标准不统一,导致信号控制系统无法互联互通,动态交通诱导缺少实时信息支持,实时指挥调度无法实现。上述问题的内在原因在于,信息采集终端和管控系统还未实现标准化;缺少对系统的功能要求和测试验证;在平台架构设计时,没有根据管控需求而盲目设置系统,导致出现系统不兼容、无法进行协控等问题,影响系统功能的发挥。4)交通管理工程技术缺少深入的研究和相应的专业人才支撑。近年来,有关城市交通管理的理论方法和工程技术研究较多,成果也颇为丰富,特别是随着“畅通工程”的开展,各地也涌现了一些应用案例。但是,现有大部分研究的针对性、实用性和可操作性不强,对交通管理工程技术的应用条件、范围及不同类型路口的实际应用方案等缺乏系统、深入的研究、开发,仍未真正形成能指导一线交通管理人员的实用技术规范,缺少典型示范工程的引领和适合我国交通流特性的指导手册。而且,交通管理工程专业人才匮乏,实践中还大多依靠经验式管理的传统手段。国外“工程案例+指导手册+专业人才”的模式值得借鉴,我们需要典型示范工程的引领,同时也需要制定指导手册,开发辅助软件,并配套大量的交警培训服务,吸引一批专业技术人才充实到交通管理队伍中,提高实战能力。5)交通管理工程技术咨询行业发展有待规范。国外在城市交通管理工程技术应用的实践中,培育了交通咨询设计行业,城市总体规划、路网交通规划和城市交通咨询同时平行地进行,而且往往交通技术咨询公司与城市规划咨询公司及其他咨询公司,共同组成项目“联合体”进行合作,为政府开展研究、编制方案、制定战略和提出策略建议。近年来国内城市总体规划和交通规划的发展有目共睹,据统计,城市总体规划和综合交通规划合同额已由10年前的3.72亿元增长到现在的93.2亿元,10年间增长了25倍[10]。但是,与国内外城市总体规划和路网交通规划咨询行业相比,目前国内的交通管理工程技术咨询行业仍然处于无序的发展状态,做规划的多,做设计的少,宏观规划与微观设计不匹配、不协调;缺少配套环境和行业规范,咨询收费也缺少统一标准;未能与城市总体规划和路网交通规划同步发展,结合也不紧密。城市交通管理工程技术咨询行业并未发挥出应有的作用,亟待进一步规范。
3对我国城市交通管理工程技术下一步发展的思考
关键词: 应用型交通工程专业人才 基本素质 教学改革
交通现象是交通需求在有限时间与空间上聚集的结果,涉及人、车、路及三者之间的相互关系。几十年来,随着社会的不断进步和经济的发展,以及交通规模的不断扩大,交通科学越来越趋于向学科的综合化、系统的综合化和以人为中心的方向发展。在交通行为中,人的因素自始至终占据着绝对主要的地位。在道路、车辆设计等方面,人的因素对于保障交通安全起着基础作用。交通系统工程学已从原来对交通的局部管理和个别问题的解决上升到对交通全局性的系统研究,将逐步形成以人为中心的人―车―路系统工程。
1.应用型交通工程专业人才应具备的基本素质
(1)能够主动适应各个领域的需要。
据统计,交通工程专业人才就业的岗位主要有五类:①在交通运输管理部门从事行政管理、技术服务;②在企业从事技术开发与推广、经营与管理工作;③在高等院校、科研院所从事教学、技术推广与管理工作;④考取研究生继续深造,进行科研工作;⑤在其它非对口部门工作。毕业生的去向并不绝对集中于某一领域或某一行业,而出现各行业的需求均衡发展的局面,在不同行业中的发展,所需知识与素质的侧重点并不相同,因此,对于应用型交通工程专业人才的培养应能主动适应各个领域的需要。
(2)具备综合素质。
知识经济是充满竞争的创新经济,它要求人们不仅有必要的知识储备,而且能力适应、心理适应、思维适应、体力适应,只有具备综合素质的人才可能在交通经济与交通科技的快速发展中寻找到自己的用武之地。交通行业人才的综合素质包括思想道德素质、专业技术素质、身心素质和人文素质等。
(3)具有创新意识。
“创新是一个民族的灵魂”。随着科学技术的迅速发展,交通工程成为一门新兴学科、边缘学科和综合学科,电子与计算机技术的迅速发展及广泛应用,使交通行业进入一个不断创新的崭新时代。我国还是一个发展中国家,交通的管理水平、经济效益水平和科学技术水平,与发达国家相比还存在着巨大的差距,培养拥有创造意识的人才,对于加速交通科技进步,推动交通经济发展,逐步缩小与发达国家的差距,具有决定性作用和非常重要的意义。
(4)工程系统型。
交通学科的发展需要的是知识面较宽,如机电、计算机、经济分析、管理等方向能力都比较全面的“工程系统型”人才,即既懂工程技术,又懂得管理与工程背景的工程系统型人才,而不应以培养一技之长为满足,要从过于重视工程技术的专门性转变到更加重视工程系统的完整性,使他们不仅能从事专业技术工作,而且能了解与专业活动相关的经济与社会环境,甚至国际背景,成为系统的管理、策划、指导和决策者。
2.交通工程专业教学中存在的问题
对于交通工程专业主干课,目前各校都非常重视,我国从引进本专业以来,教学内容很少改变,不同院校的教学方式虽经过改革,但大同小异,收效不大,还存在很多问题。
(1)教学内容涉及面广,难以面面俱到。
交通工程学是一门综合性很强的学科。教学内容涉及社会学、心理学、管理学、运筹学、计算机技术等很多方面的知识。交通工程学课程内容多、概念多、公式多、系数多、符号多、教学环节多,但是学时少,若要面面俱到,教师只能泛泛而谈,学生只好走马观花,达不到培养目标的要求,而学生也难以胜任以后的工作。
(2)教师教学观念陈旧。
教师往往习惯于过去的教育教学观念,忽视了理论和实践相结合的方法,而且受传统应试教育观念的影响,导致学生过于追求考试分数而忽视能力培养,使教学计划与教学目标相距甚远,忽视学生素质教育的问题,不注重学习过程、学习方法与解决问题的独特性,缺乏空间想象能力,对学过的知识不能做到融会贯通、举一反三,严重阻碍了个性与创造力的发展。
(3)理论知识和感性认识脱节。
交通工程学具有很强的实践性,要求学生到交通现场观摩学习,但这种方式可操作性很小,究其原因,一是教学学时有限,现场教学需要花费大量时间,时间安排上颇受限制,难以完成规定的教学内容;二是交通方式多变,典型的交通方式涉及面大,每个城市的交通方式有限,难以让学生全面了解多方式、多层次的实际交通情况,要找到恰好适合教学内容的现场交通很难;三是学生数量多,交通现场的安全难以保证,外出调查和学习不利于学生的人身安全。
(4)教学内容难以学以致用。
交通工程学涉及面广、理论性强,理论知识的学习使学生在学习和毕业后的实践中往往觉得难以学以致用。另外,传统的交通工程学教学方式是讲授原理和方法,这样的教学方式很容易使学生把注意力集中在具体的概念和原理方法上,死记硬背一些基本概念和各种方程计算上,不能举一反三,利用系统原理来解决现阶段存在的交通问题。另外,学生的理解能力存在差异,导致对交通现状的了解和认识存在较大的差别,教师在授课时不可能做到兼顾每一个人。
3.交通工程专业教学改革探讨
专业水平和教学质量,在很大程度上取决于“教”与“学”关系的结合度,“教”与“学”是一个有机的整体,如何正确处理两者的关系,充分调动教师教与学生学的积极性,产生良好的效果,对于课堂教学尤为重要。
(1)注重教学设计。
新办专业的教学往往以青年教师为主体,其知识体系的构建与教学经验相对较为欠缺。为了保证良好的教学效果,在教学过程中尤其强调备课环节的质量。要求教师在精心准备内容的同时更要学会分析教材并进行教学设计。教材分析是教师进行教学设计的基础,教师在深刻理解教材的基础上,才能在教学设计中充分体现教材内容的目的性、逻辑性、层次性,才能灵活运用、组织,深入浅出地上好每一堂课,启发学生“思考”、“探究”、“发现”、“记忆”,从而取得良好的教学效果。
(2)注重师生互动与交流。
充分发挥学生学习的“主体性”,变以“教师为中心”为以“学生为中心”,变“被动学习”为“主动学习”。采取讲解与研讨相结合,常常提出一些有启发性的问题开展师生交流、小组交流,教师以指导者、支持者、参与者、欣赏者和合作者的身份出现,通过启发、点拨、交流等方式,鼓励学生发表独特见解、提出异议,这种探究式学习方法,有利于学生发散思维,集中探索,提升认知能力,实现学生自主学习与个性化学习。另外,教师应注重“课后反思”,主要包括三个方面:反思上课是否吸引了听众,是否让听讲的人有了体验和回味;反思有什么地方需要改进。除个人反思总结外,教师之间应相互听课,相互提意见、提建议,这样可使教师的责任感加强,教学的目的性更为明确,教学的成效也日益明显。
(3)注重第二课堂与知识拓宽。
为了拓展学生的知识面,应经常聘请校内外专家学者进行规划设计、工程施工、交通管理、交通安全等方面的讲座,并与部分工程局、市政工程公司等取得联系,接纳同学前去参观学习,同时建立实习基地,进行实际生产活动,稳定的实习基地是实践性教学活动的基本前提和保证,实习基地的设施、条件直接影响着实习教学的质量。目前各高校的实习基地普遍采取校内外相结合的形式,校内的实习基地主要由各专业学科的实验室、基础实验室等组成,而校外的实习基地建设都是采用校内外结合,校企共建、共管的建设模式。充分利用学校与社会两种资源开展实践性教学,可加强专业知识教育,培养学生实践能力、综合素质、创新能力,同时也激发学生深入学习本专业知识的兴趣。
交通行业发展的日新月异,注定了在教学活动中教师要根据教学要求,改革创新,开拓思路,积极开展教学研究,不断改进教学方法,使该项教学内容日趋完善,培养学生全方位、多方法地解决在交通规划、设计、管理与科学研究方面问题的能力,从而适应社会对毕业生能力的需求,使学生成功迎接择业的挑战。
参考文献:
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[3]陈健.加强实习基地建设的重要性[J].北京工业职业技术学院学报,2006,(1).
[4]吴芳,傅忠宁.关于高校新办专业建设的探索――以兰州交通大学交通工程专业为例[J].天水师范学院学报,2007,(29).
中图分类号: D035 文献标识码: A
0、引言
城市轨道交通工程建设规模大,周期长(一般可达4~7年),各相关主要专业多达20余个,专业间协调工作量巨大。同时由于地铁工程受环境因素影响较大,经常出现各种各样的工程变更,涉及各专业和部门,形成各专业不断调整,协调的动态设计过程。
而由于轨道交通工程的项目特点,虽然轨道交通工程建设周期长,但建设线路长,空间小,工期紧张。地下工程沿线的各种外部接口繁杂,施工空间的局限给设备管线综合带来巨大困难,设计及现场结构协调消耗大量的人力与实践,降低工作效率,又大大增加出错机会;前期工作的效率低下又导致后期设备安装调试时间短;建成运行后,运营管理安全标准高,全年运营,只能夜间维护,一旦出现故障将引起巨大的社会影响。
随着城市建设的进行,城市轨道交通在全国各主要城市得到大规模的发展。而且由于城市发展的迫切性,轨道交通的建设工期要求较紧,通常若干条线同期规划,同时建设,但建设阶段又有先后之分,对投资方管理造成巨大难度。因此,现阶段急需寻找一种先进的管理体系,提高建设及运营阶段的工作效率。
1、BIM的概念
1.1 BIM的概念与任务
BIM是英文Building Information Modelding的缩写,中文一般称为“建筑信息模型”。根据美国国家BIM标准对BIM的定义为:“BIM是一个设施(建设项目)物理和功能特性的数字表达;BIM是一个共享的知识资源,是一个分享有关这个设施的信息,为该设施从概念到拆除的全生命周期中的所有决策提供可靠依据的过程;在项目不同阶段,不同利益相关方通过在BIM中插入、提取、更新和修改信息,以支持和反映其各自职责的协同作业。”
BIM肩负的任务就是在于解决项目不同阶段、不同参与方、不同应用软件之间的信息结构化组织管理和信息官宦共享,使得合适的人在合适的时候得到合适的信息,这个信息要求准确、及时、够用。
1.2 BIM在工程建设行业中的位置
现代化、工业化、信息化是我国建筑业发展的三个方向,建筑业信息化可以分为技术信息化和管理信息化两大部分,技术信息化的核心内容是建设项目生命周期管理(BLM-Buiding Lifecycle Management),企业管理信息化的核心内容是企业资源计划(ERP-Enterprise Resource Planning)。
如前所述,不管是技术信息化还是管理信息化,建筑业的工作主体是建设项目本身,因此,没有项目信息的有效集成,管理信息化的效益也很难实现。BIM通过其承载的工程项目信息把其他技术信息化方法(如CAD/CAE等)集成了起来,从而成为了技术信息化的核心、技术信息化横向打通的桥梁。
2、BIM的实现
BIM的实现离不开软件的支持及管理的指导,可以说,没有相应的软件及管理制度,建设项目的BIM是无法实现的。
2.1 软件
BIM系统应用的难点之一就在于软件。BIM并不是一个或者一类软件的事,要充分发挥BIM价值为项目创造效益涉及常用的BIM软件数量有十几个到几十个之多。
BIM软件分类
根据建设项目的特点,通过对BIM软件,特别是核心软件的合理选择,方可最大限度发挥BIM的作用。
2.2 管理架构
城市轨道交通建设项目具有体量巨大,功能复杂,信息量大,参建单位众多等特点,为项目管理带来难度。同时,由于公共项目高标准、高规格的建设需求,要求项目管理达到相当高的标准。
这种新型的管理模式的信息传递方式如下图所示,参建各方的项目相关信息存储在公共BIM数据平台中,而参建各方间也通过对BIM技术的应用和管理,在虚拟的平台中形成一种精益化的管理模式。这个平台是在参建各方原有内部组织结构的基础上建立的一个具有共同工作平台的唤醒架构,可以真正实现信息的充分共享和无缝管理。
通过这种信息传递和管理模式,使建设项目信息在规划、设计、建造、和运营维护全过程充分共享、无损传递,可以使项目的所有参与方在项目从概念产生到完全拆除的整个生命周期内都能够在模型中操作信息和在信息中操作模型,进行协同工作。
3、BIM在项目不同阶段中的应用
3.1规划阶段
城市规划信息化领域目前是以CAD+GIS作为主要支撑平台的,三维仿真系统是目前城市规划领域应用最多的城市规划管理三维平台,可以做到与传统的GIS平台连接并且共享基础地理信息数据。
如果将BIM引入到城市规划三维平台中,将可以完全实现目前三维仿真系统无法实现的BIM多维度的应用,特别是城市规划方案的性能分析,这可以解决传统城市规划编制和管理方法无法量化,诸如舒适度、空气流动性、噪声云图等指标。BIM的性能分析通过与传统规划方案的设计、评审结合起来,将会对城市规划多指标量化、编制科学化和城市规划科持续发展产生积极的影响。
3.2设计阶段
3.2.1参数化设计
参数化设计是对目前新兴的设计方法的抽象描述,它包括生成设计、算法几何、关联性模型等核心概念。由于目前轨道交通工程车站建筑功能、空间关系日益复杂,借助新的数字化平台,可以对轨道交通工程复杂的建筑几何进行理性的分析和设定,包括从几何学的角度对建筑平面及三维空间生成进行准确的定义和呈现。
关联性模型是实现参数化设计的手段,模型由不同的模块化单元组成,其结构表述为参数输入模块、调节控制模块、逻辑计算模块以及数据输出模块。关联模型建立后,可通过残念所述输入和调节,计算机将自动完成复杂的运算,并实时输出设计成果。
3.2.2基于数字化平台的建筑性能分析
对于大型公共建筑,性能正在成为决定其内在质量的关键综合指标,尤其表现在结构效率和可持续策略上。性能分析可根据已有的数字化模型(参数化模型或者BIM模型)进行,内容包括能耗模拟、消化模拟、温度模拟等方面。这些多学科交叉的性能化设计视线里设计成果的高度整合和升级,实际上以更经济、更高效的方式推动着技术进步。
BIM与建筑性能分析复合设计流程是将设计方案BIM模型化后,通过性能分析检查、建筑构件空间检查,综合各项结果反复调整模型。流程图如下:
3.3施工阶段
3.3.1施工单位的应用
城市轨道交通工程施工方案与周边环境条件,地质情况,主体结构与基坑关系等条件因素有重大关系,相当复杂。特别是在市区环境中施工前,环境风险相当大。此条件下:采用BIM技术对项目施工阶段有如下好处:
1)设计意图可行性的分析。
2)设计图纸的复核。
3)施工现场4D管理。通过BIM技术可轻松创建、审核和编辑4D进度模型,编制更为可靠的进度表,与三维模型直接对接,从而使规划的施工流程与项目相关方顺畅沟通。
4)主要演示手段。
5)施工现场nD管理。在软件的支持下,BIM模型还可用于更好地管理成本,物流和材料消耗。
6)提供给业主和物业一个可靠的、真实的竣工模型。
3.3.2工程监理的应用
如何建立高效、实用的基于BIM信息化工程监理模式,并使之形成科学的管理系统,是在BIM工程建设实践中重点考虑的问题,既要考虑信息应用的要求,又要考虑充分利用现有传统模式下的信息基础和物质基础。在实际工程中构建应用BIM技术的工程监理架构,以工程监理公司为节点,根据各自项目规模、特点以及施工情况,配备相应的网络传输、信息模型处理服务、现场信息采集装备等,利用采集设备,按照工程监理的“三控一管一协调”要求形成工程监理的管理信息,然后进行分类、筛选、存储。采用BIM技术在工程监理环节中有如下特点:
1)改变目前工程监理在工地的高负荷、高强度的“巡回式”管理模式,使现场工程监理人员更多地将精力针对现场实际提前进行预控或对重要部位、关键工序进行严格把关。
2)提高工程监理的工作效率、精度和实时性。运用数字化工程监理模式,可避免传统工程监理中管理滞后的问题,有可能在第一时间发现并制止工程质量问题。
3)有利于提高工程监理工作的规范化、标准化。
变更管理是BIM技术应用的另一个优势所在。基于同一个BIM模型的协同,一旦模型修正方有任何一点变更,其他所有人员调用到的数据就是最新的了,避免因为通知不及时或数据调整延误造成的经济损失和工期延误。
3.4项目运营阶段
BIM系统定位是对建筑全生命周期的控制,运营阶段也是其中重要的一环。BIM的技术核心是一个由计算机三维模型所形成的数据库,包含了贯穿于设计、施工和运营管理等整个项目全生命周期的各个阶段,并且各种信息始终建立在一个三维模型数据库中。BIM可以持续即时地提供项目设计范围、进度以及成本信息,这些信息完整可靠并且完全协调,即BIM能有在综合数字环境中保持信息不断更新并可提供访问。
5、结语
城市轨道交通工程投资高,建设要求高,管理难度高的“三高”特点使引入先进的信息管理技术非常必要。BIM技术应用开发性、协同性以及全生命周期的管理理念十分适合轨道交通工程。因此,研究如何在项目中应用BIM技术是轨道交通建设者们下阶段的主要研究方向之一。应注意的是,BIM的发展不仅仅是现有技术的进步和更新换代,也将表现在生产组织模式和管理方式的转型,并长远地影响人们对项目的思维模式,对轨道交通行业有着深远的影响。
参考文献
[1]何关培、葛清等. BIM第一维度[M] .中国建筑工业出版社
[2]何关培. BIM总论[M] .中国建筑工业出版社