·90· 福 建 建 筑 2022 年

图 2 围护结构横剖面图

(1)逆做板与侧墙之间存在横向施工缝。 该施

工缝浇捣难度大,且由于混凝土凝固过程中的收缩

性,在以往采用盖挖逆作法施工的工程中,该处施工

缝常由于处理措施不到位,形成横向通缝(图 3),轻

则引起渗漏,重则引起严重质量问题。

图 3 逆做板与侧墙之间横向通缝图

(2)地铁车站顶板不同于一般的民用建筑,顶板

以上一般有较厚的覆土(本站覆土约 3. 6 m),受力非

常大。 故要求地下连续墙与逆做顶板可靠连接,对地

下连续墙预留的钢筋接驳器精度要求较高。 逆作顶

板与地下连续墙之间的连接,关系整个基坑的安全,

在以往工程中常常出现预留接驳器偏位及保护不到

位导致无法使用的情况。

针对以上难点,对关键节点进行以下优化设计:

(1)逆作顶、中板施工时提前施作部分端部侧

墙,侧墙回筑支模采用“畚箕口形式”,支模及浇筑如

图 4 ~ 图 5 所示。

图 4 下一层侧墙浇捣图

图 5 下二层侧墙浇捣图

逆作顶板及中板下侧墙混凝土最终液面高度高

于施工缝 20 cm ~ 30 cm,混凝土采用高一级的微膨胀

混凝土,在混凝土全养护过程中保持压力,减少收缩

变形引起的缝隙增大。 同时,在该施工缝处预埋注浆

管,待后期混凝土凝固后,凿除多余混凝土并注浆,以

此可保证施工缝处混凝土的密实和质量。

(2)取消顶板与地下连续墙之间的预留接驳器,

凿除顶板以上范围地下连续墙,顶板架设在地下连续

墙上,地下连续墙内预留锚入顶板的钢筋。 为了便于

地下连续墙凿除的施工,在地下连续墙凿除处预埋钢

板,顶板与地下连续墙连接大样如图 6 所示。

图 6 顶板与地下连续墙连接大样图

2022 年 08 期 总第 290 期 董崇林·盖挖逆作法在某地铁基坑中实践与探索 ·91·

4 数值模拟分析

4. 1 有限元模型建立

本工程拟采用 MADAS / GTS,对该基坑开挖及回

筑过程建立二维模型进行分析,模型的水平计算范围

取围护结构外 3H(约 65 m),模型的竖向计算范围取

坑底下 2 H(约 42 m)。 模型底边边界条件为竖向约

束,模型两侧边界条件为水平约束,模型表面边界无

约束,计算模型图如图 7 所示。

图 7 计算模型图

模型本构的选取:采用“修正摩尔 - 库伦”本构,

该本构是一种弹塑性本构,能将非线弹性和塑性联合

起来的组合模型。 可以考虑按照加载或者卸载的情

况输入不同的弹性值,考虑土体的刚度和应力的状态

的相关性,是剪切屈服和压缩屈服之间相互没有影响

的双重塑性模型,适用于淤泥或者沙土等行为特

性[2]

,参数取值如表 1 所示。

模型计算施工步序:

(1)初始应力分析;

(2)施工地下连续墙、立柱桩、坑内加固;

(3)开挖基坑至逆作顶板下方;

(4)施工逆作顶板,待顶板达到设计强度后回填

顶板上覆土;

(5)开挖基坑至逆作中板下方;

(6)施工逆作中板;

(7)开挖基坑至混凝土支撑下方;

(8)施工混凝支撑;

(9)开挖基坑至坑底;

(10)施作底板及侧墙。

基坑施工过程采用增量法模拟。 在多道支撑的

支护结构中,各支撑的受力先后顺序是不同的。 支撑

是在基坑开挖到一定深度后才加上的。 即在墙体产

生了一定的位移后才加上的,各道支撑发挥的作用时

刻不同,增量法可考虑逐步加撑和逐步开挖整个施工

过程中的土、墙、支撑共同作用的计算方法[3]

。

4. 2 数值模拟结果及分析

根据数值模拟结果:临近建筑物侧围护结构最大

水平位移为 21. 6 mm,无建筑物侧围护结构最大水平

位移 25. 6 mm,均满足设计要求,临近建筑侧围护结

构水平位移反而小于无建筑侧。 模拟结果如图 8 所

示。 分析主要原因,为临近建筑采用桩基础,且桩长

较长,荷载通过桩扩散至基坑中部及以下范围;故临

近建筑侧围护结构最大变形在坑底位置,无建筑侧围

护结构最大变形为基坑中部附近。

图 8 基坑水平位移图

图 9 基坑竖向位移图

根据模拟结果:临近建筑物侧地面大竖向位移为

12. 0 mm,位置为围护结构外约 19 m、建筑物外约

3 m,建筑最大沉降在建筑中部,沉降约 10. 0 mm,建

筑最小沉降在建筑两侧,沉降约 4. 5 mm,建筑倾斜值

为(10 - 4. 5) / 跨度 = 0. 1% ,无建筑物侧地面大竖向

位移为 15. 3 mm,位置为围护结构外约 14 m 处,基坑

底部隆起量最大为 24 mm,地面和建筑沉降均满足

《城市轨道交通工程监测技术规范》

[4] 及《建筑地基

基础设计规范》

[5]相关要求。 在无其他周边建筑影响

时,基坑周边最大沉降位置在距离基坑边约 0. 7 倍基

坑深度处,1 倍基坑深度范围为主要影响区,1 ~ 2 倍

基坑深度范围为次要影响区,有临近建筑侧竖向位移

反而小于无建筑侧。 模拟结果如图 9 所示。 分析主

要原因,为临近建筑采用桩基础,且桩长较长,荷载通

过桩扩散至基坑中部及以下范围,故建筑物范围地面

·92· 福 建 建 筑 2022 年

变形较小,但是竖向影响深度较大。 坑底土体的隆起

值较大,表明盖挖逆作法对坑底土体的隆起值控制有

限,施工中应加强坑底土体隆起的监测、同时设计中

逆作板的计算应考虑立柱隆起的影响。

5 施工效果分析

5. 1 关键节点施工效果及分析

本工程已完成施工任务,顶板架设在地下连续墙

处节点安全可靠。 根据现场实际监测数据,顶板沉降

值在规范控制范围内。

侧墙与逆作板交接处“畚箕口形式”支模如图 10

所示,侧墙施作效果如图 11 所示。

图 10 侧墙支模图 图 11 侧墙最终完成效果图

根据最终施工效果,证明逆作板与侧墙之间施工

缝在采用 “畚箕口形式”支模 + 混凝土界面剂 + 止水

胶条 + 后注浆等措施下,可保证良好的施工缝处混凝

土的密实和防水性,避免形成通缝造成的安全及质量

问题。

5. 2 基坑变形监测结果及分析

选取基坑回筑完成时,端头井处地下连续墙的水

平变形监测数据(图 12 ~ 图 13)与数值模拟结果(图

8)进行对比分析。

图 12 无建筑侧地连墙

水平变形图

图 13 有建筑侧地连墙

水平变形图

围护结构最终水平变形的监测值稍大于数值模

拟值,不过总体变形趋势基本一致。 主要原因,为逆

作板和砼支撑的绑扎及浇筑至达到设计强度过程中

“时空效应[6]

”的影响。 且由于基坑与结构侧墙采用

复合结构,在逆作板和地下连续墙之间设置有防水

层,由于防水层无法铺密实,防水层的间隙,导致地下

连续墙的水平变形偏大。

选取基坑回筑完成时,端头井处地面实测沉降数

据(图 14 ~ 图 15) 与数值模拟结果(图 9) 进行对比

分析。

图 14 无建筑侧地面沉降图

图 15 有建筑侧地面沉降图

基坑周边最终地面沉降监测值大于数值模拟值,

地面沉降监测值较不均匀。 特别是围挡内沉降,不过

建筑物范围沉降值与数值模式相吻合,整体沉降量在

控制范围内,主要原因为施工设备、地面堆载等不可

控因素影响,导致沉降不均匀。 从有建筑侧地面沉降

监测值可侧面验证,有建筑侧地面由于距离建筑较

近,无大型设备施工空间,该范围地面沉降较为均匀,

与数值模拟较为相符。

6 结论

本文基于某地铁盖挖逆作法基坑为例,通过对工

程具体情况的分析、关键节点优化设计、数值模拟计

算、施工效果分析,主要获得以下结论:

(1)盖挖逆作法能有效解决地铁基坑中常见的

场地有限、工期紧张、距离建构筑物较近等问题,有效

控制基坑自身变形和周边建构筑物的沉降,减少对周

边环境影响。 该施工方法在地铁基坑周边环境复杂

(下转第 111 页)

2022 年第 08 期

总第 290 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 08·2022

Vol·290

铁路隧道爆破振动监测系统应用研究

饶 宇 耿 丽

(福建省建筑科学研究院有限责任公司 福建省绿色建筑技术重点实验室 福建福州 350002)

摘 要:结合典型的铁路隧道爆破振动监测实例,分析爆破振动监测系统在实际工程中的应用。 通过爆破药量逐步增

加,获得一系列的监测数据。 结果表明,爆破周边测点振动峰值速度大小,主要取决于单段最大药量,与总装药量关系

较小。 该结果为邻近营运铁路隧道爆破安全监测工作控制爆破药量,提供了参考和借鉴。

关键词: 爆破振动;爆破药量;峰值振速;隧道工程

中图分类号:U25 文献标识码:A 文章编号:1004 - 6135(2022)08 - 0093 - 04

Applicated research of railway tunnel blasting vibration monitoring system

RAO Yu GENG Li

(Fujian Academy of Building Research Co. Ltd. Fujian Key Laboratory of Green Building Technology, Fuzhou 350002)

Abstract:According to the typical example of railway tunnel blasting vibration test, the application of blasting vibration monitoring system

is analyzed. A series of monitoring data are obtained by increasing the blasting charge weight step by step. The result shows that the peak

vibration velocity of the testing locations around the blasting mainly depends on the maximum charge weight per delay , and not mainly depends on the total charge weight. This paper provides reference for blasting safety monitoring of controlling blasting charge weight of the existing railway tunnels adjacent to new blasting projects.

Keywords:Blasting vibration; Blasting charge weight; Peak vibration velocity; Tunnelling

作者简介:饶宇(1986 - ),男,工程师。

E-mail:raoyufzu@ 163. com

收稿日期:2021 - 07 - 13

0 引言

受地形、地质条件及线路走向等因素制约,在既

有隧道旁近距离新建复线隧道的情况难以避免,新建

隧道的爆破施工产生的振动,对既有铁路影响最为突

出[1]

。 目前,振动测试技术成为铁路爆破影响评估的

重要手段[2]

。

铁路沿线大多为无人值守状态,人工维护无法保

证其及时性和可靠性,故铁路工程的安全隐患较为突

出,且监测特殊性较强,难度较大。 因此,要通过专门

的远程监测系统,较为全面地掌握铁路工作状态的变

化,并对超限及突发情况进行预警。

本文以某新建隧道邻近的既有铁路隧道爆破振

动测试为例,梳理利用现有远程监测系统在铁路隧道

监测中建立预警监测体系的运用,分析了爆破药量对

监测对象振动峰值速度的影响,为类似铁路爆破工程

的监测提供参考。

1 工程概况

某新建隧道为双线隧道,隧道位于既有快速铁路西

侧,与之并行。 隧道全长约 1080 m,最大埋深约 164 m,

最浅埋深约5. 0 m。 隧道位于丘陵地区,地势起伏,自然

坡度15° ~30°。 进口段距既有铁路约 50 m;出口段距既

有铁路约 200 m。 隧道采取控制爆破方式掘进,在施工

过程中,选取新建隧道 V 级围岩进行爆破测试,获取邻

近既有铁路的质点振动数据。

2 监测目的

《爆破安全规程》(GB 6722 - 2014)

[3] 及《铁路工程

爆破振动安全技术规程》(TB 10313 -2019)

[4]

,规定了爆

破振动计算应采用萨道夫斯基的质点峰值振动速度传播

衰减公式:

V = K

3

Q

R

)

α

·94· 福 建 建 筑 2022 年

式中,V 为质点振动速度峰值( cm / s);Q 为炸药

量(kg);R 为测点至爆源的距离(m);K、α 为与爆区

至测点间的地形、地质条件有关的爆破振动系数与衰

减指数,由试验统计得到。

通过爆破测试数据,分析炸药量对监测点振动峰

值速度的影响,以控制爆破施工药量,调整爆破参数,

达到保护既有铁路设施的目的。

3 监测范围

按新建隧道施工半径 1km 影响范围考虑,邻近既

有铁路影响段里程为 K889 + 980 ~ K891 + 190,对影

响范围内既有铁路隧道线进行监测,如图 1 所示。

图 1 新建隧道线对应既有线主要监测范围示意图

4 监测系统

4. 1 物联网云平台系统

监测使用的铁路工程监测物联网云平台系统,采

用现场总线和 TCP / IP 网络,实现配电系统信息的传

输、交换和管理。 能适应多种传感器硬件接口,并集

远程监测管理、实时采集数据分析、监测系统数据集

合、分级预警等多种功能为一体。 本系统可添加多种

类型硬件设备传感器,获取各类测试参数(如爆破振

动、位移、裂缝、路基沉降等)。

4. 2 爆破振动测试

爆破振动测试使用 L20N 智能记录型爆破测振

仪。 L20N 爆破测振仪是一款远程无线网络爆破测振

仪,与振动传感器配合使用,可采集 X、Y、Z 三个方向

的爆破振速,可实现无人值守远程监控。

将爆破测振仪接入铁路工程监测物联网云平台

系统,可根据时间及爆破设备,查看爆破振动数据及

查看波形,对报警设置、定时开关机、传感器灵敏度等

信息进行配置,并对波形图进行分析,查询爆破振动

对应主频、最大值及最小值等信息。 L20N 爆破测振

仪远程控制测试系统示意图如图 2 所示。

图 2 L20N 爆破测振仪测试系统

4. 3 测点与传感器布设

新建隧道平行既有隧道,临近的迎爆侧边墙的振动

强度大于背爆侧,本次监测测点布设在邻近的既有铁路

隧道内迎爆侧边墙墙脚位置,监测点通过膨胀螺栓固定,

相应的信号线采用膨胀钉结合卡扣固定,沿着墙脚牵引

至控制箱。 传感器侧壁安装示意图如图3 ~图4 所示。

根据现场施工现状,在新建隧道爆破掌子面对应

的既有铁路前后 100 m,布置测点进行监测,振动监

测点布置在迎爆侧边墙。 测点采用自动触发爆破振

动采集仪,触发值为 0. 05 cm / s。

图 3 磁电式速度传感器在侧壁的安装

2022 年 08 期 总第 290 期 饶 宇,耿 丽·铁路隧道爆破振动监测系统应用研究 ·95·

图 4 测点安装示意图

5 振动监测数据与分析

根据专项安全评估论证,确定监测点振动峰值速

度限值为 1 cm / s,监测系统报警值设定为 0. 8 cm / s。

爆破施工采用分段毫秒微差爆破,单段药量间隔时间

大约为 50 ms,爆破药量逐级增加。

根据监测系统测得的数据,统计隧道迎爆侧边墙

测点 1 ~ 4 在不同爆破药量下的峰值振速,如表 1

所示。

根据表 1 统计结果,绘制不同爆破药量下测点振

动峰值速度曲线图,如图 5 所示(图 5 振动峰值速度

为最大水平向振动速度)。

表 1 不同爆破药量下测点振速统计表

测点

编号

与爆破

点距离

(m)

测振方向

步骤 1

ΣQ = 66kg

Qmax = 10kg

步骤 2

ΣQ = 96kg

Qmax = 10kg

步骤 3

ΣQ = 96kg

Qmax = 18kg

步骤 4

ΣQ = 168kg

Qmax = 18kg

振速(cm/ s) 主频(Hz) 振速(cm/ s) 主频(Hz) 振速(cm/ s) 主频(Hz) 振速(cm/ s) 主频(Hz)

1 120

水平径向 0. 449 42. 3 0. 472 34. 5 0. 618 50. 3 0. 638 63. 2

水平切向 0. 156 33. 4 0. 187 45. 3 0. 215 43. 7 0. 256 65. 4

竖向 0. 207 32. 0 0. 279 34. 3 0. 339 33. 8 0. 398 56. 7

2 140

水平径向 0. 370 42. 5 0. 381 37. 7 0. 507 54. 8 0. 529 48. 5

水平切向 0. 196 35. 8 0. 170 33. 5 0. 249 45. 7 0. 245 40. 4

竖向 0. 132 48. 8 0. 145 56. 3 0. 291 44. 9 0. 302 40. 6

3 170

水平径向 0. 282 50. 1 0. 291 44. 6 0. 422 60. 6 0. 447 59. 5

水平切向 0. 148 40. 2 0. 157 29. 8 0. 181 34. 6 0. 189 44. 8

竖向 0. 131 33. 8 0. 164 33. 9 0. 215 48. 8 0. 244 33. 6

4 200

水平径向 0. 241 63. 5 0. 251 70. 3 0. 362 55. 9 0. 374 56. 8

水平切向 0. 123 60. 8 0. 118 46. 4 0. 137 66. 9 0. 147 55. 7

竖向 0. 086 32. 2 0. 125 55. 3 0. 156 33. 4 0. 188 44. 6

注:表中 ΣQ、Qmax分别表示总装药量和单段最大药量;水平切向为隧道走向方向,水平径向为垂直于隧道走向方向。

图 5 不同药量下振动峰值速度关系曲线

加载步骤 1 - 2,单段最大药量不变,总装药量从

66 kg 增加到 96 kg,各测点最大峰值速度变化较小,

平均增幅小于 5% ;加载步骤 2 - 3,总装药量不变,单

段最大药量从 10 kg 增加到 18 kg,各测点最大峰值速

度变化较大,平均增幅大于 30% ;加载步骤 3 - 4 与步

骤 1 - 2 表现出的规律相同。

从表 1 和图 5 可以看出,当总装药量增大而单段

最大药量不变时,各测点振动峰值速度变化不明显;

当总装药量不变而单段最大药量增大时,各测点振动

峰值速度明显增大。

(下转第 120 页)

2022 年第 08 期

总第 290 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 08·2022

Vol·290

某预应力钢筋混凝土连续箱梁承载能力研究

赵崇光

(福建省永正工程质量检测有限公司 福建福州 350012)

摘 要:以某预应力钢筋混凝土连续箱梁为工程实例,经现场勘查,该桥主梁存在较多裂缝,避免影响桥梁结构安全,

通过静动载试验,得到该桥在试验荷载作用下的部分受力特性,将现场试验结果与有限元理论值相比较,进一步综合

评估其承载能力。 在试验荷载作用下,桥梁结构的整体刚度是否满足《公路桥梁荷载试验规程》 ( JTG / T J21 - 01—

2015)的要求。 同时,桥梁现阶段桥跨结构承载能力符合设计荷载等级的正常使用要求。 通过以上工作,为分析类似

桥型的受力分析及承载能力评估提供一定的工程经验,同时,为今后类似桥梁的养护提供一定的指导建议。

关键词: 预应力钢筋混凝土连续箱梁;整体式箱梁;静载试验;动载试验;承载能力评估;裂缝处理

中图分类号:U441 文献标识码:A 文章编号:1004 - 6135(2022)08 - 0096 - 06

Research on The Load - carrying Capacity of Prestressed Concrete Continuous Box Girder Bridge

ZHAO Chongguang

(Fujian Yongzheng construction quality inspection Co. ,Ltd,Fuzhou 350012)

Abstract:The prestressed concrete continuous box girder bridge is taken as an engineering example in this paper,After on - the - spot investigation,many cracks were found in the main girder of the bridge,In order to avoid affecting the structural safety of the bridge,obtain part

of the mechanical characteristics of the prestressed continuous box girder under the actual load,compared the test results with the finite element theoretical value,Further comprehensive assessment of its carrying capacity. Under the test load,whether the whole stiffness of the

bridge structure meets the requirements of load testing specifications for highway bridges《 load test methods for highway bridge》 ( JTG / T

J21 - 01—2015),At present, the bearing capacity of the bridge span structure meets the normal use requirements of the design load

grade. Through the above work,hope to provide some engineering experience for stress analysis and load - bearing capacity evaluation of

similar bridge. Besides,It provides some guidance and advice for the maintenance of similar bridges in the future.

Keywords:Prestressed concrete continuous box girder bridge; Integral box girder; Static load test; Dynamic load test; Evaluation of load

- bearing capacity; Treatment of crack

作者简介:赵崇光(1992 - ),男,工程师。

E-mail:122265280@ qq. com

收稿日期:2022 - 01 - 05

0 引言

预应力混凝土连续箱梁桥具有整体件好、刚度

大、变形较小、抗震性好、外形美观等优点,因此,在我

国现阶段桥梁设计中得到广泛运用。 国内外研究人

员针对现浇预应力混凝土连续箱梁做了大量模型试

验和结构理论研究,但对单箱多室非对称且变宽整体

连续箱梁的结构分析及现浇连续箱梁的研究相对较

少。 下文以某市互通桥梁工程为研究背景。

随着交通量需求增大,且车辆普遍存在超载、超

限等现象,导致桥梁出现较多裂缝、混凝土剥落、漏筋

等病害,对桥梁的承载能力提出更高的要求。 由于该

类型桥梁占比较大,管养部门对该类型桥梁极为重

视,为探明该类型桥梁结构是否存在较大安全隐患,

避免出现大面积桥梁坍塌造成重大安全事故,故提出

对桥梁进行承载能力评估。

笔者结合某互通立交预应力砼连续箱梁,利用有

Midas Civil 2015 建立有限元杆系梁单元模型,对结构

进行分析计算,通过现场静动载试验,对成桥后的预

应力砼连续箱梁承载能力进行评估,为后期类似工程

提供一定的借鉴意义。

1 工程背景

某市互通桥梁工程上部结构采用预应力混凝土

连续箱梁,箱梁为预应力钢筋混凝土整体式箱梁;下

部结构采用柱式墩。 主线全长 2203. 965 m,共 23 联,

根据桥梁技术状况、结构特点以及工程场地状况,下

文选取该桥主桥左幅 U20 联作为研究对象,其跨径布

置为 30. 00 m + 30. 00 m + 30. 00 + 30. 00 m,桥面宽度

15. 89 m,梁高 1. 80 m。 该桥位于一级公路,设计时速

40 km / h,桥梁设计荷载等级:公路Ⅰ级;桥梁结构设

计基准年限为 100 年。

首先,该桥运营近 9 年,桥面交通量急剧增加,通过

日常桥梁巡查,结构定期检测中,发现该桥目前主梁梁底

存在较多纵向裂缝,裂缝最大宽度测读值 0. 22 mm,裂缝

2022 年 08 期 总第 290 期 赵崇光·某预应力钢筋混凝土连续箱梁承载能力研究 ·97·

长度范围为1 m ~3 m 不等,最大深度 22 mm,裂缝分布

范围主要集中于 1 / 4 跨至跨中部位;主梁腹板存在几

处竖向裂缝,裂缝最大宽度测读值 0. 16 mm,裂缝长

度范围为 0. 8 m ~ 1. 2 m 不等,最大深度 20 mm,裂缝

分布范围主要集中于 1 / 4 跨至跨中部位,裂缝未延伸

至左右翼缘板;为评估裂缝的危害程度,分析裂缝产

生的原因,故对桥梁结构进行可靠性评估。 其次,根

据该市管养部门对桥梁巡查养护的历年统计数据结

果表明:该类型桥梁多位于互通匝道,车流量较大,且

从每年桥梁维修加固的数据中,看出预应力钢筋混凝

土连续箱梁桥梁总长度占该市总桥梁长度的 23. 2% ,

且大部分预应力钢筋混凝土箱梁均存在不同程度的

纵向裂缝和竖向裂缝。 由于主梁裂缝属于该类型桥

梁结构通病,并且一直以来没有形成一套合适的处置

方案,多年以来一直困扰着管养部门。

限于篇幅,笔者仅选用试验跨左幅 U20 联进行分

析,左幅 U20 联桥型布置图如图 1 所示。

(a)立面布置图

(b)横断面布置图

图 1 U20 联桥型布置图(单位:cm)

2 承载能力评估方案

2. 1 结构设计材料

(1)混凝土

钻孔粧采用 C30 水下混凝土;桥墩墩身、盖梁混

凝土强度为 C40;主梁混凝土强度为 C50。

(2)预应力系统

预应力钢绞线采用公称直径为 15. 20 mm,标准

强度为 1860 MPa,锚具包括锚垫板、锚头、夹片和螺

旋筋等均采用相应的配套产品。

(3)普通钢筋

设计用钢筋为 HPB235 钢筋和 HRB335 钢筋二

种;桥面铺装钢筋采用 D10 冷轧带肋焊接钢筋网;普

通钢材:附属结构采用 Q235。

2. 2 结构模型

(1)结构计算简介

根据前期参数,采用有限元分析软件 Midas 对该

桥试验跨左幅 U20 联进行计算,U20 联中主梁采用 4

跨预应力混凝土连续箱梁结构。 有限元模型如图 2

所示,主线桥共离散为 722 个节点,1059 个梁单元,

596 个板单元。

(2)计算参数

①设计荷载:公路 - Ⅰ级。

②结构材料:计算中结构材料特性根据实测资料

确定,主线桥采用 C50 混凝土,弹性模量为 3. 45 ×

10

4 MPa。

③设计车道数:主线桥横桥向分布单向 3 车道。

④纵横向折减系数:根据《公路桥涵设计通用规

范》( JTG D60 - 2015) 第 4. 3 条规定,当车道数为 3

个时,横向布载系数为 0. 78,计算跨径为 30. 0 m,不

考虑纵向折减。

图 2 箱梁结构示意图

2. 3 静载试验方案

(1)静载工况

本次试验采用最不利荷载效应原则进行等效布

载,试验车辆均采用最外侧偏心加载;测试工况内容

如表 1 所示,测试断面如图 3 所示,拟进行的试验工

况如下。

表 1 荷载试验工况

荷载工况 测试断面 测试内容

工况一

左幅第 61 跨最大正弯矩截面

(1 - 1)右侧偏载

测试应力及挠度、

裂缝观察

工况二

左幅第 61 跨最大负矩截面

(2 - 2)右侧偏载

测试应力

工况三

左幅第 60 跨最大正弯矩截面

(3 - 3)右侧偏载

测试应力及挠度、

裂缝观察

图 3 测试断面示意图(单位:cm)

·98· 福 建 建 筑 2022 年

(2)测试方法

静载测试控制方法分为应变测试、挠度测试、裂

缝测试三种方法,方法如下:

应变测试:通过应变测试值与理论计算值的比

较,判断结构截面强度是否满足使用要求。 应变测试

采用电阻应变片和静态应变仪进行采集。

挠度测试:通过挠度测试数值与计算数据的比

较,判断桥梁整体刚度并综合应变测试结果,对桥梁

做出是否达到设计要求与是否满足使用要求的判断。

挠度采用精密水准仪进行测试。

裂缝测试:加载过程中,对混凝土表面裂缝进行

观测,采用目测方法结合钢卷尺测量裂缝长度变化,

采用裂缝测宽仪测量裂缝宽度变化的方法进行;对于

先期发现的结构受力裂缝,选择典型裂缝布置测点测

量裂缝宽度变化情况,并在加载过程中,观测结构主

要受力截面是否有新的裂缝产生。

(3)试验车辆

本次静力试验荷载加载方式,是采用 5 辆约 41 t

的三轴载重汽车作为等效荷载,通过模拟设计荷载产

生的最不利内力值,比较各种试验工况作用下控制截

面的校验系数,最终用于桥梁结构承载能力评估,现

场实际所用加载车辆如表 2 所示。

表 2 加载车辆明细表

编号 前轴距/ m 后轴距/ m 前轴重/ kN 后轴重/ kN 总重/ kN

1# 4. 10 1. 40 83. 2 311. 0 394. 2

2# 4. 10 1. 40 93. 6 313. 5 407. 1

3# 4. 10 1. 40 94. 3 323. 1 417. 4

4# 4. 10 1. 40 94. 4 314. 1 408. 5

5# 4. 10 1. 40 83. 3 348. 0 431. 3

(4)各工况加载布置

通过最不利组合等效布载确定现场静载试验工

况,让现场静载试验中得到的最不利内力接近理论值

并符合规范要求;本次桥梁荷载试验校验系数在 0. 95

~1. 05 之间[3]

,满足规范要求。 各工况具体情况如表

3 所示,具体加载工况及车辆布置如图 4 所示。

表 3 各工况加载内容及试验效率

工况编号

设计理论值

(kN·m)

试验理论值

(kN·m)

荷载效率

工况一 2032. 2 2014. 7 0. 99

工况二 - 1702. 3 - 1705. 1 1. 00

工况三 1785. 2 1701. 3 0. 95

(a)工况一 试验加载平面布置图

(b)工况二 车辆平面布置图

(c)工况三 车辆平面布置图

图 4 各工况车辆加载布置图(单位:cm)

(5)测点布置、车辆加载布置

应变测试采用无线静态应变采集器以及应变片,

应变测试截面及测点布置如图 5 所示。 梁挠度测试

采用百分表(0 ~ 50mm / 0. 01mm)量测,测点编号及布

置如图 6 所示。 各工况车辆加载如图 4 所示。

图 5 应变测点布置图(单位:cm)

图 6 挠度测点布置图(单位:cm)

2022 年 08 期 总第 290 期 赵崇光·某预应力钢筋混凝土连续箱梁承载能力研究 ·99·

2. 4 环境脉动试验方案

采用环境随机振动法测定桥跨结构,由于桥址处

风荷载、地脉动等随机荷载激振而引起的桥梁结构微

幅振动响应[1]

,以分析桥跨结构的自振特性。 在桥梁

右侧布置加速度传感器,传感器分别布置在桥梁 1 / 4

跨测点上;具体布置如图 7 所示。

图 7 加速度传感器布置图

2. 5 动载试验方案

(1)试验过程描述

本次采用静载测试车辆中的 1 辆载重车,分别以

10km / h、20km / h、30km / h、40km / h 的速度,按指定线

路通过车行道桥面,测试桥梁的动应变时程响应。 测

试工况及测试内容如表 4 所示。

表 4 试验工况及测试内容

试验跨 工况 荷载 测试内容

主线桥

左幅

U20 联

工况 1

一部行车以 10km/ h 的车速

通过车行道桥面

动应变

工况 2

一部行车以 20km/ h 的车速

通过车行道桥面

动应变

工况 3

一部行车以 30km/ h 的车速

通过车行道桥面

动应变

工况 4

一部行车以 40km/ h 的车速

通过车行道桥面

动应变

(2)测点布置

采用电阻应变片量测振动应变,从而计算桥梁冲

击系数。 主线桥测点均布置在(1 - 1)截面,截面布置

1 个动应变测点。 测点布置如图 8 所示。

图 8 动应变测点布置图

3 承载能力评估结果与分析

(1)各工况挠度结果分析

本次试验挠度检测结果如表 5 所示,表中挠度以

向下为负值,向上为正值。

表 5 挠度检测结果汇总

工况测点

实测值(mm)

总变形 残余变形

满载理论

值(mm)

校验系数

相对残余

变形(% )

工

况

一

1 3. 31 0. 01 9. 36 0. 35 0. 30

2 2. 73 0. 06 5. 39 0. 50 2. 20

3 2. 23 0. 04 4. 11 0. 53 1. 79

4 1. 79 0. 03 2. 98 0. 59 1. 68

5 1. 45 0. 04 2. 34 0. 60 2. 76

工

况

三

1 2. 65 0. 02 8. 56 0. 31 0. 75

2 2. 02 0. 01 4. 54 0. 44 0. 50

3 1. 76 0. 03 3. 32 0. 52 1. 70

4 1. 34 0. 01 2. 23 0. 60 0. 75

5 1. 08 0. 02 1. 65 0. 64 1. 85

(2)各工况应变结果分析

本次试验应变检测结果如表 6 所示,表中应变以

受压为负值,受拉为正值。

表 6 应变检测结果

工况 测点

实测值(με)

总应变 残余应变

满载理论

值(με)

校验系数

相对残余

应变(% )

工

况

一

1 - 1

1 47 - 3 75 0. 63 0. 00

2 33 - 3 61 0. 54 0. 00

3 43 - 2 52 0. 52 0. 00

4 22 - 4 43 0. 51 0. 00

5 15 - 4 35 0. 43 0. 00

工

况

二

2 - 2

1 - 32 0 - 64 0. 50 0. 00

2 - 23 0 - 46 0. 50 0. 00

3 - 16 - 1 - 38 0. 42 0. 00

4 - 13 - 1 - 23 0. 57 0. 00

5 - 6 0 - 12 0. 50 0. 00

工

况

三

3 - 3

1 43 - 1 64 0. 67 0. 00

2 30 - 4 49 0. 61 0. 00

3 20 - 1 43 0. 47 0. 00

4 19 - 3 35 0. 54 0. 00

5 11 - 3 23 0. 48 0. 00

(3)裂缝状况观察

在试验荷载作用下,观测第 60 跨以及第 61 跨 4

条既有裂缝的裂缝宽度变化情况,并观测加载过程中

梁体是否出现新增裂缝,裂缝观察结果如表 7 所示。

表 7 荷载作用下裂缝观测结果汇总 mm

工况

裂缝

编号

裂缝

位置

加载前

读数

满载

读数

卸载

读数

增量 残余

工况 1

1#

梁底纵

向裂缝

0. 20 0. 25 0. 22 0. 05 0. 02

2#

腹板竖

向裂缝

0. 16 0. 20 0. 15 0. 04 - 0. 01

工况 2

3#

梁底纵

向裂缝

0. 22 0. 26 0. 21 0. 04 - 0. 01

4#

腹板竖

向裂缝

0. 14 0. 17 0. 14 0. 03 0. 00

·100· 福 建 建 筑 2022 年

通过试验表明,在试验荷载作用下,梁底裂缝观

测点处裂缝宽度最大增量为 0. 05mm,既有裂缝未出

现明显延伸以及扩展;卸载后,裂缝宽度基本恢复,且

裂缝闭合宽度小于扩展宽度 2 / 3;在试验加载过程

中,并未发现新增裂缝[4]

。

综上所述,主梁既有裂缝在短暂荷载作用下,对结

构不构成较大的安全隐患,建议按照本文第四节进行

处置。

(4)环境脉动试验结果整理

实测桥梁在环境荷载作用下,加速度传感器采集

到的信号如图 9 所示。

图 9 加速度信号曲线

将实测的加速度信号经过实验模态分析可得,

实测桥梁的竖向一阶自振频率为 5. 86 Hz 大于有限

元分析得到的理论竖向一阶自振频率 3. 79 Hz,表明

该桥实际刚度较大,结构动力特性良好。 桥梁实测振

型与计算振型如图 10 所示。

(a)实测振型图

(b)一阶计算振型

图 10 桥梁振型图

(5)动载试验结果整理

通过测试不同车速下,桥梁测试截面梁底动应变

测点的动应变时程曲线如图 11 所示,限于篇幅,仅提

供桥梁在30km / h 状况下的动态时程曲线图。 测试结

果如表 8 所示。

图 11 动应变时程曲线

表 8 无障碍行车实测冲击系数(无量纲)

工况

车速

(km/ h)

测点

最大动

应变

( × 10

- 6

)

最小动

应变

( × 10

- 6

)

动应变

平均值

( × 10

- 6

)

实测冲

击系 μ

工况 1 10 1 43 36 40 1. 08

工况 2 20 1 46 38 42 1. 10

工况 3 30 1 34 26 30 1. 13

工况 4 40 1 41 28 35 1. 17

在无障碍行车试验下,实测冲击系数随车速增大

而小幅增加, 桥梁的实测冲击系数最大值为 μ =

0. 17,小于规范(JTG D60 - 2015)规定的设计计算取

值 μ = 0. 22;表明桥梁结构动力特性良好。

4 裂缝原因分析以及加固维修方案

4. 1 原因分析

(1)梁底纵向裂缝主要原因是:由于施工期间振捣

不密实,造成混凝土分层离析引起收缩裂缝、或由于混凝

土长期收缩徐变等原因,引起收缩裂缝。

(2)主梁腹板左右侧竖向裂缝主要原因是:由于

长期超限车辆荷载作用下产生拉应力,造成混凝土表

面开裂;或由于腹板在施工过程中钢筋保护层厚度局

部偏厚引起混凝土开裂。

4. 2 加固维修方案

建议对于裂缝宽度小于 0. 20mm,采用表面封闭

处理,大于裂缝宽度 0. 2mm,建议采用静压注射法进

行补强。 具体实施方案如下:

2022 年 08 期 总第 290 期 赵崇光·某预应力钢筋混凝土连续箱梁承载能力研究 ·101·

(1)表面封闭法

利用封闭材料(微膨胀混凝土土砂浆、改性环氧

树脂类、改性丙烯酸酯类等修补液),对非结构性裂缝

进行表面封闭处理;施工过程如表 9 所示。

表 9 表面封闭处理

施工工艺

流程

裂缝宽度检测 - 裂缝表面处理 - 配置修补胶 - 涂抹

裂缝修补胶 - 检测验收

施工过程

注意事项

①裂缝处置前应先进行表面清灰(范围可分布在裂缝

100 cm 附近),也可采用压缩空气机进行吹净,利用丙

酮对该区域进行消毒处理,为保证修补液与混凝土的

粘结性,可使用喷打烘烤机进行干燥处置;

①配置修补液安全性能应符合《工程结构加固材料安

全性鉴定技术规范》 GB50728 的相关指标规定要求,

例如胶体性能、粘结能力、热变形温度、不挥发含量等

指标;

②涂抹修补时应确认表面未产生气泡后方能进行下

一遍涂抹,建议涂抹 2 遍以上,修补液固化时间建议

在 24h 以上。

检测方法

目击以及声音辨别,可利用小锤锤击封闭材料表面,

若声音清脆,可认为合格,通过目测封闭材料表面未

见明显气泡、蜂窝、裂纹等病害来判定。

(2)静压注射法

将裂缝修补液(水泥或化学材料)按照一定的注

浆压力注入结构裂缝孔隙中,最终封闭结构裂缝;施

工过程如表 10 所示。

表 10 静压注射处理

施工工艺

流程

裂缝宽度检测 - 裂缝清缝处理 - 埋深注浆小导管 -

密封裂缝 - 配置注浆材料 - 裂缝灌浆 - 封口处理 -

检测验收

施工过程

注意事项

①清缝处理时需要在桥梁的裂缝位置凿出一道深

槽[5]

,槽深可在 3 mm 左右,宽 4 mm ~ 6 mm 左右的 V

型槽,清理缝内杂物可采用压缩空气机进行吹净,并

用丙酮消毒;

②封闭裂缝时应预留好灌浆孔和溢浆口;

③沿着裂缝中心线 5 cm 宽进行密封处理;

④控制注浆压力为 0. 2 ~ 0. 5 MPa;

⑤待注浆液初凝后,可采用环氧胶泥对封口进行封闭

处理。

检测方法

超声检测(灌浆前后均需进行检测),密闭性试验,必

要时可采用钻芯验证。

5 建议

以上维修加固方案可供管养单位、加固单位参

考,具体实施方案应组织设计加固单位以及管养部门

等单位进行专家论证后,制定详细的加固处置措施。

(1)建议建立裂缝监测控制点,对主梁裂缝进行定

期监测,视裂缝发展状况,制定进一步加固处置方案。

(2)该桥交通量较大,为避免桥梁产生过大的疲

劳效应,建议严格按照公路 - I 荷载等级通行,严禁超

载超限车辆通行。

6 结论

本文结合静载试验、环境脉动试验和无障碍行车

试验,对桥梁的承载能力进行评估,并对桥梁主梁既

有裂缝进行可靠性评估。

(1)在静力荷载作用下,测点应变及挠度校验系

数均小于 1,且退载后测点变位基本恢复,应变以及

挠度残余校验系数均小于《公路桥梁承载能力检测评

定规程》 规定的 20. 00% 的限值要求,说明桥梁结构

刚度以及强度均能满足规范要求,且安全储备较大;

结构表明:目前该桥梁的实际状况要好于理论状

况[2]

;且桥梁结构处于较好的弹性工作状态[3]

。

(2)在动力荷载作用下,桥梁实测一阶频率大于

有限元计算频率,实测冲击系数小于设计计算取值。

结构表明:桥梁动力特性以及自振特性良好。

(3)通过本次静动载试验,在车辆荷载作用下,

既有裂缝未出现明显延伸以及扩展,且能有效恢复至

原有状况,结构未出现新增裂缝。 该类型桥梁可以在

正常使用状况下进行带裂缝营运工作。 虽然主梁裂

缝不构成结构安全性问题,但仍需按照裂缝处置方案

进行封闭处理,以提高结构耐久性、抗疲劳性能。

综上所述,在试验荷载作用下,该类型桥梁结构

的整体刚度是否满足《公路桥梁荷载试验规程》 (JTG

/ T J21 - 01 - 2015) 的要求。 同时,该类型桥梁现阶

段桥跨结构承载能力符合设计荷载等级的正常使用

要求。

参 考 文 献

[1] 张志刚,肖盛燮. 某三跨连续梁桥静动载试验分析[ J].

交通科技与经济,2014(4):66.

[2] JTG/ TJ21 - 2011 公路桥梁承载能力检测评定规程[ S].

北京:人民交通出版社,2011.

[3] JTG/ T J21 - 01 - 2015 公路桥梁荷载试验规程[ S]. 北

京:人民交通出版社,2016.

[4] 刘永平. 浅谈公路桥梁荷载试验[ J]. 黑龙江交通科技,

2018(10).

[5] 崔景岩. 桥梁裂缝成因与维修加固方法分析[J]. 工程技

术与运用,2021(4):69.

2022 年第 08 期

总第 290 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 08·2022

Vol·290

斜塔斜拉人行景观天桥设计探究

丘 能1,2 蓝文亮3

(1. 福建省龙岩市城乡规划设计院 福建龙岩 364000; 2. 华设设计集团股份有限公司厦门分院 福建厦门 361006;

3. 厦门中平公路勘察设计院有限公司 福建厦门 361000)

摘 要:为融合后田渔民之村文化特色,后田人行景观天桥采用了“倒八字”斜塔斜拉桥的建筑结构形式。 主要探讨桥

梁的总体设计,关键细部设计及相应施工注意事项。 通过建立全桥有限元模型,对桥梁静力与动力受力性能进行计算

分析,提出相应的设计解决方案,验证结构受力的合理性。

关键词: 景观;斜塔斜拉桥;有限元;受力性能

中图分类号:U448. 27 文献标识码:A 文章编号:1004 - 6135(2022)08 - 0102 - 05

Study on the Design of the Inclined Pylon Cable - stayed Landscape Pedestrian Bridge

QIU Neng

1,2

LAN Wenliang

3

(1. Longyan Urban and Rural Planning and Design Institute,Longyan 364000;2. Xiamen Branch of China Design Group Co. ,Ltd,Xiamen 361006;

3. Xiamen Zhongping Highway Survey and Design Institute Co. ,Ltd,Xiamen 361000)

Abstract:In order to integrate the cultural characteristics of Houtian fishing village into bridge design,the Houtian Pedestrian Landscape

Bridge adopts the architectural structure form of inclined tower cable - stayed bridge,with its tower using" inverted eight" style. This paper

mainly discusses the overall design and the key details of the bridge design,and the corresponding precautions for construction. By establishing the finite element model of this bridge ,the static and dynamic mechanical properties of the bridge are analyzed,some corresponding

design scheme are put forward,and the rationality of the structure is verified.

Keywords:landscape; Inclined pylon cable - stayed bridge; Finite element; Force performance

作者简介:丘能(1989. 7 - ),男,工程师。

E-mail:872074242@ qq. com

收稿日期:2021 - 09 - 16

0 引言

随着社会经济不断进步,城市人行天桥不仅是单

纯的过街交通设施。 在城市一些特殊地理位置,为了

更好地迎合城市景区建设,通常将人行天桥打造为具

有地方特色的景观桥[1]

。一座好的人行景观天桥,必

须将建筑结构美学和地方人文风情融为一体,进行综

合设计[2]

。

某沿海城市的滨海西大道作为城市主干路,沿线

分布着滨海旅游浪漫线、大型酒店及当地居民村落。

后田人行天桥位于后田村,上跨滨海西大道。 因地理

位置独特,天桥的建设不仅要满足行人过街需求,更

需要结合当地景观风貌进行设计。

后田村是当地渔民之村,居民潮落而作,潮涨而

息,这种被称为“讨海” 的生活方式一代又一代地传

承下来。 后田人行天桥为融合地方文化特色,采用

“帆船”元素进行建筑景观打造,寓意着:扬帆、乘风、

破浪、归海,用建筑结构独特的艺术手法,呈现渔村的

文化精神。

1 桥梁设计

1. 1 总体设计

后田人行景观天桥采用斜塔斜拉结构形式。 主

塔立面采用“倒八字型”,桥梁总体布置如图 1 所示。

上部主梁采用钢箱梁结构,计算跨径为 55. 4 m,梁高

0. 8 m,全宽4. 8 m,净宽4. 0 m。 主梁南侧梁端设有1∶ 4

梯道,梯道采用连续钢箱梁结构,梁高 0. 35 m,全宽为

3. 0 m,净宽为 2. 2 m。

图 1 景观天桥总体方案效果图

2022 年 08 期 总第 290 期 丘 能,蓝文亮·斜塔斜拉人行景观天桥设计探究 ·103·

1. 2 主要技术指标

(1)设计荷载:人群荷载为 5. 0 kN/ m

2

。

(2)桥梁设计基准期为 100 年;设计使用年限为

50 年。

(3)设计安全等级:一级。

(4)地震烈度:地震基本烈度为Ⅶ度,设计地震

动峰值加速度 0. 15 g;抗震设防类别为丙类,抗震设

防措施等级为 8 级。

(5)设计基本风速:采用 100 年重现期的设计基

本风速 46. 7 m / s。

(6)净空高度:机动车道净空≥5. 0 m,人行道净

空≥2. 5 m。

(7)环境类别:Ⅲ类近海环境。

1. 3 桥梁关键部位设计

1. 3. 1 主梁

主梁采用扁平钢箱梁结构,梁高 0. 8 m,主梁全

宽 4. 8 m,箱内设置 2 道腹板,主梁标准横断面如图 2

所示。 箱梁顶板、底板及腹板厚度均为 16 mm。 箱梁

内设置 10 mm 厚、120 mm 高的一字型纵向加劲肋。

主梁在斜拉索耳板锚点和支座处均设置横隔板,其余

中间隔板按 1 m 一道等间距布置。 主梁梁端支点横

隔板厚 20 mm,斜拉索耳板锚点处横隔板厚 12 mm,

一般中间横隔板厚 10 mm。

图 2 主梁标准横断面图(单位:mm)

1. 3. 2 主塔

根据景观设计需求,天桥主塔采用双肢“ 倒八

字”变截面钢斜塔。 主塔底边中心线立面铅垂投影为

R = 6150 cm 的圆弧曲线,长度 Ls = 3400 cm;圆弧与

承台交点处的切线与承台水平线交角为 65°;钢主塔

嵌入承台顶面以下 138 cm,长度为 152. 3 cm;主塔底

边中心线侧面投影为斜直线,斜直线与承台水平交角

为 80°;主塔底边中心线水平投影线,通过立面及侧面

投影线进行拟合。

主塔采用八边棱形截面,桥塔截面尺寸沿着圆弧

长度方向按线性进行渐变,如图 3 所示。 主塔底部断

面截面尺寸为 2. 3 m(高) × 1. 8 m(宽);主塔背索位

置截面采用突变形式来提高主塔的立体感,主塔背索

位置底部断面尺寸为 1. 3 m × 1. 017 m;主塔背索位置

顶部断面尺寸为 1. 6 m × 1. 017 m;主塔顶部断面截面

尺寸为 0. 7m × 0. 736m。 双肢主塔在主梁梁底支撑位

置采用横向联系梁进行连接,以提高主塔的稳定性。

图 3 主塔标准横断面图(单位:mm)

钢主塔采用工厂焊接成形,现场预制吊装进行拼

接,如图 4 所示。 为了方便运输及降低现场施工难

度,每肢主塔分为两段,底部段长 8. 023 m,顶部段长

27. 5 m。 当承台浇筑完成后,底部段主塔内部灌注

C50 无收缩混凝土,以提高桥塔整体刚度。

图 4 主塔现场吊装拼接

1. 3. 3 背索及拉索

每肢主塔背部设置一道背索与桥台锚碇进行连

接。 背索采用 σb = 1670 MPa 级别的 PES(C)7 - 211

高强热镀锌钢丝成品索[3]

,索体采用全防水结构,索

体外径为 ϕ135 mm,公称破断索力为 13561 kN。

主梁和主塔之间采用拉索进行连接。 拉索共设

置 11 对,按 4m 间距对称布置于主梁两侧。 拉索与主

梁的水平立面夹角均为 27. 2°。 拉索采用 ϕ34 mm 的

·104· 福 建 建 筑 2022 年

不锈钢绞线,钢绞线有效截面面积为 692 mm

2

,拉索

理论最小破断力为 899 kN。

背索和拉索两端,均采用耳叉式可调节接头与主

塔及主梁耳板进行连接。

考虑背索及拉索的下料长度关系到整个桥梁结

构的受力性能,因此,在施工过程中,应严格控制索结

构的无应力长度。 为确保施工过程中索长的准确下

料,索体两端销轴间距 L 值,应根据主梁及主塔的实

际架设位置进行现场实测,实测数据与设计理论数据

进行校对,校对无误后方可进行制索。

1. 3. 4 背索锚碇及主塔基础

为了平衡背索锚碇与主塔基础的水平力,设计时

将背索锚碇和主塔基础进行整体式连接。 其基础承台

尺寸为 15. 0m(长) × 7. 5 m(宽) × 2. 8 m(高),下接 8

根 ϕ1. 2m 钻孔灌注桩基础。 为了保证背索的拉力有效

的传递到锚碇中,锚碇采用预埋劲性钢骨架的形式与

背索耳板焊接连接,并且耳板底部钢板采用预埋高强

锚杆的方式加强与锚碇混凝土的锚固,如图 5 所示。

图 5 锚碇承台劲性骨架示意图

为了将劲性钢骨架内的拉力和剪力有效地传递

到桩基,桩基顶部 1. 6 m 范围内采用“型钢混凝土”组

合截面形式,如图 6 所示。

2 结构计算分析

本文采用 MIDAS / CIVIL 软件,建立三维空间有

限元模型进行结构计算分析。 其中背索和拉索均采

用桁架单元模拟,钢主梁及钢主塔采用三维梁单元模

拟。 桩基侧向约束采用“m 法”计算弹簧刚度进行模

拟,桩底采用固结。 主梁与主塔横梁之间采用耦合的

方式模拟铰接,边主墩与主梁采用固结形式。

图 6 桩基钢骨架设计图(单位:cm)

2. 1 合理成桥态计算分析

计算模型按“一次成桥”进行成桥索力计算。 计

算成桥索力时,为了避免边主墩及其桩身在施工阶段

产生较大的不利弯矩,在斜塔斜拉桥施工张拉索力

时,需释放边主墩“墩梁固结”约束,即计算调索过程

中边主墩按“活动支座”考虑。 当成桥索力张拉完成

后(实际施工为桥梁栏杆、铺装等二期施工完成后),

将边主墩墩梁进行焊接固结,提高桥梁运营使用阶段

的整体受力性能。

受人行天桥景观造型影响,主塔采用“倒八字”

斜塔结构,主塔空间刚度较柔。 因此,在成桥索力计

算时,采用“零位移法” 和“影响矩阵法” 两者相结合

的方式进行调索[4]

。 索力优化过程中理论上控制主

梁的竖向挠度为零。 但为了缓解主塔弯曲应力,考虑

斜拉索成桥索力的均匀性,以及兼顾边主墩在成桥索

力状态下不出现拉力,最终合理成桥索力作用下主梁

的竖向位移控制,主梁最大竖向位移为 5. 8 mm,位移

控制较为理想。 合理成桥索力如表 1 所示,索力基本

趋于均匀。

表 1 合理成桥状态下的拉索内力

拉索编号 内力(kN) 拉索编号 内力(kN)

LS01(左/ 右) 96 LS07(左/ 右) 108

LS02(左/ 右) 112 LS08(左/ 右) 106

LS03(左/ 右) 115 LS09(左/ 右) 107

LS04(左/ 右) 114 LS10(左/ 右) 103

LS05(左/ 右) 112 LS11(左/ 右) 100

LS06(左/ 右) 109 BS 背索(左/ 右) 2935

2. 2 结构静力计算分析

2. 2. 1 背索及拉索计算

背索在承载能力极限状态下,作用基本组合的最

2022 年 08 期 总第 290 期 丘 能,蓝文亮·斜塔斜拉人行景观天桥设计探究 ·105·

大轴力值 N = 3782 kN。 主塔背索采用型号为 PES

(C)7 - 211 的拉索,公称破断索力为 13561 kN, 背索

的安全系数为 K = 3. 59 > 2. 5,满足规范要求[5]

。

拉索在承载能力极限状态下,作用基本组合的最

大轴力值 N = 239kN。 拉索采用直径为34 mm 的不锈

钢绞线,拉索理论最小破断力为 899 kN,拉索的安全

系数为 K = 3. 78 > 2. 5,满足规范要求[5]

。

2. 2. 2 主梁及主塔应力计算

主梁在承载能力极限状态下作用基本组合的最小

应力和最大应力分别为 - 98. 4 MPa 和 56. 9 MPa,均小

于 Q345qC 钢材的设计值 275 MPa,满足规范要求[6]

。

基本组合作用下桥塔的应力如图 7 所示,主塔的最不

利应力位置发生于主塔横梁连接处,桥塔的最小应力

和最大应力分别为 - 171. 3 MPa 和 136. 3 MPa,均小于

Q345qC 钢材的设计值 275 MPa,满足规范要求[6]

。

图 7 主塔应力图(单位:MPa)

2. 2. 3 主梁竖向挠度计算

人行天桥上部结构由人群荷载计算的最大竖向

挠度值,针对索结构体系不应超过 L / 400

[7]

。 根据模

型计算,人群荷载作用下主梁跨中的最大竖向挠度值

为 47. 7 mm,上部结构主梁计算跨径 L = 55. 4m,即 L /

400 = 138. 5 mm > 47. 7 mm,满足规范要求。

2. 3 人致振动及舒适性评价

2. 3. 1 结构动力特性

采用 Midas 的特征值计算分析模块,对计算模型进

行桥梁结构模态分析,桥梁各阶自振频率如表 2 所示,对

应振型如图8 所示。 后田人行天桥主梁第一阶竖弯频率

为2. 098 Hz,频率处于1. 25 ~3 Hz 的人致振动敏感频率

范围内[7]

。 因此,必须对天桥人致振动问题加以分析,评

价行走舒适性,提出必要的减振措施及方案。

(a)第一阶模态(主塔一阶侧弯)

(b)第二阶模态(主塔二阶侧弯)

(c)第三阶模态(主梁一阶竖弯)

(d)第四阶模态(主梁二阶竖弯)

图 8 人行天桥部分模态振型图

表 2 结构动力特性计算

模态阶次 频率(Hz) 模态质量(ton) 振型描述

1 1. 734 13 桥塔一阶侧弯

2 1. 810 13 桥塔二阶侧弯

3 2. 098 55 主梁对称竖弯

4 4. 140 47 主梁反对称竖弯

注:表中模态质量按全桥最大位移为 1 规格化振型得到。

2. 3. 2 舒适度评价

(1)参数选取

行人 密 度 按 1. 5 人/ m

2 取 值; 结 构 阻 尼 比 取

值 0. 3% 。

(2)舒适度标准

本文采用《德国人行天桥设计指南 EN03,2007》

进行评价[8]

,目标控制使人行天桥人致振动加速度响

·106· 福 建 建 筑 2022 年

应峰值满足 CL2 舒适度标准,即竖向加速度峰值 <

1. 00 m / s

2

,侧向加速度峰值 < 0. 30 m / s

2

。

(3)人致振动加速度峰值计算

根据 EN03 标准,采用单自由度(模态)模型共振法,

分析人致振动的加速度峰值,计算结果如表3 所示。

表 3 人致振动加速度峰值计算

模态

阶次

频率

(Hz)

模态质量

(ton)

模态阻尼比

(% )

加速度峰值(m/ s

2

)

竖向 侧向

2 1. 81 13 0. 3 0. 91 0. 00

3 2. 098 55 0. 3 16. 22 0. 04

4 4. 14 47 0. 3 4. 73 0. 04

根据表 3 峰值加速度计算结果可知:结构共有 2

阶模态竖向加速度峰值,超过了 EN03 中 CL2 舒适度标

准,即模态 3(主梁对称竖弯)和模态 4(主梁反对称竖

弯);模态 3(主梁对称竖弯)的人致振动竖向加速度峰

值达到 16. 22 m/ s

2

,该模态的人致振动问题异常突出,

应高度重视;各模态侧向加速度峰值满足舒适度标准。

为了使人行天桥人致振动加速度响应峰值满足 CL2

舒适度标准(即竖向加速度峰值 < 1. 00 m/ s

2

,侧向加速

度峰值 <0. 30 m/ s

2

),本项目采用调谐质量阻尼器,提高

结构的阻尼比。 根据有限元动力计算分析获得的结构模

态参数,及采用 TMD 优化设计方法[9]

,本项目 TMD 的基

本参数优化设计结果如表4 所示。

表 4 TMD 基本参数优化设计

TMD

编号

控制

模态

模态参数

f(HZ)

质量比

TMD 基本参数

fd(HZ) md(ton) ξd(% )

运动方向 TMD 安装位置 个数

1# 3 2. 098 0. 04 2. 057 2. 22 12. 13 竖向 距桥塔侧梁端 30m 3

2# 4 4. 14 0. 01 4. 119 0. 47 6. 11 竖向 距桥塔侧梁端 14m 1

2. 3. 3 人致振动减振方案

本项目采用永磁式电涡流阻尼器,对桥梁人致振

动问题进行减振设计。 全桥 TMD 安装总重量合计

2. 7 t,安装位置为对应模态振型的最大位移处的钢箱

梁内。 由于主梁箱梁内部空间较小,为了便于安装,

将跨中的 TMD 拆分为 3 个,拆分后的频率和阻尼比

与优化设计方案参数相同。 为了保证天桥使用过程

中 TMD 的减振效果,更好地提高人行桥舒适性,本项

目 TMD 的启动加速度不应大于 0. 05 m / s

2

。

3 结语

后田人行景观桥天桥采用“倒八字”斜塔斜拉桥

结构形式,建筑景观别具风格。 通过建立有限元模

型,对结构静力与动力受力性能进行分析,并从桥梁

总体设计出发,提出相应的设计解决措施。

(1)考虑本项目主塔为“倒八字”斜塔结构,主塔

空间刚度较柔,故采用“零位移法” 和“影响矩阵法”

两者结合的方式进行成桥索力计算。 优化过程中应

综合考虑主梁竖向挠度值、主塔弯曲应力、拉索索力

均匀性,以及兼顾边主墩在成桥状态下不出现负

反力。

(2)根据桥梁静力计算结果,主塔最不利应力位置

发生于主塔横梁连接处,最大压应力达到 - 171. 3 MPa。

为了改善主塔的压曲受力性能,底部段主塔内部灌注

C50 无收缩混凝土,以提高桥塔整体刚度。

(3)根据桥梁特征值分析,主梁一阶竖向基频 f =

2. 098Hz,且该模态下的人致振动竖向加速度峰值达

到 16. 22m / s

2

> 2. 5 m / s

2

,位于 EN03 标准中不可接受

的范围。 本项目通过在主梁跨中及 1 / 4 跨位置处安

装永磁式电涡流阻尼器( TMD),将人行舒适度达到

CL2 标准(中等舒适)。

参 考 文 献

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2022 年第 08 期

总第 290 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 08·2022

Vol·290

CFRP 体外预应力桥梁的有限元分析与模型研究

周 磊

(淮北高新技术产业开发区国土规划建设局 安徽淮北 235099)

摘 要:采用非线性有限元分析程序 ABAQUS,对某 CFRP 体外预应力公路桥进行数值模拟,并与荷载试验数据进行对

比分析。 试验结果表明,软件模拟所得的 CFRP 体外索索力变化趋势,与实测结果及理论计算结果相同,索力增量同实

测结果相符,主梁和 CFRP 体外索表现出良好的协同工作性能,商业程序能较好模拟实桥服役工况下受力特性。

关键词: CFRP 体外预应力;有限元分析;荷载试验;ABAQUS

中图分类号:U44 文献标识码:A 文章编号:1004 - 6135(2022)08 - 0107 - 05

Finite element analysis and experimental verification of CFRP externally prestressed bridge

ZHOU Lei

(Land planning and Construction Bureau of Huaibei High - Tech Industrial Development Zone,Huaibei 235099)

Abstract:In this paper,the nonlinear finite element analysis program ABAQUS is used to simulate a CFRP externally prestressed highway

bridge. Compared with the load test data,the test results show that the change trend of CFRP external tendon force simulated by the software

is in accordance with the measured and theoretical calculated results,and the force increment is consistent with the measured results. The

beam and CFRP external tendons show great compatible working performance. The commercial program is able to simulate the mechanical

characteristics of the real bridge under service conditions.

Keywords:CFRP externallyprestressed; Finite element analysis; Load test; ABAQUS

作者简介:周磊(1977. 3 - ),男,工程师。

E-mail:574935604@ qq. com

收稿日期:2022 - 02 - 20

0 引言

相对于常用的体内有粘结预应力筋,体外预应力

筋在构造和受力上具有明显的不同。 构造方面,它只

在锚固块与转向块处与梁体有粘结,其余地方两者不

接触[1 - 2]

;受力方面,在忽略体外预应力筋与转向块

处摩擦的前提下,整根体外预应力筋处处应变相等而

为常应变构件,适用于体内有粘结预应力筋的同一截

面上,预应力筋与周围混凝土应变协调的假定不再适

用[3 - 4]

。 因此,体外预应力筋结构具有方便快速安装

和更换预应力筋、摩阻损失较小等明显的优点,同时

也具有一些不可避免的缺点。 如结构计算复杂、体外

筋暴露在外,有较高的防腐防锈要求等。 针对上述问

题,国内外学者开展了广泛深入的研究。 在结构计算

方面,大部分学者都是基于有限元方法,对体外筋采

用常规带刚臂杆单元、多段多节点杆单元和等效节点

荷载(不计体外预应力筋刚度)等模拟[5 - 7]

;在结构材

料方面,则采用强度高及抗腐蚀能力强的纤维,增强

基复合材料( FibreReinforced Plastics,简称 FRP) 如

AFRP、CFRP、GFRP 等来制作体外筋,以满足防腐防

锈等要求[8 - 11]

,相对而言,CFRP 作为体外筋用的最

多,文献[12]还开展了钢束与各种 FRP 分别作为体

外预应力筋对结构性能影响的数值分析比较。 相对

于数值分析基于各种前提或假定而不可避免地带有

近似或误差的特点,到目前为止,荷载试验被公认为

是掌握桥梁和结构在荷载作用下的力学性能与工作

状态最直接最有效的手段[13]

,但也存在费时长、成本

高以及对桥梁和结构有损伤等缺点。

要实现对 CFRP 体外预应力桥梁受力性能的准

确把握,综合利用数值分析与荷载试验,是一个较好

的选项。 基于此,本文以国内某 CFRP 体外预应力公

路桥为工程背景,利用大型商业软件 ABAQUS 建立三

维非线性有限元模型进行计算分析,并与该桥的静载

试验结果进行了对比分析。

1 静载试验

本文研究对象为该桥的一侧边跨,跨径为 20 m,

采用 π 型对称截面作为主梁截面型式,该桥详细信息

如图 1 ~ 图 2 所示。

·108· 福 建 建 筑 2022 年

图 1 桥梁立面图

图 2 桥梁构造图

该桥为新型 CFRP 体外预应力梁桥,主梁梁体采

用 C45 型号混凝土,体外预应力筋突破性地采用

CFRP 材料,两者弹性模量分别为 3. 45 × 10

4 MPa 和

1. 27 × 10

5 MPa。 该桥共布置 8 根直径 40 mm CFRP

筋(单束有效截面积为 779. 4 mm

2

,外设聚乙烯套

管),对称锚固于第二道横梁上,以便于施工节段及后

期维护过程的检测和换束。 8 根 CFRP 筋均采用三段

折线布置,在中间两道横梁设置的转向块处弯起,最

大弯起角度为 4. 87°。 相邻两根筋束的水平距离为

15 cm,在桥梁中间两个锚固处上下交错,靠近梁肋处

筋束保持与梁肋存在 21 cm 距离,以便于张拉。

1. 1 试验内容

试验内容包括静荷载试验作用下主梁应变、体外

预应力索力及主梁跨中截面竖向位移(挠度),以验

证 CFRP 体外预应力束与混凝土主梁的协调性,及全

桥的整体工作性能。

1. 2 测试设备及测点布置

测试实桥时,使用 1240 型振弦式应变计,数量共

8 个。 它们分别安装在跨中截面(4 个)和 1 / 4 梁肋截

面(4 个)的上下边缘,以便详细测量各工况下的应变

和应力。 试验截面应变计的具体埋设位置如图 3

所示。

图 3 混凝土应变计埋设位置

体外预应力筋的索力增量,在该类型桥梁受力分

析过程中,是一个重要参考数值,可以体现体外预应

力筋与混凝土梁体间的共同作用能力。 为精确测试

体外索参与全桥受力的情况,除布置前述应变计外,

在每束 CFRP 体外索的锚固位置处,安装 JMZX -

3210AT 穿心式振弦压力传感器,以精确测试体外筋

参与全桥受力的情况。

1. 3 加载方案

静载试验采用两辆试验车辆分级加载(单辆车载

重 130 kN),采用对称荷载作用下的详细加载工况如

表 1 所示。

表 1 对称荷载试验工况

工况描述 工况号

对称荷载加载

锚固横梁

截面加载

跨中截面加载

上 1 辆车 1 - 1

上 2 辆车 1 - 2

上 2 辆车 2 - 1

退 1 辆车 2 - 2

退 2 辆车 2 - 3

2022 年 08 期 总第 290 期 周 磊·CFRP 体外预应力桥梁的有限元分析与模型研究 ·109·

2 有限元分析

使用常规设计计算软件,如 Midas 及桥梁博士

等,由于缺乏体外预应力专用单元,导致无法建立准

确反映受力情况的有限元模型。 同时,体外预应力筋

与混凝土梁体只在锚固点及转向块处变形协调,这也

是有限分析模型无法按有粘结预应力梁的建模方法

(直接采用“embedded”操作)的主要原因。 故利用目

前较为成熟的大型有限元分析软件 ABAQUS,对该实

桥进行静载作用下的受力性能建模分析。

利用 ABAQUS 软件对该 CFRP 体外预应力桥梁

进行建模的要点如下。

2. 1 材料单元和本构关系选择

有限元计算模型如图 4 所示。 混凝土梁体采用

八结点一阶减缩积分六面体实体单元 C3D8R,共计将

梁体划分 10 400 个单元,CFRP 体外预应力筋则采用

ABAQUS 内常规两结点三维桁架单元 T3D2。 单元与

单元之间进行约束连接。

图 4 有限元模型图(ABAQUS)

ABAQUS 程序内对于混凝土这类准脆性材料,提

供了 3 种本构模型:脆性开裂模型( Brittle crackingmodel),弥散裂缝模型( Smeared crackmodel),塑性损

伤模型( Plasticity damagemodel)

[14]

。 其中,对于模拟

钢筋混凝土结构,常采用后两种本构模型。 弥散裂缝

模型的原理,是通过修正结构在受拉情况下混凝土应

力应变曲线,以描述其开裂后的特性。 而塑性损伤模

型能够考虑材料在反复荷载下的受力性能。 本文采

用塑性损伤本构模型。

不同于普通预应力筋呈现非线性的应力应变关

系,本文 CFRP 筋采用碳纤维复合绞线,其 σ - ε 曲线

为线弹性,如图 5 所示。

2. 2 锚固及转向块处模拟

对于 CFRP 体外预应力混凝土梁的两端锚固处,

本文采用 MPC 约束[15] 来模拟。 该约束作用与一根

刚梁无异,把一侧节点的转动及位移约束到另一侧节

点上,使有限元模型当中的梁单元和析架单元的节点

位移和节点曲率相等,以此实现前述实际工程中两端

锚固处的变形协调。

对于 CFRP 体外预应力混凝土梁的转向块处,在

图 5 不同 CFRP 筋和普通钢绞线的应力应变关系

梁单元与析架单元之间设置刚性弹簧,以模拟体外预

应力梁的变形特点,即体外预应力筋在该处偏心距为

定值但会出现相对滑动现象。 在 ABAQUS 程序内,存

在特殊设置———弹簧单元(Springa),可以使连接的两

个单元节点之间的距离保持不变,但允许产生相对滑

移。 建立模型时,将该弹簧单元设置在桁架单元与梁

单元节点之间,由两者的连线构成,并设置很大的弹

簧刚度(如 10

10N/ mm)。

3 非线性模拟结果及不同程序对比

图 6 和图 7 分别为该桥体外预应力索力及荷载

- 跨中挠度实测值、理论值与 ABAQUS 模拟值的对比

情况。 上述理论值采用文献[16]的方法,由结构变形

前后的几何关系,推导出弹性阶段体外预应力筋的应

力增量,再加上体外预应力筋的张拉控制应力而得。

数据结果可以看出:采用 ABAQUS 有限元程序进

行数值模拟,同实际桥梁测量所得结果相符,与理论

计算值贴近,存在差异的原因,为理论计算采用经验

公式,需要在有限元方法的基础上进行进一步修改。

总体上,就索力变化趋势而言,实测值、理论值及

ABAQUS 模拟值变化趋势一致,说明实际工程中,

CFRP 体外筋和混凝土主梁呈现出较为良好的协同工

作性能,很好地参与整体受力。

就梁体变形情况而言,在跨中作用两辆车时,为

最不利加载情况,跨中截面理论计算值、实测挠度值

和数值模拟值分别为 2. 6 mm、2. 9 mm 和 2. 55 m,前

两者挠度差值为 0. 3 mm,后两者差值为 0. 35 mm。

引起差值的主要原因,是现有计算理论及有限元软件

·110· 福 建 建 筑 2022 年

不能完全模拟实桥受力情况,以及实际测量值可能存

在误差。 综合沿桥向各个测点数值可以得出:在跨中

截面最不利加载工况(跨中截面上两辆车) 下,桥梁

挠度沿纵向表现出较为显著的二次抛物线的几何变

化规律,3 条挠度曲线沿纵向的大致形状相同。

(a)左侧索力

(b)右侧索力

图 6 对称荷载工况作用下体外索索力变化值

图 7 两辆车作用下桥梁挠度曲线

为验证上述 ABAQUS 程序计算结果,本文用 MIDAS 程序进行了建模计算。 其中主梁采用梁单元模

拟,体外预应力筋采用桁架单元模拟,桥梁模型共计

分为 73 个节点和 64 个单元。 使用边界 - 弹性连接

- 刚性功能,模拟体外预应力筋与主梁在锚固处及转

向块处的应力应变协调,有限元模型如图 8 所示。 对

计算结果,因篇幅限制,仅在图 9 中列出 MIDAS 程

序、ABAQUS 程序、实测以及理论方法得到的各工况

下荷载 - 跨 中 挠 度 曲 线, 可 看 出 MIDAS 程 序 与

ABAQUS 程序计算基本吻合。 两者有一定差距的原

因,一方面是前面所述的两个程序对体外筋不同的模

拟;另一方面是对于梁体的模拟。 ABAQUS 是采用六

面体实体单元,而 MIDAS 采用两节点梁单元。

图 8 有限元模型图(MIDAS)

图 9 两辆车作用下桥梁挠度曲线比较

4 结语

通过对某 CFRP 体外预应力混凝土公路桥现场

试验及有限元模拟,综合比较分析索力与主梁变形等

受力性能,得出以下基本结论。

(1)CFRP 体外预应力筋实测索力增量,与理论计

算值及有限元程序模拟值相符,三者变化趋势呈现较

强一致性,CFRP 体外筋很好地参与主梁受力。 使用现

有有限元程序对实桥进行模拟,具有工程可行性。

(2)在跨中截面上两辆车的工况下,跨中截面最

不利荷载挠度理论计算值、实测值和数值模拟值,分

别为 2. 6 mm、2. 9 mm 和 2. 55 m,远小于计算跨径的

1 / 600(33 mm),数值计算模拟结果具有较好参考价

值,满足规范要求。

参 考 文 献

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(上接第 92 页)

(特别是场地有限、距离建筑物较近)的情况下,是一

种较好的选择。

(2)针对逆作板与侧墙之间施工缝容易形成通

缝的问题,通过优化该处节点,在逆作板与侧墙之间

施工缝采用 “畚箕口形式”支模 + 混凝土界面剂 + 止

水胶条 + 后注浆等措施下,可避免通缝的形成,保证

施工缝处混凝土的密实和防水性。

(3)采用逆作板或砼支撑作为基坑内支撑时,由于

钢筋的绑扎、混凝土强度形成需要一定的时间,在此过

程中,由于“时空效应”的影响,容易导致基坑变形与理

论值相比偏大。 因此,在后续工程中应采用一定的措

施,如加厚混凝土垫层、临时支撑等,以控制基坑变形。

参 考 文 献

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2022 年第 08 期

总第 290 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 08·2022

Vol·290

深水无覆盖层桥梁钻孔灌注桩施工技术研究

秦泽豹

(中交远洲交通科技集团有限公司 福建福州 350001)

摘 要:桥梁基础施工过程中,常会面临深水无覆盖层施工的情况,成为钻孔灌注桩施工过程中的难点。 为此,以某实

际施工案例为例,探究在深水无覆盖层工程条件下,为便于钻孔灌注桩施工的施工平台结构和钢护筒施工技术的选

择,给出了详细的施工技术步骤,以期为工程实际提供参考。

关键词: 钻孔灌注桩;深水无覆盖层;施工平台;钢护筒

中图分类号:U44 文献标识码:A 文章编号:1004 - 6135(2022)08 - 0112 - 05

Research on construction technology of bridge main pier in deep water without covering layer

QIN Zebao

(Zhong Jiao Yuan Zhou Transportation Technology Group Co. Ltd,Fuzhou 350001)

Abstract:In the process of foundation construction of bridges,the construction of deep water without covering layer is often faced, it becomes the difficult point in the construction process of bored pile. For this reason,this paper takes an actual construction case as an example

to explore the selection of construction platform structure and steel casing construction technology for the convenience of bored pile construction under the condition of deep water without covering layer. In order to provide reference for the actual project.

Keywords:Bored piles; Deep water without covering layer; Construction platform; Steel casing

作者简介:秦泽豹(1976. 09 - ),男,高级工程师。

E-mail:55874517@ qq. com

收稿日期:2022 - 01 - 17

0 引言

桥梁不仅是交通和运输中不可或缺的重要部分,

也是国民经济建设的基础工程[1 - 3]

。 当前,中国桥梁

工程完成了量的累积,实现了质变。 近年来,建成有

北盘江大桥、朝天门大桥、港珠澳大桥等标志性桥梁

建筑[4]

。 这也表明,今后的桥梁建设将遇到更困难、

更复杂的施工环境,需要进行相关施工经验的累积。

深水无覆盖层桥梁钻孔灌注桩施工技术,一直是

桥梁工程中的难点[5]

。 虽然目前该项施工技术已经

日趋成熟,但由于桥梁的独特性,即所处的环境、水

文、地质条件和可调动的施工资源不同,使得深水无

覆盖层桥梁基础的施工方案和技术存在较大的差异。

因此,积累相关工程的施工技术尤为重要。

1 工程概况

本项目实施的主要内容,为樟湖库区大桥及南岸

桥头接线。 樟湖库区大桥跨越闽江,桥址处河道宽度

为 670 m 左右。 库区正常蓄水位 65. 0 m,水深 35 m 左

右,局部水深 41 m。 桥下通航Ⅳ级航道。 主桥位于直

线上,双向 l. 5%横坡,桥梁全长788 m,宽度12 m,共分

两联,主桥设置一联(70 + 4 × 125 + 70) m = 640. 0 m

预应力混凝土连续钢构箱型梁结构。 引桥设置(4 ×

35) m = 140. 0 m 预制预应力混凝土(后张) T 梁结

构,结构体系先简支后连续。 桥梁 1 - 5#墩为主墩,

采用 6 根直径 ϕ2. 0 m 钻孔灌注桩基础,承台结构为

带圆弧端的六边形,桩长 60 m ~ 65 m,桩基全断面入

岩深度 20 m ~ 32 m,桩基平面结构如图 1 所示。

图 1 桩基平面结构图

根据现场钻探及地质调查结果,主桥 1 - 5#墩地

质情况如表 1 所示。

2022 年 08 期 总第 290 期 秦泽豹·深水无覆盖层桥梁钻孔灌注桩施工技术研究 ·113·

表 1 主桥 1 - 5#墩地质情况

墩号 地质情况

水深/ m

(常水位 65 m)

1

岩面倾斜严重,表层有约 3 m 厚的碎块状

强风化石英闪长岩,岩体极破碎,下部为弱

风化石英闪长岩

26

2

岩面较平整,桥位处有 2 m 厚的淤泥,淤泥

下为弱风化石英闪长岩,岩体极破碎

35

3

桩位处于一凹处,有少量淤泥,淤泥下为弱

风化石英闪长岩,岩体破碎

41

4

上部为弱风化花岗岩,岩体破碎,厚度约

6 m ~ 7 m。

39

5 覆盖层较厚 28

2 施工方案选择

2. 1 平台结构类型的选择

从表 1 中可得到,主桥 1 -4#墩为水深且无覆盖层

(水深达 25 m ~40 m),可供本工程选择的平台结构类

型如表 2 所示。 由于使用刚性平台施工钢管桩打设困

难,稳定性不足,钢管桩用量大,成本高,基本上无法实

施。 而采用钢平台 + 栈桥的方式,则存在成本过高的

问题。 因此,1 -4#墩采用浮式平台进行施工。

主桥 5#墩水深 28 m 左右(常水位 + 65 m 时),覆

盖层 10 m 左右,覆盖层基本以淤泥和残积砂质粘性

土为主。 根据表 2,可以选择钢平台。

表 2 不同结构优缺点对比

方案类型 优点 缺点 经济指标(万元) 备注

浮式平台 搭设速度快,需要周转材料少

随水位变动较大,对钻孔不利,

费用与钻孔难易程度有关

42

船体租费,单月 6 万元,

承台完按 7 个月计算

钢平台 稳定可靠 所需材料量大,一次性投入大 40 基础部分费用

钢平台 + 栈桥 吊机可直接在栈桥上作业 栈桥费用过高 180 栈桥费用约 150 万元

由于本文重点阐述的是深水无覆盖层桥梁钻孔

灌注桩施工技术。 因此,后文中对 1 - 4#墩采用的浮

式平台进行了详细的阐述。

2. 2 钢护筒下沉工艺选择

根据以往施工经验,在深水裸岩基础条件下,比较

可行的钢护筒下沉施工方案主要下沉技术如表3 所示。

表 3 钢护筒下沉技术

序号 技术名称 技术简述 适用地质条件 优点 缺点

1 先扩孔后下放钢护筒

先采用 ϕ3. 0 m 的钻头原位冲击成

孔深 3 m 左右,再下放钢护筒。

河床无覆盖层

冲孔成功后下放护

筒简易

扩孔成本大,需要水下封底质量

不易控制,有少量覆盖层时无护

筒情况下冲孔不易。

2 钢护筒跟进下沉

先自重下沉钢护筒并临时固定,满

足平面位置偏差 < 50 mm,倾斜度

< 1 / 200 的要求后,开动打桩锤,先

点振,后连续施振。

岩层松散,扩孔

明显的地质

工序简单,成本较

低,不需要大钻头

岩面倾斜或无覆盖层时临时固定

困难,倾斜岩面需要爆破或者锤

击将岩面整平,钢护筒在锤击作

用下容易变形。

钢护筒下沉采用方案 1。 原位直接冲大孔时,清

渣不好解决,成孔效率无法保证。 根据本工程的地质

条件,河床面岩层基本为松散状,在打桩锤作用下,松

散的岩石周围也可产生较大振动,在护筒跟进时,可

以较轻易插入岩层,所以选用钢护筒跟进下沉。 倾斜

岩面可先进行水下爆破或原位冲击倾斜岩面,使河床

基本平整后进行护筒下沉跟进作业。

根据本工程的地质情况,综合第二节分析可得

到,采用浮式平台辅助施工、钢护筒跟进下沉技术,待

钢护筒就位后,进行钻孔桩的施工。

3 施工技术研究

3. 1 浮式平台

3. 1. 1 浮式平台的设计

浮式平台载体采用 2 艘 300 t 运砂船,万能杆件

拼装纵梁和横梁。 纵梁和横梁通过异形件进行有效

的连接。 浮式平台纵梁上架设跨度 29 m,载重量 40 t

的定型龙门,作为桩基施工和承台施工时的起吊设

备。 浮式平台总体构造图如图 2 所示。

3. 1. 2 浮式平台的安装

(1)在加工场将万能杆件纵梁拼装好。

(2)将运输船放在码头钢管桩之间,船体间距基

本正确后,临时用钢丝绳将船体与码头钢管桩锚固,

并在船上放置 2I32 横梁,并抄垫严实。

(3)将万能杆件纵梁用码头龙门吊机直接起吊

放置在船体临时横梁上,两侧纵梁的安放间距略大于

设计间距,以便横梁安装时容易下放。

(4)用龙门吊机依次安装 3 道横梁,安装横梁时,

前一个节点的螺栓不拧紧,使得纵梁上的异形节点板

能较容易插入横梁 1#铁之间。 横梁的 2 侧节点先对

·114· 福 建 建 筑 2022 年

图 2 浮式平台总体构造图

接好一侧节点后穿入螺栓固定,另外一侧需要采用倒

链对拉对正。

(5)依次铺设平台上的 2I40b 纵梁、I18 横梁和平

台面板。

3. 1. 3 浮式平台龙门的安装

本工程浮式平台龙门吊净跨 29 m,净高 16. 0 m,

起吊重量 40 t,主要是为了起吊桩基施工时的钢护筒

和钢筋笼。

安装龙门时,首先将浮式平台船舶尽量靠近码头

钢平台(需要留出 50 cm 的安全距离)。 吊装时采用

1 台 100 t 汽车吊进行安装。 安装支腿时,在距离码

头上游 40 m 的地方打设 1 根 12 m 长的钢管桩作为

锚桩。 每个支腿拉 4 道 ϕ21. 5 mm 缆风绳。 支腿立

好、横梁未安装好之前,需要根据水位随时注意调整

缆风绳的松紧,防止缆风绳随水位的升高不吃力,或

水位降低后将缆风绳拉断。

3. 1. 4 浮式平台的移位固定

浮式平台移位固定示意图如图 3 所示,龙门安装

调试好并经验收后,浮式平台可移位至墩位处。 为使

2 艘船能同步移动,浮式平台拼装好后采用 60 t 拖船

在全站仪的导向下进行移位。 单个平台抛 8 个单重

10 t的混凝土重力锚进行浮船锚固。 抛锚前,先用全

站仪将锚的位置放样出来,然后进行抛设。 抛锚时需

要采取 100 t 平板驳,将锚投放在预定位置。 平台就

位后将锚链与平台万能杆件固定,通过收紧锚链对平

台进行微调。

图 3 浮式平台移位固定示意图

3. 1. 5 浮式平台监测

每个平台上有专职技术员,且在码头钢管桩上有

水位监测标尺。 每天如发现水位变化超过 1 m 时,及

时上报项目测量队,对平台进行监测并调整平台,以

确保桩位准确。

3. 2 裸岩条件下钢护筒的下沉

3. 2. 1 钢护筒结构

主桥钢护筒采用 12 mm 厚钢板卷制,底口 4 m 范

围采用 16 mm 卷制。 护筒底口和顶口均加一道50 cm

高的加强圈,加强圈采用 12 mm 厚钢板卷制。 根据现

场的起吊能力,钢护筒接成 6 m 一节,采用运料船从

临时码头运至墩位处。

3. 2. 2 钢护筒的安装

护筒安装采用运料船运输至浮式平台喂料区,通

过浮式平台,上龙门进行起吊安装。 自由下放到河床

底后,龙门起吊打桩锤振动下沉钢护筒。

(1)导向架的制作安装

为保证钢护筒的准确定位及竖直度,在导向架顶

及施工平台底,各设置一层定位导向架进行定位。 定

位导向架采用钢桁结构,由焊接在钻孔平台上的钢框

架组成,导向架总长 4. 5 m。

①导向架采用龙门吊吊装移位,并焊接锚固在已

完成的钻孔平台上。

2022 年 08 期 总第 290 期 秦泽豹·深水无覆盖层桥梁钻孔灌注桩施工技术研究 ·115·

②导向装置内设置有供钢护筒定位、纠偏、调整

的液压千斤顶和锁定装置。 对钢护筒进行微调定位、

施沉过程中纠偏、调整的锁定装置。

(2)钢护筒的临时固定

钢护筒在岩面振动下沉之后,由于其插打入河床

深度不足于保持自身稳定,需要将其与平台顶面靠紧

固定(竖向在水流涨落的情况下可上下活动)。 固定

时采用图 4 所示顶托将护筒顶紧。

图 4 顶托顶紧护筒

(3)钢护筒的跟进

钢护筒首次插打一定深度后,采用 ϕ2. 17 m 直径

的冲击钻头在孔内钻孔,并将钢护筒与钻进的高差控

制在 1 m 左右,以防止扩孔过大时钢护筒突然滑落。

开钻时,排渣采用反循环或掏渣筒进行。

钻进 1 m 左右后,可投土造浆,并提钻采用振动

锤继续振动下沉钢护筒,直至护筒不下沉,再采用

ϕ2. 17 m 直径冲击钻头继续钻孔,直到护筒外不漏浆

(入岩深度 3 m 左右),即可更换正常钻锤,进行钻孔

施工。 护筒插打至岩层 3 m 左右基本不漏浆后,为了

使得护壁效果更好,可以投入 1 t 左右的袋装水泥,防

止由于压力差过大,再次漏浆。

(4)钢护筒施工质量控制措施

①场内制造和现场对接时,确保钢护筒的垂直度

和圆度,采用吊铅球测量。

②下沉时的起吊孔及起吊绳,必须完全对称。

③在钢护筒下游侧底口 1 m 处焊接一吊耳,下放

时穿好钢丝绳(可抽出来),使护筒在水流作用下往

下游偏移时,可以进行矫正,并需要提前在上游停放

一艘船并抛锚固定。

④为了准确测量护筒下口偏位和垂直度,下放

前,用 ϕ10 mm 圆钢在护筒底口焊接一十字撑,在十

字撑中间系上尼龙细线,尼龙细线上端接一小浮球,

长度刚好可以使得小球在水下 10 cm ~ 50 cm 以内,

保证在人眼可测范围内,对小球的居中情况判断钢护

筒底口的位置,垂直度测量如图 5 所示。

⑤钢护筒在安装过程中,随时测量垂直度,尤其

是在入土前,必须对垂直度进行测量。

图 5 钢护筒垂直度测量示意图

3. 3 钻孔桩施工

3. 3. 1 钻孔施工

钢护筒不漏浆即可进行正常钻孔,采用钻头直径

1. 97 m。 清渣采用正循环,配合泥浆分离器和滤砂网

进行。

由于平台的特殊性,泥浆箱放置在平台上,循环

时用小泵在孔口抽浆进入泥浆池;另外一个泵将过滤

后的泥浆抽进孔底进行循环。 正常钻孔时,保持孔内

液面比孔外液面高 2 m ~ 3 m。

冲击钻孔泥浆指标主要控制相对密度 1. 4 ~ 1. 5,

粘度 25 s ~ 28 s,胶体率≥90% 。

钻孔时护筒与平台脱离,至少每天应复测平台位

置和护筒位置 2 次,防止平台移动或护筒锚固不牢固

倾斜。

平台移动范围大于 5 cm 时,需要采用拉锚进行

矫正,护筒上口偏移时可通过平台顶正。 如果经过测

量,护筒下口锚固力不足,自稳性达不到要求时,3 个

护筒均下沉到位后在低水位时,采用 ϕ630 × 10 mm

钢管焊接连成一整体。

3. 3. 2 钢筋笼制作和安装

钢筋笼制作在钢筋场进行。 主筋连接 ( 直径

ϕ32、28、25 ) 采用现场车丝机械接头连接。 因此,

(下转第 141 页)

2022 年第 08 期

总第 290 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 08·2022

Vol·290

基于 BIM 技术的绿色建筑运营阶段效益研究

李璟艺

(福建林业职业技术学院 福建南平 353000)

摘 要:为促进 BIM 技术的应用和推广,采用多种方法,对 BIM 技术在绿色利用阶段的应用进行分析和研究。 通过完

善的综合效益评价方法和成本效益分析,可以计算经济、社会和环境效益,总结、控制和明确影响使用 BIM 技术效益的

关键因素,检验 BIM 技术的使用价值,并提供 BIM 技术绿色运营阶段应用新理论支撑。

关键词: 绿色建筑;BIM 技术;效益分析

中图分类号:TU17 文献标识码:A 文章编号:1004 - 6135(2022)08 - 0116 - 05

Research on the Benefit of Green Building Operation Stage Based on BIM Technology

LI Jingyi

(Fujian Forestry Vocational and Technical College, Nanping 353000)

Abstract:In order to promote the application and promotion of BIM technology, multiple methods were used to analyze and study the application of BIM technology in the green utilization stage. Through perfect comprehensive benefit evaluation methods and cost - benefit analysis, economic, social and environmental benefits can be calculated, summarize, control and identify the key factors affecting the use of

BIM technology benefits, test the use value of BIM technology and provide a new theoretical support for the application of the green operation phase of BIM technology.

Keywords:Green building; BIM technology; Benefit analysis

基金项目:福建省中青年教师教育科研项目(科技类) - 基于 BIM 技术

的绿色建筑运营成本测算与应用研究 (JAT210778)。

作者简介:李璟艺(1990. 3 - ),女,工程师。

E-mail:814100373@ qq. com

收稿日期:2022 - 01 - 28

0 引言

受益于绿色建筑的建设和实施,新信息技术、新

媒体应用显著推进。 BIM 技术在绿色建筑应用方面

具有很强的优势,主要服务于整个建筑生产和施工周

期。 它不仅改变了建筑设计工具和方法,也彻底改变

了建筑行业。 通过建立 BIM 信息平台,在设计、评估、

实施、运营和维护的实施中,具有重要的应用价值,为

绿色建筑的发展带来了更好的经济效益和社会效益。

BIM 技术作为一种数字共享模式,可以通过软件实现

物理建筑对象的物理特性和功能特性,其卓越的信息

集成和仿真能力已广泛应用于绿色建筑,改变了建筑

行业多年来的传统模式。 BIM 技术可以深化模型设

计,碰撞检测与分析以及信息集成与协作,降低了建

设成本,大大提高了管理效率。

《绿色建筑标识管理办法》 指出:强化绿色建筑

运营管理[1]

。 绿色设计的建筑并没有实现其作为真

正绿色运营的全部价值,从而导致大量能源和金钱的

浪费。 在运营阶段,使用 BIM 技术录入项目信息,需

要一定的人工和财务成本,决策者往往因为这些成本

输入而忽略了产出效益。 针对这一问题,本文从相关

概念、BIM 技术特点、运营阶段效益现状、探索 BIM 的

效益优势等方面,研究 BIM 技术在绿色运营阶段效

益,为 BIM 技术在运营阶段的应用提供参考。

1 相关概念

1. 1 绿色建筑

随着全球变暖、冰川融化、雾霾天气等一系列温

室效应对气候的影响,世界开始考虑全球可持续发展

问题,如针对碳达峰、碳中和等问题制定了多项碳排

放计划。

“十四五” 期间,中国提出了实现国家生态文明

建设取得新进展的主要目标。 2021 年是“十四五”开

局之年,绿色建筑发展规划在全国范围内实施,特别

是新建和国家投资建设项目,更加强调绿色建筑的比

重。 众所周知,建筑和房地产是农业、工业和贸易的

新支柱,它们带来的经济效益有目共睹。

2022 年 08 期 总第 290 期 李璟艺·基于 BIM 技术的绿色建筑运营阶段效益研究 ·117·

谈及整个建筑过程的碳排放量,建筑业几乎是碳

排放量最高的行业。 如图 1 所示,根据中国建筑节能

协会公布的数据,一方面,整个施工过程的总碳排放

量占去年全国碳排放总量的一半以上,建筑总碳排放

量达 49. 3 亿 t 二氧化碳;另一方面,是总能源消耗。

它占全国能源消耗总量的近一半, 建筑总能耗为

21. 47 亿美元。

图 1 建筑碳排放总量

通过推进可持续发展战略和绿色理念。 绿色建

筑是指节约资源、爱护环境、减少环境污染、保证居室

健康、合理使用优质建筑、建筑、安全、健康等方面的

表现,《绿色建筑评价标准》 (GB / T50378 - 2019)

[2]

将绿色建筑评价从高到低分为三级、二级、一级和基

础评价中,都尽可能与自然和谐相处,将健康建筑、海

绵城市、智慧建筑、工业化等新技术、新理念融入绿色

建筑的要求中。 绿色建筑满足时代发展的需要、人类

生活的需要、社会的需要和可持续发展的需要。

1. 2 BIM 技术

BIM 技术以 3D 数字技术为基础,将技术数据模

型与一系列相关信息相结合,提供协调一致、内部一

致且可操作的设计、施工和运营信息。 BIM 模型一旦

完成,设计者就可以使用修正后的模型完成施工图,

并利用 BIM 模型的碰撞控制功能,确保技术设计的质

量。 施工公司导入 BIM 模型后,管理系统计算建筑材

料用量,根据施工进度计算,获取各阶段资金预算,业

主全面了解可模拟的工程项目应用情况,能改变工程

和建筑行业的领导地位。 从结果角度出发,BIM 并不

是单一模型概念,而是从项目的全生命周期角度出发

的若干模型的综合。 BIM 强度模型是在原有 3D 建筑

模型的基础上,增加了工期维度,形成 4D 模型;还可

以纳入集成造价等概念,构件五维甚至 N 维(ND)模

型的效果,各维模型信息交互、消除“信息孤岛”的缺

点,共同高效发挥作用,如图 2 所示。

图 2 BIM 技术的基本架构

1. 3 运营管理

建筑运营管理是一项长期的任务和活动。 其利

用建筑使用者、设施设备、运行技术等资源,从建筑竣

工验收到拆除过程,对建筑维护和保护进行综合管

理,并最大限度地延长建筑物的使用寿命。

运营管理,需要仔细规划和强有力的实施,以及

持续的人力和资本投入。 有效的运营管理,需要对人

员、流程、技术和投资有清晰的了解,并将这些元素整

合到操作系统中创造价值,采用最佳和适用的管理实

践和技术措施,确保各项管理行动相加达到预期效

果[3]

,是落实绿色建筑的关键阶段。 比如,整体建造

以建设项目为例,平均建设工期只有 2 ~ 3 年,但运营

阶段它可以持续数十年,占建筑物整个生命周期的

95% 以上。 绿色建筑规划阶段承诺的节能环保效果,

必须在长期的运行中得到体现[4]

。 当前建筑物的运

营管理的内容涉及到建筑物使用者、空间环境、设备

资产、档案文件等多个方面,如图 3 所示。

图 3 运营管理特点与内容

·118· 福 建 建 筑 2022 年

2 BIM 技术的特点

作为未来五年的发展方向,依据可持续性在绿色

建筑运营、管理和维护中的应用,结合现有绿色建筑

评估标准,利用成熟的 BIM 技术管理平台,通过导入

BIM 技术实现精细化管理。 根据不同的应用和研究

对象,配合多种专业软件分析,可以有效解决多项设

计问题,找出综合性能平衡点,提高整体建筑性能,使

项目的经济效益得到大幅改善与提升,如图 4 所示。

在传统的项目管理模式中,频率和维度难以满足当前

项目的需求,预算数据分析耗时。

通过在绿色建筑阶段的 BIM 技术应用,创建合适

的综合评估模型,通过评价 BIM 技术在绿色建筑运营

阶段的综合效益,促进多项经济效益和社会效益的优

化。 使用活动项目数据,确保协同工作,减少设计和

施工错误,降低成本,在运营阶段实现 BIM 技术的最

佳价值和效率,提高建设项目的质量和经济效益,将

整个建筑市场的技术提升到另一个新层次。

图 4 BIM 技术的特点

为了进一步明确 BIM 技术应用的经济效果,需要

结合费用效益分析理论,从国民金融评价的角度,在

绿色建筑运营阶段建立 BIM 技术的使用,有利于创建

费用效益指标体系,量化可货币化的成本效益,制定

和定义成本效益评估方法。 运用 BIM 技术,可以为绿

色建筑的快速发展提供有效保障,使得缩短施工时

间、降低成本和提高质量成为可能。 在绿色运营阶

段,确定建筑发展方向,在经济上是可行的,也会为

BIM 技术的使用和推广提供新的衡量标准。

3 运营阶段效益现状

受我国建筑业“设计导向、运营忽视”等因素影响,

在运维阶段仍有应用研究的空间。 过去,2D 图形一直

是参与者之间长期存在的交流方式。 但随着项目越来

越复杂,市场竞争加剧,其缺点也越来越明显。

BIM 技术在运维阶段的推广应用滞后,能否节

省因设计不正确和购置成本增加而造成的时间损

失,以及能否提供最佳设计效益,还有待观察。 事实

上,很少有项目使用 BIM 技术来运营和管理绿色建

筑。 过高的软件费用投资与每年可观的授权维护合

约,使得大部分的厂商虽有意愿,但仍停滞不前。 借

助 BIM 技术的 3D 可视化,每一步的信息都以数字

图形和数据库的形式链接在一起,提高工作效率,增

加经济效益。 然而,在一个项目中,绿色建筑设计包

括大量的定量分析计算,在整个生命周期的运营阶

段使用 BIM 技术可以创造收益。 不同工程之间,在

计算时互相影响,提高绿色建筑运维管理水平,特别

是要对 BIM 技术在运营阶段的费用和效益进行定

量分析。

4 探索 BIM 的效益优势

4. 1 构建综合效益评价指标体系

BIM 技术在绿色建筑的运营时期,运营商可以依

靠智能 BIM 技术平台提高运营控制,综合效益评价的

基本尺度和衡量标准就是指标。 就国内外绿色建筑

评价标准而言,不同地区评价指标体系的建立和评价

目的有所不同,指标体系建立的好坏直接影响评价结

果的准确性、真实性和科学性。 根据 BIM 技术的实际

特点和效益提取综合评价指标,在绿色建筑的运营期

间,确定 BIM 技术关键价值。

本文以费用效益分析理论为基础,充分考虑应用

BIM 技术对经济效果的影响,识别和确定 BIM 技术应

用于绿色建筑运营阶段的费用和效益指标,将其整理

和归纳后得到费用效益指标体系。

4. 2 确定综合效益评价指标权重

运用 BIM 技术进行绿色建筑运营,需要使用合理

的权重方法。 因为指标比较大,指标权重对后续综合

评价结果的确定影响较大。 指标体系虽然有明确的

定制级别,但常用的分析级别适用于指标数量较少的

情况,如图 5 所示。

通过经济学,引入 COWA 算子,计算复杂效益指

标体系中各层次指标因子的权重。 但确定权重通常

需要使用大量样本信息,以获得不同的重要性顺序的

指数因子。 —是要确定权重数据表,邀请专家打分,

获得初始的数据,之后根据分数大小进行摆列,对数

据进行排序。 二是对加权向量进行计算,使用排列组

合的办法,确定加权的向量[5]

。 具体如下:

(1)确定评价标准集 D

D = D1 ,. . . ,Dj,. . . ,Dm

{ },j = 1,2,. . . m

2022 年 08 期 总第 290 期 李璟艺·基于 BIM 技术的绿色建筑运营阶段效益研究 ·119·

图 5 费用效益指标体系

(2)本文的评价指标均为效益型指标,指标 Xi 相

对于标准等级 Dj 的四元联系数计算公式为:

μ =

0 + 0i + 0j + 1k,Xi∈ 0,v3i

[ ]

0 +

v2i

v3i

Xi

v2i + v3i

)

i +

v2i - Xi

) Xi - v3i

)

Xi

v2i + v3i

)

j +

Xi

v2i + v3i

k,Xi∈ v3i,

v2i

[ ]

v1i

v2i

Xi

v1i + v2i

)

+

v1i - Xi

) Xi - v2i

)

Xi

v1i + v2i

)

i +

Xi

v1i + v2i

j + 0k,Xi∈ v2i,

v1i

[ ]

1 + 0i + 0j + 0k,Xi∈ V1i

[ , + ๬ ]

í

ï

ï

ï

ï

ï

ï

ï

ï

ý

ï

ï

ï

ï

ï

ï

ï

ï

公式 v 中的 υ1i, υ2i, υ3i,为评价标准集 D 中“优

秀”“良好” 和 “ 中等” 等级的门限值; X 为评价指

标值。

综合效益指标权重由 COWA 算子确定,基于多

参数分析理论,提出综合效益估计方法,输入四元联

系数计算综合效益评价结果 BIM 技术建筑物的生命

周期,这对 BIM 技术很有用。 BIM 技术的发展和应用

在全生命周期的未来发展方向提供了数据。

4. 3 构建综合效益评价模型

目前,在运用 BIM 技术进行绿色建筑运营阶段的

效益综合评价中,主要有定性评价和定量评价两种方

法;并且已从单独使用定性评价方法转为定性评价和

定量评价方法相结合,或者将几种定量评价方法综合

起来使用,需要在综合效益考核中获得各指标的权重

后确定各指标的取值。 从分析过程角度出发,BIM 可

以根据项目全生命周期内的不同要求,将各方面信息

增加至模型中,从而实现模型参数化[6]

。 可见,该角

度将 BIM 看作是一种模式。 根据 BIM 模式中的所管

理与共享的各种信息模型,进而为工程项目提供各方

支持,如图 6 所示。

图 6 BIM 模型建立过程

4. 4 费用效益评价

成本效益分析为评估一个或多个备选行动方案

提供了一个逻辑框架,该框架综合考虑了许多因素,

并为有效决策提供了大量经过处理的有用信息。 在

运营阶段,使用 BIM 技术为绿色建筑提供了经济、环

境和社会效益,成本效益分析必须详细确定项目、方

案和方案的效益。 通过费用效益分析的目的,是为了

显示单个项目或多个项目的可行性,也可以作为决策

支持工具,比较不同备选方案的费用效益差异[7]

。 需

要注意的是,识别费用和效益措施,需要使用比较原

则来确定,以及找出未完成和已实现计划之间的差

异,有必要在国民经济层面和计划中研究其他社会成

员的直接利益和间接利益。 此外,在计算费用和效益

时,有必要排除可能的付款转移条件。 例如,城市内

外的环境效益是无法货币化的,所以很多时候需要考

虑间接计算。

结合费用效益分析理论,确定在绿色建筑运营阶

段应用 BIM 技术所需的费用效益指标,并提出了量化

货币化指标的具体方法。 在绿色建筑运营阶段,通过

计算 BIM 技术费用效益指数,来评估使用 BIM 技术

的经济可行性,分析计算过程中得到的结果,提出改

进绿色建筑的适当措施和建议;旨在科学合理控制,

提高工作效率,增加经济效益,保持绿色建筑行业的

运营效益。

5 结语

“互联网 + ”绿色建筑成为我国绿色建筑的发展

方向。 通过评估 BIM 技术在绿色建筑运营阶段的综

合效益,借助互联网、物联网、云计算、大数据等新技

术,建筑企业进入高质量新时代,将有力推动新型建

·120· 福 建 建 筑 2022 年

材、新能源、节能服务等行业,有助于优化多项经济效

益和社会效益,减少建筑全生命周期的浪费,为 BIM

技术在绿色建筑运营阶段效益研究提供参考。

参 考 文 献

[1] 住房和城乡建设部. 绿色建筑标识管理办法[ Z]. 2021

- 01 - 08.

[2] GB/ T 50378 - 2019 绿色建筑评价标准[ S]. 北京:中国

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筑经济,2015,36(11):25 - 28.

[4] 赵强,叶青,赵静,等. 我国绿色建筑发展阶段和趋势研

究[J]. 城市住宅,2021(8):65 - 68.

[5] 梁承龙,刘芳,罗安仲. 对 BIM 技术在绿色建筑运营阶段

的效益研究[J]. 广西城镇建设,2021(10):57 - 59.

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字化转型升级[J]. 建设科技,2019(16):9 - 10,14.

[7] 李忠富,李州扬,蔡晋. 绿色公共建筑运营阶段 BIM 技术

费用效益分析[J]. 建筑经济,2020,41(11):90 - 95.

(上接第 95 页)

这是因为爆破产生的振动衰减较快,相邻两段爆

破振动波形彼此分离。 爆破延迟时间在 50 ms 左右

时,各段爆破引起的振动独立传播,振动的叠加效

应小。

6 爆破振动影响评估

根据监测结果,既有铁路线路爆破振动速度最大

值约为 0. 64 cm / s,未达到系统报警值。 爆破施工前

和爆破施工后对既有隧道进行了裂缝调查与监测,使

用 BK - WY02 智能位移计测量裂缝宽度,仪器测量

精度为 0. 001 mm,误差为 ± 0. 1% ,测量结果如表 2

所示。

表 2 爆破施工前后裂缝宽度统计表 mm

裂缝测点 K1 K2 K3 K4 K5

爆破施工前 0. 086 0. 122 0. 103 0. 142 0. 130

爆破施工后 0. 090 0. 121 0. 120 0. 145 0. 141

由表 2 监测结果可知,爆破施工前后裂缝宽度未

产生明显变化,且根据裂缝调查结果,爆破施工后未

产生新增裂缝。 说明爆破施工期间没有对既有线路

产生不良影响,爆破振动测试结果可靠。

7 结论

(1 ) 《 铁路工程爆破振动安全技术规程》 ( TB

10313 - 2019)

[4]中,规定了邻近营运铁路爆破工程施

工时,需要对爆破振动进行监测,并规定了各类保护

物爆破监测频次及振动速度允许范围(或经专项安全

评估论证确定)。 在爆破施工过程中,通过使用专门

的监测系统对既有铁路爆破振动实时监测,采集与分

析相关数据,对可能发生的安全隐患进行预判,使相

关管理单位及时了解工程爆破施工的影响,避免发生

事故,保障既有铁路的安全。

(2)爆破振动波衰减较快,测点的振动峰值速度

大小主要取决于单段最大药量,与总装药量关系较

小。 故在新建铁路爆破施工中,控制既有线路振动速

度,关键在于控制单段最大药量。

参 考 文 献

[1] 吴剑锋,蒙云琪,陈沛,等. 邻近营运铁路隧道爆破安全评

估方法和实例分析[J]. 中国铁路,2020(12):199 - 204.

[2] 蒋培,马建军,段卫东. 爆破振动传感器固定方式对测

振结果的影响[ J] . 科学技术与工程,2017,17 ( 35 ) :

205 - 208.

[3] GB 6722 - 2014 爆破安全规程[S]. 2014.

[4] TB 10313 -2019 铁路工程爆破振动安全技术规程[S].2019.

2022 年第 08 期

总第 290 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 08·2022

Vol·290

基于 BIM 的 EPC 项目成本管控研究

白 娟1 闫 鹏2

(1. 安徽工业大学管理科学与工程学院 安徽马鞍山 243002; 2. 天津城建大学经济与管理学院 天津 300384)

摘 要:EPC 模式下,承包商往往承担更大的风险,其成本管理水平直接影响到项目的获利。 EPC 项目成本管理工作

具有跨度周期长、涉及阶段多、包含信息量大等特点,亟需打通“信息孤岛”,实现数据共享,动态跟踪调整。 提出基于

BIM 的 EPC 项目成本管控,借助 BIM 技术的优势解决 EPC 项目成本管控的难点,尝试建立 EPC 项目成本控制信息化

平台,构建协同工作环境,为实现 EPC 项目的成本管控,提供方法和建议。

关键词: BIM;EPC 模式;成本控制

中图分类号:TU - 9 文献标识码:A 文章编号:1004 - 6135(2022)08 - 0121 - 04

Research on Cost Control of EPC Project Based on BIM

BAI Juan

1

YAN Peng

2

(1. School of Management Science and Engineering,Anhui University of Technology,Maanshan 243002;

2. Tianjin Chengjian University,School of Economics and management,Tianjin 300384)

Abstract:Under the EPC model,contractors often take greater risks,and their cost management level directly affects the profitability of the

project. EPC project cost management has the characteristics of long span period,many stages involved, and large amount of information. This paper proposes the cost control of EPC project based on BIM,aims to solves the difficulty of cost control of EPC project with the

advantages of BIM technology,tries to establish an information platform for cost control of EPC project,builds a collaborative working environment,and provides methods and suggestions for the realization of cost control of EPC project.

Keywords:BIM; EPC mode; Cost control

基金项目:安徽工业大学青年教师科研基金(QS201606);安徽工业大学

教学研究项目(2021jy39)天津市教委科研计划项目“国际工程企业间

合作网络韧性形成机理及提升策略研究”(2020SK064)。

作者简介:白娟(1989 - ),女,讲师。

E-mail:530945075@ qq. com

收稿日期:2022 - 01 - 13

0 引言

2016 年5 月20 日,住建部发文《住房城乡建设部

关于进一步推进工程总承包发展的若干意见》 (建市

〔2016〕93 号),提振了 EPC 工程总承包的市场,同时

也加剧了 EPC 工程承揽的竞争。 EPC 模式将设计、

采购和施工阶段各阶段串联,打破了传统业务分立状

态下的信息不对称,提高了项目的可施工性,有利于

业主控制项目投资。 但在实践中,项目建设中大部分

环节仍在延续传统模式的方式进行,信息传递不及时

或信息流失,极大影响了项目管理进程,导致成本失

控[1]

。 究其原因,主要是因为缺少能够真正实现共享

的信息要素。 勘察单位在 EPC 模式中的信息传递一

般为 Word 报告和图片,设计单位传递的信息一般为

DWG 文件,采购、施工单位、管理指令传递的信息一

般为 Word、EXCEL 或图片格式。 因此,提高 EPC 模

式管理绩效的根本,在于打通各环节各参与方间信息

壁垒,统一信息标准,完善信息字段,实现 EPC 模式

下各阶段的串联管理及有效沟通[2]

。 BIM 为建筑信

息化提供了契机,具有信息关联性、可视化、协调性、

优化性等特点,为开展全过程成本管理提供了技术支

撑。 鉴于此,本文提出基于 BIM 的 EPC 项目成本管

控,尝试借助 BIM 技术破除阶段壁垒,建立各阶段各

环节的信息共享平台,做到对项目成本的系统控制、

及时控制,实现项目成本目标。

1 EPC 模式下成本管控的难点

1. 1 成本管理工作量大,数据多

EPC 项目一般具有投资额大,建设周期长、风险

系数高等特点。 围绕成本控制工作,开展所涉及的造

价数据包括设计概算、施工图预算、过程结算及竣工

结算。 工程造价的每一阶段数据形成,都需要大量的

·122· 福 建 建 筑 2022 年

图纸、方案等技术资料支撑,导致 EPC 项目的成本控

制工作,较传统项目管理起来,复杂程度更高,难度系

数更大。 EPC 项目的成本管理,不仅要做好各阶段成

本控制,更关键在于做好成本系统控制,避免出现项

目内的“三超” 现象,以保证项目成本控制总目标的

达成。

1. 2 成本管理不可控因素多,风险大

在工程实践中,影响建设项目投资控制的不可控

因素较多。 而对于 EPC 项目又具有周期长、阶段多、

参建单位多等特点,导致成本管理的风险系数增大。

特别是 EPC 项目的合同,通常基于业主的需求设想,

以总价合同的形式签订,往往存在风险评估时间仓

促、风险因素估计不足、合同条款不完备等为问题,加

大了 EPC 项目成本管理的难度。 这就需要 EPC 项目

在实施成本管控时,应采用事前谨慎控制、事中及时

控制、事后准确汇总的策略,以保证成本管理工作的

系统性和全面性。

2 BIM 在 EPC 成本管控中的技术优势

2. 1 数据功能支持

BIM 能被推广应用,最关键在于它强大的数据库

功能,能完整保存一个项目全部的信息。 在进行其他

建设项目的成本控制时,项目工作人员能随时调用需

要的信息进行参考,避免出现相同的问题。 在项目实

施过程中,数据随着工程进度实时更新。 当工程发生

变更时,设计师能直接在 BIM 平台上进行修改,系统

根据修改自动更新与之相关联的成本数据,重新计算

更新后的工程量。 同时,BIM 能将变更记录下来,生

成数据文件,为价款结算提供依据。

2. 2 计划功能支持

合理的计划,为后期的实施打下基础。 在 EPC

项目中,将采购与施工融合,进度计划与采购计划同

步进行。 BIM 技术能够针对工人员的不同需求,提供

不同的数据支持。 在施工过程中,BIM 技术进行施工

流水段的划分和任务模型关联。 BIM5D 能精确展示

某一楼层或工序的开始与结束时间,工作人员根据计

划进行合理的场地安排。 采购人员通过 BIM5D 进行

物资量的查询,安排采购,并根据进度计划进行限额

领料,降低材料的浪费,减少采购成本的支出。

2. 3 模拟功能支持

BIM 技术的模拟功能,能够模拟设计方案和施工

方案。 在设计阶段,项目的相关人员可以利用 BIM 技

术的模拟功能进行日照、紧急疏散、可视域模拟,检查

设计条件是否符合标准要求。 施工工作人员可以进

行施工模拟,自动检查单位工程限定的工期,施工过

程中人材机的使用情况,施工顺序是否合理,工序链

接是否合理,避免资源的大出大进,增加场地管理

费用。

2. 4 协同工作支持

EPC 模式强调设计、采购和施工一体化,将各阶

段交叉融合,降低成本。 BIM 的信息平台为 EPC 各

阶段融合提供支持。 设计师利用 BIM 技术进行三维

建模,通过碰撞检查,提早发现施工冲突之处;模型包

括对设备和物资的要求,采购工作人员根据模型制定

采购计划;施工人员根据模型编制进度计划,合理安

排施工工序,采购人员根据进度计划进行限额领料。

各阶段工作人员基于 BIM 平台,查看各自需要的信

息,并将所获取的信息上传至信息平台,供其他工作

人员查看。 BIM 的协同工作支持还体现在总承包商

对分包商的管理上。 EPC 模式下,总承包商作为第一

责任人,需要对各分包商进行管理,了解进度。 总承

包商建立信息平台,将分包商联系在同一平台上,进

行集中管理,通过平台下达指令,监管各分包商工程

的进度、质量和成本。

3 BIM 在 EPC 成本管控中的应用

3. 1 基于 BIM 的成本管控信息化

EPC 项目的成本管控包括成本预测、成本计划、

成本控制、成本核算、成本分析及考核等几个环节,其

成本管理工作从合同签订期间已经开始。 但鉴于

EPC 项目包含阶段多、建设周期长等特点,要实现全

过程全流程的成本管控,必须依赖于一定的系统性工

具。 BIM 技术通过软件建立一个包含项目成本管理

数据的建筑信息三维模型,对项目所有信息进行关联

和保存,为解决这一问题提供了技术支撑。 在 EPC

项目中,建立以 BIM 模型为中心的多维度、多阶段的

成本控制体系,构建 EPC 项目成本管控信息化平台,

打通信息桥梁,实现成本的可预测、可跟踪、可调整,

保证成本目标的实现。

(1)BIM 在设计阶段成本控制中的应用

设计 阶 段 对 项 目 建 设 成 本 的 影 响 可 以 达 到

70% ,对实现项目的成本目标起着至关重要的作用。

EPC 项目通常由承包商承担设计工作,合同标的一般

是“业主要求” 定义的工作范围内的全部任务内容,

承包商对“业主要求”的实现程度直接影响交付产品

的质量[3]

。 因此,在设计过程,如何将业主的“文字要

求”准确的转化成“设计成果”,变得尤为关键。 而

BIM 模型具有三维可视化的特点,借助 VR 技术可进

2022 年 08 期 总第 290 期 白 娟,闫 鹏·基于 BIM 的 EPC 项目成本管控研究 ·123·

行图纸会审,将“业主要求”通过设计文件准确表达。

如图 1 为某项目的 BIM 模型,可实现对设计细节、整

体造型、构造做法、设计效果等进行全方位展示,保证

设计成果与业主的要求的契合度,从根本上进行成本

控制。 同时,基于 BIM 的碰撞检查,可实现跨专业的

检查,及时发现工程项目中不同专业的冲突,避免施

工过程中的工程变更。 除此之外,基于 BIM 技术的施

工模拟和场地布置,为制定合理的施工方案提供了准

确的依据,提高了项目的可施工性,为后期项目管理

工作的开展奠定了基础。

图 1 某项目 BIM 模型的局部展示

(2)BIM 在采购阶段成本控制中的应用

EPC 模式下,承包商承担大量的采购工作,采购

管理水平直接影响到采购环节的成本消耗。 基于

BIM 模型的 EPC 模式的运用,使得采购阶段可以从

设计阶段开始准备,采购工作有充分的时间;而采购

与施工的融合,利于采购计划符合进度需求,避免了

施工过程中急采、临采现象的出现,降低了库存管理

成本。 BIM 模型中可以定义构件的名称、尺寸、材质、

型号、制造商、说明、防火等级及成本等信息,如图 2

所示。 在材料规格及厂家等确定的条件下,结合施工

进度计划通过模型快速出量,精准高效生成采购计

划;即可实现设计阶段的成本预控,也提高了采购阶

段成本管控的效率。 BIM 的强大的数据支持和信息

化都为采购阶段的成本控制打下基础。 具体如图 3

所示。

(3)BIM 在施工阶段成本控制中的应用

施工单位,可以利用 BIM5D 模型建立施工动态

模拟模型,提早发现冲突之处修改,及时将项目变更

情况录入系统,生成施工进度计划表、成本分析表、保

证项目信息的完整性与准确性[4]

。 BIM5D 集成了工

程项目的全部信息,可以随时查看进度计划和质量。

强大的数据支持,加快了工程量汇总计算的速度,实

现了短周期的成本分析。 BIM 模型为成本数据的实

时监控提供了技术条件,有利于实施成本的动态管控

分析,及时发现偏差并及时纠正,保证成本目标的实

现。 工程变更作为传统项目过程控制的重难点,在

图 2 某项目 QL1 属性

图 3 基于 BIM 的采购阶段成本控制

BIM 模型上,可以通过实时修改和工程量对比,结合成

本关联数据,简单高效地进行项目成本动态调整,也为

进度款支付和审核提供了数据依据。 具体流程如图 4

所示。

图 4 基于 BIM 的施工阶段成本控制

·124· 福 建 建 筑 2022 年

(4)BIM 在成本管控信息化中的应用

BIM 在 EPC 项目成本管控的优势重点,在于信

息中心的建立,保证项目管理中信息的及时搜集、反

馈、调整。 BIM 模型能够实现输出 CAD 图纸和 TXT

文本,配合算量插件,还可以导出工程量清单,为指导

施工、安排采购和过程中的项目管理,提供了可参照

的依据。 整个项目进程中,以合同条件和项目背景为

依据,构建 BIM 模型,围绕模型,根据不同阶段的工作

要求进行多文本格式的输出,形成“一模多用” 的成

本管控信息化平台,为项目的全过程动态成本管控提

供依据,具体内容如图 5 所示。

图 5 以 BIM 模型为核心的成本管控信息化

3. 2 基于 BIM 的协同管理平台

(1)设计 - 采购 - 施工环节协同并行

在 EPC 设计 - 采购 - 施工总承包模式下,基于

BIM 信息共享平台,能够使三者更好地交叉运行。 在

施工前准备阶段,施工技术人员利用 BIM 技术的漫游

功能,全方位观察建筑的细部构造,提前发现各专业

之间的碰撞点[4]

;设计师根据技术人员意见,直接在

BIM 平台进行修改。 由于设计阶段的透明化,总承包

商可以通过 BIM 信息平台,进行材料设备数据共享和

动态控制,在设计阶段就可以更好地进行材料、物资、

设备以及供货周期的调研分析,为采购工作在设计阶

段中后期的插入,更大程度的节约了时间[5]

,从而降

低采购成本。 在施工过程中,利用 BIM 技术详细规划

场地,在 BIM 的协同平台中加入施工周边的详细信

息,合理安排各专业所需物资和设备的进场时间,避

免出现因材料或设备周转问题导致的人员窝工。 将

施工进度与 BIM 模型相关联,通过 BIM 5D 平台系统

获取工程不同部位的工程量信息,快速计算物资需用

量,并通过平台下达限额领料单。 同时根据工程的进

展情况,形成动态的施工进度模型,与计划进行对比

分析。 当发生工期拖延或设计变更时,可通过 BIM 协

同平台迅速作出反应,设计师和采购工作人员及时作

出调整。

(2)总包 - 分包协同

EPC 项目中有一个总承包商和多个分包商,为了

更好的进行管理,利用 BIM 技术搭建一个总承包单位

和分包单位的协同工作平台。 BIM 模型涵盖了建筑

工程的所有信息,可以成为一个中央信息库。 在建设

过程中,总承包商将集成各类信息的 BIM 模型上传至

信息平台,各参建方在此平台的基础上协同工作,实

现信息的共享与高效率的传递[6]

。

4 结语

本文针对 EPC 项目成本管控的特点及存在的问

题,引入 BIM 作为成本控制的系统性工具,实现成本

的动态控制、协同控制。 在讨论 BIM 技术解决 EPC

项目成本管控难点问题时,充分利用 BIM 技术的优

势,构建以 BIM 模型为中心的成本管理信息化平台,

实现“一模多用”,打通各阶段及各参与方之间的信

息桥梁,为成本管理提供及时准确的信息;同时,利用

BIM 技术的协同工作特性,解决 EPC 项目的阶段衔

接及合同管理衔接,为总承包商进行成本动态管理提

供技术支持。 本文的创新点在基于 BIM 的成本管理

信息化平台的建立及协同管理,为环节之间进行信息

传递提供支持,使成本管理工作有条不紊进行。

参 考 文 献

[1] 丰景春,吴凯丽,李晟. 基于 BIM 的 EPC 项目信息价值链

增值研究[J]. 科技管理研究,2020,40(09):149 - 155.

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[6] 丁烈云,龚剑,陈建国. BIM 应用·施工[M]. 上海:同济

大学出版社,2015.

2022 年第 08 期

总第 290 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 08·2022

Vol·290

基于市场化工程造价形成机制的消耗量定额应用研究

康 章

(福建省建设工程造价总站 福建福州 350001)

摘 要:分析消耗量定额的本质及作用,研究消耗量定额在工程计价中应用的现状及存在问题,分析产生问题的原因,

研究在市场化的工程造价形成机制下,改进消耗量定额应用的方法。 其具体包括:优化定额应用模式,赋予咨询方核

心地位,促进正确使用和完善定额;以全面质量管理思维,通过“人” “法” “环”三方面共同作用提高造价成果质量,引

导消耗量定额自身完善和社会合理应用;以市场决定价格机制为导向,优化编制招标控制价的方法,由招标方自行选

择是否以消耗量定额作为依据和采取两步骤编制方法。

关键词: 工程计价;消耗量定额;工程造价;造价改革

中图分类号:TU - 9 文献标识码:A 文章编号:1004 - 6135(2022)08 - 0125 - 04

Research on the application of Quantity of Consumption Norm and Standard

based on the formation mechanism of market - oriented project cost

KANG Zhang

(Fujian Construction Engineering Cost Management Station,Fuzhou 350001)

Abstract:Analyze the essence and function of Quantity of Consumption Norm and Standard,study its application status and existing problems in Construction Pricing or Estimating,analyze the cause of the problem. Under the market - oriented project cost formation mechanism,

study and improve the application method of Quantity of Consumption Norm and Standard. Specifically include:optimize application mode of

Quantity of Consumption Norm and Standard,give the enterprise of construction cost consultancy a core position,promote the correct use and

improvement of Quantity of Consumption Norm and Standard; thinking of total quality management,improve the quality of Cost Documents

through the joint action of " man" 、 " method" and " environment" ,guide the self - improvement and social rational application of Quantity

of Consumption Norm and Standard; guided by the market determined price mechanism,optimizing the method of preparation of tender sum

limit. The tenderee shall choose whether to take the quantity of consumption norm and standard as the basis and take a two - step approach.

Keywords:Construction pricing or estimating; Quantity of consumption norm and standard; Project costs; Cost reform

作者简介:康章(1973. 12 - ),男,高级工程师。

E-mail:453409011@ qq. com

收稿日期:2022 - 03 - 01

0 引言

长期以来,消耗量定额作为工程造价管理体系中

的重要一环,在工程建设领域合理确定和有效控制工

程造价中,发挥了重要作用。 虽然消耗量定额和应用

消耗量定额确定工程造价的方法在近几年受到不少

质疑,但在大量以国有资金为主的建设项目的投资控

制、造价确定工作中,由造价管理机构编制的消耗量

定额仍然是最受建设各方认可、最具公信力的计价依

据,仍得到广泛应用。

2020 年住建部在《关于印发工程造价改革工作

方案的通知》中提出“坚持市场在资源配置中起决定

性作用,进一步完善工程造价市场形成机制”的要求,

在这一背景下,如何改进消耗量定额的应用,更有效

地发挥定额在合理确定造价中的作用, 值得深入

研究。

1 消耗量定额的本质及作用

“定额”字面意为“规定的数量”,即完成规定单

位产品所消耗的人工、材料、机械等要素资源的数量。

根据 《 建设工程定额管理办法》 ( 建标 〔 2015 〕 230

号),消耗量定额是指在正常施工条件下完成规定计

量单位的合格建筑安装工程所消耗的人工、材料、施

工机具台班的数量基准。

现代定额概念产生于 19 世纪末,由美国工程师

泰勒首先提出。 他在企业管理中,对工人的工作开展

研究,通过对工作时间中有效消耗和无效消耗的系

·126· 福 建 建 筑 2022 年

统,研究分析和科学试验,得出标准操作流程和标准

化的工具、设备、材料,制定工时定额,作为衡量工人

工作效率的尺度。 在后期生产中,采用工时定额与有

差别的计件工资制度相结合的管理方法,提高了生产

效率、降低了生产成本[1]

。 经过总结,泰勒发表《科学

管理原理》一书,开创了后人称之为“泰勒制”的科学

管理方法。 定额在诞生之初即为一种经济管理的工

具,能够实现科学管理的目的。 由于根据定额数量、

要素价格能够计算出单位产品的合理价格,定额也就

具备了计算、衡量价格的功能。

相对普通的工业产品,建筑安装工程的生产建造

过程更为复杂,工程造价的形成也更为曲折。 其生产

建造需要消耗资源,生产和消耗之间具体关系的形

成,是一定时期内生产力、生产关系等诸多因素综合

作用的结果。 建设工程消耗量定额,是对建筑安装工

程的生产和消耗之间客观现象研究成果的合理总结,

是一定时期社会生产力的综合反映[2]

。 以消耗量定

额为依据得到的工程造价,是一定时期社会技术与经

济融合结果的客观反映。 因此,消耗量定额具备合理

确定建筑安装工程造价的功能,是工程技术与经济管

理的工具。

2 消耗量定额应用现状及存在问题

当前消耗量定额作为计价依据被广泛应用于工

程造价咨询活动,此外,在大量以施工图为基础的发

承包工程中,还被建设方、承建方直接用于工程计价。

整体而言,定额处于计价活动的核心,其应用关系如

图 1 所示。

图 1 以定额为核心的应用关系

由于以定额为依据确定的造价与实际造价偏差

较大的现象屡屡出现,不少观点将之归咎于定额消耗

量、取定工艺、编制方法的不合理,进而认为使用定额

计算、衡量工程造价的方法不再适用。 这些观点有其

合理之处,但也存在片面性,全盘否定消耗量定额,并

不实事求是。

3 全面分析消耗量定额应用产生问题的原因

3. 1 定额自身存在不足

(1)分散管理,存在地区壁垒。 各地区通常执行

本地区的消耗量定额,不同地区的定额编制原则不

同,计价方法不同,定额水平不同,跨地区计价难度

大、成本高,不正确使用现象突出。

(2) 管理模式不能满足市场快速变化的需求。

现行定额管理方式,从计划经济时期延用至今,变化

不大,修编间隔时间长,一次性编制工作量大,总体上

更新较为缓慢。 伴随着我国从基建大国迈入基建强

国,各种工艺、材料、机械呈加速更新、迭代趋势,容易

出现定额做法与实际做法脱节的现象。

(3)专业重叠交叉且水平参差,影响合理定价。

消耗量定额常见专业有房屋建筑及装饰、通用安装、

市政、园林绿化、仿古建筑、绿色建筑、装配式建筑、城

市综合管廊、城市轨道交通等。 不同专业定额之间存

在不少名称相同、做法相近,但水平相差较大的定额

子目,造成定价困扰。

3. 2 定额用途错位严重

这在发承包工程计价活动中尤为突出。 发承包

工程的实际价格一般需经过市场竞争(招标、投标竞

价)、发承包双方多轮博弈(施工合同约定价格、过程

结算、竣工结算等)形成合意才能最终确定。 但在发

承包工程计价中,建设方或承建方往往是消耗量定额

的直接使用者,如图 1 所示。 在发包阶段,政府方、投

资方以及建设方出于项目顺利实施及投资控制目的,

需计算拟建工程最高限价;承建方在投标阶段出于谋

求工程及成本控制目的,需计算拟建工程最低成本。

而在建设实施阶段,建设方出于投资控制目的,需尽

可能少计工程造价;承建方出于谋求最大利益目的,

需尽可能多计工程造价。 各方出于不同目的选择性

地使用定额,消耗量定额客观上无法同时兼顾彼此。

3. 3 应用人员专业能力不足

(1)思想上过度依赖定额。 消耗量定额通过自

身定位以及长期工程实践树立了公信力,是编制施工

图预算和招标控制价的依据。 建设各方往往在实践

中过于强化定额的依据作用,长期养成依赖定额计价

的思维,陷入没有定额就不会计价,而有定额时又把

所有产生的问题归咎于定额的怪圈。

(2) 专业技术能力不足导致套用定额不合理。

定额各要素消耗量建立在规定的工作内容和一定工

2022 年 08 期 总第 290 期 康 章·基于市场化工程造价形成机制的消耗量定额应用研究 ·127·

艺条件基础上,如果拟建项目条件与定额取定差别较

大,脱离工程实际强行套用定额,不仅无法合理确定

价格,反而会误导及引发争议。 由于门槛不高,有不

少非专业、缺乏现场经验的计价人员从业,这一方面

问题就尤为突出。

(3)法律及合同意识不足。 实践中的计价问题

大多不是定额问题,而为合同争议。 参建各方往往有

意无意地以定额定价替代合同定价,用定额思维解决

合同问题,不合理地将矛盾焦点转移到定额上。

4 改进消耗量定额应用的方法

4. 1 优化定额应用及反馈模式,赋予咨询方核心地位

当前模式以定额作为整个计价活动核心(图 1),

建设各方均直接使用定额并反馈应用信息。 这种模

式不利于有效收集信息、完善定额,也阻碍工程造价

的合理确定。 优化思路为:咨询方为委托方(建设方、

承建方或其他方)提供确定工程造价服务,自身直接

产生大量定额应用信息,同时接收委托方反馈的定额

应用信息,最主要的定额使用者及信息收集者,故以

咨询方为整个计价活动的核心;建设方、承建方在发

承包关系中主要依据合同约定确定价格,除应用定额

进行满足自身需求的价格测算、合同约定以定额为依

据的计价行为外,通常不作为定额的直接使用者,主要

是定额应用信息的反馈者;定额编制管理方作为服务

机构,收集各方反馈的应用信息,通过测算等方式针对

性完善消耗量定额。 优化后具体模式如图 2 所示。

图 2 以咨询方为核心的应用关系

该模式有以下优点:

(1)以咨询方作为工程计价活动的核心,是正确

使用定额、合理确定工程造价的关键。 工程计价活动

专业性强,应当由专业的机构或个人完成。 咨询方一

方面应具备熟练运用定额计价的专业能力,熟悉依据

定额确定的造价与工程实际的契合程度;另一方面作

为被委托方能够大量收集相关案例和造价偏差原因,

具备总结归纳定额应用信息的客观条件。 与建设方、

承建方相比,其反馈的信息更具备行业普遍性和代表

性。 该模式也有利于促进咨询方提高专业素养和服

务能力。

(2)减少建设方、承建方错误应用定额的可能,

降低沟通成本。 在图 1 模式中,双方受具体工程局

限,且自身使用定额经验相对缺乏、专业性不足以及

主观利益影响,存在选择性使用、不正确使用定额现

象,其反馈的定额应用信息也往往片面、孤立。 在图 2 模

式中,建设方、承建方不再作为定额直接使用者,也就不

再直接反馈定额应用信息,只作为收集信息来源。

(3)有利于定额管理方完善定额。 完善定额需

要客观、真实、有效地反馈信息。 在图 1 模式中,定额

管理方虽然能直接接收来自各方的大量信息,但正如

上述第 2 点所述,来自建设方、承建方的信息难以有

效使用。 在图 2 模式中,管理方以接收咨询方的信息

为主,通过市场“看不见的手”的运行,经过咨询方过

滤后的信息将更加全面、客观;以收集建设方、承建方

的信息为辅,其信息起补充、印证作用。 通过收集有

效信息和针对性的现场测算,有助于建立定额管理的

良性循环。

4. 2 通过“人法环”推动,有效发挥定额作用

以产品质量管理思维管控造价成果质量,引导消

耗量定额自身完善和社会合理应用。 应用定额进行

工程计价的目的,是合理确定工程造价,计价成果(即

确定的工程造价以及组成内容)即为产品,应用定额

计价的活动为生产过程。 根据全面质量管理理论,影

响计价成果合理性(产品质量)的主要因素为“人机

料法环”

[3]

。 计价成果主要由脑力工作产出,生产过

程消耗的“机”“料”很少,可忽略不计;“人”为定额的

使用者,即计价人员;“法” 为应用定额计价的方法,

其核心是定额;“环” 为应用定额计价的场景、环境。

因此“人”“法”“环”三者共同决定了计价成果质量。

计价成果不合理,其中有“法”也就是定额因素,也有

“人”“环”因素。 要想让消耗量定额发挥出应有的作

用,需要从“人”“法”“环”三方面共同推动。

(1)“法”。 应从优化管理模式、完善编制及发布

形式、加大编制投入方面着手,提供更加合理好用的

消耗量定额。

优化定额管理模式,改变各地区分别编制及管理

定额的现状,推广应用全国统一消耗量定额。 通过统

一的项目设置、工作内容、工程量计算规则,以及消耗

量,打破跨地区计价壁垒,减小跨地区计价难度,并将

各地区造价管理机构从重复的编制工作中解放出来;

·128· 福 建 建 筑 2022 年

集中力量于补充、完善定额,降低全社会内的定额编

制成本。 改进定额编制及发布形式,通过网络发布定

额配合及时调整、删除、补充的动态管理方式,促使定

额内容跟上市场变化。 优化定额体系顶层设计,减少

专业之间项目交叉及水平参差现象,加大定额编制投

入,切实做实做好收集、调查、现场测算等需要大量资

源投入的基础性工作。

(2)“人”。 任何工具只有在会用的人手里才能

发挥应有的作用。 消耗量定额一经发布,其项目设

置、工作内容、消耗量水平、计算规则就已定型,如何

应用定型的定额合理确定不同环境、类型、特点工程

的造价,对应用人员的专业能力提出较高要求,缺乏

足够经验的人员难以胜任。 合格的计价人员至少应

具备以下能力。

具备灵活套用定额能力,能根据拟建项目实际针

对性地选择套用施工工艺相同,作业方式、作业环境、

材料、设备相近的定额,必要时予以恰当的调整换算,

避免生搬硬套;具备技术措施项目选择和费用估算能

力,能在复杂项目(如大型场馆、特大桥梁等)建设实

施前合理确定技术措施项目及其费用;具备法律和合

同意识,理解定额标准任意性规范的法律地位,做到

在工程计价中以合同为核心、以定额为辅助,合同未

约定时不必然以定额作为依据确定工程价款[4]

。

(3)“环”。 橘生淮南则为橘生于淮北则为枳。 同

一个定额,既能在合适的场景中发挥有效作用,也能在

不合适的场景中引发矛盾和争议。 以消耗量定额作为

依据,确定工程造价需要前提,即适当的应用范围。

以消耗量定额作为依据确定的造价,体现的是工

程的公允价格,因此不宜用于项目实施过程结算、竣

工结算、工程审计等事后定价的情形。 可以应用的情

形包括:用于编制设计概算,在没有概算定额、概算指

标的地区。 对于政府方、投资方和建设方,应用消耗

量定额编制概算、进行投资控制仍然是为最可行的方

式;用于编制招标控制价或施工图预算,这需要合格

的计价人员根据工程实际灵活使用。

4. 3 以市场决定价格机制为导向,优化应用消耗量

定额编制招标控制价的方法

(1)由招标方自行选择是否根据消耗量定额编

制招标控制价。 对于常规招标工程的常规分部分项

项目,定额编制条件与招标工程实际条件通常相近,

直接依据定额确定这些项目造价的做法合理。 但对

于一些特殊的招标工程、或常规招标工程中的特殊分

部分项项目,存在定额考虑不到的特殊施工条件、施

工方法和工艺、施工组织,直接使用定额的做法就不

合理。 根据招标工程实际,存在全部不执行定额、部

分执行定额和全部执行定额的可能选择,由招标方根

据工程实际来选择最为合理。

(2)采取两步骤法编制招标控制价。 第一步是应

用消耗量定额编制施工图预算价,仅作为招标方控制

投资使用。 第二步是由招标方组织相关单位(如建设

方、政府部门、咨询机构、评审机构等)、专家等在施工

图预算价基础上,根据招标工程工艺特点、工程所在地

市场分包单价、地材供应情况、定额缺项项目、重大技

术措施方案选择以及积累的定额应用问题经验等因

素,对清单项目单价合理性进一步梳理、分析,作出相

应修改[5]

。 采取两步骤法,能及时反映市场环境及价

格变化,提高招标控制价的准确性、合理性,减少对定

额的依赖,和强行套用定额引发的造价不合理现象。

5 结语

在市场化工程造价形成机制下,消耗量定额仍然

有其宝贵价值,不应以瑕盖瑜。 应通过优化定额应用

及反馈模式、重视“人” “法” “环”以提高计价成果质

量、在编制招标控制价中优化定额应用方法等方式,

实事求是地加以改进和利用,让定额在建设工程管理

中有效发挥作用。

参 考 文 献

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郭珊珊,译. 北京:电子工业出版社,2013:85 - 109.

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[3] 张文泉,陈永权. 全面工程造价集成管理理论方法探讨

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2022 年第 08 期

总第 290 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 08·2022

Vol·290

环境设计专业应用型联动式教学模式探索与实践

———以闽江学院海峡学院环境设计专业为例

田 洁

(闽江学院 海峡学院 福建福州 350108)

摘 要:为加强专业应用型,优化闽台环境设计专业课程体系,针对环境设计专业存在的课程设置不合理、教学方式方

法单一等问题,提出构建应用型联动式的教学模式。 通过对教学目标、教学方式、教学内容、教学评估和设计项目五个

方面,深入探讨联动式教学模式的实现途径和可行性。 试图通过这种模式建议,有针对性地提出适宜于闽台环境设计

专业的教学模式。

关键词: 景观设计;联动式;应用型

中图分类号:TU986 文献标识码:A 文章编号:1004 - 6135(2022)08 - 0129 - 03

Exploration and practice of applied linkage teaching model for Environmental Design Major

———Taking the Environmental Design Major of Straits College of Minjiang University as an example

TIAN Jie

(Haixia College, Minjiang University,Fuzhou 350108)

Abstract:In order to strengthen the professional application and optimize the construction of the curriculum system of environmental design

majors in Fujian and Taiwan, the study addresses the problems of cross - confusion of curriculum settings and single teaching methods and

approaches in environmental design majors, and proposes to build an application - oriented linked teaching mode, through an in - depth

discussion of the five aspects of teaching objectives, teaching methods, teaching contents, teaching assessment and design projects to explore the ways to achieve the linked teaching mode and It is also a good example of the feasibility of this model. Through this model proposal, we try to propose a teaching model that is suitable for the environmental design majors in Fujian and Taiwan.

Keywords:Landscape design; Linkage; Application

基金项目:基于学科交叉融合的景观设计课程混合实验教学改革探索,闽

江学院 2020 年教改立项项目29;闽台环境设计专业创新创业能力人才培养

机制研究,2018 年闽江学院教育教学改革研究项目(一般教改项目)。

作者简介:田洁(1983 - ),女,讲师。

E-mail:308986977@ qq. com

收稿日期:2021 - 11 - 13

0 引言

景观设计是规划、设计、保护、建设和管理户外自

然与人工境域的方向。 其核心内容是户外空间营造,

根本使命是协调人与自然之间的关系。 景观设计与

建筑和城市构成图底关系,相辅相成[1]

。 当前,中国

园林景观遇到时代挑战,表现在国土空间规划的综合

性受到了传统的绿地系统规划、风景名胜区规划、旅

游规划的制约;对外开放的国际化,使得师资能力遇

到了瓶颈;“公园城市” “绿水青山” “乡村振兴”的规

划、设计、落地,已成为值得深入研究的新课题。 在这

样的背景下,闽台环境设计专业对创新人才教学模式

面临着以下关键问题:如何发挥景观设计方向优势,

创新教学模式? 如何依托国家生态文明战略大势,在

教学模式中培养具有正确自然观与处理自然问题的

能力?

1 闽台环境设计专业教学中存在的问题

闽江学院与台湾中国文化大学、台湾实践大学合

作,按照“3 + 1”合作培养模式,开展联合培养本科人

才项目,成为我省第一所开展“分段对接” 闽台联合

培养本科人才项目的高校[2]

。 环境设计专业作为首

批项目,已经有 13 年历史。 环境设计专业与台湾中

国文化大学景观学系联合办学,根据专业发展和联合

办学的需要,环境设计专业在 13 年的专业发展经历

了 5 次培养方案专家论证,根据闽台环境设计专业培

养现状,确定了“景观设计” 的优势特色方向。 对于

闽台环境设计专业学生就业方面,通过对行业比率统

计,闽台环境设计专业学生在景观设计公司、工程类

公司、地产公司就业的比率提升,在一定程度佐证了

闽台环境设计专业人才培养模式往景观设计方向培

育的特点。

·130· 福 建 建 筑 2022 年

然而,随着“新文科、新工科”等应用型人才培养

理念和模式的发展,闽台合作环境设计专业在培养目

标、课程设置、教师的教学水平及教学方法等方面需

要作出改革,主要表现在:

(1)课程设置应更符合“应用型”培养目标;

(2)明确专业课设置的主线,加强课程体系条理性,

避免课程设置交叉重复,合理安排设计类课程等;

(3)教师需加强与企业的沟通联系,提升自身的

实践经验,加强实践课程教授效果;

(4)教学方式方法较单一;

(5)需强化构建课程教学平台等。

基于上述原因,环境设计专业进行教学改革显得

尤为迫切和需要。 在 2021 级的培养方案建设中,通

过成立的闽台环境设计专业教学指导委员会专家论

证,确定了主干学科为设计学、风景园林学、建筑学;

具有景观规划宏观概念、景观设计基础技能、环境设

计思维能力和以创新实践为主的设计能力,能在政府

建设部门、大中型设计院和艺术环境设计机构从事城

市环境景观与社区环境景观设计、园林设计、公共建

筑室内设计、居住空间设计,并具备项目策划与经营

管理的高素质应用型专门人才的培养目标。 本专业

教学模式从以下几个方面进行了探索。

2 构建整体联动的教学模式

通过目标设定、内容架构、资源建设、评估考核维

度细化、设计项目的差异化教学,以及目标、方式、内

容、评估全方位整体联动的教学模式构建。

2. 1 教学目标联动

根据知识结构、能力结构、素质结构三个方面进

行多教学目标的联动;在知识结构目标上,加强知识

上的与时俱进;在能力方面优化思维方式,增强能力;

在素质结构目标方面,提高人文社会科学素养和综合

素质。 能够在设计实践中理解并遵守职业道德和规

范,以知识性为本体,强调发散性思维;强化学生的设

计思维与方法:以设计过程为本体,强调操作性;将本

科四年的教学分为“设计启蒙” “设计入门” “巩固提

高”“深化分析”四个培养阶段,从理论能力、设计创

新能力、技术处理能力、计算机应用能力、表达能力五

个方面进行能力方面培养[3]

,将知识结构、能力结构

和素质结构三个模块融入到课程组群。 强调课程关

联性和整体性———课程群之间的关系和内容贯通,运

用知识去分析、解决设计中存在问题的能力。 培养学

生具有科学精神、严谨态度、人文素养和终身学习

能力。

2. 2 教学方式的联动

实现专业教育、设计实践、科学研究教学方式的

联动;在专业教育方面,通过理论知识的系统学习和

研究方法,培养学生深度分析、敢于质疑和勇于创新

的精神。 在教学内容与主线上,以空间为切入点,强

调空间语义;在设计实践上,注重应用型培养,实现校

企合作,充实自身专业实践,并落实思政进课堂的现

实要求。 在科学研究方面,关注环境设计行业热点和

难点。 因为环境设计强化应用性、较强的学科交叉特

点,所以在具体操作上,更注重课程设置和教学方法

的变革,强化三个模块的相互融合,在教学过程中打

破专业和课程壁垒,加强不同课程的互通[4]

。 具体思

路是突出工程实践性、突出设计创新性,突出教育的

基础性。 在这个思路下,将部分基础类课程的教学时

间段提前,基础课程如素描色彩、构成及雕塑、漆艺等

课程集中在大一上学期,手绘软件课程集中在大一下

学期和部分课程在大二上学期,大一下学期至大二下

学期从景观设计入门到巩固和提高的一个过程。 高

年级的课程强化学科间的交叉与融合,培养设计创

新、工程实践,并具有一定的理论研究能力教学内容

的联动。

2. 3 多阶段教学联动

实现多阶段教学内容的联动,课前、课中、课后分

阶段、课程内容步骤上的分阶段,进行课程任务安排。

如《公园设计》 课程采用“五环递进” 教学模式设计。

第一,提前启动,明确目标;通过面对现在比较突出的

环境问题展开课题设计,设定几个开放式选题 - 内蒙

草原沙漠化、适老性老旧社区、市井视角的文化街巷、

自然教育与乡村儿童、古代灌溉工程遗产保护、闽江

流域盐碱地、鸟类栖息地、圩田农业景观。 四人一组,

共十组进行设计。 第二,理论研习,直面破题;选题部

分给了场地选址,部分需要学生查找论文和其他资

料,自己找出具有突出矛盾的选址。 掌握选题内的基

础知识体系,了解此选题需要什么样的技术手段或者

设计方法解决的矛盾。 第三,场地调研,综合分析;引

导学生通过多视角深入调查和认知场地的复杂性。

第四,在设计创作阶段,专题专解;强调不同场地的多

元复杂性和新的技术手段的理解和应对,强化设计的

图纸表达和汇报表达。 通过此种方式,让学生具有面

对复杂多元环境问题独立思考和团队合作能力,找出

矛盾并解决问题的能力。 第五,多维评价,全面提升;

制定面向综合设计能力的课程考核。 行业专家、评图

答辩、交叉评图的多主体、多阶段、立体化、渗透式

方式。

2022 年 08 期 总第 290 期 田 洁·环境设计专业应用型联动式教学模式探索与实践 ·131·

2. 4 多平台教学联动

使用线上多种平台;借助雨课堂、Mooc、专业网站

等线上平台资源,加强基础教学,通过理论与实践相结

合、实践教学案例剖析,进行线下拓展研究,尝试构筑

科研平台;科研平台的建设,将极大促进科研资源的优

化重组、高效配置和系统利用,是提高科技创新能力和

增强科研竞争力的基础[5]

。 在闽台环境设计专业本科

培养中,科研平台是实践教学的延展,对于提高应用实

践上的创新能力具有重要作用。 目前闽台环境设计专

业教学指导委员会单位成员有福建农林大学、福建工

程学院、福建省建筑设计研究院、福建省城乡规划设计

研究院、福州市规划设计研究院、福州市建筑设计院、

建盟设计集团、福建省天润园景景观工程设计股份有

限公司等兄弟院校和行业龙头。 兄弟高校和设计院、

设计企业在参与人才培养方案修订,承担实习、就业任

务和毕业设计指导等大量工作,切实的融入到闽台环

境设计专业人才培养中。 在未来的合作中,可以倾向

科研平台的建设,实现与福建农林大学风景园林学院、

福建工程学院建筑与城乡规划学院等兄弟院校和四大

规划设计院、设计企业的专业设计技术资源的共享。

2. 5 多资源教学联动

首先,通过名师讲座、国际一流大学的视频公开

课和国家精品在线开放课程,开拓知识面。 其次,完

善四个共享,夯实特色教学联动:第一,师资力量共

享;充分利用学校美术学院、地理系、旅游系优质师

资,承担景观设计课程教学实践指导工作。 第二,教

学空间共享;加强与兄弟院系的联系,后期可与地理

系、美术学院、旅游系共享实验室,拓展实践教学空

间。 第三,教研平台共享;实现新技术、新设备的教研

平台共享,如无人机用于影像测量、场地数字模型;运

用 3S 技术,如遥感、地理信息技术。 第四,行业资源

共享;尝试实现校内签约的实践教学基地的共享,可

通过联合开展竞赛、专业研究会议、课题研究、项目合

作,实现高校专业内的行业资源共享。

3 教学评估的联动

建立全面考核,实现全过程、科学化的多维立体

教学评估、课程评价方式。 优化学生线上线下学习过

程的学习效果考评方案,在线上学习自主性、线下实

践、讨论、汇报环节中制定更加合理的评价细则。 在

学习需求差异如何满足、学习兴趣与参与度如何调

动、能力的成长如何测度等痛点问题上下功夫。 以成

长型思维养成为基准,对为什么解读此知识点、已有

研究如何解读知识点、设计过程遇到什么困难、如何

运用所学知识解决问题、重耦过程的反思五个方面核

查,构建评价反馈机制,实现能力质性评估。

4 设计项目联动

传统的环境设计教学,在项目设计上,多为真题

假做,忽视了项目的全生命周期过程,弱化了利益相

关方参与,缺少了活动策划和产业发展环节。 较为理

想的模式是在多团队、多平台写作,设计成果体验、参

与,利益相关方共同讨论课题,跨学科知识、互动学习

和实践教学。 建立课程内项目、课程群项目、多学科

科技项目、设计及技术研发项目、毕业设计的联动等。

通过项目学习,培养学生设计与营造、创意和创新、团

队和管理等方面的能力。 在思维培养上,加强学生创

新性思维、批判性思维、系统性思维。 与规划设计院、

设计企业联合项目合作,通过实现行业项目的合作等

途径加强项目联动。

5 结语

作为一个注重探索、辩证思考、解决问题的专业,

其是建立在广泛的自然科学、社会科学、工程技术科

学和人文艺术学科基础上的应用型专业,通过构建应

用型联动式的教学模式,整合资源,形成科研与实践

结合,科研与教学结合的特色,是满足不同时期国家

保护与建设事业的需要。 把“理论记忆”的“动脑”转

化为“课题研讨”的“动手,培养学生发现和解决问题

的能力。 在 2022 届环境设计专业课程设置上,将会

对课程组块分类更加明确,尝试在园林理论、景观设

计、植物应用、风景园林工程与技术等方面形成完善

的知识面域。 知育要教人不惑,情育要教人不忧,意

育要教人不惧。 在闽台环境设计专业的教学中,探讨

学习,寻找专业教育的新途径,还需更久的路要走。

参 考 文 献

[1] 国务院学位委员会办公室. 增设风景园林学为一级学科

论证报告[R]. 中国园林,2011,27(05):4 - 5.

[2] 闽江学院海峡学院[DB/ OL]. 百度百科,https: / / baike.

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E5% AD% A6% E9%99% A2,2021.

[3] 刘滨谊,周向频. 面向“卓越工程师培养计划”的风景园

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和专用绿地[J]. 华中建筑 ,2021,39(2):74 - 77.

2022 年第 08 期

总第 290 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 08·2022

Vol·290

建筑学设计类课程的思政改革研究

申红田 马归民 李 敏

(河南城建学院 建筑与城市规划学院 河南平顶山 467000)

摘 要:在工学类专业课程中,融入思政教育是高校实现立德树人的新举措。 《建筑设计二》课程作为建筑学低年级学

生的专业核心课程,是学生人文素养构建、专业认同及三观培养的重要环节。 主要探讨该课程弘扬民族精神、坚持以

人为本、践行爱岗敬业的思政建设目标,提出在课程原有的六大知识模块中,引入现代价值取向、可持续发展观、地域

文化传承、人性化设计理念、传统建造智慧、大国工匠精神等思政元素,结合单元式启发、研讨式互动、善用互联网资

源、以赛促学、多元评价等教学组织方法,构建完善的全周期课程思政体系,实现专业知识与思政教学的有机融合与

统一。

关键词: 建筑设计;课程思政;全周期;思政元素;教学改革

中图分类号:G420 文献标识码:A 文章编号:1004 - 6135(2022)08 - 0132 - 05

An investigation into the Ideological and Political Reform of Architectural Design Courses

SHEN Hongtian MA Guimin LI Min

(School of Architecture and Urban Planning,Henan University of Urban Construction,Pingdingshan 467000)

Abstract:Integrating Ideological and political education into courses of engineering major is a new measure to establish morality and cultivate people in university. The course of Architectural Design II is employed to study,which is regarded as the professional core course for

Junior Architectural students,and the important link among the construction of students? humanistic quality,professional identity and the

cultivation of “Three Views”. It discusses the ideological and political construction objectives of carrying forward the national spirit,adhering to people - oriented and practicing “devotion to work”,and puts forward the introduction of modern value orientation,sustainable development concept,regional cultural inheritance,humanized design concept,traditional construction wisdom,great country craftsman spirit and

other ideological and political elements into the conventional six knowledge modules of the course. It confirms that the teaching organization

methods reformation combines the unit inspiration,discussing interaction,rational application of internet resources,learning through competition,multiple evaluation,etc. ,and constructs the excellent full cycle curriculum ideological and political system of the course,which could

realize the organic integration and unity of professional knowledge and ideological and political teaching.

Keywords:Architectural design; Ideological and political of the course; Full cycle; Political elements; Teaching reform

基金项目:2021 年度河南省高等教育教学改革研究与实践项目:数字化

时代建筑类新工科专业人才培养模式创新与实践(2021SJGLX529 )。

作者简介:申红田(1983 - ),女,讲师。

E-mail:172181319@ qq. com

收稿日期:2021 - 12 - 07

0 引言

教育是民族振兴与社会进步的重要基石。 2016

年年底,习近平总书记在全国高校政治会议上强调

“要坚持把立德树人作为中心环节,把思想政治工

作贯穿教育教学全过程,实现全程育人、全方位育

人” 。 由此,高校教育开始探索由传统单一的思政

课程到课程思政的转变。 2020 年 5 月教育部印发

《高等学校课程思政建设指导纲要》 ,提出应结合各

专业特点明确不同的思政目标,其中工学类专业课

程要求在教学中把马克思主义立场观点的教育与科

学精神的培养结合起来,强化学生工程伦理教育,培

养学生精益求精的大国工匠精神,激发学生科技报

国的家国情怀和使命担当[1 - 3]

。

本研究积极响应当党中央与教育部的相关部署,

结合建筑学设计类课程原有知识体系的基本构架,以

“建筑设计二” 为例,探索设计类课程的思政建设目

标、各教学环节中思政元素的引入、教学手法的组织

等关键环节,力求构建全周期思政课程体系,实现“立

德树人”的育人目标。

1 《建筑设计二》课程概况

《建筑设计二》课程共 64 学时,是建筑学专业低

年级学生必修的一门学科核心课程,设计内容为九班

幼儿园。 通过该课程学习,使学生掌握中小型建筑方

案的设计能力,把握建筑功能与形态、空间与形态、技

2022 年 08 期 总第 290 期 申红田,马归民,李 敏·建筑学设计类课程的思政改革研究 ·133·

术与形态的关系,掌握一定的建筑艺术处理手法,且

具有良好的表现技巧。 该课程在基础理论课程与核

心设计课程中,发挥着承上启下的重要作用。一方

面,培养了学生初步的建筑空间概念,建立起前期基

础理论课程(如画法几何、公共建筑设计原理等) 与

设计课程的联系[4]

;另一方面,由单一功能建筑空间

向多功能建筑空间的过渡,使设计中需要更多后续专

业课程(如建筑构造、建筑历史、建筑心理学等)的支

撑,具有一定的引导作用。 因此,在此课程中开展思

政改革,具有典型的示范意义。

2 《建筑设计二》课程思政的必要性

建筑学作为传统的工科专业,在教学中通常更重

视技术与专业能力的培养,而忽视了学生的人文素养

与思想培养,以致学生对专业的认同度不够,没有感情

参与的机械式被动学习,很难达到良好的学习效果[5]

。

引入课程思政,可使学生更加了解我国建筑学专业发

展的现状、优势及挑战,找准自身职业发展定位,激励

学生树立专业自豪感,及为国家奋斗的雄心壮志。

互联网时代下学生获取信息的渠道与内容更加

丰富多元,其中不乏夹杂着一些不良文化。 大二的学

生此时三观还不够成熟,可能会受冲击影响。 如对西

方设计艺术的盲目崇拜,过度求“新”求“异”,设计出

各种奇怪的建筑,与我国的本土审美和地域环境格格

不入。 课程思政可使学生树立正确的是非观,增强民

族自信。

3 《建筑设计二》课程思政的全周期教学设计

3. 1 明确思政教学目标

二年级学生经过入学一年的基础教育,对建筑设

计课程充满了期待和好奇。 此时也是世界观、人生

观、价值观、职业观形成的关键时期,《建筑设计二》

是一个很好的思想培育抓手。 在国家层面上,向学生

阐述国情,弘扬民族精神、地域文化及社会主义可持

续发展观;在社会层面上,宣传以人为本、公平、公正

等社会主义责任观;在公民个人层面,灌输爱岗、敬

业、奉献等职业观[6 - 7]

,以“润物无声”的形式,将中国

特色社会主义价值追求和理想信念有效地传达给

学生。

3. 2 课程思政与教学内容的结合

《建筑设计二》以教学大纲及人才培养要求为基

础,结合幼儿园建筑设计的基础原理与常规流程,将

课程内容分为 6 个知识模块,每个模块都具有明确的

知识点。 专业教师深入挖掘这 6 个模块中的思政元

素,将课程内容融汇提升,如表 1 所示。

表 1 《建筑设计二》课程思政教学内容

教学单元 训练内容 思政融入 德育重点

1 导论 幼儿园建筑设计概述

幼儿园建筑由物质需求转向精神需求的发

展历程

①价值取向;②事物发展规律

2 场地分析与总体布局

①建筑与环境关系解读

②场地总体布局与流线分析

①中国建筑环境的“天人合一”

②“绿水青山就是金山银山” 的场地资源

利用

①人文素养;②可持续发展观

3 方案构思

①设计概念的构思方法

②清晰、简练、明确的主题设计

①地域文化的现代转译方法与途径

②数字技术与现代建筑空间设计的结合

①地域文化特色;②与时俱进

4 空间与流线的组织

①建筑空间功能、空间形式、空间组

合的设计

②流线的组织

“以人为本”的人性化设计理念

①以人为本

②同理心

③洞察力

5 结构选型与设计深化

①建筑的空间建造的构成要素

②空间结构的基本原理及适用范围

①中国传统建筑的结构、材料及建造优势

②火神山、雷神山建设全记录,体现中国

速度

①民族精神

②团队精神

6 建筑表达

①版面设计及表现形式

②建筑制图规范

①中国传统造型艺术“留白”

②精雕细作和精益求精的大国工匠精神

①民族艺术

②职业观

③系统思维

(1)幼儿园设计概述

讲解幼儿园建筑的产生与发展历程,由早期的满

足物质需求转向新时期的精神需求。

幼儿园建筑是 3 ~ 6 周岁学龄前儿童学习、生活、

娱乐的空间承载。 早期国内幼儿园设计对儿童的潜

在心理需求关注较少,空间构成单一呆板,儿童在其

中的生活单调乏味。 随着时代的进步,素质教育成为

现代化基础教育的核心任务,幼儿园呈现出动静分

明、尺度宜人、自然亲切的设计趋势,使幼儿在其中可

以解放天性、与环境自由对话、身心愉悦,真正成为幼

儿的乐园。 通过幼儿园建筑发展历程的讲述,使学生

了解我国改革开放之后,经济基础和上层建筑领域的

·134· 福 建 建 筑 2022 年

剧烈变化,以及由此引发的幼儿园建筑设计从粗犷到

精细、从物质到精神的变革。 作为设计者,应该客观

地认识事物发展规律、满足时代的需求,勇于创造适

合中国幼儿未来发展的建筑空间。

(2)场地分析与总体布局

对基地环境进行总体分析,包括宏观层面的历史

文化、风貌、气候;中观层面的基地、周边的人工环境

与自然环境现状;微观层面的景观、地形、地质、道路

交通,在此基础上进行场地流线及总体布局设计。

重点讲解中国传统建筑环境“ 天人合一” 的理

念。 古人处理建筑与环境的关系,不是对大自然的强

势控制,而是以一种亲和谦逊的和谐共存,交相辉

映[8]

。 历代文人墨客常在诗词文章有所描绘,如唐王

勃的 《滕王阁序》:“层台耸翠,上出重霄;飞阁流丹,

下临无地”;唐杜甫的《草堂绝句》:“窗含西岭千秋

雪,门泊东吴万里船”;宋欧阳修的《醉翁亭记》:“峰

回路转,有亭翼然临于泉上者,醉翁亭也。”诸如此类

的众多名篇佳作,留传千古,比西方著名建筑师赖特

的有机建筑论早了上千年。 其次引入“绿色场地设

计” ,学习习总书记提出的“ 绿水青山就是金山银

山”的生态理念,关注对自然资源的高效利用,重点

介绍建筑节地、节水、节能、环保的有效措施,如建筑

的朝向、自然通风、自然采光、绿色建材等,树立学生

的环境保护意识。

(3)方案构思

讲解建筑方案构思的方法,需有清晰、简练、明确

的设计主题,使建筑作品脱离呆板与平庸,具有强烈

的情节性和感染力。

以一些著名的新中式建筑为例,重点讲解地域传

统文化的现代转译方法与途径。 如中国美术馆象山

校区“面山而营” 的差异性院落格局;苏州博物馆中

马头墙、假山叠石等传统元素的简化与抽象;上海九

间堂中水景与建筑实体及植物之间的虚实穿插对比。

使学生掌握地域建筑“形” 与“意” 的逻辑关系,从而

摆脱千篇一律方盒子式的国际化创作模式,体会“民

族的才是世界的”。 结合 VR、BIM、新能源、人工智

能、大数据等新理念与技术,使空间既保留传统建筑

的韵味,又符合现代建筑的使用需求,使学生树立良

好的地域建筑设计观,以地域条件和资源为建筑构思

源泉,提升本土创作能力。

(4)空间与流线组织

讲解幼儿园建筑的空间功能、空间形式、空间组

合及流线的组织。

强调建筑空间的人性化设计,讲解“以人为本”的

设计理念,宣扬公平、可持续的价值观。 建筑师在设计

中,应关怀社会中不同群体的生活方式多样性,尤其是

幼儿、老年人、行动不便者的空间使用需求。 在本次幼

儿园建筑设计中,引导学生深入调研,细致观察,了解

幼儿的生活习性及身心发展规律,设计有利于儿童认

知活动的建筑空间,培养学生的人文关怀和社会担当。

如空间形态变化多样,像蘑菇、魔方、城堡、积木等,激

发儿童的好奇心,引导他们从视觉、听觉、触觉等去感

知世界;针对此次新冠疫情的反思,设计丰富的室内外

活动场地,促进幼儿活动,强身健体,磨练坚强的意志

品质;在屋顶设置可供种植和采摘的场地,使幼儿在认

知与劳动体验中懂得珍惜粮食。

(5)结构选型与建造

讲解建筑的空间建造的构成要素,砖混、框架、剪

力墙、空间结构的基本原理及适用范围。

重点讲解中国传统建筑的结构、材料及建造优

势。 中国传统的木构架的特点,为荷载由立柱及梁枋

承担,墙体为非承重构件,很早就实现了建筑空间的

自由流动,与现代梁柱框架结构极为相似,同时具有

良好的抗震性能,做到“墙倒屋不塌”。 幼儿园建筑

一般层数不高,根据其使用特点及安全需求,通常选

用钢筋混凝土框架结构,其主要优点有:自重轻、节省

材料,具有一定的柔性,有利于抗震;可以很好地配合

建筑平面的灵活布局,利于安排较大使用空间(如音

体活动室、舞蹈室、美术室等)的建筑结构;梁、柱、墙

等构件易于标准化、定型化,便于采用预制装配式,以

缩短工期。 如 2020 年面对新冠疫情,我国火速建起

了火神山与雷神山两座医院,采用预制装配式建造技

术,从正式开工到验收移交仅用时 10 d,是“中国速

度”的最优答卷。

(6)建筑表达

讲解建筑成图的版面设计、建筑表现技法及制图

规范。

中国传统造型艺术讲究抽象含蓄、大胆取舍,画

面上大块留白,给予观赏者想象和再创造的空间。 在

建筑图纸的版面设计中,可以借鉴中国传统艺术表

达,用“白”的虚来衬托画面的主体,避免各类图纸的

堆砌,达到主次分明、虚实得当的自然和谐之美。 建

筑表现技法,是建筑师用来表达设计方案与创作意图

的重要手段。 早在清代,我国的“样式雷” 家族就利

用烫样这一模型制作技艺来表达建筑布局与空间形

象。 老一辈建筑师通常用鸭嘴笔、彩铅、钢笔、碳铅

2022 年 08 期 总第 290 期 申红田,马归民,李 敏·建筑学设计类课程的思政改革研究 ·135·

笔、水粉、水彩等进行手绘表现,工序严谨繁杂,饱含

着他们对建筑行业的敬畏、情怀、坚守及责任。 而现

代建筑设计教学中, AutoCAD、 PhotoShop、 3D Max、

Sketchup、AI、Lumion、BIM 等软件成为了建筑表现的

“新宠”,甚至过于依赖软件而忽视了设计本身,这其

实是一种本末倒置的做法,不利于学生创作思维的培

养。 因此,鼓励学生在低年级(大三之前) 尽量用手

绘表现和建筑模型表达,根据课程进度制作“草图模

型”“工作模型” 和“成果模型”,帮助学生直观理解

“空间与功能”“空间与结构”以及“建筑与场地环境”

之间的关系。 同时,学习大国工匠精雕细作与精益求

精的专注精神,做到吃苦耐劳,坚守理想,具有团队精

神。 没有规矩不成方圆,建筑图纸中的所有图元需要

用一定的规律去组织整理,才能清晰、准确、高效地传

达设计信息。 通过对建筑制图规范中图幅、线型、尺

寸标注、文字说明、常用图示、绘图比例等方面知识的

讲解,培养学生严谨、执着的行业态度。

3. 3 课程思政的教学组织改革

(1)单元式启发教学

按照建筑设计的步骤,组织由浅入深的学习单

元,通过抛出问题、寻求合理解决途径,引导学生深入

思考。 如幼儿园的使用人群有哪些? 为什么通常为

低层建筑? 为什么建筑色彩丰富? 让学生通过实地

调研与查阅资料,探寻幼儿园特定使用人群的空间、

功能、流线、造型需求。

(2)重视互动教学

在教学中注重“教”与“学”的互动衔接,充分发挥

教师的引导作用,激发学生的学习主动性。 如采取随

机提问、小组辩论、学生互评等研讨式教学方式,对设

计要点进行强化学习。 在实地调研中,教师跟随引导

讲解,共同拍照、丈量基本尺寸、绘制草图,形成第一手

资料。 要求学生以 3 ~ 4 人为一组,对调研成果进行总

结汇报,教师点评加学生互评,活跃课堂氛围,提高学

生专注度,同时锻炼学生的团队协作及沟通表达能力。

(3)教学手段多样化

在传统课件的基础上,整合互联网与信息技术的

新型资源,引入虚拟仿真、视频动画、场景漫游等手

段,对幼儿园建筑设计的基本原理进行深入展示,使

学生更加直观地进行认知学习。 课下为学生提供丰

富的参考资源:电子书刊杂志、建筑设计论坛、建筑设

计公众号、慕课、爱课程等,实现优质资源共享,拓展

学生对方案认知的深度与广度(图 1)。 另外,借助学

习通及雨课堂随机提问、在线评图、发放知识点视频

等网络教辅手段等,为课堂教学做有益补充。

图 1 超星学习通中丰富的学习资料

(4)以赛促学

在课程中引入学科竞赛的内容,鼓励学生个人

或组团参加设计内容要求相近的各级竞赛,并将竞

赛的图纸设计和成绩纳入学生的总成绩中。 获奖的

同学除了能够收获荣誉及物质奖励之外,在学院的

评优评先中也会优先考虑。 这种模式充分调动了学

生的学习兴趣及竞争意识,培养学生吃苦耐劳、精益

求精的职业精神[9]

。 组团参赛的形式,也有利于培

养学生的组织能力和团队精神,提升学生的综合素

质,如图 2 所示。

·136· 福 建 建 筑 2022 年

图 2 学生参加“紫金奖”建筑及环境设计大赛

(5)完善课程评价体系

在最终的教学成果评定中,摒弃以往单纯以学生

最终图纸质量为依据的方式,采取小组加个人的多元

评价方法,对课程笔记、实地调研、报告汇报、设计草

图、竞赛训练等多个环节进行综合评定,落实以学生为

中心、成果为导向、过程性评价、持续改进的教育理念,

将学习效果评价扩展至人文素养、职业精神、社会责任

感等多个维度,激发学生学习的内生动力。

4 结语

实践两个周期之后,《建筑设计二》 课程教学内

容明显生动丰富,学生的学习积极性被充分调动,参

与度明显增强,学生对专业知识有了更深入的掌握,

同时塑造了学生的人生观、价值观、职业观,达到了课

程思政“润物无声” 的育人目标。 对于任课教师来

说,课程思政的建设也是一个思想道德的自我提升过

程,使教师更加坚定了民族自信、制度自信和文化自

信。 我们将继续完善《建筑设计二》课程思政的建设

机制,拓展思政资源,培育课程思政团队, 不断凝练

经验与成果,对建筑学设计类课程形成一定的参考

意义。

图片来源:

图 1:作者平台建课截图;

图 2:学生参赛作品。

参 考 文 献

[1] 王俊淇,李翠敏,周波,等. 建筑环境与能源应用工程的

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(07):138 - 142.

[2] 王薇,王甜,左丹. 建筑学专业思政元素融入专业课程的

建设实践研究[J]. 城市建筑,2020,17(28):124 - 126.

[3] 刘圆圆. 五年制建筑学本科建筑设计系列课思政教学研

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[4] 庄敬宜,张娜,曲亮. 应用型高校建筑学专业实践课程与

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[5] 朱星平. 建筑设计类课程融入社会主义核心价值观教育

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[6] 何韶颖,蒋嘉雯. 深度学习理论下的城市设计系列课程思政

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[7] 岳华. 《建筑设计入门》课程思政的探索与实践[ J]. 华

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[9] 虞丽娟. 从“思政课程” 走向“课程思政” [N]. 光明日

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2022 年第 08 期

总第 290 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 08·2022

Vol·290

地域性导向下建筑设计课教学改革策略探究

唐洪流 吴晓龙

(厦门大学建筑与土木工程学院 福建厦门 361005)

摘 要:当今,中国建筑的国际性正在逐渐取代地域性,具有地域文化特征的城市和建筑正在逐渐衰退和消失。 在这

种背景下,文章反思培养建筑师人才摇篮的中国建筑教育,分析厦门大学建筑与土木工程学院建筑设计课强化地域性

教学的必要性和可能性,结合教学实践,进一步探索强化地域性教学改革的策略,为学生将来走上工作岗位,创作出更

多既有时代精神,又具有本土特色的建筑作品打下良好基础。

关键词: 建筑设计课;地域性;必要性;可能性;改革策略

中图分类号:G420 文献标识码:A 文章编号:1004 - 6135(2022)08 - 0137 - 05

study on teaching reform strategy of architectural design course under regional orientation

TANG Hongliu WU Xiaolong

(School of Architecture and Civil Engineering ,Xiamen University,Xiamen 361005)

Abstract:In today?s China state construction international is gradually replacing regional, city and architecture with the regional cultural

features under the background is gradually decline and disappear, the architect reflection training talents cradle of Chinese architectural education, analysis of xiamen university, college of architecture and civil engineering construction design class teaching and the necessity and

the possibility of strengthening regional, Combined with the teaching practice, further explore the strategy of strengthening the regional

teaching reform, which will lay a good foundation for the future architects to create more architectural works with both the spirit of The

Times and local characteristics.

Keywords:Architectural design course; Regional; Necessity; Possibility; Reform strategy

作者简介:唐洪流(1963 - ),男,副教授。

通讯作者:吴晓龙(1997 - ),男。

E-mail:1330938831@ qq. com

收稿日期:2022 - 01 - 04

0 引言

随着对外开放和城镇化进程加快,中国成了世界

上最大的建筑工地,国外设机构纷至沓来,中外建筑

师博弈的局面已经形成。 建筑思潮和先进技术的涌

入,建筑设计越来越趋于“全球化”,建筑的国际性逐

渐在取代地域性,具有地域文化特征的城市和建筑正

在逐渐衰退和消失。 在这种背景下,怎样处理好全球

化与地域性的关系,怎样传承和创新地域建筑文化,

成为当代中国建筑师的使命。 建筑师的素养是影响

建筑创作品质的根本因素,而作为培养建筑师人才摇

篮的中国建筑院校,又怎样给出自己的答卷。

吴良镛教授在《北京宪章》中明确指出:“建筑学是

地区的产物,建筑形式的意义来源于地方文脉,并解释

着地方文脉……现代建筑的地区化,乡土建筑的现代

化,殊途同归,推动世界和地区的进步和丰富多彩。”

[1]

在建筑设计教学中,加强地域性教育,可较早树立学生

的民族文化自信心和地域建筑创作观,培养学生构思

的原创性,为将来走上工作岗位创作出更多既有时代

精神,又具有本土特色的建筑作品打下良好基础。

1 建筑设计课强化地域性的必要性和可能性

1. 1 建筑设计主干课的龙头作用

建筑设计课贯穿建筑学五年的整个教学过程,是

建筑学专业最重要的一门主干课程。 其学时长,学生

除了课堂上学习的时间,还必须花费大量课外时间学

习。 建筑设计课是对学生创作思维和创作能力的培

养,在这样一门专业主干课中,加强地域性问题的学

习和研究,有助于培养学生对地域文化、环境的认知

和兴趣,以及对建筑与文化、建筑与环境的关系的认

识,训练学生创作地域性建筑方法和能力,使他们自

觉形成地域建筑的创作观。

1. 2 办学地域特色的具体体现

2021 年统计,全国设置建筑学本科专业的院校

303 所,其中有 71 所院校通过建筑学专业本科教育评

估。 全国建筑学专业指导委员会面对当今的教育形

·138· 福 建 建 筑 2022 年

势,积极鼓励各高校根据所处的地区,办出自己的特

色。 厦门大学建筑学专业于 2003 年 5 月通过本科教

育评估,评估组对专业依托厦门经济特区,依托厦门

大学综合优势办学特色,给予了充分肯定。 在当下新

的历史时期,进一步加强办学特色,根据所在地区的

自然、文化、社会、经济等因素,探索形成建筑学与其

他学科背景相结合的建筑教育体系,形成跨学科的优

势势在必行。 建筑设计主干课的地域特色,是建筑学

办学特色的具体体现,建筑设计课的地域性是建筑学

专业理论课、技术课地域性知识,以及其他学科地域

性知识的综合运用[2,5]

。

1. 3 建筑设计教学的无根性

中国近现代建筑教育体系受“布扎”教育体系影

响巨大,不仅改变了中国建筑知识的传承方式,而且

也影响了教育者对传统建筑文化观念的认知。 长期

以来,建筑设计教学关于主体性的认知比较模糊,对

于传统建筑的认知不是很清晰。 建筑设计的目标,是

解决人如何诗意地栖居,除应满足人生存空间所需求

的基本物理空间属性外,还在于寻求其文化属性。 建

筑设计教学目的是培养设计人才,设计人才创造力培

养根本意义在于有根可寻,且能自成体系,只有从传

统文化土壤中生长出来的本土教育体系,才能对世界

作出贡献[4]

。

1. 4 传承和创新地域建筑文化的需要

地域性是指特定地域空间所具备的鲜明特性和

领域属性,也体现在因地制宜、因人而异、因时而变。

每一个地区都有自己的地域性。 环境、气候、文化的

不同产生了传统的地域建筑但新的建筑千篇一律,忽

略了建筑的地域性,建筑师没有对地域建筑进行系统

的学习和研究,对新建筑的地域性缺乏创作的思考和

训练,这也表明培养地域设计人才的迫切。

综合上述,建筑设计课强化地域性是非常必要

的,是建筑教育大势所趋。 那么厦门大学建筑与土木

工程学院建筑设计课教学强化地域性的可能性体现

在哪里呢?

厦门地处我国东南沿海,具有非常独特的地域

性。 自然环境方面,厦门属亚热带海洋性季风气候,

温和多雨、冬无严寒、夏无酷暑,地形以滨海平原,台

地和丘陵为主,阳光、海水、沙滩、海风、岛屿、山林等

呈现了多元而广阔的场景。 人文方面,厦门属闽南文

化圈,有南音、高甲戏、歌仔戏、漆线雕、功夫茶、闽南

方言、中秋搏饼等,地域文化丰富,历史名人众多。 建

筑文化方面,有世界文化遗产鼓浪屿国际社区、中山

路历史文化街区、厦港沙坡尾避风坞历史街区、闽南

红砖大厝、嘉庚风格历史建筑、南洋风格历史建筑等。

这些地域性的特色,为建筑设计课的选题提供了丰富

的背景和资源。

厦门大学是一所教育部直属的综合性重点大学,

被誉为“南方之强”,学校具有“侨”“海”“台”“特”的

办学特色,综合实力强、多学科交叉、人文底蕴厚重,

依山傍海的百年校园已建设成为中国最美的大学校

园之一。 厦门大学建筑学专业依托厦门大学和闽南

地域优势,弘杨闽南建筑文化以及培养特色建筑人才

方面具有先天优势。 因此,实施契合地域性的教学思

路是建筑设计教学工作的灵魂所在。

2 现状建筑设计课教学的地域性缺失问题

2. 1 课程选题涉及地域性的较少

长期以来,受西方现代建筑的影响,教师的选题

较多侧重各种类型建筑本体的设计,关注建筑的功

能、造型、空间等方面设计,任务书场地的选择往往比

较概念和抽象;而学生更多从建筑自身的逻辑进行思

考、设计,缺乏对场地环境的真实体验,缺乏对地域文

脉的认知。 这样教学方式是有偏颇的,剥离了建筑设

计应具备的社会、时代和地域属性。

2. 2 各年级设计课地域性课题缺乏统一安排

近年来,某些设计课题有一定的地域性倾向,但

设计过程对现场调研分析不够深入,对地域文化的影

响不够重视,更重要的是总体的计划不够系统和全

面,没有针对 5 个年级进行统一有机安排地域性课

题,对各年级涉及地域性课题的规模、内容、形式等缺

乏认真分析研判。 这说明,教师对于建筑设计主干课

地域性的重要性还没有足够的认识。

2. 3 相关地域性的资源没有和设计课对接上

相关地域性的建筑学专业理论课、技术课和学校

人文学科的课程没有针对性的与设计课对接,真正成

为设计课有效支撑。 学院的地域创作和研究工作室

资源未得到很好的利用,本土优秀建筑人才没有参与

到设计课教学之中,与设计课地域性教学相关的活动

拓展不够。 这一系列问题,都是我们必须进行认真反

思并尽快加以改进的。

3 建筑设计课地域性教学改革探索策略

3. 1 统一而多样的地域性设计选题

要树立学生地域建筑创作观,必须经过连续系统

的设计课题训练,合理有机安排选题计划。 在 5 个年

级的设计课教学全过程中,安排统一而多样的地域性

设计选题。 统一是指纵向一至五年级地域性设计课题

2022 年 08 期 总第 290 期 唐洪流,吴晓龙·地域性导向下建筑设计课教学改革策略探究 ·139·

的统一计划安排,课题规模可以由小到大,内容由浅到

深,形式由简单到复杂。 多样,是指横向在同一年级的

设计课题可以多个选择,针对不同的地域性问题。

结合现有设计课选题,增加地域性选题。 每个年

段都有涉及地域性问题,充分利用闽南地域的自然环

境和人文环境展开课题,从地域性建筑的认知、环境

气候的适应、地域文化的表达到存量设计等方面,如

表 1 所示[5]

。

表 1 建筑设计课地域性选题

年级 选题 侧重点

一年级

传统闽南民居造型与空间等解析

(选择典型闽南红砖民居)

建筑局部

侧重地域性认知、入门

二年级

茶室、民宿等建筑

(选址滨海、湖畔、山林等)

小型建筑单体

侧重地域环境、气候适应

三年级

乡土博物馆、艺术馆等文化建筑

(选址老城街区、渔港、闽南乡村等)

中小型建筑单体

侧重地域文化学习和表达

四年级

高层、大跨建筑

(选址闽南地域风貌协调区)

中大型建筑单体

侧重地域性现代表达

五年级

闽南公共建筑综合体、闽南历史文化街区保护及更新

(专题研究和毕业设计)

群体建筑

侧重闽南地域性存量设计

3. 2 注重培养学生地域性设计理念和技能两方面

长期以来,建筑设计课只注重设计能力的训练,

却忽略了观念的培养,导致创作中技法有余而内涵不

足、心智枯竭、缺乏后劲。 实际上,正确的建筑理念的

培养是至关重要的,其关系到学生的创作根本和源泉。

因此,建筑设计教学不仅是要培养设计技能,更重要的

是通过相关地域性课程的配合,树立正确的地域建筑

观念,为日后的不断学习与创新奠定扎实的根基[6]

。

3. 3 重视建筑设计课设计过程的地域性学习研究

要转变设计课的教学方式,关注的重点从最后的

设计成果转到设计过程上来,设计过程包括课题讲

解、现场调研分析、构思立意、方案草图、成果表达、设

计评图等阶段,涉及地域性的课题内容较多,现场调

研分析阶段要花费更多的时间和精力,环境、气候、地

形、人文需要全面调研分析,方案构思立意和方案草

图阶段应有一些地域性问题专题讨论交流,设计评图

阶段要依据选题的侧重点,对设计成果表达与地域性

结合紧密的方案给予肯定。

3. 4 相关地域性课程的辅助

建筑设计课的地域性知识,是建筑学专业理论课

和技术课地域性知识,以及其他学科地域性知识的综

合应用。 首先,要使学生从理论高度认知建筑的地域

性,理论课教学应由浅入深梳理地域建筑理论体系。

其次,在技术课教学环节增设地域性教学内容,如本

地建筑对环境气候的适应性,本地传统建筑的建造工

艺、地方材料、建造逻辑等,拓展学生地域性视野,引导

他们依托厦门大学人文学科优势,选修历史学、民族

学、社会学、人类学相关领域涉及地域性的课程[7]

。

3. 5 推进信息技术、数字技术与设计课地域性教学

深度融合

信息技术和数字技术为设计教学带来了变革的

机遇。 近几年,在学校的大力支持下,建筑学院已经

建立了信息技术和数字技术平台,包括 VR 可视化实

验室、智慧信息教室、机械臂实验室、3D 打印模型实

验室,但这些平台一直未得到有效利用。 设计课教师

要充分利用好这一系列现代化技术,与设计教学进行

深度融合。 运用 VR 技术,可以使方案构思变得更加

立体、直观,学生可以在虚拟的三维空间中进行动态

和多角度的空间造型研究,以及外部造型和内部空间

关系的研究,提高创造能力和思考能力;智慧教室可

以将每一台学生的电脑和公共大屏幕链接,非常适合

设计课分组交流讨论和全班的评图交流;3D 打印则

可以实现设计过程方案和设计成果的立体表达。 这

些技术平台对于设计课的教学应起到非常好的辅助

作用,使建筑设计具有巨大潜力,拓展学生的建筑认

知方式,改变其设计思维,提高设计效率,丰富设计

表达。

3. 6 工作室对设计课的支撑作用

厦门大学建筑系经历了 30 多年的发展,形成了

一批闽南地域性建筑研究和创作的工作室,积累了丰

硕成果,大量的作品获奖和建成,也有许多项目还在

研究之中,包括闽南红砖建筑研究,闽南新地域建筑