橋梁工程本科畢業設計思考

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摘要：畢業設計是橋梁工程本科生專業能力鍛煉的關鍵性環節。對橋梁畢業設計的概況進行介紹，結合近幾年畢業設計存在的主要問題進行分析，提出了改進畢業設計質量的一些建議，包括加強教師團隊建設、改進成績評價體系、嚴格進行過程控制等，對推動橋梁工程畢業設計教學改革具有參考價值。

關鍵詞：橋梁工程；畢業設計；方案比選；實踐教學

橋梁工程畢業設計是橋梁工程專業學生大學階段最后一個綜合性的實踐教學環節[1]，是對學生的4年本科專業學習效果和解決工程問題能力的全面檢查。近年來，國內已有一些高校開展橋梁工程畢業設計相關研究。張鵬等[2]在深入分析影響畢業設計質量因素的基礎上，從畢業設計的時間安排、選題、過程管理、學生主觀認識及指導教師隊伍建設等方面提出了該專業本科畢業設計的質量控制措施。魏標等[3]提出了一種基于網絡教學平臺的畢業設計指導方案，能提高學生的自學能力、解決問題能力、創新能力。趙秋等[4]提出了深化畢業設計教學改革的新舉措，以便有效提高橋梁工程方向畢業設計的質量。王榮霞等[5]根據國內高等工科院校的教育特點，結合國際全新的工程教育理念和實施體系，研究并探討了培養和提高學生的工程能力的教學改革途徑和方法。劉小燕等[6]采用“四階段”教學法，開展激發“三潛”教學實踐，充分調動了學生的學習積極性。景天虎等[7]引入交通土建行業技術工作管理制度，以及創新畢業設計指導模式，強化了畢業設計工作進度控制的力度與效力。通過畢業設計環節的鍛煉，學生不僅對4年本科所學的專業知識進行全面復習與回顧，能提高解決實際工程問題的綜合能力，為后續從事專業技術工作打下堅實的基礎。以下筆者對近年來所指導的畢業設計情況進行分析，并結合兄弟院校的相關經驗，分析目前我國橋梁工程專業的畢業設計所存在的普遍性問題，并對這些問題進行探討，提出個人的一些見解，以期與兄弟院校的同行進行交流，共同提高畢業設計的質量。

一、橋梁工程畢業設計的主要內容

近三年來畢業生選擇橋梁工程進行畢業設計的學生數在30～50人之間，一般分為四個小組開展畢業設計工作，每小組有一名指導教師。畢業設計題目所涉及的橋型主要有：預應力混凝土空心板橋、預應力混凝土簡支梁T梁橋、預應力混凝土連續T梁橋（先簡支后連續）、預應力混凝土連續剛構T梁橋（含剛構-連續組合梁橋）、預應力混凝土連續箱梁橋、預應力混凝土連續剛構箱梁橋、鋼筋混凝土箱拱橋。這些題目多為混凝土直線橋，已有少量的混凝土彎橋、斜橋和斜彎橋。四個小組的選題（畢業設計的橋梁類型）一般略有差異。在開展畢業設計之前，各位指導教師先下達本小組的畢業設計任務書，內容主要包括：1.所設計橋梁的技術標準（含橋梁寬度、荷載等級、設計使用年限等）；2.橋址處的地形、地質、水文、氣候等基礎資料，同時提供跨河橋梁的通航等級、航道位置，以及被交叉道路的等級和橋梁周邊的建筑物坐標等。同時，指導教師下達本組的畢業設計指導書，對本組學生的畢業設計可能涉及的內容，進行全面的指導。任務書一般要求學生根據所提供的基礎資料，進行以下工作：1.橋梁的平面、縱斷面的線型設計；2.進行橋梁方案比選，提出推薦方案，進行推薦橋型的詳細總體布置圖的繪制工作；3.進行推薦橋型的結構分析計算工作，提交詳細的計算報告；4.繪制推薦橋型的上部結構、下部結構的主體部分的構造圖、配筋圖；5.進行橋梁附屬結構（含橋梁伸縮裝置、支座等）的設計工作；6.形成畢業設計論文，提交給指導教師和評閱老師批改，修改完善后提交知網進行工作；7.編制橋梁設計說明及其它相關圖表，整理成冊；8.進行答辯前的資料準備，制作相關匯報材料。

二、畢業設計存在的普遍性問題

（一）缺乏概念設計理念，總體布置能力較弱。橋梁方案設計是橋梁工程設計的重要環節。在實際工程中，不合理的設計方案將被拋棄，后續的設計工作可能白費功夫。因此，應重點訓練學生利用現有的技術標準、基礎資料，進行合理的橋梁方案比選工作,至少進行兩個橋型的比選（或相同橋型但跨度不同），通過對不同方案的合理性、施工難易度、工程造價、美觀等方面進行綜合比較，提出推薦方案。從近年筆者所指導的畢業設計情況看，畢業生普遍存在以下幾個問題：缺乏總體設計的概念，所布置的橋梁跨度和橋梁高度明顯不匹配，橋梁方案細節存在較多嚴重的不合理問題，如錐坡占用國省道或河道，橋墩影響行車視線，橋下凈空不足，橋墩占用航道等；對常用橋型（如預應力混凝土梁橋、混凝土拱橋等）的適用條件理解不夠，如我國中小跨徑的橋梁多采用先簡支后連續的等截面混凝土梁，混凝土拱橋一般用于地質條件較好的橋址，然而一些學生在中小跨徑橋梁采用變截面的混凝土箱梁方案，在軟土地基處選用有推力的混凝土拱橋方案；對常用橋型的經濟跨徑、合理的構造尺寸、常用的施工方法等缺乏全面的了解，所設計的截面尺寸與工程實際差距較大，存在明顯的不合理；對不同方案的優缺點的綜合分析的能力普遍較弱，往往提出不合理的推薦方案。（二）基礎知識不扎實，對橋梁的構造不熟悉。目前大部分學生對橋梁構造的認識多來自教材中的圖形，這些圖形一般只有一張照片，或一張立面圖，無法讓學生了解其中的詳細構造。一些教師在課堂教學時，多側重于教材中的基本原理、計算公式的推導或講解，而對常用橋梁的關鍵構件的構造和功能等，往往重視不夠。大部分學生在制圖時，往往抄襲一些設計院的圖紙，但對于如何進行構件的截面構造設計仍不得而知，如工程中常用T梁為什么在截面的下緣設置馬蹄；為什么不宜在截面的轉折處出現銳角；除了滿足結構受力的要求，T梁的翼緣板、腹板、馬蹄的構造尺寸還需要滿足哪些構造要求；預應力鋼絞線的預埋孔道尺寸與間距等。大部分學生在進行橋梁下部結構設計時，對下部結構中支座墊石尺寸和厚度的確定、蓋梁和臺帽寬度的取值、墩柱與蓋梁、承臺的連接構造、擴大基礎的襟邊、樁基礎的樁底沉渣厚度要求等，缺乏基本的認識，因此所畫出來的設計圖存在非常多的合理性問題，需要畢業設計指導教師逐一解釋并指正。其它如超高段橋梁橫坡設計和鋪裝厚度的控制，以及附屬結構（如錐坡等）的細節設計等，均存在類似的問題。由于學生在相關課程學習時，所掌握的基礎知識較為薄弱，因此在畢業設計環節感到困難重重，無從下手。（三）軟件學習占用時間太長，影響進度。我國橋梁設計單位常用的結構分析軟件有：GQJS、橋梁博士、韓國的MIDAS/Civil等。這些計算軟件提供了很好的用戶界面，非常適合于初學者學習。然而，由于橋梁電算課的課時偏少，一般只要求學生做一個簡單的算例，因此大部分學生對這些軟件中各模塊的功能和使用方法的了解還較為粗淺，仍存在非常多的疑問。在畢業設計階段，學生要進行一座橋梁的全面分析計算，需要選擇合理的計算模型，并考慮橋梁在施工過程中邊界條件的變化、結構受力體系的轉換，以及各種復雜的荷載工況。由于前期所學的基礎知識不夠扎實，很多學生在畢業設計階段明顯感到力不從心，在畢業設計開始后相當長的一段時期，他們花費較多時間在學習各種橋型的建模視頻，影響了整個畢業設計的工作進度。因此，筆者建議適當增加橋梁電算課的課時，指導教師在這個階段宜選用一種軟件，對一座相對簡單的橋型（如先簡支后連續的連續T梁橋）的結構分析過程進行詳細講解。在講解過程中，除了詳細介紹軟件的使用方法之外，還要講解桿系有限元建模需要注意的問題（如在不同施工階段結構的邊界條件和體系轉換等），重點要講解如何發現和解決建模過程中容易出錯的細節。在學生的分組學習過程中，可以讓小組內的一部分學生采用手算，另一些學生采用電算，并將施工各階段的計算結果進行詳細比對。通過橋梁電算課系統的學習與交流，學生對結構計算軟件不再陌生，且對手算和電算都比較熟悉，在畢業設計階段能盡快進入狀態，從而能騰出較多時間進行施工圖的設計工作，從根本上提高畢業設計的質量。（四）計算書存在問題較多，邏輯性較差。實際工程中，橋梁計算書是橋梁工程設計的重要存檔資料，對于橋梁工程專業的學生而言，計算書也是橋梁畢業設計的重要內容之一。計算書的內容一般要體現以下內容：工程概況；技術標準；構件所采用的材料和物理力學性能；全橋的施工工藝、施工方法和施工過程的描述；有限元建模方法（包括詳細的施工階段劃分和邊界條件的處理）；每個施工階段（從第一施工階段到成橋階段）的內力計算結果和驗算結果，以及所對應的荷載工況；運營階段的承載力能力極限狀態和正常使用極限狀態的內力組合結果和驗算結果，以及最不利的荷載工況在什么情況下出現等；所有步驟的驗算均要提出具體、明確的驗算結論（通過還是通不過），并詳細說明是采用了哪個現行規范的條文進行判別。我國道路與橋梁工程專業的主干課程有：橋梁工程、地基與基礎、土質學與土力學、混凝土結構設計原理等，這些課程內容相對獨立。在橋梁課程設計環節，指導教師一般只要求學生完成一座簡支梁的上部結構的設計計算。然而，在畢業設計階段，學生需要結合現行的橋梁設計規范，對橋梁的構造細節開展詳細的施工圖設計；在結構分析方面，學生要完成全橋結構（包括上部結構、下部結構、附屬結構等）的計算分析，還要結合每種橋型的特點，開展施工全過程的計算分析，以及使用階段的結構安全性和適用性的驗算。因此，要求學生具有較為扎實的基礎知識，且具備綜合應用相關課程知識的能力，并對現行的橋梁設計規范有一定的了解。我國常用的結構分析軟件如橋梁博士、MIDAS/Civil等，提供了橋梁構件承載力驗算的功能模塊，能直接輸出構件的承載力是否滿足現行橋梁設計規范的要求，在一定程度上減輕了橋梁工程師的計算工作量。然而，這些軟件仍存在一些不足，比如MIDAS/Civil能采用判別的方式（即是否通過驗算）提供各構件的抗彎承載力的驗算結果，但未對受彎構件的受壓區高度是否符合規范的要求進行判別，因此很可能出現一些構件的承載力足夠，但這些構件為超筋梁的情況，實際上并不符合現行規范的要求，卻誤判為符合規范的要求。由于學生的基礎知識積累不夠，在橋梁工程課程設計環節所接受的訓練不夠系統、不夠全面，且對常用的結構分析軟件的認識也不夠深入。因此，大部分學生在畢業設計環節所提供的計算書，存在較多明顯的紕漏，主要反映在以下幾個方面：所建立的模型與所設計的施工工序不匹配，內容不一致；對程序的輸出結果是否正確的判別能力不足，驗算內容也不完整；盲目打印一大堆驗算表格，但對這些表格未進行合理的歸納、分析、總結，所提出的驗算結論難以讓人信服；表達不清楚，相關內容不對應，整本計算書的邏輯性、可讀性均較差；計算書的內容組成、排版雜亂無章，圖表字體不一，甚至出現大量截圖等。（五）制圖能力差，修改工作量大。圖紙是工程技術的語言。實際工程中的橋梁施工圖一般包括以下內容：設計總說明、目錄、工程數量表、橋型總體布置圖、上部結構梁板的設計圖（含構造圖、鋼筋布置圖、預應力鋼絞線布置圖等）、下部結構設計圖（含蓋梁、臺帽、墩臺身、擴大基礎或樁基礎等）、附屬結構設計圖（含橋面鋪裝、欄桿、支座及支座墊石、伸縮裝置、錐坡等）。施工圖的設計說明一般包括：項目的工程概況（含設計依據、技術標準、建設條件、主要材料等）；設計要點（含結構的總體布置、上下部結構的構造設計、附屬結構的設計、結構設計計算的相關參數取值、結構的耐久性設計要點等）；施工注意事項（含施工應遵循的規范、開展施工前應進行的準備工作、橋梁上下部結構的施工注意事項等）。橋型總體布置圖的立面、平面、側面宜符合工程圖紙三面投影的對應關系，體現全橋的總體布置情況；圖紙的比例應合理，圖面不宜出現大范圍的空白區域；標注能反映橋梁的總體情況就可以，不宜過多過細，細部構造的設計可通過后續的大樣圖進一步展現；標注的箭頭、線條應統一，并注意與結構的輪廓線進行區分，且一般不得交叉；同一類型的漢字或阿拉伯數字的字體大小應盡可能統一，文字與標注線留有空隙，不要與標注線重疊；圖中應附一些文字，對細節問題進行補充說明。其它相關圖紙也可參照上述方法進行繪制，應做到前后一致、表達清楚。大部分學生的畢業設計資料中，常見的制圖問題有以下幾個方面：設計說明往往抄襲往屆的畢業生資料，出現大量過時的規范，內容過于簡單，達不到對整個項目的設計進行全面介紹的效果；設計圖紙的圖面的安排不合理，出現大范圍的空白，一些構造圖的比例不合理，無法展現其中的設計細節；圖紙的格式混亂，未嚴格按照三面投影的制圖方法進行繪制，圖紙的立面、平面、側面互相不對應，無法反映出構件的全貌；圖中標注普遍不規范，箭頭長短不一，線條粗細不一，出現大量的交叉重疊，且與結構的輪廓線糾纏不清；對不同的構造，未采用不同的線型或線寬予以區分（如鋼筋配置圖中的輪廓線和鋼筋等），容易引起混淆；全套圖紙的邏輯混亂，未遵循先總體后局部、先上部結構后下部結構等編制原則，且一些構造的尺寸前后不一等。這些問題暴露了大部分學生的制圖基礎薄弱，在橋梁課程設計環節所受的訓練仍然不夠，因此影響了畢業設計的總體質量。

三、對橋梁工程畢業設計的幾點思考

（一）應重視教師團隊的建設。剛從高校畢業的年輕教師，很少有機會參與到實際工程的建設，其實踐能力需要提升。因此，一方面要積極引導年輕教師主動參與到實際工程的建設，從中積累工程經驗；另一方面要形成畢業設計指導小組，這樣既有利于教師之間的交流與互動，做到以老帶新，又能在小組內統一畢業任務的要求，避免不同教師之間的所布置的設計任務在難度方面差距過大，同時也有利于統一畢業設計的成績評判標準。（二）成績評價體系需要改進。盡管目前橋梁專業的畢業設計成果還存在非常多急需改進的地方，但從每屆學生的成績看，仍然有大量高分涌現，其主要原因在于目前畢業設計的成績評價體系不夠合理。目前本校的畢業設計成績由三部分組成：指導教師評閱成績、另一位教師的評閱成績、學生的答辯成績。這種做法雖然能給學生的畢業設計成果排排隊，但存在幾個方面的問題：缺乏對指導教師的工作質量的評價，不利于教師隊伍的成長；仍是校內教師對學生進行評價，存在很大的局限性，或者說校內教師認為不錯的畢業設計，可能與工程實際相距甚遠；每位教師的評價標準不一，所給出的成績差異性很大；不同答辯小組的評價標準不一，所給出的成績差異性很大；一些學生平時不努力，在畢業設計后期抄襲或套用同組的同學的成果，經過包裝后反而后來居上，輕易拿到高分等。在實際工程中，一座橋梁的設計圖紙在付諸實施之前，需要通過設計單位內部的層層把關，還有通過嚴格的施工圖審查（即本單位之外的專家團隊對設計圖紙進行審查），而不是僅僅依賴單位內部的評價。在施工過程中，如果圖紙存在明顯的質量問題，相關參建單位（如監理單位、施工單位）都會提出質疑，項目業主單位可能會采取一些措施對設計單位進行處罰，設計單位內部也有一些針對設計人員的處罰手段。也就是說，設計圖紙質量的提升，也不能僅僅依賴本單位內部的審查，更有效的措施是來自單位之外的壓力。目前學校也有一些對畢業設計進行檢查的制度，但所檢查的內容多停留在格式檢查的層面，比如資料是否完整、內容前后是否一致等，大多流于形式，效果一般。因此筆者認為，在條件具備的情況下，也可以考慮借助外部的力量起到促進作用，比如將一些畢業設計成果匿名送給多位設計單位的工程師進行評判，這些綜合評判成績不僅要成為學生的畢業設計成績的重要組成部分，也要成為指導教師工作質量的評判依據之一。對于完全脫離實際的畢業設計，要采取一票否決的機制。同時，學校要加強內部管理，探索新的教學管理機制，采取適當的措施對不同答辯小組、不同指導教師之間在評判標準方面的差異進行調整。（三）提前做好準備，加強過程控制。本校這幾屆畢業生普遍存在畢業設計時間很緊張的情況，這一方面由于畢業生的電算基礎較差，比如花費非常多的時間在軟件的學習，且操作很不熟練，嚴重影響了工作進度；另一方面，由于畢業生的設計圖、計算書等，不僅存在非常多錯誤，而且格式也比較混亂，大量修改甚至返工的現象較為普遍，間接增加了工作量，直接影響了畢業設計成果的質量。為有效提高橋梁專業學生的畢業設計質量，指導教師團隊首先要想辦法幫學生打好基礎，高度重視工程制圖、橋梁電算、橋梁課程設計、畢業實習等核心課程的教學工作，同時可考慮在第七學期末提前安排畢業設計題目，讓學生利用寒假時間充分收集資料，提前進入狀態。在畢業設計過程，原則上指導教師應每周對本小組的每位學生的進度情況進行檢查，及時發現問題并進行指正，盡可能讓學生在答辯前半月完成初稿，留出充分的時間對成果進行修改完善。

四、結束語

畢業設計是橋梁專業學生在本科階段非常重要的學習、鍛煉機會，對學生畢業以后的專業素質有直接的影響。近幾年來，福建工程學院橋梁專業教師在學生畢業設計環節較為重視，已積累了一些教學經驗，教學質量逐年提升。但在教學的過程中，也發現不少繼續解決的問題，因此今后還需要注意跟蹤橋梁專業學生的本科階段的學習動態，密切關注交通行業對橋梁畢業生的要求，及時有效地調整畢業設計的指導方法，為畢業生打下堅實的專業基礎。

作者:林上順 張祖柱 林 文 單位:福建工程學院