［摘 要］ 工程荷載是土木工程專業(yè)重要的基礎(chǔ)知識(shí)，其工程荷載設(shè)計(jì)方法的正確與否直接關(guān)系到工程結(jié)構(gòu)建造的安全性。然而，目前“工程結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計(jì)原理”大多僅是國內(nèi)研究生的專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程涉及“高等數(shù)學(xué)”“概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)”“理論力學(xué)”和“材料力學(xué)”等課程的相關(guān)知識(shí)，在土木工程本科教學(xué)中開設(shè)該門課程的較少。針對該門課程在土木工程本科專業(yè)中開設(shè)的必要性，從課程教學(xué)體系建設(shè)，包括面授對象、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教材選擇等方面進(jìn)行全面探討，并且針對課程教學(xué)建設(shè)的改革和創(chuàng)新等方面進(jìn)行深入思考，以期推進(jìn)土木工程專業(yè)的教學(xué)改革和完善人才培養(yǎng)模式，并有針對性地提出具體的改革措施和實(shí)踐方法。

［關(guān)鍵詞］ 工程荷載；可靠度；課程開發(fā)；課程建設(shè)

［基金項(xiàng)目］ 2023年度北京盈建科軟件股份有限公司教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目“土木工程BIM施工教學(xué)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)”（230804699185006）

［作者簡介］ 陳 宇（1987—），男，天津人，博士，中國民航大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院副教授，主要從事結(jié)構(gòu)工程研究；黃 信（1983—），男，安徽六安人，博士，中國民航大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院教授，主要從事結(jié)構(gòu)工程研究。

［中圖分類號(hào)］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 1674-9324（2024）27-0061-04 ［收稿日期］ 2023-09-20

引言

我國國土面積大、人口眾多，住房和交通基礎(chǔ)設(shè)施需求旺盛，這就促進(jìn)了我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展。近十幾年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施大規(guī)模建設(shè)，土木工程行業(yè)也踏入了蓬勃發(fā)展的快車道。隨著我國土木工程行業(yè)的快速發(fā)展，土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)范已從傳統(tǒng)的安全系數(shù)法過渡到基于可靠度理論的概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。1998年出臺(tái)了國際標(biāo)準(zhǔn)《結(jié)構(gòu)可靠性總原則》（ISO2394），2002年出臺(tái)了考慮結(jié)構(gòu)可靠度的歐洲新規(guī)范《結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》（EN1990：2002），2008年我國頒布了新國家標(biāo)準(zhǔn)《工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB50153-2008），這說明工程可靠度理論在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中得到了具體應(yīng)用。然而，“工程結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計(jì)原理”目前大多僅是我國土木工程專業(yè)研究生的專業(yè)基礎(chǔ)課程，本科生僅在“混凝土設(shè)計(jì)原理”“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”“砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”等課程中涉及“工程結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計(jì)原理”的相關(guān)淺顯知識(shí)內(nèi)容。由于此方面知識(shí)在多個(gè)課程中分散，且多為簡要介紹內(nèi)容，缺乏系統(tǒng)的課程訓(xùn)練，導(dǎo)致本科生對該課程知識(shí)學(xué)習(xí)不系統(tǒng)、不扎實(shí)，理解不透徹，不利于后續(xù)相關(guān)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)。

土木工程專業(yè)是一個(gè)實(shí)踐性較強(qiáng)的專業(yè)，本科生畢業(yè)后大多從事設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理和建設(shè)管理等土建類相關(guān)的工作。一方面，該行業(yè)的工作與行業(yè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范密不可分，由于在本科教學(xué)中“工程結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計(jì)原理”課程的缺失，導(dǎo)致未來從事工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理等工作的畢業(yè)生對工程荷載相關(guān)內(nèi)容的概念理解不深入，工程能力明顯不足，并且對荷載理解得不清楚，很容易導(dǎo)致工作中因荷載計(jì)算不準(zhǔn)確而引發(fā)重大工程事故，造成不可估量的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。另一方面，在土木工程專業(yè)本科教學(xué)過程中，針對國家的行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)開設(shè)相應(yīng)的課程，將行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范貫穿于教學(xué)的始終，有利于提高學(xué)生的應(yīng)用能力和復(fù)合型專業(yè)人才的培養(yǎng)［1-2］。因此，在新工科教育背景下，土木工程專業(yè)亟須針對國家的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范開設(shè)相應(yīng)的理論課程，將課程理論與工程實(shí)踐相結(jié)合，提高土木工程專業(yè)畢業(yè)生的工程能力。

基于此，本文從“工程結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計(jì)原理”課程在土木工程專業(yè)本科生教學(xué)開設(shè)的必要性出發(fā)，對課程教學(xué)體系建設(shè)從面授對象、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教材選擇等方面進(jìn)行全面探討，并且針對課程教學(xué)建設(shè)的改革和創(chuàng)新等方面進(jìn)行深入思考，以期完善土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)課程體系，提出具體的教學(xué)改革措施和實(shí)踐方法。

一、“工程結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計(jì)原理”課程開發(fā)的必要性

在土木工程專業(yè)中，我國的《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2012）和《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范始終指導(dǎo)著工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、施工和驗(yàn)收工作等各個(gè)環(huán)節(jié)。因此，在土木工程專業(yè)培養(yǎng)中有必要開設(shè)一門與工程荷載相關(guān)的課程，使學(xué)生系統(tǒng)掌握土木工程專業(yè)相關(guān)的荷載規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、荷載計(jì)算方法和原理等方面的內(nèi)容。另外，國家出臺(tái)的《工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB50153-2008）規(guī)范將工程設(shè)計(jì)方法從以往的以經(jīng)驗(yàn)為主的安全系數(shù)法轉(zhuǎn)換為可靠度理論的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，并且可靠度設(shè)計(jì)理論是工程結(jié)構(gòu)荷載和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。將理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)方式，有利于學(xué)生對規(guī)范的理解更加透徹［3-4］，對學(xué)生工程能力的提升具有重要作用。因此，針對土木工程專業(yè)本科生，有必要開設(shè)“工程結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計(jì)原理”課程。

二、“工程結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計(jì)原理”課程教學(xué)體系建設(shè)

“工程結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計(jì)原理”課程的總體目標(biāo)是使學(xué)生系統(tǒng)掌握工程荷載和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原理與計(jì)算方法，對國家現(xiàn)行相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范初步掌握，使學(xué)生對工程荷載和可靠度理論在土木工程行業(yè)的應(yīng)用與研究有較深入的理解，為學(xué)生后續(xù)的專業(yè)課程學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，為學(xué)生未來從事相關(guān)的科學(xué)研究開闊視野。具體課程建設(shè)有以下幾點(diǎn)。

（一）面授對象

“工程結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計(jì)原理”課程是在具備“高等數(shù)學(xué)”“概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)”“理論力學(xué)”和“材料力學(xué)”等課程知識(shí)基礎(chǔ)上的專業(yè)課程，同時(shí)該課程是“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”“砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”“工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)”“鋼結(jié)構(gòu)”“基礎(chǔ)工程”等后續(xù)課程的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，綜合土木工程專業(yè)各專業(yè)課程的開設(shè)時(shí)間，本課程的開設(shè)應(yīng)面向本科生第四學(xué)期的學(xué)習(xí)較為合理。

（二）教學(xué)目標(biāo)

“工程結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計(jì)原理”課程的主要目標(biāo)是學(xué)生通過課程的學(xué)習(xí)，掌握工程荷載和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算原理與概率統(tǒng)計(jì)分析方法，使學(xué)生學(xué)會(huì)從隨機(jī)概率分析的角度來處理力學(xué)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問題，為學(xué)習(xí)專業(yè)課程和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及科學(xué)研究打下良好的基礎(chǔ)，能夠培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用可靠度原理的知識(shí)去分析、解決實(shí)際工程問題。

（三）教學(xué)內(nèi)容

“工程結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計(jì)原理”課程包含兩部分內(nèi)容，分為工程荷載和工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)理論。主要介紹工程荷載計(jì)算和工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析中的可靠度理論、方法和應(yīng)用，具體內(nèi)容包括荷載類型、重力、側(cè)向力、風(fēng)荷載、地震作用、其他作用、荷載的統(tǒng)計(jì)分析、結(jié)構(gòu)抗力的統(tǒng)計(jì)分析、結(jié)構(gòu)可靠度分析、結(jié)構(gòu)概率可靠度設(shè)計(jì)法等內(nèi)容。

（四）教學(xué)方法

“工程結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計(jì)原理”課程的知識(shí)主要是理論教學(xué)為主，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的不同可采用講解、回答問題、討論、自學(xué)等多種教學(xué)方式，還可結(jié)合線上線下混合教學(xué)模式，讓學(xué)生獨(dú)自從網(wǎng)上搜集學(xué)習(xí)資料，自學(xué)了解并解決一些對他們感興趣和有難度的問題，培養(yǎng)學(xué)生搜集、查閱資料以及綜合分析資料的基本科研能力。

（五）教材選擇

目前，同濟(jì)大學(xué)、天津大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等傳統(tǒng)土木工程專業(yè)名校已開設(shè)了“工程結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計(jì)原理”課程，并且中國建筑工業(yè)出版社、武漢大學(xué)出版社、重慶大學(xué)出版社等已出版了多部相關(guān)教材［5-9］，其中李國強(qiáng)等［8］編著的《工程結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計(jì)原理》教材為高校土木工程專業(yè)指導(dǎo)委員會(huì)規(guī)劃推薦教材（經(jīng)典精品系列教材），該教材系統(tǒng)涵蓋了工程結(jié)構(gòu)荷載和工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)原理的知識(shí)內(nèi)容，并且為了適應(yīng)土木工程專業(yè)的發(fā)展需求，從1999年第一版出版歷經(jīng)三次改版，2016年已出第四版，教材內(nèi)容與行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)契合度高，因此該教材是土木工程本科專業(yè)較為合理的教學(xué)參考書。

三、“工程結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計(jì)原理”課程教學(xué)建設(shè)思考

“工程結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計(jì)原理”課程以理論知識(shí)為主，面向工程應(yīng)用，需要學(xué)生有扎實(shí)的“高等數(shù)學(xué)”“概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)”“理論力學(xué)”和“材料力學(xué)”等課程基礎(chǔ)知識(shí)，同時(shí)本課程與土木工程行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范相結(jié)合，對工程應(yīng)用的要求較高。因此，對于學(xué)生來說學(xué)習(xí)難度較大，這就要求授課教師要在教學(xué)方式和方法等方面進(jìn)行改革調(diào)整。

（一）鞏固基礎(chǔ)知識(shí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

學(xué)習(xí)工程荷載和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠度設(shè)計(jì)理論相關(guān)知識(shí)的最大難點(diǎn)是學(xué)生“高等數(shù)學(xué)”和“概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)”等課程基礎(chǔ)知識(shí)不扎實(shí)，因此教學(xué)設(shè)計(jì)中要在學(xué)習(xí)課程章節(jié)之前讓學(xué)生先復(fù)習(xí)并練習(xí)相關(guān)“高等數(shù)學(xué)”和“概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)”課程的知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)注意講授過程中強(qiáng)化學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)。另外，在講授工程荷載和結(jié)構(gòu)涉及的概率模型、可靠度指標(biāo)、隨機(jī)過程等物理意義問題時(shí)，需要結(jié)合“概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)”課程的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)講解，這樣既鞏固了學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，也使學(xué)生能夠直觀感受到“概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)”在本專業(yè)工程實(shí)踐中如何應(yīng)用，有利于培養(yǎng)和提高學(xué)生對本課程的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的潛質(zhì)，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識(shí)解決專業(yè)問題的能力，進(jìn)而提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

（二）調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

“工程結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計(jì)原理”課程的知識(shí)與土木工程專業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范密切相關(guān)，教師在講授中結(jié)合相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范講解有利于學(xué)生對知識(shí)的理解和應(yīng)用。例如，在《工程結(jié)構(gòu)荷載》章節(jié)中要結(jié)合《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2012）進(jìn)行講授。然而，國家行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)會(huì)因行業(yè)的發(fā)展而更新，并且條文相對繁雜，這就要求授課教師要及時(shí)了解行業(yè)動(dòng)態(tài)，調(diào)整知識(shí)內(nèi)容，緊跟工程實(shí)際，增強(qiáng)工程素質(zhì)。同時(shí)，授課教師要改變講授方法，結(jié)合具體章節(jié)內(nèi)容，可通過討論、布置大作業(yè)等方式引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，從而掌握最新的知識(shí)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，培養(yǎng)學(xué)生解決工程問題的能力。

（三）發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢，開展混合式教學(xué)

第四學(xué)期的本科生剛剛完成基礎(chǔ)知識(shí)，對專業(yè)知識(shí)了解不多，與土木工程專業(yè)的實(shí)際工程接觸很少，因此教師在授課過程中須要強(qiáng)化學(xué)生對工程結(jié)構(gòu)荷載和可靠度設(shè)計(jì)的實(shí)踐能力。針對此方面問題，授課教師可利用虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)和BIM系統(tǒng)的信息量大且直觀的特點(diǎn)，展示真實(shí)工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)建造過程，通過線上線下相結(jié)合的方式向?qū)W生講授典型的工程結(jié)構(gòu)荷載施加方法和可靠度設(shè)計(jì)的工程實(shí)例，將文字與圖片、視頻相配合，可在一定程度上增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和虛擬仿真平臺(tái)是傳統(tǒng)教學(xué)的有益補(bǔ)充，能夠極大地提高教學(xué)質(zhì)量，豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)途徑，這將有利于學(xué)生對“工程結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計(jì)原理”課程知識(shí)的掌握。

（四）善用工程軟件，結(jié)合工程實(shí)際

學(xué)習(xí)土木工程專業(yè)，工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)通常通過結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件來實(shí)現(xiàn)，但學(xué)生在學(xué)習(xí)軟件操作之外，最重要的是對軟件計(jì)算結(jié)果的分析，在“工程結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計(jì)原理”課程教學(xué)過程中要強(qiáng)調(diào)學(xué)生對軟件設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行思考分析，培養(yǎng)其分析問題和解決問題的能力。因此，可將本課程的知識(shí)點(diǎn)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件中的應(yīng)用相結(jié)合的方式進(jìn)行講授。例如，在課堂中演示“盈建科”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中體現(xiàn)工程結(jié)構(gòu)荷載和結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)的具體應(yīng)用，并分析其對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果的影響，從而有利于學(xué)生對本門課程的理解更加透徹，提高學(xué)生的工程創(chuàng)新能力。

（五）優(yōu)化考核方法，激勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)

“工程結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計(jì)原理”課程由于涉及數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)較多，理論知識(shí)較難，學(xué)習(xí)難度大。傳統(tǒng)的考勤、課后作業(yè)和期末考試打分方法雖然簡單明了，但不利于激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)興趣，會(huì)導(dǎo)致數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)較差的學(xué)生對本課程產(chǎn)生厭煩情緒，不利于課程的教學(xué)開展。結(jié)合本課程特點(diǎn)，宜采用課堂隨測和大作業(yè)的方式進(jìn)行考核，課堂隨測的目的是使學(xué)生掌握課程的基本知識(shí)點(diǎn)，大作業(yè)宜采用理論知識(shí)結(jié)合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的綜合題型，分組進(jìn)行，讓學(xué)生自主查找學(xué)習(xí)作答，不僅有利于培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神，還可以使學(xué)生自主學(xué)習(xí)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

結(jié)語

土木工程專業(yè)本科教育中涵蓋的專業(yè)課程有很大部分涉及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的內(nèi)容，然而工程荷載是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要組成部分，可靠度理論是目前工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)理論知識(shí)。因此，在本科教育中開設(shè)“工程結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計(jì)原理”課程勢在必行。然而，由于本課程涉及數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)較多，學(xué)生學(xué)習(xí)難度較大，授課教師應(yīng)做好課程體系建設(shè)，在授課過程中要結(jié)合工程實(shí)際問題進(jìn)行講解，并善于運(yùn)用現(xiàn)代化信息手段輔助教學(xué)，提高學(xué)生應(yīng)用本課程的知識(shí)分析和解決土木工程領(lǐng)域問題的能力，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)理論基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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Reflection on the Development and Construction of Engineering Load and Reliability

Design Principle

CHEN Yu， HUANG Xin

（School of Transportation Science and Engineering， Civil Aviation University of China，

Tianjin 300300， China）

Abstract： Engineering load is important basic knowledge in civil engineering， and the correctness of its engineering load design method is directly related to the safety of the construction of engineering structures. However， “Principles of Engineering Load and Reliability Design” is mostly a professional basic course for graduate students at present in China， which involves higher mathematics， probability theory and mathematical statistics， theoretical mechanics and mechanics of materials， etc.， and there are fewer undergraduates in civil engineering teaching to offer this course. For the necessity of this course in civil engineering undergraduate majors， from the course teaching construction system construction， including teaching object， teaching objectives， teaching content， teaching methods and teaching materials selection， the paper has made a comprehensive discussion. It has also made an in-depth thinking about the reform and innovation of course teaching construction， so as to promote the teaching reform of civilengineering and improve the talent training mode， providing specific measures and practice methods accordingly.

Key words： engineering load; reliability; curriculum development; curriculum construction