市政工程重点难点范文

时间:2024-02-29 17:49:45

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市政工程重点难点

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刍议市政排水工程设计中的难点问题 王晓旭 天津市翔泰市政公路工程设计有限公司 天津市 300060 摘要 排水系统的建设是

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申明:本网站内容仅用于学术交流,如有侵犯您的权益,请及时告知我们,本站将立即删除有关内容。 刍议市政排水工程设计中的难点问题 王晓旭 天津市翔泰市政公路工程设计有限公司 天津市 300060 摘要 排水系统的建设是市政基础设施的重要组成部分,具有举足轻重的地位,排水工作是一项技术难点工程,它的安全性与稳定性是居民正常生活的保障。本文基于市政排水工作的重要地位,分析了工程设计中一些难点问题,并针对这些难点提出了几个解决方案,旨在建立健全市政排水系统,促进城市排水工作良好发展。 关键词 市政工程 排水系统 措施 中图分类号:TU99 文献标识码:A 城市排水工程主要体现在城市排涝、防洪以及水污染防治方面,市政排水建设的好坏关系着城市居民生活质量的高低,也影响着外市居民对该城市的初步印象,试想一下,若是来到一个新的城市发现该城市污水横流,是不是会对这座城市的感觉大打折扣。因此,市政排水工作不容小觑,其设计上虽然存在着许多困难,但设计师们不能就此放弃,而是要迎难而上,在市政排水设计方面下足功夫,确保城市排水工程顺利实施。 一、当前排水设施存在的问题 (一)排水网管设计不合理 目前,多数旧城区的排水为合流制,即多条管道的排水汇总到一条管道中流出,这些排水管由于年代久远,加上在建造时只是根据当时地块开发设置的埋深与管径,随着城市规模的扩大,原本的地表水体变成了城市建筑用地,失去了蓄水泄洪功能。二来,当初的管道建设还不完善,管道直径较小,上下游的管渠内部标高衔接不当,导致一旦发生暴雨,城市的排水管道就容易堵塞。 (二)管渠内清理不当 管渠由于长年排污,一些粘着性强、体积较大的污物容易附着在管壁上,导致管内有效排污直径减小。针对这样的情况,在管道建设初期就应详细了解该地段的河水污染情况。流域汇水面积,使用地标高,并设置多套方案的高程设计以及平面布置。 二、排水工程设计中易忽略的细节 (一)回填设计 回填设计是排水工程中必不可少的环节,但设计师们在设计回填工程时比较容易忽略排水构筑物这一部分,尤其是行车道下面的排水构筑物,排水构筑物主要是指雨水口、井口以及其它一些附属构筑物. 在施工完毕恢复道路通车一段时间后,若是行车道下排水构筑物回填不当,井环及井框四周可能会由于密实度未达标造成四周回填土产生不均匀的沉降,加上行车道上重型汽车的碾压受力过大,导致影响行车的安全性与平稳性.. 如图1所示,根据《排水检查井》的说明与《给水排水管道工程施工及验收规范》,新建筑的井室周围必须用沙砾、石灰土类材料进行回填,并对回填的宽度与深度都做出了明确规定。 因此,在设计回填工程时,要注意行车道下的排水构筑物,在图纸中标明在井室周围砂、石灰土、砂砾等材料回填,且回填宽度不小于40cm,实度不小于95%,这样一来能够在招标中合理应对,避免出现失误。二来能够提醒施工方注意回填步骤,减少施工中错误的发生几率,确保施工质量。 (二)接口处理 在原有的排水渠箱中排入新建排水管通常使用接驳处理办法,就目前施工图纸来看,在接驳处理上,大多图纸只是在排水平面与纵面断面图上标明了管底标高、管径与坐标位置,对于如何处理好接驳口这个问题并没有做出详细说明。 如图2,原有的排水渠箱是一个相对稳定的整体,在开凿过程中,工具的震动、敲打、开凿等行为会对渠箱的原有结构产生一定的破坏性,若是不加强接驳口的技术处理,势必会影响后续施工以及接驳口的安全运作。因此,对于接入原有渠箱的新排水管,不能像回填那样使用砂浆、水泥混凝土进行封口,而是要根据原有渠箱的结构特点,对新旧排水管的接口进行加固。另外值得注意的是,在施工时,应尽量采用机械设备对原有渠箱进行切割,避免人工敲击对结构产生影响。 (三)消力消能处理 随着城市建筑的不断发展,排水提升渠井的建造需求也相应增多,在城市大型行车隧道、过街隧道等立体设施逐渐发展的同时,通过设置排水提升渠井来提高排水系统的做法已不罕见,通过排水提升渠井,原有的在低点汇集。无法依靠重力来排放的排水系统将提升至强排高排位。 在实际操作中,经过排水提升渠井提升之后的排水绝大部分会就近排入周边原有水井,但现实中污水刚从压力管喷出时流速、冲力与动能都极大,若是没有有效处理,这些强有力的水冲击会对排水井的强身造成很大影响,长此以往势必会影响排水井的井身稳固性,在污水的长期冲刷下产生破损, 因此, 新建的排水井应采用抗冲刷能力较强的材料,最好是钢筋混凝土结构,有效保护井身不因长期冲刷过早受损。 (四)排水涵洞的保护 排水涵洞中穿越新建排水管道是排水系统设置的常见做法,新建的排水管道在设计上有明确规定:“排水管道与明渠最底部的垂直净距离最小为0.5m,与涵洞基础底的垂直净距离最小为0.15m,这里的排水涵洞指的是排水渠道与暗箱。 在实际操作施工中,塑料制的排水管道若是以0.5m以下的距离穿越涵洞下方,在保护不当时很容易由于管顶上方土层压力的变化而受损。因此,在施工过程中,塑料管道由于是柔韧性管道,变形状况会受到外界影响较大,管道上方的土层偏移与沉降都会对塑料管道造成挤压,使管道发生细微变形、开裂,而这种细微破损用肉眼难以分辨,会对管道的正常使用埋下隐患。 (五)设计参数取值 随着城市的发展,建筑用地不断增加,大面积土地的使用让原有的自然生态雨水排放系统失去了原有的有效性,导致一些城市逢雨必涝。究其原因,就是因为地下土层大面积硬化,暴雨时雨水水量陡然增大,地下一时难以排走过多雨水,大量地表水在地面汇集,造成“水浸街”的内涝灾害。这种现象一方面影响城市居民及车辆的正常生活。另一面由于地表水越积越多,泥土浸水后松化溶于水中,导致地表水浑浊不清,若是居民在行进过程中误踩破损井盖,很可能会跌入排水井中造成生命危险。 出现“水浸街”现象,从根本上来说还是排水系统的设计不够完善问题,这与设计参数在取值上偏低有关,取值偏低造成市政排水系统效能偏低,无法适应城市发展的需要。因此,对于城市排水设计要具有一定的长远性与预见性,在雨水参数设计上不能采用最低值,应结合当地气候、交通、等情况进行综合分析,切忌随意套用其他城市参数值。 另外,在规划方面,水务部门也应制定相应的管理规范标准,将径流系数之类的专业系数参考引进排水设施建设指标中,对设施规划的各环节严格控制。 三、市政排水工程设计中注意的问题 (一)严格规划管渠系统,对汇水流域的面积进行划分,以确定排水的流向以及出水口位置。 (二)控制点的高程要安排好,控制点应根据城市自身规划,沿道路竖向设计,以保障汇水面积水中的水都能够自行流出。 (三)对于污水排放标准量,地面水集水时间,设计降雨重现期,暴雨强度公式以及径流系数这些数据要严格把关,避免因数据失误造成工程返工。 (四)管道的埋深与坡度的设计应根据外部排水条件,道路纵坡情况与设计规范来确定,在能够满足排水量的前提下尽可能的减少管渠的埋深深度,方便定期维护。 (五)要注意远期与近期相结合的原则,排水工程是一项长期发展的工程,并且不适应于经常维修、更换。因此在设计时既要考虑到近期内城市建设的基本要求,又要规划好后期城市发展的道路变动情况以及上下游衔接排水情况。 在管道的设计上也要注意远期与近期结合设计。在管道管径的考虑上,要事先对该地段的雨量,周边居民情况作出调查,居民生活污水的排放有时会参杂一些杂物,若是管径偏小会造成堵塞,对于管道的埋深,若是该地段日后会开挖或是修建建筑地基,就应先了解清楚具体情况,再综合考虑是将管道埋深还是改道。 总而言之,市政排水关系着城市居民的生活水平与出行安全,排水网络覆盖城市各个角落。现如今,城市居民越来越关心自己所处城市的排水优劣状况,尤其是暴雨洪涝时期,市政排水工作做得好不好一看便知。因此,政府在加强管理的同时必须注意施工中的细节问题,方方面面考虑周到,尽可能的对排水系统采取有效保护,保障城市居民生活质量。 参考文献 [1]丁伟星.浅谈市政工程排水设施的技术难点问题分析[J].中国水运 2012.10.21 [2]赵瑞涛.市政排水工程的细节探讨[J].科技创业家 2010.05.24

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【关键词】市政工程;材料管理;成本管理

1.市政工程的定义

市政工程,就是指市政设施工程。它是由市政部门在城市区、乡、镇的规划范围内,设置政府责任和义务,为当地居民提供有偿或无偿公共产品和服务的各种建筑物、构筑物及设备等。

《2013-2017年中国市政工程行业深度调研与投资战略规划分析报告前瞻》显示,到2010年,我国城市总人口以达到6.66亿,占全国总人口的49.68%;居住在乡村的人口为6.74亿,占全国总人口的50.32%,与2000年相比,城镇人口增长了2.07亿人口,同比增长了13.46个百分点。从规模上来看无论是年增长率还是城镇人口总量的增长,都说明了我国的城市发展规模已经处于了世界前列的地位。

随着我国城市化规模的进程不断加快,市政工程的建设也在相应的提高。搞好材料管理工作对于加快工程建设、保证工程质量、降低施工成本、提高工程经济效益,有着重大的意义。而市政工程建设中的建材管理的重要性和暴露出的相关问题,也引起的社会的广泛关注。

2.建筑材料管理的重要性

建筑材料作为建筑工中的重要的重要组成部分,它是构成整个工程的最基本部件。正所谓“积土成山,积水为川”,所有的建筑材料的累积才形成了完整的建筑工程。在建筑工程中,对建筑材料管理是整个工程的重要组成部分,也是建筑工程管理的重要环节。在工程建设过程中,建筑材料的妥善管理是保证工程的建设速度和工程质量的基本手段。现今社会,建筑市场的竞争已经由原来单纯的价格竞争变化成了现在这种保证质量同时降低工程成本的竞争模式。随着人民的生活水平的不断提高,在关注工程质量的同时,也开始把更多的目光投向了建筑材料管理上面。所以,做好建筑材料管理工作,对于提升建筑工程的施工速度、保证工程的质量、提高工程的经济效益,意义非常重大。

3.建筑工程材料管理中存在的问题

建筑材料的管理目的,旨在工程建设过程中,选择应用一些高性价比的建筑材料,并在工程施工过程中对其进行有效的控制与管理,从而做到优化工程资源配置,降低工程成本。但在目前,我国市政工程建筑材料的管理方面也暴露除了下面的几点问题:

第一、一些材料管理人员的业务素质不高,对于建设材料管理工作认识不清,甚至有不熟悉工作环境的事情发生。

第二、建设材料管理部门的市场意识不强,对于建设材料的市场价格和走向没有做好充分的调查,很难适应建材市场的变化与发展。

第三、在建材的采购上,预算不精和管理不严的现象屡有发生。某些材料管理人员在建材选购上,主管决定性因素较大,甚至有吃回扣和暗箱操作的行为出现。材料验收把关不严,工程建设人员在领取材料的时候有高估工程材料使用量,出现较大的材料浪费,甚至有私下变卖建材,中饱私囊的情况发生。

第四、建筑材料的储存管理不符合安全规范。某些材料管理部门在采购完工程建材之后材料,并没有进行登记和特殊标注,而是将工程建材随意的堆放,有些管理部门对建材采购的前后没有进行账目和材料数量的账目比对。

第五、对工程建设队伍的材料使用情况管理不到位,造成工程项目流动资金浪费和项目资产流失,甚至被迫地提高工程成本。针对工程分项和工程分部的材料管理没有合理的规划额度,出现严重的浪费情况。

第六、在工程建设竣工后,对于一些没有使用的建筑材料没有及时的回收,材料的耗损现象严重,阻碍了建筑工程的顺利进展。

4.加强市政工程建设中的材料管理

近年来,随着我国经济的高速发展,市政工程建设事业也在不断地向前推进,各地政府也在市政工程建设上投入了大量资金。例如长春市高新技术开发区在2010年就在市政工程建设上投资将近30亿元,进行市政工程的改造和建设。伴随着时代的发展和人们经济生活水平的提高,人们对涉及到自身生活的市政工程建设也有了足够的关注,而市政工程中的建筑材料的管理问题,也成了关注的焦点。所以,如何加强市政工程建设中的建筑材料管理问题,成为了工程建设者和市政建设部门重点工作之一。

对于如何加强工程建设中的建筑材料管理问题,可以从工程建设中的材料管理和材料管理人员的业务素质提高及制度建设这三方面来进行。

4.1建设材料的管理

在建筑材料的管理上,主要有三个方面:

4.1.1在工程设计阶段,做好建筑材料的预算与控制

在工程建设的开始阶段,对于设计方案要有明确的规划和控制。在采用什么样的建筑材料、建筑技术和建筑仪器、人工费用、直接成本与间接成本等等都要有一个明确的预算计划。在预算阶段,处理好各项材料和费用之间的关系,是降低工程成本的源头。有了明确的预算计划,工程的各项施工都遵照计划进行,不但使工程得以顺利进行,还避免了因预算不细而导致材料成本过高问题的发生。

4.1.2做好材料采购工作,制定和完善采购制度

物资采购是工程建设的重要环节,是保证工程顺利进行的基本前提。健全的采购制度、合理的采购分工与科学的采购方式是降低成本采购的基本原则。施工企业由于工程建设中的管理项目过多,有时候会疏于对采购环节的管理,导致了采购环节出现“吃回扣”、“暗箱操作”等现象发生。所以对采购环节的管理工作必须加强。加强采购环节的管理,首先要做到集中采购,集中采购形成的大批量,不仅对企业有利,也会为企业争取到优惠的服务,一定程度上降低了采购成本。其次,建立严格的采购价格调查网络。采购人员必须要经常的深入市场,不但要掌握第一手的建材价格信息,还要对建材市场的价格走向有着深入的了解。对于主要的建材物资,一定要做到阳光采购、招标采购和择优采购,将采购钱的监控和采购后的管理相结合,从真正意义上杜绝“吃回扣”、“暗箱操作”的现象发生。

4.1.3做好工程建设中的材料管理工作

在采购工作工作结束后,建筑材料进入施工现场中这个环节中,进行严格的管理控制。对于建筑材料的存储,要按照品种、规格、日期等进行合理的摆放,并进行登记,特殊的建材要进行特殊的标记,防止材料搞混。施工单位在领取建材也要有相应的程序,必须持有材料管理部门签发的领取通知,才可以领取建筑材料,对于建设施工中的材料使用问题,材料管理部门人员也有做好调查工作,对于施工中富余出来的建筑材料,要进行第一时间的回收,以免材料浪费。

4.2提高材料管理人员的业务素质

在加强材料管理的同时,材料管理人员业务素质的提高也相当重要。

强化材料管理人员的管理观念,使他们认识到材料管理对于工程建设的重要性。从管理思路上,明确材料管理人员的在材料管理环节中的责任,定期对他们进行业务培训,以提高他们的业务能力,制定明确的考查制度,定期和不定期的进行业务考核,检验材料管理人员的业务素质,在最大程度上发挥管理人员的自身潜能。

4.3加强材料管理制度

加强材料管理工作的同时,也要加强对材料管理制度的建设。根据建筑材料的管理制度,制定科学合理的控制措施,加强材料成本的控制。建筑材料市场上建筑材料良莠不齐,如何确保建筑材料的质量和品格,如何监管建材的采购工作及采购后的管理工作,就必须要依照相关的制度来管理。建设和完善材料管理制度,是管理和控制好建材管理工作的基本条件。

5.结束语

市政工程的建筑材料管理是一个涉及面广、具体而繁琐的管理体系。在实际施工过程中还应该具体问题具体分析,只有使用科学的管理方法,现代化的工艺流程,做到管理制度化、科学化,才能从建筑材料的管理层面上保证整个市政工程的顺利进行,真正的做到市政工程造福于民。 [科]

【参考文献】

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一、夯实基础,城市管理稳步有序推进

一是建立机构。县委县政府高度重视,2016年成立了资中县城市管理委员会和资中县城市管理监督领导小组,加强对城市管理工作的领导和监督。二是健全制度。针对城市管理工作的重点、难点,县政府出台了《资中县城区建筑垃圾管理办法(试行)》、《资中县城区建筑垃圾管理办法(试行)实施细则》和《资中县城区街道分类管理办法(试行)》等规范性文件,让城市管理有章可循,有据可依。三是加强保障。增加经费:自2016年起,县财政每年保障1000万城市管理专项资金,用于小型市政工程或维修;增加人员和装备:近一年来,城管、就业、财政等部门依规联合招聘城市监察人员80名。持续增加装备。四是综合执法。以2016年城区市容市貌综合整治为契机,城市管理综合执法机制进一步理顺。在综合整治期间和日常巩固阶段,公安、交警、住建、工商、交通等职能部门积极配合城管综合执法,城管高压态势得以长时间维系,城市管理行政执法无缝衔接。

二、综合整治,城区市容环境不断规范

2016年4月,资中县集中开展城区市容市貌综合整治。主要整治市容市貌、环境卫生、市场秩序、交通秩序、占道修(洗)车、违法建筑、消防通道七个方面,平均每天出动各类执法车辆、作业车辆40台次、执法人员250人次,按照先难后易、先城南后城北、稳步推进、逐步延伸的原则,对整个城区范围市容市貌开展彻底整治。

通过半年多的集中整治,城区市容市貌明显改观。一是城区内主要街道和重要区域市容环境卫生得到了有效治理,13条一类街道、41条二类街道和25条三类街道得到全面整治和规范,临街商铺做到了“坐商归店”;人民医院门外、武庙广场、东林市场、三道拐、608菜市场、城南综合市场、佳易超市、凤凰城、金山一品等13处重点区域市容环境卫生得到很好治理和保持。整治中,共计清除违章摆放占道物品3000余件次,整治非法设置台阶3600余户、清运建渣2500余车约12000余吨,取缔各类灯箱、座牌1100余个,拆取违规广告5000余平方米。二是城区农贸市场日趋完善。“608”市场顺利搬迁到利民巷,“金山一品”市场顺利启用,“七贤街”市场完成改造升级,“东林”市场和“城南”市场正在规范,“和鸣大道”市场、“春岚北路”市场正在筹建。三是违章建筑得到有效控制,拆除违章建筑和违章搭建彩钢棚1200余户16000余平方米;四是车辆乱停乱放进一步规范,违章占道修(洗)车现象明显好转。

三、日查夜巡,城区建筑垃圾有效控制

一是重点监管“生产源头、运输过程、建筑垃圾处置”三个关键环节,强化建筑垃圾产生、运输、处置全程闭合管理。突出“三管一重”(管运行线路的起点和终点,管出土点和堆放点,管施工方和运输企业;重罚违规者)。分别从源头管理、运输管理、消纳管理、执法管理四个方面明确城管、住建、国土、交通、交警等部门职责,实行建筑垃圾统一管理、统一消纳处理。二是2015年11月,资中县成立由城管6人、交警2人组成联合执法的建筑垃圾管理办公室,强化城市建筑垃圾运输环节管理,全面实行建筑垃圾密闭运输,集中消纳处理。严格审批、发放建筑垃圾准运证;坚持日查夜巡,白天巡查各施工工地、拆迁工地、商品混凝土企业,晚上蹲点守候各进城道路。对抛洒滴漏、带泥上路、不按规定线路行驶、不具备密闭功能的车辆、乱倾倒等违法行为进行重点查处。通过整治,全县建设工地监管率达到100%,建筑弃土密闭化、砂石车辆规范化运输率达到90%。集中消纳建筑垃圾(弃土)117万方,专项整治工作取得了阶段性成效。

四、稳步推进,市政设施改造成效明显

一是城区压缩式垃圾中转站项目建设工作顺利推进,目前进场道路已完工,正在进行场地平整和杆、管、线拆迁工作。二是成渝高速路资中出口扩建改造工程全面完工。三是郁春路、文庙口市场至状元街口、北街至南街等城区市政道路改造项目已完成设计、预算等前期工作,近期即将实施。

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关键词:水利水电土力学教学对策

土力学是一门涉及到土木工程、水利工程和市政工程等多方面内容的基础课程,该门课程的最大特点就是理论多于解决实际问题,具有理论知识繁多、实践性强且应用具体的特点,课程内部的知识内容连贯性较差,学生在理解的时候存在一定的难度,老师必须要采取有效的教学措施提升学生的学习效果,具体来讲,要做好以下几个方面的工作。

一、启发式教学方法的应用

因为土力学中涉及到过多的理论知识和公式,且内容缺乏连贯性,老师如果采取灌输式的教学方法,将会使得课堂氛围更加枯燥,学生更不愿意学习。为了提升学生的学习积极性,提升学习效果和教学质量,老师需要根据课程特点转变教学方式,启发式教学方法的应用,能够达到较好的效果。

应用启发式教学方法,首先需要在课堂教学方面进行整体设计,教学过程中要把学生放在主体地位,老师通过引导的方式进行课程教学,在这个过程中,老师需要准确的把握好内容的脉络,并要站在学生的角度设置问题,课堂中需要使学生的大脑始终处于兴奋的状态,这样才能够更好的提升教学的质量。老师要注意各个章节之间的联系,让学生掌握好要点,要通过基本原理的工程应用或者是工程实例,启发学生,使其能够进行更深层的分析和思考。

二、借助网络技术优势丰富教学手段

土力学中涉及到的理论较多,单纯的通过老师的讲解,学生很快就会厌烦,而随着网络技术的发展,学生能够在不同的时间和地点在网络上进行学习,寻找相关的土力学资源和信息。老师也可以利用网络技术,将课程的内容制作成为教学课件开展教学活动。后者是将重点难点剖析、实例讲解以及专题讲座等各种板块制作成为播放软件,通过网络平台,学生就能够自主下载进行学习。

老师可以通过在课上播放和本节内容相关的视频的方式调动学生的兴趣,增强教学效果。或者是收集整理相应的工程图片及资料融入到理论知识的讲解当中,将枯燥的理论知识转化为直观形象的图片,或者是将实验制作成为录像,这样既能够方便教学,又能够使学生反复学习,增强认知度。

教学时,老师还需要结合土力学的特点,并从中职学生学习的要求和特点出发,将课程内容按照土工技术的要求进行优化整合,以更好的符合中职院校教学的需求,更加实现对学生应用能力的培养。

三、有针对性的进行复习

土力学内容繁杂,在学完一节内容之后,老师需要带领学生进行系统化的复习,将知识点进行全面的整理,分门别类形成系统,这样便于记忆。同时,老师需要借助习题或者是通过测验的方式检验学生对于知识的掌握程度,随时解决学生存在的问题。老师可以充分的利用课后习题,并增加土力学单元测试,或者是例举和工程实际相关的习题,锻炼学生的实践应用能力。同时,老师需要鼓励学生多思考,对于每一个问题看看是否有不同的方式提出,或者是否有不同的解答思路,让学生能够做到举一反三。

在这个过程中,老师需要抓住学生的特点,并根据学生的实际情况设置题目,因为每个学生的基础不一样,可以分成小组进行互助学习。为了能够使基础较差的学生跟上学习进度,可以对其进行强化性的训练,这样将会有助于提升教学的整体质量。

四、进行实验教学

在土力学教学过程当中,实验教学方法必不可少,在教学中,老师可以跟学校进行沟通建立起开放实验室,加强实验教学,并逐步的完善实验设施,实验仪器设备的配置要符合教学要求。开放性的实验教学,能够让学生自由的进行上课,变被动为主动,学生能够重复进行课堂教学中的实验,能力较强的学生还能够自主探究新实验。老师则主要负责引导,并根据学生的具体特点,协助他们进行实验的O计,并完成实验内容,对实验结果进行整理。通过这种教学方式,能够更好的调动学生的参与热情,彻底打破传统教学方式的束缚,让学生将理论知识和实践完美结合,这样在今后投入工作中后也能够得心应手。

五、结束语

土力学是水利水电专业中一门重要的课程,课程教学模式的探讨也是一项系统性的工程,老师在教学的过程中就需要紧跟实际发展情况进行创新,找到最佳的教学对策。本文就以此为中心,结合工作实际,对中职院校水利水电专业土力学教学对策进行了简要的分析,希望能够对今后的教学工作提供帮助,为社会输送更多专业型的人才。

参考文献:

[1]王光荣.关于中职院校土力学教学的几点思考[J].考试周刊,2012(35):174.

[2]张守民.关于中职学院水利水电专业土力学教学思路的研讨[J].水利科技与经济,2011,17(2):101.

[3]杨洋张守民教彩云等.浅谈中职学院水利水电专业土力学教学改革[J].价值工程,2011,30(12):199.

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关键词:高等流体力学;教学内容;教学方法;教学模式

中图分类号:G643 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)10-0192-03

近几年,计算流体力学与各种工程实际问题的结合越来越密切,已成为解决各种流体流动与传热问题的强有力工具,并已成功应用于建筑、环境、流体机械等技术科学领域。过去只能靠实验手段才能得到的某些结果,现在已可以借助于计算流体力学的手段来完成。在高等建筑院校的土木工程、环境科学与工程等学科中,因涉及大量的流体流动问题,因此,普遍开设了研究生课程――高等流体力学(计算流体力学)。

多年来,计算流体力学的教学内容主要是有限差分法、有限元法、离散化方法等,重点仍然是算法的数学基础、收敛性的证明及离散精度的讨论。在教学过程中发现学生对课程中涉及的大量数学推导感到乏味,课程学完后,如何采用计算流体力学方法对一个具体的流体流动问题进行模拟和分析,学生往往感到无从下手,并且难以正确采用计算流体力学的理论和方法解决工程实际问题,因此学生也不能学以致用。当前的研究生课程教学,不仅在分析问题的深度和广度上显得不足,在教学方法上也存在灵活性不足,互动性不够,缺乏新颖性等问题。因此,结合学科的发展特点对计算流体力学课程现有的教学内容、教学体系及教学方法进行改革,并进一步将计算流体力学理论与解决工程实际问题紧密联系在一起,培养和提高学生的学习能力和创新能力显得尤为必要。

我校研究生课程“高等流体力学”的教学内容紧密围绕计算流体力学的内容,课程组在重庆大学研究生重点课程和重庆市研究生重点课程教改项目“高等流体力学”的资助下,对教学体系、教学内容、教学方法等方面的改革做出了一些尝试,力图使其教学内容反映学科的特色,发挥计算流体力学本身应有的优势。此外,由于研究生课程教学学时有限、学生基础不均,因此,在教学过程中,合理选择教学内容、提高教学效率、拓展课程的专业视野、增强学生学习主动性,使得课程学习更好地服务于课题研究,是该课程必须考虑的几个主要环节。本文围绕高等流体力学课程教学改革进行了一些探讨,并提出了一些建议。

一、优化教学内容

计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,简称CFD)已经超越了其传统的外延和内涵,不再仅仅是一些数学理论和概念,而正成为一门建立在经典流体力学与数值计算方法基础之上的新型独立学科。就CFD本质来讲,流体动力学是建立能准确描述具体流动过程的数学微分方程组,依据模拟几何模型和流动过程特点给予相应的边界条件,最后,联立求解方程组,得出一定精度的模拟结果[1]。CFD兼有理论性和实践性的双重特点。特别是随着计算机软硬件技术的发展和数值计算方法的日趋成熟,出现了基于现有流动理论的商用CFD软件,可以通过计算机数值计算和图像显示的方法,在时间和空间上定量描述流场的数值解,从而达到研究物理问题的目的。商用软件的出现为学生学习掌握计算流体力学提供了有力的辅助手段,但是计算流体力学所依赖的基本流体力学知识和数学基础仍然是非常重要的。因此,为顺应科学的发展和工程问题研究的需要,计算流体力学作为一门重要的研究生学位课程,在教学中既要注重理论知识讲解,还需拓展其实际应用范围。对于普通建筑工程类专业的研究生来讲,最关心的是如何用CFD手段来解决本研究领域的实际问题,所以关键是掌握计算流体力学关于建模、离散、湍流模型的选择、对流差分项的格式及时间积分格式的特点等内容;学会如何编制自己的CFD程序;如何使用现有的商用软件。

课程的教学目标,要求学生完成高等流体力学课程的学习后,必须掌握流体力学的分析推理方法,常见湍流计算模型以及相关软件(CFD)的使用,要具备利用高等流体力学知识分析和解决实际问题的能力。在课程内容方面的设计上,应注意内容的系统连贯和循序渐进,便于学生掌握基本理论和分析流体力学问题的基本方法。

优化的教学内容包括以下几个部分:①矢量场论;②流体力学基本概念及运动描述;③流体力学基本方程组及其求解;④湍流现象及湍流研究的基本方程;⑤粘性流体流动的数值分析方法;⑥离散化方法;⑦对流与扩散以及流场计算;⑧软件――CFX及其应用。其中,为了加深对流体力学的理性认识和理解,掌握流体力学中的思维特点和较综合的分析推理方法,使学生在理论修养和实际处理流体力学问题的能力上都有明显的提高,课程组教师在教学过程中,新增了离散化方法、对流与扩散以及流场计算和软件应用三个部分的内容。增加了CFD软件的实践教学环节,注重学生的对软件的使用操作的理解,使其学以致用。减少了势流计算、粘性流动解析解以及边界层理论这部分内容。加大了CFD应用程序这部分内容。

教材选用本校课程组编写的《高等流体力学》,帕坦卡编写的《传热与流体流动的数值方法》,和陶文铨编写的《数值传热学》;参考教材选用吴颂平翻译的《计算流体力学基础及其应用》,王福军编写的《计算流体动力学分析》,张兆顺著的《涡流大涡数值模拟的理论和应用》;实践教材选用孙纪宁编著的《ANSYS CFX对流传热数值模拟基础应用教程》;此外,我们还建立了相关的学习网站,网站上有课程大纲、教学内容、学习辅助材料等。

课程学时数共45学时,采用“两段制模式”教学,即将计算流体力学课程分为既有关联、又相互独立的两部分。第一部分以基础知识为主,第二部分以应用为主。两部分独立讲授,第一部分着重讲述流体动力学基本方程、离散化特征、对流差分格式、边界条件的处理、紊流模型等,第二部分讲述流体流动仿真与CFD软件应用。授课对象为学术型硕士、专业型硕士,授课对象是掌握较强流体力学知识的学术型硕士研究生时,强化第一部分内容;授课对象是专业学位研究生时,则侧重第二部分内容。

二、丰富教学方法,注重自主学习能力

1.凝练教学内容,提升教学起点。为了使高等流体力学课程的知识更好地为建筑环境与设备工程、市政工程、环境工程等专业服务,需要对教学内容进行凝练。通过参阅其他理工科院校相关院系的教材和讲义,从中精选出适合专业需要的内容编写教材,并对某些不足进行改进,注重内容的系统性和连贯性,使之既能清晰反映高等流体力学的基本理论,又能结合上述几个专业的实际应用特点,与专业课进行有机衔接和整合。着重收集了与建筑土木工程相关的流体力学内容。

考虑到研究生的知识水平和知识结构与本科生有较大区别,并且多数学生已经掌握了工程流体力学的一些基础知识,选取的教学内容具有较高的起点,使学生在较高的层面上学会应用流体力学这个理论工具。

2.采用精讲多练的教学方法。教学方法由讲授、联想、解疑、归纳、作业这几个部分组成。其中讲授要抓住重点难点,由浅入深的讲解,由于课时较少,内容多,要求学生在上课前充分准备每一讲的内容。在课程教学中改变教师讲、学生听的习惯做法,使学生在课堂上积极思考、踊跃发言。

高等流体力学课程具有理论性强、数学推导能力要求高的特点;但是另一方面,其课时相对较少,为了解决内容深与课时少的矛盾,在授课方法上侧重于精讲多练。对关键的基础理论部分(如流体力学基本守恒方程的推导),安排较多的学时讲深讲透,使学生能够从本质上掌握流体力学这个理论工具。同时,课后安排与基本理论密切相关的习题和工程问题让学生加以训练,使学生加深对理论的理解和消化,同时提高应用理论工具解决实际问题的能力。

3.利用板书、多媒体技术、网络辅助教学相结合的教学手段。高等流体力学课程是一门理论性和应用性都很强的学科,授课手段不应一成不变。在公式推导过程中较多地采用板书的方式更符合学生的思维习惯;对于一些实际工程问题或自然中存在的流体力学现象,采用动画或视频的形式展示更加生动形象,可以帮助学生较快地建立感性认识,从而更好地理解复杂规律。同时,利用网络及时向学生提供教学资源,包括:课程大纲、授课教案、讲义、课后习题、国内外相关教材等资料,旨在给学生提供一个全面、简便、轻松的教学环境。

4.利用试验和CFD模拟加深学生对基本理论的理解。本课程利用学校和学院的实验设备资源,开设演示性实验、验证性试验和设计性试验。安排适量的CFD程序操作课程,并邀请国内外大型设计院人员讲解CFD软件,加深学生对流体力学工程应用的理解。此外,课题组任课教师所从事的科研活动,也给不少学生提供了实践的机会和场所。收集了与建筑土木工程相关的工程案例,通过案例讨论和分析,增强学生学习理论知识的兴趣,提升课程教学的互动效果,增强学生运用理论知识分析并解决工程实践问题的能力。

5.启动双语教学。为了便于学生快速准确地理解国际上关于本学科的新知识和先进技术,使学科技术更好的与国际接轨,我们在教学中逐渐开展了双语教学。考虑到学校的实际情况、学生英语水平参差不齐等问题,一开始就全部采用外语教学,势必会影响教学效果,因此在学生学习初期使用母语教学,然后逐渐地部分或全部使用第二语言(英语)进行教学。同时我们加强师资队伍建设,培养年轻的老师出国深造,能够更好地讲解国外原版的专业教材,使学生能够阅读相关技术知识的英文文献资料,在双语教学实践中并且结合工科专业特点,能熟练运用相关的英文编程工具和商业软件,能够应用英文处理和交流相关问题,拓展课程中的专业视野。

三、教学模式:互动式教学

保罗・佛莱雷说过:“没有了对话,就没有了交流;没有了交流,也就没有真正的教育。”[2]互动式教学可以提高学生的学习水平和协作能力,因此成为国际上大力推行的教学策略之一[3]。

相对于本科教育,研究生教学中更注重对学生独立解决实际问题能力的培养,所以在研究生课程教学中更应该采用互动式教学模式,可以更好地激发学生的创作力和培养独立思考能力。教学中改变一味地灌输,注重方法,突出学生的主体地位,发挥其主动性,积极开展讨论式、演讲式、辩论式、案例式等多种形式的教学方法,激发其主动思维、辨析、讨论的热情。我们在课程教学中设计了以小组为单位,针对实际工程问题,进行仿真案例计算。在教学中应当尽量将讲授的新知识转化为学生感兴趣的问题,使抽象的理论内容借助生动具体的案例和多媒体场景形象化;关注学生的个体差异,创造出能够调动学生积极性和学习兴趣的课堂氛围,使学生在宽松的环境中学习和探索。

四、结束语

在计算流体力学的教学实践中,作者把握《高等流体力学》中的重要思想方法,流体力学问题的本质,进行深入浅出、生动活泼的讲解。同时结合作者的科研项目、生活、生产中的实际问题,向学生传授治学方法,培养学生的自主学习能力和创新意识,通过近年的实践收到了良好的效果。

参考文献:

[1]翟建华.计算流体力学(CFD)的通用软件[J].河北科技大学学报,2005,26,(2).

[2]保罗・佛莱雷.被压迫者教育学[M].上海:华东师范大学出版社,2001.