课程名称：画法几何与工程制图B 适用专业：土木工程、港航工程
开课学院：土木与港海工程学院 主讲教师：黄德龙、蔡小宁
课程简介：
《画法几何与工程制图B》是土木与海洋工程领域的专业基础课程，聚焦投影法理论与工程图样绘制技术，培养学生通过二维图形表达三维空间形体的能力。课程内容涵盖正投影原理、建筑与海洋工程制图规范、施工图绘制方法，并融入AutoCAD、天正建筑等数字化工具实操，同时引入BIM技术理念。教学中结合港珠澳大桥、深海钻井平台等标志性工程案例，将大国工匠精神、海洋强国战略融入专业知识传授，旨在激发学生的专业使命感、创新意识及积极向上的价值观。
一、章节名称
第10章 工程施工图/10-4剖面图
二、章节教学目标
1. 知识目标
通过本节课程的学习，学生应掌握港珠澳大桥剖面图的形成原理及图示方法，理解其结构组成与空间关系；能够准确识读和绘制大桥主体结构、桥墩基础、沉管隧道等关键部位的剖面图；掌握剖面图中尺寸标注、材料符号等专业表达规范；并能通过案例分析，将剖面图知识与实际工程结构相结合，灵活运用于类似大型跨海桥梁的图纸解读与设计中。
2. 思政目标
通过港珠澳大桥剖面图的深入学习，学生将直观感受这座超级工程的精密构造与创新设计，剖面图所呈现的每一个细节都凝聚着中国工程师的智慧与匠心。课程通过剖析大桥建设中克服深海软基、复杂洋流等结构设计剖面图方案，引导学生理解自主创新的重要性；结合剖面图中体现的标准化施工流程与质量控制体系，潜移默化地传递严谨务实的大国工匠精神。
三、案例设计与内容
1. 案例导入
港珠澳大桥跨越珠江口伶仃洋海域，东接香港特别行政区，西接广东省（珠海市）和澳门特别行政区。项目全长约50公里，桥隧工程全长35.6公里。三地共建的主体工程长约29.6km，深水区非通航孔桥14.12km、浅水区非通航孔桥5.44公里、青州航道桥930m、江海直达航道桥994m、九州航道桥693m、以及两座人工岛连接桥，一座口岸连接桥，桥梁共长约22.8km。青州航道桥塔顶结型撑吸收“中国结”文化元素，将最初的直角、直线型造型“曲线化”，并注入文化元素，提升景观层次，使中国结更显纤巧、灵动、精致、优雅，与附近连接隧道的东西人工岛形成“珠联璧合”的总体造型理念。江海直达船航道桥主塔塔冠造型取自白海豚元素，与该区域海豚保护区的海洋文化相吻合，造型独具特色。九洲航道桥主塔造型取自风帆，寓意“扬帆起航”，与江海直达船航道塔身形成序列化造型效果，桥塔整体造型优美、亲和力强，具有强烈的地标韵味。港珠澳大桥作为现代工程奇迹，其图学之美体现在结构设计、空间美学与技术创新的完美融合，展现了力学与艺术的精妙平衡。大桥的S形曲线，其剖面图如解剖刀般揭开其内部奥秘—全钢箱梁的流线型截面与沉管隧道矩形断面形成鲜明对比，在光影交错中演绎着“刚柔并济”的工程哲学。
图1 港珠澳大桥的图学、艺术与力学交融之美
2. 港珠澳大桥剖面图与知识点的融合
（1）非通航孔桥结构设计剖面图
剖面图是通过假想剖切平面切割物体后，对剩余部分的正投影图，用于展示内部结构。在港珠澳大桥非通航孔桥设计中，剖面图直观呈现了钢箱梁的箱室构造、墩身与基础的连接方式等关键细节。绘制时需选择反映结构特征的剖切位置（如墩身中心或基础变截面处），规范标注剖切符号与剖面线。识读时需结合平面图与立面图理解跨径布置，关注尺寸标注（如变截面桩的直径变化）和施工逻辑（如钢箱梁整孔安装的空间预留），通过“结构-工艺-标注”三位一体方法全面掌握设计意图。
图2 非通航孔桥结构剖面图设计
（2）沉管隧道剖面图
沉管隧道剖面图需通过假想剖切平面（如接缝处或变截面处）展示33节预制管段（每节重8万吨）的内部结构，包括钢壳与混凝土组合的箱室构造、横隔板布置及GINA止水带等防水细节。绘制时需规范标注剖切符号，区分材料线型（钢壳用交叉线，混凝土用45°斜线），并标注关键尺寸（如壁厚、水下对接误差±2厘米）。与孔桥结构相比，沉管隧道以深埋荷载和水密性为核心，而孔桥（如钢箱连续梁）则依赖跨径与墩身支撑。识读时需结合平面图理解沉管排列顺序，重点关注“半刚性”结构抗晃设计及浮运沉放工艺，同时对比孔桥剖面图分析受力差异。
图3 沉管隧道剖面图设计
（3）埋置式全预制桥梁墩台剖面图
埋置式全预制桥梁墩台剖面图需通过假想剖切平面（如承台与墩身交接处）展示预制构件的装配关系，包括托盘止水装置、套箱止水装置及悬吊装置连接细节。绘制时需区分局部结构剖面图（仅展示关键节点如吊点设计或操作平台）与全截面剖面图（完整呈现墩台几何轮廓与内部构造），前者用局部剖切符号，并放大比例标注细部尺寸，后者需统一线型表现材料分界（如混凝土墩身与钢埋件）。识读时需注意核对预制段拼装误差、埋置深度与地基处理要求，并对比平面图验证墩台轴线定位。
图4 埋置式全预制桥梁墩台剖面图设计
（4）分离式胶囊柔性止水技术剖面图
分离式胶囊柔性止水技术剖面图需通过假想剖切平面（如胶囊与沉管接缝处）展示多层复合结构，包括外层钢壳、中间橡胶胶囊层及内衬止水带。绘制时需规范标注剖切符号，区分材料线型（钢壳用交叉线，橡胶用波浪线），并标注关键尺寸（如胶囊压缩量15mm、搭接宽度30cm）。关键节点位置剖面图（如转角处或伸缩缝）需放大比例展示胶囊变形细节，而全截面剖面图则需完整呈现止水系统与沉管整体的空间关系。
图5 分离式胶囊柔性止水技术剖面图设计
3. 港珠澳大桥案例的深入探究
港珠澳大桥的四种剖面图从整体结构、局部构造到关键节点三个尺度，系统展现了这一超级工程的创新设计：非通航孔桥结构设计剖面图（整体尺度）、沉管隧道剖面图（整体-局部过渡尺度）、埋置式全预制墩台剖面图（局部尺度）、分离式胶囊止水技术剖面图（关键节点尺度），四种剖面图形成“宏观-中观-微观”的完整表达体系，即非通航孔桥与沉管隧道确立整体结构逻辑，墩台剖面过渡到构件层级，止水技术则聚焦毫米级防水细节，共同诠释了跨海集群工程的多尺度协同设计思想。
四、教学效果与反思
通过港珠澳大桥四种剖面图（非通航孔桥、沉管隧道、全预制墩台、胶囊止水技术）的多尺度教学，学生能够建立系统性思维，即从整体结构（非通航孔桥）到关键节点（止水技术）的逐层剖析，理解“宏观-中观-微观”的设计逻辑，掌握工程制图中尺度转换的表达方法。沉管隧道剖面图的管节分段表达、胶囊止水技术的变形细节标注等案例，显著提升了学生处理复杂工程节点的制图能力。港珠澳大桥的剖面图教学不仅是技术传授，更是工匠精神的载体—从毫米级止水到千米级跨海，“中国精度”与“中国跨度”共同铸就了工程教育的时代标杆。
