土木工程发展及其展望

土木工程发展及其展望

摘要

土木工程是人类历史上年代最久远的“技术科学”，作为一种系统的产业活动，土木工程的实质是生产的过程，是一种技术过程。土木工程也是建造各类工程设施的科学技术的统称，它既指工程建设的对象，即建在地上、地下、水中的各种工程设施，也指所应用的材料、设备和所进行的勘测设计、施工、保养、维修等技术。

随着人类社会的不断发展，土木工程至今已经演变成为大型综合性的学科，而且已经衍生出许多分支，如：建筑工程，道路工程，桥梁工程，给水排水工程，港口工程，水利工程，等学科。 通过《土木工程概论》的学习，我们了解了土木工程的发展史即：古代、近代及现代土木工程和前人在土木工程这方面取得的巨大的成就，也明白了土木工程涉及到的领域和土木工程涵盖面的广泛。

关键词

土木工程 发展史 前景展望

正文

一.土木工程的发展史

1.古代土木工程

古代土木工程大约从旧石器时代（约公元前5000年起）到17世纪中叶。原始人类为了躲避风雨利用天然的掩蔽物这一事件吸引起了人们对土木工程建筑的渴求，渐渐地，人们开始使用简单的木、石及骨制工具，伐木采石，以粘土、木材和石头等，模仿天然掩蔽物建造居住场所，开始了人类最早的土木工程活动。这一时期的土木工程没有理论指导，人们修建各种设施主要依靠经验，用到的也都是简单的天然材料。

直到公元前1000年左右，土木工程得到较大发展，在材料方面，人们开始采用烧制的砖，在构造方面，形成了木构架、石梁柱、券拱等结构体系。这一时期所用的工具也很简单，只有斧、锤、刀、铲和石夯等手工工具。然而，古代建筑群中依然留下了许多亘古绝今的宏伟建筑。西方建筑大多是砖石结构，其中代表作品便是古埃及的金字塔、古希腊的帕特农神庙、古罗马的斗兽场等都是砖石结构中的精品。中国古代建筑主要是采用木结构体系，佛教建筑是中国东汉以来建筑活动中的一个重要方面,南北朝和唐朝大量兴建佛寺。公元8世纪建的山西五台山南禅寺正殿和公元9世纪建的佛光寺大殿,是遗留至今较完整的中国木构架建筑。但是我国的砖石结构也有伟大的成就，代表作品当属万里长城，它东起山海关，西至嘉峪关，全长5000余公里；建于公元590-680年的赵州桥为单孔圆弧拱形石拱桥，它是我国石拱桥的代表，同时也是世界石拱桥的杰作。

大量的工程实践促进人们认识的深化，编写出了许多优秀的土木工程著作，出现了众多的优秀工匠和技术人才，如中国公元前5世纪的《考工记》、宋喻皓著《木经》、李诫著《营造法式》，以及意大利文艺复兴时期阿尔贝蒂著《论建筑》等。

2.近代土木工程

近代土木工程的时间为17世纪中叶起到第二次世界大战前后，历时300余年。17世纪到18世纪下半叶是近代科学的奠基时期，也是近代土木工程的奠基时期。伽利略、牛顿等所阐述的力学原理推动了近代土木工程的发展，为土木工程的结构设计提供了较为系统的理论指导。18世纪下半叶，瓦特对蒸汽机作了根本性的改进。蒸汽机的使用推进了产业发展。同时为土木工程提供了多种性能优良的建筑材料及施工机具，也对土木工程提出新的需求，从而促使土木工程以空前的速度向前迈进。

第一次世界大战后，大型土木建筑得到极大发展，许多大跨度和高耸宏大的工程建筑相继建成。其中典型代表有1918年加拿大建成魁北克悬臂桥,跨度548.6米；1937年美国旧金山建成金门悬索桥,跨度1280米,全长2825米，是公路桥的代表性工程；1932年，澳大利亚建成悉尼港桥，为双铰钢拱结构，跨度503米。

然而此时在中国，清政府采取的是闭关锁国的政策，土木工程发展进程十分缓慢,直到清末出现的洋务运动才将西方先进技术引入中国。1909年，中国著名工程师詹天佑主持的京张铁路建成，全长约200公里，达到当时世界先进水平。清政府被推翻后，我国的土木工程也得到了快速发展，1934年，上海建成了24层的国际饭店；1937年，茅以升先生主持建造了钱塘江大桥。这些都是我国近代土木工程的优秀成果。

3.现代土木工程

第二次世界大战之后，许多发达国家和发展中国家经济取得高速发展，现代科学技术也得到迅猛发展，这些都为土木工程的进一步发展提供了强大的物质基础和技术理论指导。现代土木工程有以下几个特点：

1.功能要求多样化

人类对物质生活的要求正在不断提高，而土木工程与人类生活息息相关，这便使得人们对土木工程建筑的要求也在提高。公共建筑和住宅建筑逐渐要求周边环境、建筑的结构布置与水、电等相结合，室内的温度、湿度的调节与控制需要与现代化设备相结合。其他高技术工业的发展，如，电子技术、生物技术、航空航天等，许多用于工业的建筑物逐渐提出了恒温，恒湿，防辐射，防腐蚀等高要求，因此，现代土木工程在功能方面需要逐步向多样化方向发展。

2.城市建设立体化

经济的快速发展和人口的迅猛增长使得城市人口密度迅速加大，造成城市交通拥挤，用地紧张，房价不断攀升，诸多因素迫使住房建筑向高层建筑发展，许多发达国家和发展中国家在经济复苏的进程中建造了许多的高层建筑。城市交通拥挤状况也使得交通工程向地下和空中发展，地下交通网和高架公路网渐渐兴起，城市建设立体化的局面正在逐步形成。

3.交通工程快速化

由于社会主义制度下的市场经济的繁荣与发展，运输系统便承受了前所未有的巨大压力，快速和高效成了运输系统所应该具有的特点，现代技术和各学科的进步同时也为这种要求提供了条件。高速公路，铁路以及飞机都是较为快速的运输方式，这些庞大的交通设施在设计，建造及使用中的维修都离不开现代土木工程技术。

4.工程设施大型化

许多大型土木工程建筑于第二次世界大战以后为了满足能源，交通及大众生活的需要而建成。在桥梁方面，具有大跨度的悬索桥，拱桥，斜拉桥等相继出现，并且一直在不断的发展；隧道方面，近代开凿了许多穿过大山或越过大江，海峡的通道，如，穿越英吉利海峡的隧道，长50.3km；在建筑方面，高层建筑、高耸结构及大跨度建筑得到了迅猛发展，例如，美国芝加哥的希尔斯大厦，高443m,我国上海东方明珠塔高468m；其他大型建筑如，

海上采油平台，核发电站等由于其所处环境或用途特殊，使得建筑物本身需要具有一些特殊结构，这些更是离不开土木工程。

二.土木工程未来展望

一个学科未来的发展前景必须要同当今时代的特殊性和国家的相关政策结合起来，国家“十二五”规划中明确指出，要逐步完善城市化布局和形态。完善城市化的过程中，必定会大兴土木，而这对于土木工程来说又是一个快速发展的时期，这一阶段的土木工程在以下方面将会有新的发展:

1.建筑材料方面。

传统材料的改性使得高强轻质的新材料不断出现,许多化学合成的材料也逐渐的用于工程建设中。比钢轻的铝合金、镁合金和玻璃纤维增强塑料(玻璃钢)已开始应用。但是这些材料有些弹性模量偏低，有些价格过高，应用范围受到限制，因而尚待作新的探索。另外，对提高钢材和混凝土的强度和耐久性，虽已取得显著成果，仍继续进展。

2.工程地质和地基方面。

建设地区的工程地质和地基的构造及其在天然状态下的应力情况和力学性能，不仅直接决定基础的设计和施工，还常常关系到工程设施的选址、结构体系和建筑材料的选择，对于地下工程影响就更大了。工程地质和地基的勘察技术，目前主要仍然是现场钻探取样，室内分析试验，这是有一定局限性的。为适应现代化大型建筑的需要，急待利用现代科学技术来创造新的勘察方法。

3.工程规划方面。

以往的总体规划常是凭借工程经验提出若干方案，从中选优。由于土木工程设施的规模日益扩大，现在已有必要也有可能运用系统工程的理论和方法以提高规划水平。特大的土木工程，例如高大水坝，会引起自然环境的改变，影响生态平衡和农业生产等，这类工程的社会效果是有利也有弊。在规划中，对于趋利避害要作全面的考虑。

4.工程设计方面。

人们努力使设计尽可能符合实际情况，达到适用、经济、安全、美观的目的。为此，已开始采用概率统计来分析确定荷载值和材料强度值，研究自然界的风力、地震波、海浪等作用在时间、空间上的分布与统计规律，积极发展反映材料非弹性、结构大变形、结构动态以及结构与岩土共同作用的分析，进一步研究和完善结构可靠度极限状态设计法和结构优化设计等理论；同时发展运用电子计算机的高效能的计算和设计方法等。

5.工程施工方面。

随着土木工程规模的扩大和由此产生的施工工具、设备、机械向多品种、自动化、大型化发展，施工日益走向机械化和自动化。同时组织管理开始应用系统工程的理论和方法，日益走向科学化；有些工程设施的建设继续趋向结构和构件标准化和生产工业化。这样，不仅可以降低造价、缩短工期、提高劳动生产率，而且可以解决特殊条件下的施工作业问题，以建造过去难以施工的工程。

与此同时，未来的土木工程特点将会变得更加的复杂与多样化，工程与人类生产生活联系的更加紧密，伴随着社会的不断发展和人们对生活质量要求的不断提高，未来的土木工程将有以下特色：

1.过程信息化。信息时代正在迎面走来，其他学科和其他方面的新观点新技术，必然的也会影响到土木工程。并且为这一传统学科注入新的活力。包括控制理论，施工技术，新材料，环境工程，经济理论等等。信息化的特点将更深的渗透到未来的土木工程中，重点不仅仅限于CAD方面，也包含对工程进度的管理、运行中数据资料的收集，分析，整理；对建筑物结构，强度，可靠性的分析和相应对策的决策等。这些也是主动控制和智能化实现的

基础。

2.主动控制技术。到目前为止，世界上绝大部分的建筑都是以一种静态的状态去面对各种自然界的不利因素或人为损害。对周围环境的影响，如风动，温度变化，突发事件等只能依靠自身的结构进行被动的抵御。显得缺少灵活性和应变能力。今后土木建筑设施的一个发展方向之一就是主动控制技术在建筑构造物中的应用。运用计算机技术和模糊控制技术，以及一些预设的控制结构。使得建筑物能够对各种环境因素做出适当的反应，在抵御各种不利因素方面能够取得不错的成效。

3.可持续发展和人性化。这两个要求是与当代和未来的社会经济的发展相适应的，社会的发展要求更加充分合理的利用资源，当代社会的主题便是可持续发展，未来的建筑必然要考虑到能源资源的消耗和节约的问题，这更加适应了社会的大众要求，同时社会生活水平的提高也很大程度的影响了对土木建筑设施人性化方面的要求，这就使得未来的建筑将不断向可持续发展与人性化方面发展。

土木工程当今的发展是人类智慧的成果，土木工程是为了人类存在而存在.坚持可持续发展道路，努力创新，土木工程定会走向新的高峰!

参考文献

1.《土木工程概论》 武胜编 清华大学出版社

2.《土木工程概论 伟大的土木工程》 崔京浩编 清华大学出版社

3.《土木工程概论》 叶志明编 高等教育出版社

2013.12.24