土木工程与可持续发展

土木工程与可持续发展

纵观人类文明史，土木工程建设在和自然斗争中不断地前进和发展。在我国的现代化建设中，土木工程业越来越成为国民经济发展的支柱产业。同时，随着社会和科技的发展，建筑物的规模、功能、造型和相应的建筑技术越来越大型化、复杂化和多样化，所采用的新材料、新设备、新的结构技术和施工技术日新月异，节能技术、信息控制技术、生态技术等日益与建筑相结合，建筑业和建筑物本身正在成为许多新技术的复合载体。而超高层和超大跨度建筑、特大跨度桥梁及作为大型复杂结构核心的现代结构技术则成为代表一个国家建筑科学技术发展水平的重要标志。所有这一切都说明在土木工程中越来越体现了技术与创新的作用，谁能在世纪之交把握住土木工程学科的发展趋势。谁就能在知识经济时代开创土木工程学科的新纪元。通过这三年对土木工程有关课程的学习，我已经深深地感受到土木工程涵盖的广泛，体味了前人取得的成就，也领悟了作为一名土木工程师的重大责任。当然，我们不能沉浸于现已取得的辉煌成就，止步不前。我们还应当与时俱进，去挖掘，去发现，去思考，去想象，去创新。在此，作为一名中国未来的土木工程师，我想结合土木工程的历史，结合我国的国情和世界形势，谈一谈土木工程的可持续发展之路。

一、土木工程的认识

土木工程是指建造各类工程设施的科学、技术和工程的总称。土木工程的含义可从两方面去理解。一层含义是指与人类生活、生产活动有关的各类工程设施，如建筑工程、公路与城市道路工程、局坝水电和水利工程、铁路工程、桥梁工程、隧道工程、地下空间开发利用工程等。另一层含义是指为了建造工程设施应用材料、工程设备在土地上所进行的勘察、设计、施工等工程技术活动。经过多年的发展，目前土木工程的实践和研究己取得显著成就，无论是结构的力学分析，还是结构设计的理论和方法以及结构的施工手段，都有了非常大的突破；特别是近若干年，在高层、大跨结构和钢结构方面成绩尤其惊人。但展望未来，土木工程领域中仍然有许多课题需要我们进一步探讨。

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。

作为一个重要的基础学科，土木工程有其重要的属性：综合性，社会性，实践性，技术经济与艺术统一性。随着人类社会的进步而发展，土木工程至今已经演变成为大型综合性的学科，并已经出许多分支，如：建筑工程，铁路工程，道路工程，桥梁工程，特种工程结构，给水排水工程，港口工程，水利工程，环境工程等学科。土木工程共有六个专业：建筑学，城市规划，土木工程，建筑环境与设备工程，给水排水工程和道路桥梁工程。

1．对土木工程的历史、现状和未来发展的认识

⑴古代土木工程

古代土木工程具有很长的时间跨度，它大致从公元前5000年的新石器时代到17世纪中叶，前后约7000年。在房屋建筑、桥梁工程、水利工程、高塔工程等方面都取得了辉煌的成就。一些文明古国的不少传世杰作，至今巍然屹立。譬

如我国的长城，埃及的金字塔等。公元6世纪建成的赵州桥，是世界上最早的敞肩式拱桥，于1991年被美国土木工程学会选为世界上地12个土木工程里程碑。

⑵近代土木工程

近代土木工程的时间跨度从17

世纪中叶到

20世纪中叶，前后约

300年时

间。在此期间，建筑材料从以天然材料

为主转向以人造材料为主，建造理论也

从主要以总结长期建造经验向重视科

学兼顾经验转变。建造技术方面，一些性能优异的大型机械伴随着各种极为有效的施工方法的出现，使得人们开始能建造结构复杂或所处环境恶劣的土木工程。期间建成的埃菲尔铁塔、帝国大厦和金门悬索桥，至今仍不失为伟大的土木工程。

⑶ 现代土木工程

现代土木工程起始于20世纪中叶。发展至今，土木工程在建筑材料、结构理论和建造技术方面都取得了极其巨大的进步。建筑材料方面，高强度混凝土、高强低合金钢、高分子材料、钢化玻璃越来越多地出现在建筑上。结构理论方面，利用电子计算机强大的运算和绘图能力，力学分析和计算的结果更加符合结果的实际情况，使得在结构设计上更为可靠。对于建筑技术，已经发展到机—电—计算机的一体化，施工过程中，不论是上天、入地还是翻山、下海，都已不是施工的障碍了；而焊接技术的普遍使用，也使得钢结构的发展进入了一个新的阶段。 现代土木工程造就的举世瞩目的建筑有：我国台北的国际金融中心，上海金茂大厦，马来西亚吉隆坡的石油大厦双塔楼，法国的诺曼底斜拉桥等。

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、对土木工程的现状的认识

现今的土木工程，正日益同它的使用功能或生产工艺紧密结合。

公共和住宅建筑物要求的建筑、结构、给水排水、采暖、通风、供燃气、供电等现代技术设备日益结合成为整体。

工业建筑物则要求恒温、恒湿、防微振、防腐蚀、防辐射、防火、防爆、防磁、防尘、防高（低）温、耐高（低）湿，并向大跨度、超重型、灵活空间方向发展。另外，高层建筑大量兴起，地下工程高速发展，城市高架公路、立交桥大量出现，并逐步实现交通运输高速化、水利工程大型化。

值得一提的是我国实行改革开放以后，综合国力有了很大提高，已具备更大规模开发和利用水资源的条件，如三峡水利枢纽，南水北调工程等都是世界一流的大型水利工程。

3、对土木工程未来发展的认识

随着我国改革开放的不断深入和经济的迅速发展，中国将面临一个更大规模的建设高潮。可以说，我们正面临着一个伴随着国民经济飞跃的土木工程大发展的大好时期。而且这样一个优良的发展环境已经受到并将继续受到西方国家的急切关注。

作为跨世纪的一代，这一大好形势为我们提供了空前难得的施展才干、向国际水平冲击的良好机遇。同时，我们也深深感到，这是一个“机遇”与“挑战”并存、“合作”与“竞争”交织、“创新”与“循旧”相争的时代，如何把握世纪之交时土木工程学科的发展趋势，开创具有中国特色、具有国际一流水平的土木工程学科的新纪元，是对我们跨世纪一代人的严峻挑战。

二．土木工程为什么要走可持续发展之路

我国的土木工程有自己的特殊性。“中国是世界上人口最多的国家，一项大资源被13亿一除即变得微不足道，而一个小问题乘以13亿就成了大问题。”刘西拉教授此语切实道出了我国的困难之所在。我国的煤、石油、天然气、水、森林总量均居于世界前列，而人均占有量却全部低于世界平均水平。人口、能源、教育、污染问题已经成为我国所面临的四大严酷问题。走可持续发展迫在眉睫。而土木工程，也必当立足长远，走出一条可持续发展之路。

放眼世界，美国的现代化进程可谓先进，而现今资料表明：未来美国要投入16000亿美元来解决已建工程的不安全状态，我们还应看到，我国的土木工程事业与世界一流水平还有一定的差距。譬如国内的不少高层建筑（包括上海的环

球金融中心），其工程设计几乎全部由国外承担，钢材几乎全部从国外进口，工程总承包也大多由国外承担，只有钢结构制作与安装等工作由国内单位承担。获得完全自主的知识产权，实现工程建筑的国产化，赶超国际水平，还有氯离子所引发的建筑锈蚀等等。需要我们青年一代去完成！作为当代土木工程师，在传承前人辉煌成就的同时，也必须多多吸取已出事故的教训，在今后的工作中进行创新改良，实现可持续发展。

三、土木工程走可持续发展所采取的方法

１、发展高新技术，应用结构健康监测，实现可持续发展

土木工程在实际使用过程中，会出现不同程度的损伤或性能退化，这将影响起承载能力和耐久性，甚至引发严重的工程事故，带来重大的人员伤亡和经济损失，产生严重的社会影响。因此，从建筑建成的一刻起，就要做好健康监测、修复和加固的准备。随着现代传感技术、计算机与通讯技术、信号分析与处理技术及结构动力分析理论的迅速发展，人们提出了结构健康监测的概念，给土木工程的发展带来革命性的变化。

结构健康监测系统通过在结构上安装各种传感器，自动、实时地测量结构的环境、荷载、响应等，对结构的健康状况进行评估，科学有效地提供结构养护管理的决策依据，确保结构安全运营，延长结构使用寿命。

近年来，大型土木工程特别是大跨度桥梁结构的健康监测技术成为国内外工程界和学术界关注的热点，通过科研和工程技术人员的努力取得了卓有成效的研究成果。国内外近年新建的许多大型桥梁都安装了结构健康监测系统，如我国的上海徐浦大桥、江阴长江公路大桥、东海大桥、香港地区的青马大桥，韩国Seohae桥和Youngjong桥、美国Commodore Barry桥和加拿大Confedration桥等。像这样，通过发展结构健康监测与安全预警，在第一时间发现建筑可能出现的问题，及时进行修复与加固，既避免了可能出现的建筑事故，也基本解决了建筑过快老化损坏，不得不拆去重修的尴尬局面，及由此造成的大量经济、资源、时间上的浪费，实现建筑使用的可持续发展。

2、开发利用再生资源和绿色资源，实现可持续发展

能源问题是当前世界各国极为关注的问题，寻找新的替代能源和能源多极化的要求是21世纪人类必须解决的重大课题。这也对土木工程提出了新的要求，应当予以足够的重视。 此外，由于我国是一个发展中国家，经济还不发达，基础设施还远远不能满足人民生活和国民经济可持续发展的要求，所以在基本建设方面还有许多工作要做。并且在土木工程的各项专业活动中，都应考虑可持续发展。这些专业活动包括：建筑物、公路、铁路、桥梁、机场等工程的建设，海洋、水、能源的利用以及废弃物的处理等。

世界上每年拆除的废旧混凝土，工程建设产生的废旧混凝土等均会产生巨量的建筑垃圾。我国每年的施工建设产生的建筑垃圾达4000万吨，产生的废混凝土就有1360万吨，清运处理工作量大，环境污染严重。此外，我国是20年来世界水泥生产的第一大国，而这本身是一项高耗资源、高耗能、污染环境的行业。 与其他材料相比，钢材和再生混凝土较为符合绿色建材的标准，应当大力发展这样的绿色建材。

对此，日本的爱知世博会，给我们上了生动的一课：材料方面，世博会的各种建筑材料表面上看很高档，但是很多都是废物利用。许多木版都是由建筑用木材废料加工而成，到处摆放的坐椅，是电视机壳粉碎后制成。丰田展馆内壁由回收的废纸加工而成，长久会场日本馆，既追求了人与自然和谐，也节约了经济开

支，所使用的大部分钢材和木料，都可以回收利用。同时，竹壁的优越性在3到9月爱知的酷暑也显现无遗。竹子本身的性能大大降低了室内温度，空调的使用也明显减少。这一点给了我众多的思考：在建筑选材方面，在合适之处应用自然的可再生资源，节约开支的同时，也实现了生态与建筑的和谐可持续发展，何乐而不为呢？

另外，在日本爱知世博会长久手会场，茧状日本馆为减少热负荷，利用墙面绿化、生物降解塑料材料和间伐木材(森林中被砍掉的细木材)实现了环保功能。以“自然的智慧”为主题的爱知世博会，展馆建设大量应用现代科技成果，突出环保性和功能性，反映出人类对自然美的孜孜追求。而这，也应当是未来土木工程师要学习和发展的方向。 我国建筑中，李国豪教授设计的扬浦大桥也堪称经典。引桥部分的螺旋式上升结构，节约人民币数亿元，是土木工程实现经济性可持续发展的典范。

当然，可持续发展，绝不是一味地追求节省，而是要寻求一种最合理的中间状态，既要保证建筑有足够的创意，也要追求完美的技术经济指标，以最少的投入获得最大的效益。我们依旧还是要创造经典，但是绝不能建立在挥霍金钱，建立在耗费更多的资源、能源的基础之上。现今，建筑世界已经进入到生态美学的时代，注重文化、生态、工程与环境之间的关系，注重人性化、节能与可持续发展，才是当代工程师的着眼方向。

3、发展高性能材料

钢材将朝着高强、具有良好的塑性、韧性和可焊性方向发展。日本、美国、俄罗斯等国家已经把屈服点为700N／mm2以上的钢材列人了规范；如何合理利用高强度钢也是一个重要的研究课题。高性能混凝土及其它复合材料也将向着轻质、高强、良好的韧性和工作性方面发展。

4、提高计算机应用能力

随着计算机的应用普及和结构计算理论日益完善，计算结果将更能反映实际情况，从而更能充分发挥材料的性能并保证结构的安全。人们将会设计出更为优化的方案进行土木工程建设，以缩短工期、提高经济效益。计算理论和计算手段的进步以及新材料新工艺的出现，为结构形式的革新提供了有利条件。空间结构将得到更广泛的应用，不同受力形式的结构融为一体，结构形式将更趋于合理和安全。

5、重视环境工程

环境问题特别是气候变异的影响将越来越受到重视，土木工程与环境工程融为一体。城市综合症、海水上升、水污染、沙漠化等问题与人类的生存发展密切相关，又无一不与土木工程有关。较大工程建成后对环境的影响乃至建设过程中的振动、噪声等都将成为土木工程师必须考虑的问题。

6、发展建筑工业化，走可持续发展

建筑长期以来停留在以手工操作为主的小生产方式上。解放后大规模的经济建设推动了建筑业机械化的进程，特别是在重点工程建设和大城市中有一定程度的发展，但是总的来说落后于其他工业部门，所以建筑业的工业化是我国建筑业发展的必然趋势。要正确理解建筑产品标准化和多样化的关系，尽量实现标准化生产；要建立适应社会化大生产方式的科学管理体制，采用专业化、联合化、区域化的施工组织形式，同时还要不断推进新材料、新工艺的使用。

7、空间站、海底建筑、地下建筑的建立

早在1984年，美籍华裔林铜柱博士就提出了一个大胆的设想，即在月球上利用

它上面的岩石生产水泥并预制混凝土构件来组装太空试验站。这也表明土木工程的活动场所在不久的将来可能超出地球的范围。随着地上空间的减少，人类把注意力也越来越多地转移到地下空间，21世纪的土木工程将包括海底的世界。实际上东京地铁已达地下三层：除在青函海底隧道的中部设置了车站外，还建设了博物馆。

作为土木工程学院的本科学生，我会在大学四年的学习过程中，不断提高自己的自学能力，努力掌握好计算机语言与程序设计技能，珍惜每一个上机实习的机会，并在大学物理实验、材料实验和结构实验中掌握一般结构实验的基本方法，初步具备结构检验的技能，做好技术实习、课程设计。从学习中提升工程能力，在学生工作中提升管理能力，逐步完善自己的知识结构，从中培养出科技开发能力并在表达能力和公关能力上多下工夫。不过，这些技能还构不成一个真正有助于我国可持续发展的土木工程师。因为工程师最重要的是具备高尚的道德文化修养和思想品质。为了国家和民族的利益，献身祖国的事业。为了国家的荣誉，能有强烈的竞争意识。具备唯物辨证的思想方法，有蹋实、严谨、苦干的工作作风。只有这样，才能做一名合格的中国土木工程师。

作为祖国未来的土木工作者，我将努力做到：达好基础，学好外语，承认不足，不甘落后，不断在创新、质量和美学上下工夫。提升自己的竞争意识，工作结合我国国情，特别是考虑由于人口负担过重造成的能源不足、水资源和耕地缺乏。特别注意不使西方发达国家在他们发展过程中由于当时对可持续发展认识不足造成的错误与严重后果在中国的大地上出现！

我将不断提升能力，鼓足干劲，与其他同学一道，走出一条自主创新、可持续发展的有中国特色的土木工程发展之路，共同将我国的土木工程事业推向新的高潮！