土木工程 世界现状

引言 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发展的支柱产业。同时，随着社会和科技的发展，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、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。

一、土木工程的涵义

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。

二、土木工程的发展现状

我国的土木工程建设从20世纪50年代起一直没有停过，且发展很快，尤其在近年来，发展极为迅猛，几乎整个中国成了一个大的建设工地。新的高楼大厦、展览中心、铁路、公路、桥梁、港口航道及大型水利工程在祖国各地如雨后春笋般地涌现，新结构、新材料、新技术大力研究、开发和应用。发展之快，数量之巨，令世界各国惊叹不已。

但是，自改革开放以来，我国城市发展进入了一个崭新的阶段，城市的数量、规模和人口数量都有了飞速的发展。这就要求更多的建筑来满足城市发展的需求．单是不难看出，目前，我国的城市建筑尤其是房屋建筑，并不能满足人们的需求。

三、土木工程的发展趋势

1、 进一步发展高层、大跨结构，钢结构将得到加速发展，相关的问题将成为研究热点：

(1)大跨结构体系及关键技术，大型复杂结构体系的现代设计理；

(2)针对高层钢结构的体系与布置、结构的动力特性、结构的可靠性评价、结构的空间稳定、各种设计荷载和钢结构可靠度的比较研究；

(3)研究和开拓各类杂交空间结构体系和巨型网格结构体系；

(4)研究各类大跨空间结构的实用分析方法，包括结构临界荷载的分析方法，结构实用抗震分析方法，常用曲面风载体型系数的计算等；

(5)革新大跨空间结构的施工方法，发展和推广空间结构的高空悬挑安装法及地面安装、整体提升或顶升的施工安装方法；

(6)钢-混凝土组合结构抗震设计研究(这方面研究国内外都很少开展)；

(7)钢结构的抗火设计和防腐设计等。

2、 防震抗风与减灾

随着超高层、超大跨桥梁和大跨结构等大型复杂结构的兴建，结构设计呈现更长、更高、更柔的发展趋势。许多情况下风荷载和地震荷载已成为结构设计的控制因素。因此大型复杂结构体系抗风抗震的设计理论及其相关问题将被进一步关注。相关的研究课题将包括设计地震动及灾害性风荷载的作用机理；超高层建筑结构体系的抗风与抗震，特大跨度桥梁的结构体系及抗风抗震。同时。以柔克刚。的抗震思想在结构振动控制技术中将进一步得到体现，现代振动控制将向自适应控制、智能控制、吸震减震技术研究方向发展；土木结构健康监测、灾害结构响应控制等基础性的研究将会进一步加强。

3、 预应力混凝土材料及技术

预应力混凝土材料及技术本身将有所创新和发展，并将推动新材料、新技术、新理论及新设计方法不断涌现。其应用研究将主要体现在以下几方面：

(1)混凝土将继续朝高强、高性能方向发展；免振混凝土、密筋混凝土可能在结构中试用；

(2)大直径、大截面钢绞线的研制、生产；超过2000级的高强钢绞线也可能推出；镀锌、环氧涂层钢绞线将被采用；不锈钢绞线的应用将有大的增长；耐久、轻质(重量只有钢材的20%)、更高强(>2000)的高性能纤维加强塑料筋将较多地获得应用；碳纤维加劲塑料()、玻璃纤维加劲塑料、芳纶纤维加劲塑料。

(3)新型无粘结预应力筋及体外预应力配筋将得到开发和应用；

(4)预应力混凝土结构的耐久性、抗火、抗震、抗爆等性能研究及它们的设计方法研究；

(5)预应力混凝土与钢筋混凝土的结合，预应力混凝土与纤维混凝土的结合以及其它材料的结合；

(6)预应力轻混凝土的发展和预应力混凝土结构的计算理论的完善以及预应力混凝土结构的拆除、重建方法以及预应力作为结构加固和调整内力的措施的研究；

(7)发展和推广现代预应力空间结构体系，一是研究和推广应用预应力技术来提升结构刚度，调整结构风力的分布，如预应力网格结构、预应力斜拉网格结构；二是研究通过预应力技术来形成新的空间结构，如张弦梁结构、张拉整体结构和索穹顶结构等。

4、 大力发展高性能混凝土

美国混凝土学会将高性能混凝土定义为具有易灌实、易密实，不离析，能长期保持优越的力学性质，早期强度高、韧性好，体积稳定、在恶劣环境下使用寿命长等所要求性能的匀质混凝土。1992年里约热内卢召开的地球峰会将“可持续发展”定义为“与地球生态系统相协调的经济活动”。指出对环境无害的混凝土技术的基础赖以建立的3个主要支柱是对混凝土原材料的节约、混凝土耐久性的提高以及混凝土技术从简约法到整体法的转变。因此发展高性能混凝土必须采用可持续发展的、对环境无害的混凝土技术，在研制各种外加剂和胶凝材料的同时，更应大力研究骨料替代、水泥替代和矿物掺料的使用等利用废弃材料来改善混凝土的性能，提高其耐久性的方法。如：采用轧碎的废弃混凝土代替碎石，用粉煤灰中的飞灰或细灰作硬凝材料；采用炼铁副产品高炉矿碴代替水泥；用粉煤灰及高炉矿碴作水泥的混合料或混凝土的矿物掺料等。

5、 地下空间可持续开发的研究

进行地下空间的开发，主要是改变了地层原始分布状态，从而引发地层内部及地面环境的改变。为使地下空间可持续地开发，需研究以下几个问题：

(1)水文地质条件的改变地下空间结构的建造与形成改变了地下水径流的路线，破坏了原有的补给关系，从而改变了地下水资源的分布形式与赋存状态，并影响到地表的植被生长；

(2)地下空间开发对原有的生态平衡产生破坏作用地下空间开发破坏原有动植物的生态环境，从而影响地理气候条件，欲恢复原有生态平衡要进行相关的研究和改造；

(3)地下空间开发对地面原有建筑物的安全将产生影响地下岩体工程开挖将破坏原有地层应力的分布，无论采用何种技术措施，都要或多或少地影响到地面原有的建筑物的安全。

又由于地面各种建筑物、市政工程等设施的结构形式、服务年限不同，因此，即便在相同的变形影响下，对各种建筑物的安全影响也不一致，因此，在建设之前要进行整体区域与个别建筑设施评价相结合的方式进行相关的研究和评价，以确保建设区地面的安全。

6、计算机的应用

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。

7、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。

8、建筑工业化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。

9、新能源和能源多极化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。

土木工程活动与可持续发展

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等。

现代社会经济的高速发展，特别是城市化进程的加快，以混凝土、钢铁和玻璃幕墙为代表的现代城市建筑正在无节制地扩张，造成了环境破坏和人与自然的不协调。因此，建筑师和土木工程师应努力树立可持续发展的建筑观，推行有效利用自然资源(如太阳能、自然通风、节能技术、材料循环利用等)的设计技术，实现现代建筑的建设以保障生态系统的良性循环为原则，真正使绿色建筑走近人们的生活。

可持续发展的绿色建筑在设计上更加追随自然，提倡应用可促进生态系统良性循环，不污染环境，高效、节能、节水的建筑技术和建筑材料。土木工程施工阶段的可持续发展。①节约水资源。通过监测水资源的使用，安装小流量的设备和器具，在可能的场所重新利用废水或者循环利用生产用水等措施，来减少施工期问的用水量，降低用水费用。②节约电能。通过监测利用率，安装节能灯具和设备、利用声光传感器控制照明灯具，采用节能型施工机械，合理安排施工时间等降低用电量，节约电能。③减少材料的损耗。通过更仔细的采购，合理的现场保管，减少材料的搬运次数，减少包装，完善操作工艺，增加摊销材料的周转次数等降低材料在使用中的消耗，提高材料的使用效率。④利用可回收资源。可回收资源的利用是节约资源的主要手段，也是当前应加强的方向。

可持续发展最有效手段是减少能源的消耗。能源的40%消耗在建筑物中，30%用在交通上。因此，在设计和使用建筑物过程中，应尽量寻求节约能源的方案，多利用风能、太阳能和再生能源。土木工程人员在努力减少建筑垃圾和废料产生的同时，还应重视废建筑材料的利用，如:废混凝土、废砖石经回收加工，可用作要求不高的地面材料或填充料，也可用于筑路或重新制砖。

最近，报纸、电视均有报导:今年三、四月间，我国北方一些地区沙尘暴频发，北京也浮沙弥漫，连江南也有尘土飞扬、降落黄泥雨水的几天。沙漠在蔓延，已占国土的20%多。面对沙尘暴、沙漠化的侵袭，我们土木科技工作者，应该与土壤、气候、农业工作者一道为治理沙漠作出贡献，构筑绿色屏障，遏制流沙蔓延，变沙漠为绿洲。此外，在沙漠中搞城镇建设、开发西部经济时，一定要保护环境，改善环境，注意可持续发展。

总结：

虽然我国在改革开放后土木工程的发展取得了举世瞩目的成就，但形势不容乐观。此外，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。