土木工程概论论文
内容提要：本论文主要介绍了：对土木工程的基本认识、我国当前土木工程领域重点项目建设成就看到的土木工程未来的发展趋势、对土木工程项目（招标、设计、施工、管理、材料及材料选择、新技术、新工艺）的认识、对土木工程发展史的理解和认识和如何做一个合格的土木工程专业的毕业生
一、对土木工程的基本认识
土木工程——一个平实而又重要的学科
国务院学位委员会在学科简介中为土木工程所下的定义是：“土木工程(civil engineering)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，即建造在地上、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、维修等专业技术。”土木工程是一个专业覆盖面极广的一级学科。
英语中“civil”一词的意义是民间的和民用的。“civil engineering”一词最初是对应于军事工程(military engineering)而诞生的，它是指除了服务于战争设施以外的一切为了生活和生产所需要的民用工程设施的总称，后来这个界定就不那么明确了。按照学科划分，地下防护工程、航天发射塔架等设施也都属于土木工程的范畴。
土木工程的平实性和重要性首先在于它是国家的基础产业和支柱产业，是开发和吸纳我国劳动力资源的一个重要平台，由于它投入大、带动的行业多，对国民经济的消长具有举足轻重的作用。改革开放后我国国民经济的持续高涨，土建行业的贡献率达到l／3，近年来我国固定资产的投入接近甚至超过GDP总量的50％，其中绝大多数都与土建行业有关。随着城市化的发展，这一趋势还将继续呈现增长的势头。
相对于机械工程等传统学科而言，土木工程诞生得更早，其发展及演变历史更为古老。同时，它又是一个生命力极强的学科，它强大的生命力源于人类生活乃至生存对它的依赖，甚至可以毫不夸张地说，只要有人类存在，土木工程就有着强大的社会需求和广阔的发展空间。随着技术的进步和时代的发展，土木工程不断注入新鲜血液，显示出勃勃生机。其中工程材料的变革和力学理论的发展起着最为重要的推动作用。
土木工程的发展史应该首先讨论古代土木工程，上溯可以从公元前50世纪左右的西安半坡村遗址、公元前26世纪的埃及金字塔、公元前3世纪的都江堰一直延伸到中世纪以后意大利文艺复兴时期(15世纪～16世纪)的比萨斜塔、巴黎圣母院、佛罗伦萨教堂等著名的土木建筑工程。这是土木工程发展史上一段悠久而又辉煌的时期.18世纪下半叶以瓦特发明蒸汽机为标志的产业革命带动了近代土木工程的发展，1824年英国人J．阿斯普汀发明了波特兰水泥，1856年转炉炼钢成功，为土木工程提供了充分而坚实的物质基础。
二战后，随着世界经济的复苏，各国都大量投资于各种基础设施。欧洲、美国和日本的高速公路，德国莱茵河和法国塞纳河上的许多斜拉桥，欧、美、日等许多大城市高层建筑和地铁的发展，大跨飞机库、体育馆、航空港站、核电站，以及由日本和丹麦两个岛国从20世纪60年代起率先启动的跨海工程，如海底隧道和跨海大桥纷纷兴建，构成了现代土木工程的辉煌时期。 现代土木工程早已不是传统意义上的砖瓦灰砂石，而是由新理论、新材料、新技术、新方法武装起来的为众多领域和行业不可缺少的大型综合性学科，是一个古老而又年轻的学科。综上所述：土木工程是一个历史悠久、生命力强、投入巨大，对国民经济具有拉动作用，专业覆盖面和行业涉及面极广的平实而又重要的一级学科和大型综合性产业。
二、从我国当前土木工程领域重点项目建设成就看土木工程未来发展
改革开放以来，我国土木工程建设领域发展迅速，法律法规和技术标准逐步完善，从业队伍的质量保障和技术能力不断提高，产业结构日益现代化并与国际接轨，各勘察、设计、施工、监理及相关企业和管理部门，坚持机制创新、科技创新和管理创新，完成了一大批质量优异、技术先进的工程项目，为国家的现代化建设作出了重要贡献。
回顾20世纪特别是改革开放20年来，我国建设取得举世瞩目的辉煌成就。下面介绍我国的房屋、桥梁、铁路、公路、水利、特种结构等建设情况。
结构工程：改革开放后在我国大陆建造了许多高层建筑，目前我国最高的建筑是世界排名第4的上海金茂大厦。其他具有代表性的高层建筑还有深圳的地王大厦。在特种结构方面，我国有4所电视塔排在世界前十位，其中1995年建成的上海东方明珠电视塔以468m的高度排在世界第三位。为迎接2008年的奥运会，北京将建设一大批大跨超长建筑，像国家体育场“鸟巢”结构、国家游泳中心“水立方”、国家大剧院等。表1表明，无论在工程结构的改革、建筑功能使用、新技术和新材料的采用上及合理组织施工方面，还是在抗震分析和计算机程序应用上及有关抗震控制试验研究上，我国均达国际先进水平。
桥梁工程：我国的桥梁建设发展迅速，取得了辉煌成就。表2及表3表明，我国已进入桥梁工程发达国家之列，且有多座桥梁居世界同类型桥梁中跨度排名之首，广州的丫髻沙大桥为跨度最大的中承式钢管混凝土拱桥。
铁路工程：截至2000年底，我国铁路运营路程已达6.87万公里，居世界第4位，亚洲之首。铁路朝着城市轻轨和地铁两方面发展。同时，我国也在积极建造高速铁路，武汉至广州的高速铁路运营时间仅需4小时。此外，磁悬浮列车也在发展。
公路建设：到2000年底，公路通车总里程达140万公里，20年内增加了35万多公里，其中高速公路24336公里，居世界第三，仅次于美国和加拿大。
水利建设：50年间全国兴建大中小水库8.6万座，水库总蓄水量4580亿m3，建设和整修大江大河堤防25万公里，目前防洪工程发挥的经济效益达7000多亿元。在大坝建设方面，我国先后建成了青海龙羊峡大坝、贵州乌江渡大坝、四川二滩大坝等水利水电工程，在建的三峡水电站总装机容量达1820万千瓦，建成后将超过目前世界上发电量最大的伊泰普水电站50%而跃居世界第一。
土木工程的未来 地球上可以居住、生活和耕种的土地和资源是有限的，而人口增长的速度是不断加快的。因此，人类为了争取生存，土木工程的未来至少向五个方向发展。
1、向高空延伸 现在人工建筑物最高的为646m的波兰Gabin227kHz长波台钢塔，由15根钢纤绳锚拉。日本拟在东京建造800.7m高的千年塔，它在距海约1.25英里的大海中，将工作、休闲、娱乐、商业、购物等融于一体的抗震竖向城市中，居民可达5万人。中国拟在上海附近的1.6公里宽，200m深的人工岛上建造一栋高1250m的仿生大厦，居民可达10万。印度也提出将投资50亿建造超级摩天大楼，其地上共202层，高达710m。
2、向地下发展
1991年在东京召开的城市地下空间国际学术会议通过了《东方宣言》，提出了"21世纪是人类开发利用地下空间的世纪"。建造地下建筑将有效改善城市拥挤、节能和减少噪声污染等优点。日本于20世纪50年代末至70年代大规模开发利用浅层地下空间，到80年代末已开始研究50～100m深层地下空间的开发利用问题。日本1993年开建的东京新丰州地下变电所，将深达地下70m。目前世界上共修建水电站地下厂房约350座，最大的为加拿大的格朗德高级水电站。我国城市地下空间的开发尚处于初级阶段，目前已有北京、上海、广州等六个城市建有地铁，已开通的总长度达215公里；设有140个地铁站，北京地铁长度已达41.6公里。
3、向海洋拓宽
为了防止机场噪声对城市居民的影响，也为了节约使用陆地，2000年8月4日，日本大阪利用18亿立方围海建造的1000m长的关西国际机场试飞成功。阿拉伯联合酋长国首都迪拜的七星大酒店也建在海上，洪都拉斯将建海上城市型游船，该船将长804.5m，宽228.6m，有28层楼高，船上设有小型喷气式飞机的跑道、医院、旅馆、超市、饭店、理发店和娱乐场等。近些年来，我国在这方面也已取得可喜的成绩，如上海南汇滩围垦成功和崇明东滩围垦成功，最近又在建设黄浦江外滩的拓岸工程。围垦、拓岸工程和建造人工岛有异曲同工之处，为将来像上海这样大的近海城市建造人工岛积累了科技经验和准备力量。
4、向沙漠进军
全世界约有1/3陆地为沙漠，每年约有600万公顷的耕地被侵蚀，这将影响上亿人口的生活。世界未来学会对下世纪初世界十大工程设想之一是将西亚和非洲的沙漠改造成绿洲。改造沙漠首先必须有水，然后才能绿化和改造沙土。现在利比亚沙漠地区已建成一条大型的输水管道，并在班加西建成了一座直径1公里、深16公里的蓄水池用以沙漠灌溉。在缺乏地下水的沙漠地区，国际上正在研究开发使用沙漠地区太阳能淡化海水的可行方案，该方案一旦实施，将会启动近海沙漠地区大规模的建设工程。我国沙漠输水工程试验成功，自行修建的第一条长途沙漠输水工程已全线建成试水，顺利地引黄河水入沙漠。我国首条沙漠高速公路——榆靖高速公路已全线动工，其全长116公里。4.5 向太空迈进
由于近代天文学宇航事业的飞速发展和人类登月的成功实现，人们发现月球上拥有大量的钛铁矿，在800℃高温下，钛铁矿与氢化物便合成铁、钛、氧和水气，由此可以制造出人类生存必需的氧和水。美国政府已决定在月球上建造月球基地，并通过这个基地进行登陆火星的行动。美籍华裔林铜柱博士1985年发现建造混凝土所需的材料月球上都有，因此可以在月球上制作钢筋混凝土配件装配空间站。预计21世纪50年代以后，空间工业化、空间商业化、空间旅游、外层空间人类化等可能会得到较大的发展。
三、对土木工程项目（招标、设计、施工、管理、材料及材料选择、新技术、新工艺）的认识 对土木工程的发展起关键作用的，首先是作为工程物质基础的土木建筑材料，其次是随之发展起来的设计理论和施工技术。每当出现新的优良的建筑材料时，土木工程就会有飞跃式的发展。
人们在早期只能依靠泥土、木料及其它天然材料从事营造活动，后来出现了砖和瓦这种人工建筑材料，使人类第一次冲破了天然建筑材料的束缚。中国在公元前十一世纪的西周初期制造出瓦。最早的砖出现在公元前五世纪至公元前三世纪战国时的墓室中。砖和瓦具有比土更优越的力学性能，可以就地取材，而又易于加工制作。
砖和瓦的出现使人们开始广泛地、大量地修建房屋和城防工程等。由此土木工程技术得到了飞速的发展。直至18～19世纪，在长达两千多年时间里，砖和瓦一直是土木工程的重要建筑材料，为人类文明作出了伟大的贡献，甚至在目前还被广泛采用。
钢材的大量应用是土木工程的第二次飞跃。十七世纪70年代开始使用生铁、十九世纪初开始使用熟铁建造桥梁和房屋，这是钢结构出现的前奏。
从十九世纪中叶开始，冶金业冶炼并轧制出抗拉和抗压强度都很高、延性好、质量均匀的建筑钢材，随后又生产出高强度钢丝、钢索。于是适应发展需要的钢结构得到蓬勃发展。除应用原有的粱、拱结构外，新兴的桁架、框架、网架结构、悬索结构逐渐推广，出现了结构形式百花争艳的局面。
建筑物跨径从砖结构、石结构、木结构的几米、几十米发展到钢结构的百米、几百米，直到现代的千米以上。于是在大江、海峡上架起大桥，在地面上建造起摩天大楼和高耸铁塔，甚至在地面下铺设铁路，创造出前所未有的奇迹。
为适应钢结构工程发展的需要，在牛顿力学的基础上，材料力学、结构力学、工程结构设计理论等就应运而生。施工机械、施工技术和施工组织设计的理论也随之发展，土木工程从经验上升成为科学，在工程实践和基础理论方面都面貌一新，从而促成了土木工程更迅速的发展。
十九世纪20年代，波特兰水泥制成后，混凝土问世了。混凝土骨料可以就地取材，混凝土构件易于成型，但混凝土的抗拉强度很小，用途受到限制。十九世纪中叶以后，钢铁产量激增，随之出现了钢筋混凝土这种新型的复合建筑材料，其中钢筋承担拉力，混凝土承担压力，发挥了各自的优点。 二十世纪初以来，钢筋混凝土广泛应用于土木工程的各个领域。
从三十年代开始，出现了预应力混凝土。预应力混凝土结构的抗裂性能、刚度和承载能力，大大高于钢筋混凝土结构，因而用途更为广阔。土木工程进入了钢筋混凝土和预应力混凝土占统治地位的历史时期。混凝土的出现给建筑物带来了新的经济、美观的工程结构形式，使土木工程产生了新的施工技术和工程结构设计理论。这是土木工程的又一次飞跃发展。
土木工程的特点 建造一项工程设施一般要经过勘察、设计和施工三个阶段，需要运用工程地质勘察、水文地质勘察、工程测量、土力学、工程力学、工程设计、建筑材料、建筑设备、工程机械、建筑经济等学科和施工技术、施工组织等领域的知识，以及电子计算机和力学测试等技术。因而土木工程是一门范围广阔的综合性学科。随着科学技术的进步和工程实践的发展，土木工程这个学科也已发展成为内涵广泛、门类众多、结构复杂的综合体系。
土木工程是伴随着人类社会的发展而发展起来的。它所建造的工程设施反映出各个历史时期社会经济、文化、科学、技术发展的面貌，因而土木工程也就成为社会历史发展的见证之一。
远古时代，人们就开始修筑简陋的房舍、道路、桥梁和沟澶，以满足简单的生活和生产需要。后来，人们为了适应战争、生产和生活以及宗教传播的需要，兴建了城池、运河、宫殿、寺庙以及其他各种建筑物。
许多著名的工程设施显示出人类在这个历史时期的创造力。例如，中国的长城、都江堰、大运河、赵州桥、应县木塔，埃及的金字塔，希腊的巴台农神庙，罗马的给水工程、科洛西姆圆形竞技场(罗马大斗兽场)，以及其他许多著名的教堂、宫殿等。
产业革命以后，特别是到了20世纪，一方面社会向土木工程提出了新的需求；另一方面，社会各个领域为土木工程的前进创造了良好的条件。因而这个时期的土木工程得到突飞猛进的发展。在世界各地出现了现代化规模宏大的工业厂房、摩天大厦，核电站、高速公路和铁路、大跨桥梁、大直径运输管道长隧道、大运河、大堤坝、大飞机场、大海港以及海洋工程等等。现代土木工程不断地为人类社会创造崭新的物质环境，成为人类社会现代文明的重要组成部分。
土木工程是具有很强的实践性的学科。在早期，土木工程是通过工程实践，总结成功的经验，尤其是吸取失败的教训发展起来的。从17世纪开始，以伽利略和牛顿为先导的近代力学同土木工程实践结合起来，逐渐形成材料力学、结构力学、流体力学、岩体力学，作为土木工程的基础理论的学科。这样土木工程才逐渐从经验发展成为科学。
在土木工程的发展过程中，工程实践经验常先行于理论，工程事故常显示出未能预见的新因素，触发新理论的研究和发展。至今不少工程问题的处理，在很大程度上仍然依靠实践经验。
土木工程技术的发展之所以主要凭借工程实践而不是凭借科学试验和理论研究，有两个原因：一是有些客观情况过于复杂，难以如实地进行室内实验或现场测试和理论分析。例如，地基基础、隧道及地下工程的受力和变形的状态及其随时间的变化，至今还需要参考工程经验进行分析判断。二是只有进行新的工程实践，才能揭示新的问题。例如，建造了高层建筑、高耸塔桅和大跨桥梁等，工程的抗风和抗震问题突出了，才能发展出这方面的新理论和技术。 在土木工程的长期实践中，人们不仅对房屋建筑艺术给予很大注意，取得了卓越的成就；而且对其他工程设施，也通过选用不同的建筑材料，例如采用石料、钢材和钢筋混凝土，配合自然环境建造了许多在艺术上十分优美、功能上又十分良好的工程。古代中国的万里长城，现代世界上的许多电视塔和斜张桥，都是这方面的例子。
四、怎样做一个合格的土木工程专业的毕业生
成为优秀的土木工程毕业生，必须具备“四要素”，即知识结构、实践技能、能力结构以及综合素质与创新意识。
知识结构包括：公共基础知识，专业基础知识和专业知识。
首先，优秀的土木工程毕业生必定有扎实的公共基础知识，并且，在熟悉了解自然科学的基础之上，良好的思想道德心理素质和人文、社会科学基础知识也必不可少。
其次，优秀工程毕业生还必须有过硬的专业基础知识。对工程数学、流体力学、岩土工程、结构工程等都要有扎实的理解和较强的应用能力。
第三，还要有深入的专业知识。不论是从事铁道工程、隧道工程、地下工程还是建筑工程，每一个土木工程专业毕业生都要对所偏重行业有着先进的专业知识。只有这样，才能使我国的土木工程事业，走在世界的前列。
土木工程离不开实践。因此，土木工程毕业生要具备高超的实践技能。譬如：制图技能、计算机应用技能、工程测量技能和结构检测技能等。
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，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，争取在结构设计大赛中获奖。
此外，土木工程毕业生与科学家的不同在于不仅受到自然规律的制约，还会受到社会规律的约束。工程技术人员的的每个工程方案的完成都是某种“社会活动”，绝不可能靠一个人在房间里单独完成。因此要有足够的能力与社会打交道，遵循好社会规律。
在学习生活中，我将不断提高自己的自学能力，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毕业生。因为土木工程毕业生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毕业生。
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，需要我们青年一代去完成！
作为祖国未来的土木工作者，我将努力做到：
1．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。 2．提升自己的竞争意识。
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！
五、对土木工程发展史的理解和认识
从17世纪中叶到20世纪中叶的300年间,是土木工程发展史中迅猛前进的阶段。这个时期土木工程的主要特征是：在材料方面,由木材、石料、砖瓦为主,到开始并日益广泛地使用铸铁、钢材、混凝土、钢筋混凝土，直至早期的预应力混凝土；在理论方面，材料力学、理论力学、结构力学、土力学、工程结构设计理论等学科逐步形成，设计理论的发展保证了工程结构的安全和人力物力的节约；在施工方面，由于不断出现新的工艺和新的机械，施工技术进步，建造规模扩大，建造速度加快了。在这种情况下，土木工程逐渐发展到包括房屋、道路、桥梁、铁路、隧道、港口、市政、卫生等工程建筑和工程设施，不仅能够在地面，而且有些工程还能在地下或水域内修建。
土木工程在这一时期的发展可分为奠基时期、进步时期和成熟时期三个阶段。
奠基时期 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、I.牛顿等所阐述的力学原理是近代土木工程发展的起点。
进步时期 18世纪下半叶，J.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革命。规模宏大的产业革命，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。土木工程的新材料、新设备接连问世，新型建筑物纷纷出现。1824年英国人J.阿斯普丁取得了一种新型水硬性胶结材料──波特兰水泥的专利权，1850年左右开始生产。1856年大规模炼钢方法──贝塞麦转炉炼钢法发明后，钢材越来越多地应用于土木工程。土木工程的施工方法在这个时期开始了机械化和电气化的进程。产业革命还从交通方面推动了土木工程的发展。
近代工业的发展，人民生活水平的提高，人类需求的不断增长，还反映在房屋建筑及市政工程方面。电力的应用，电梯等附属设施的出现，使高层建筑实用化成为可能；电气照明、给水排水、供热通风、道路桥梁等市政设施与房屋建筑结合配套，开始了市政建设和居住条件的近代化；在结构上要求安全和经济，在建筑上要求美观和适用。科学技术发展和分工的需要，促使土木和建筑在19世纪中叶，开始分成为各有侧重的两个单独学科分支。工程实践经验的积累促进了理论的发展。19世纪，土木工程逐渐需要有定量化的设计方法。对房屋和桥梁设计，要求实现规范化。另一方面由于材料力学、静力学、运动学、动力学逐步形成，各种静定和超静定桁架内力分析方法和图解法得到很快的发展。 成熟时期 第一次世界大战以后，近代土木工程发展到成熟阶段。这个时期的一个标志是道路、桥梁、房屋大规模建设的出现。
在交通运输方面，由于汽车在陆路交通中具有快速和机动灵活的特点，道路工程的地位日益重要。沥青和混凝土开始用于铺筑高级路面。工业的发达，城市人口的集中，使工业厂房向大跨度发展，民用建筑向高层发展。日益增多的电影院、摄影场、体育馆、飞机库等都要求采用大跨度结，近代土木工程发展到成熟阶段的另一个标志是预应力钢筋混凝土的广泛应用。1886年美国人P.H.杰克孙首次应用预应力混凝土制作建筑构件，后又用于制作楼板。
到1949年土木工程高等教育基本形成了完整的体系。中国已拥有一支庞大的近代土木工程技术力量。
参考书目：
《土木工程概论》 罗福午主编，武汉理工大学出版社出版
《土木工程概论》 丁大钧、蒋永生主编，中国建筑工业出版社出版 土木建筑文献检索与利用 肖友瑟主编，大连理工大学出版社出版 《建筑材料与人居环境》 杨静主编，清华大学出版社出版
