《土木工程概论》论文
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2014年11月28日
摘要
本文对土木工程未来的发展进行了深人的阐述。展望了未来土木工程的材料发展，空间拓展方向，施工技术发展，跨学科合作发展以及土木工程的可持续发展。 关键词
土木工程 材料 空间 施工技术 跨学科发展
可持续发展 正文
一．材料发展
随着科学技术的进步和建筑工业发展的需要，一大批新型土木工 程材料应运而生，，而社会的进步、环境保护和节能降耗及建筑业的发展，又对土木工程材料提出了更高的要求。因而，今后一段时间内，土木工程材料将向以下几个方向发展。
○1复合化。单一的材料往往难以满足要求，复合材料应运而生。所谓复合技术是将有机和有机、有机和无机、无机和无机材料在一定的条件下，按适当的比例复合。然后经过一定的工艺条件有效地将几种材料的优良性结合起来，从而得到性能优良的复合材料。
○2多功能化。随着人们生活水平的提高，对材料的功能的要求越来越高，要求新型材料从单一功能向多功能方向发展。即要求材料不仅要满足一般的使用要求，还要求兼具呼吸、电磁屏蔽、防菌、灭菌、抗静电、防射线、防水、防霉、防火、自洁智能等功能。
○3节能化、绿色化。现代人们要求材料不但有良好的使用功能，还要求材料无毒、对人体健康无害、对环境不会产生不良影响，即绿色土木工程材料。所谓绿色土木工程材料主要是指这些材料资源能源消耗低，，大量利用地方资源和废弃资源；对环境对人体友好，能维持生态环境的平衡；同时，可以循环利用。
○4轻质高强化。轻质主要指材料多孔、体积密度小。高强主要指材料强度不小于60MPa。
○5工业化生产。工业化生产主要是指应用先进施工技术，采用工业化生产方式，产品规范化、系列化。这样，材料才能具有巨大市场潜力和良好发展前景。
随着社会的进步和科学技术的不断提高，上海世博会各国世博馆展示给大家的不再遥不可及，土木工程材料一定会多功能化，智能化，节能化。科技在发展，社会在进步，新型材料的研发与应用必将给人类带来无可估量的裨益。
二．空间拓展方向
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
随着陆地使用面积的急缺，高层建筑在未来将更加蓬勃发展。更加先进的力学技术支撑起摩天大厦，更加完善的施工创造视觉奇迹。
图1
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。
3.向海洋拓宽
不管是冒险心理还是真实需求的驱使，我们都会在海洋下展开探索，并在海底建立新的人类社会。在海洋中，我们有足够的空间可以利用：地球表面70%的区域都被水所覆盖。
图2：水中刮刀
图3：海底生物圈2
例如：“水中刮刀”海洋城综合体，是一个水下倒立式摩天大楼，同时还运用了一些奇特的仿生学技术。来自马来西亚的设计师萨利·阿德雷说，“其生物发光触角为海洋动物群提供了生活和聚集之地，同时又能通过运动收集能量。”“海底生物圈2”号(Sub Biosphere 2)是一个水下城市概念，由八个生活、工作与农场生物群落围绕一个大型生物群落而建，后者有维持整座城市运转的所有必备设施。从理论上讲，只要充足的补给和准确的消息，“海底生物圈2”号可以承受从飓风到核战争等各种灾难。
图4
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。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。
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。
图5
三．施工技术发展
土木工程施工技术的未来展望体现在以下三个方面：
图5
（1）施工技术控制。施工技术在设计阶段和施工阶段均有着很重要的作用，设计者的意图实现大都取决于施工技术。工程施工建设是一个复杂的过程，它受到气候条件、地质条件和材料性能等诸多因素影响，特别是资源状况和现场条件的影响，而且实际状况与理想情况存在着较大差别。因此，需要对施工过程进行控制，也就是实时的预测、识别和调整误差，从而把误差控制的允许范围之中。施工控制，就是借助电脑系统进行施工过程的模拟，分析和比较预测值与实测值，并调整两者误差以符合设计要求。施工控制是保证施工阶段宏观状态和质量的重要手段。
（2）发展高新技术，利用结构健康监测。土木工程的施工工程中极易产生机械设备的性能衰退和损坏，如果并未检测和发觉这些设备异常，便会造成一些施工事故甚至人员伤亡。随着现代计算机技术、传感技术、通讯技术、信号传导和处理技术的发展，提出了土木工程的结构健康检测概论和系统，也就是在施工工程中安装各种传感设备来实时检测施工环境、载荷和响应信号，并评估健康状态和提出科学依据，从而保证结构安全运行和延长系 统寿命。
（3）可发利用绿色能源。实现可持续发展。科学合理的利用自然资源，重复利用土木工程的设备，实现可持续发展。在施工建设过程中，充分利用绿色资源，实现设计和施工的环 保和节能。
四．跨学科合作发展
随着计算机技术的迅猛发展，未来土木工程的方方面面将渗透计算机技术。信息化施工，程序化设计，更加便捷的计算，更加高效地完工，更加严谨的验收。出于节能减排的需要，化学生物技术将运用于房屋的材料设计上，仿生建筑，高科技材料将屡见不鲜。未来建筑工程是复合材料构成，保温、隔热、坚固、防腐、整体性好。不仅如此人工智能系统的发展会让人随时掌控房屋的室内环境。甚至会有农学与建筑结合，园艺与建筑融合的情景。粮食可以产自大楼里，这对于城市来说是一个好消息。人工控制各种条件，这样不仅使农业生产不受天灾影响，还能生产出质量更好的农产品。对于城市来说，降低了运输成本。缩短了运输时间，提高了产品新鲜度。你还会看到被花卉包围的建筑，绿化走进人们的生活。未来土木工程将与航天事业相结合，地球不能满足人类的需求，探索外太空，建造空间建筑必不可少。总而言之，跨学科合作将交融到方方面面，不胜枚举。
五、土木工程的可持续发展
面临人口的增长, 生态失衡、环境污染, 人类生存环境恶化, 一些学者呼吁“ 我们只有一个地球” 。二十世纪八十年代提出了“ 可持续发展” 的原则, 已为广大国家和人民所认同。可持续发展是指“ 既满足当代人的需要, 又不对后代人满足其需要的发展构成危害” 。土木工程在建设与使用过程中与能源消耗, 资源利用, 环境保护, 生态平衡有密切关系, 对贯彻“ 可持续发展”原则影响很大。
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
图6
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。它是节能环保型的，注意对垃圾、污水和油烟的无害化处理或再回收，充分考虑保护周边环境，包括施工中采用新的施工技术和无污染的建筑材料，尽量减少对建筑工地周围树木、植被、土地的破坏。当然，我们应特别注意工程建设中土地的节约。在建设工作中应重视“变废为宝”，如：粉煤灰利用、用废橡胶筑路、碎玻璃制砖„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。
六.总结
随着科技不断进步，土木工程必将更加先进化，更加智能话，更加环保，更加节能。各学科科技领域人才齐心协力，共同出谋划策，为人类的美好生活做出巨大贡献。
参考文献
[1]茆勇著 《土木工程施工技术的发展与展望》
[2]丁大钧，蒋永生编 《土木工程总论》 [A] 中国建筑工业出版社 [3] 罗福午等编 《土木工程（专业）概论》
