探討現(xiàn)代土木工程的特點與未來土木工程發(fā)展

韋定樂

【摘 要】土木工程主要是指各類建筑工程的技術、理論科學等的統(tǒng)稱。不僅包含了與人們?nèi)粘Ｉ钜约吧唐飞a(chǎn)緊密聯(lián)系的各類工程建設，比如，一般居民建筑工程、交通建設工程、電力、水利工程以及地下開發(fā)工程等，而且還包括了在建設施工過程中所應用的技術活動。此外，由于社會發(fā)展對城市建設的需求日益增加，這使得提高現(xiàn)代土木工程行業(yè)技術水平迫在眉睫。而要想提高土木工程技術水平，必須正確了解現(xiàn)代土木工程特點，通過對其特性的掌握，有針對性的對實際操作進行改善，這樣才能實現(xiàn)城市建設的目標。

【關鍵詞】土木工程；特點；未來；發(fā)展

土木工程是指建造各類工程設施的科學、技術和工程的總稱。土木工程的含義可從兩方面去理解。一層含義是指與人類生活、生產(chǎn)活動有關的各類工程設施，如建筑工程、公路與城市道路工程、局壩水電和水利工程、鐵路、橋梁工程、地下空間開發(fā)利用工程等。另一層含義是指為了建造工程設施應用材料、工程設備在土地上所進行的勘察、設計、施工等工程技術活動。經(jīng)過多年的發(fā)展，目前土木工程的實踐和研究己取得顯著成就，但展望未來，土木工程領域中仍然有許多課題需要我們進一步去探索。

一、現(xiàn)代土木工程的特點

適應各類工程建設高速發(fā)展的要求，人們需要建造大規(guī)模、大跨度、高聳、輕型、大型、精密設備現(xiàn)代化的建筑物，既要求高質(zhì)量和快速施工，又要求高經(jīng)濟效益。這就向土木工程提出新的課題，并推動土木工程這門學科前進。它的發(fā)展趨向具體地表現(xiàn)在下述幾個方面。

（一）建筑材料方面。高強輕質(zhì)的新材料不斷出現(xiàn)。比鋼輕的鋁合金、鎂合金和玻璃纖維增強塑料（玻璃鋼）已開始應用。但是這些材料有些彈性模量偏低，有些價格過高，應用范圍受到限制，因而尚待作新的探索。另外，對提高鋼材和混凝土的強度和耐久性，雖已取得顯著成果，仍繼續(xù)進展。

（二）工程地質(zhì)和地基方面。建設地區(qū)的工程地質(zhì)和地基的構造及其在天然狀態(tài)下的應力情況和力學性能，不僅直接決定基礎的設計和施工，還常常關系到工程設施的選址、結構體系和建筑材料的選擇，對于地下工程影響就更大了。工程地質(zhì)和地基的勘察技術，目前主要仍然是現(xiàn)場鉆探取樣，室內(nèi)分析試驗，這是有一定局限性的。為適應現(xiàn)代化大型建筑的需要，急待利用現(xiàn)代科學技術來創(chuàng)造新的勘察方法。

（三）工程規(guī)劃方面。以往的總體規(guī)劃常是憑借工程經(jīng)驗提出若干方案，從中選優(yōu)。由于土木工程設施的規(guī)模日益擴大，現(xiàn)在已有必要也有可能運用系統(tǒng)工程的理論和方法以提高規(guī)劃水平。特大的土木工程，例如高大水壩，會引起自然環(huán)境的改變，影響生態(tài)平衡和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等，這類工程的社會效果是有利也有弊。在規(guī)劃中，對于趨利避害要作全面的考慮。

（四）工程設計方面。人們努力使設計盡可能符合實際情況，達到適用、經(jīng)濟、安全、美觀的目的。為此，已開始采用概率統(tǒng)計來分析確定荷載值和材料強度值，研究自然界的風力、地震波、海浪等作用在時間、空間上的分布與統(tǒng)計規(guī)律，積極發(fā)展反映材料非彈性、結構大變形、結構動態(tài)以及結構與巖土共同作用的分析，進一步研究和完善結構可靠度極限狀態(tài)設計法和結構優(yōu)化設計等理論；同時發(fā)展運用電子計算機的高效能的計算和設計方法等。

（五）工程施工方面。隨著土木工程規(guī)模的擴大和由此產(chǎn)生的施工工具、設備、機械向多品種、自動化、大型化發(fā)展，施工日益走向機械化和自動化。同時組織管理開始應用系統(tǒng)工程的理論和方法，日益走向科學化；有些工程設施的建設繼續(xù)趨向結構和構件標準化和生產(chǎn)工業(yè)化。

二、未來土木工程的發(fā)展

（一）指導理論的繼續(xù)發(fā)展。

在可以預見的將來，土木工程工程技術理論的核心部分仍然是力學，新的分析方法和新的數(shù)值處理方法將是土木工程中力學的突破方向。在對復雜結構、流體介質(zhì)等情況下的受力分析和近似上，現(xiàn)有的方法仍然具有很大的局限性。更加專門化的數(shù)學在將來也應該有很大的發(fā)展，用以處理土木工程技術中復雜的數(shù)值問題。更先進的電子計算機的應用，使得對復雜的情況的模擬更有把握，更接近于現(xiàn)實。力學也會突破宏觀框架，向微觀發(fā)展，控制論，虛擬現(xiàn)實等技術也在力學中加深影響。

（二）工程實現(xiàn)的變化。土木建筑的最終目的是建設出合乎設計要求的工程構造物，從設計到成果中間需要一個很長的工程實現(xiàn)的過程。這也是土木工程一個重要的組成部分。甚至可以說是土木工程最重要的方面，有了好的理論和設計，沒有好的工程實踐，一樣不會產(chǎn)生一個優(yōu)秀的作品。信息時代正在迎面走來，其他學科和其他方面的新觀點新技術，必然的也會影響到土木工程。并且為這一傳統(tǒng)學科注入新的活力。包括控制理論，施工技術，新材料，環(huán)境工程，經(jīng)濟理論等等。

（三）全過程信息化。信息化的特點將更深的滲透到未來的土木工程中，重點不僅僅限于CAD方面，也包含對工程進度的管理、運行中數(shù)據(jù)資料的收集，分析，整理；對建筑物結構，強度，可靠性的分析和相應對策的決策等。這些也是主動控制和智能化實現(xiàn)的基礎。

全過程信息化對今后的土木建筑構造物的維護有很大的意義。比如可以使用植入的傳感器配合電子計算機實現(xiàn)對建筑全方位的實時的監(jiān)控，及時掌握整個建筑物的狀態(tài)。我國現(xiàn)在正是基本建設的高潮，20～30年后，現(xiàn)在這些建筑物逐漸進入維護期。如果能在現(xiàn)在建造過程中就做好各種信息化準備工作，對今后維護也大有幫助。

信息化也成為專家系統(tǒng)技術的基礎。程序的解題能力不僅取決于它所采用的形式化體系和推理模式，而且取決于它所擁有的知識。要使一個程序具有智能，必須向它提供大量有關問題領域的高質(zhì)量的信息輸入。

（四）可持續(xù)發(fā)展和人性化。這兩個要求是與社會經(jīng)濟的發(fā)展相適應的，社會的發(fā)展要求更加充分合理的利用資源，社會生活水平的提高也提高了對土木建筑設施人性化的要求。

整個土木工程過程是建立在對資源和能源的不斷消耗上的，在可持續(xù)發(fā)展成為整個社會的主題的時候，土木工程也必然的要面對這個問題。對資源和能源的節(jié)約，包括在建設中的和使用過程中的，成為土木工程以后的一個方向，這要求有良好的設計和有效的運作管理機制，土木工程構筑物在它的整個壽命周期，從規(guī)劃，設計，建造到建成后的使用，維護，拆除都要盡量的將對環(huán)境的影響降到最小，同時盡可能大發(fā)揮它的社會經(jīng)濟效應。這對土木工程提出了新的要求。具體的要求包括，資源的保護，資源再利用，污染控制和全方位的質(zhì)量。我國正在施工中的青藏鐵路較好的體現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展的特性，從設計環(huán)節(jié)開始就注意了對青藏高原脆弱生態(tài)環(huán)境的保護，全路設計為封閉構造，杜絕了固體廢棄物的污染，也嚴格的控制了噪音污染。施工過程中也相當注重對周圍環(huán)境的影響。

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