土木工程是建造各類工程設(shè)施的科學(xué)技術(shù)的統(tǒng)稱

1、土木工程是建造各類工程設(shè)施的科學(xué)技術(shù)的統(tǒng)稱，它既指工程建設(shè)的對象，即建在地上、地下、水中的各種 工程設(shè)施，也指所應(yīng)用的材料、設(shè)備和所進(jìn)行的勘測設(shè)計、施工、保養(yǎng)、維修等技術(shù)。土木工程的范圍非常廣泛，它包括房屋建筑工程、公路與城市道路工程，鐵路工程，橋梁工程，隧道工 程，機(jī)場工程，底下工程，給水排水工程，港口、碼頭工程等。國際上，運(yùn)河、水庫、大壩、水渠等水利工 程也包括于土木工程之中。人民生活離不開衣、食、住、行，其中住”是與土木工程直接相關(guān)的；而 行”則需要建造鐵道、公路、機(jī)場、碼頭等交通土建工程，與土木工程關(guān)系也非常緊密；而食”需要打井取水，筑渠灌溉，建水庫蓄水，建糧食加工廠，糧食儲倉等；而衣

2、”的紡紗、織布、制衣，也必須在工廠內(nèi)進(jìn)行，這些也離不開土木工程。另外，各種工業(yè)生產(chǎn)必須要建工業(yè)廠房，即使是航天事業(yè)也必須要建發(fā)射塔架和航天 基地，這些都是土木工程人員可以施展才華的領(lǐng)域。正因為土木工程內(nèi)容如此廣泛，作用如此重要，所以國 家將工廠、礦井、鐵道、公路、橋梁、農(nóng)田水利、商店、住宅、醫(yī)院、學(xué)校、給水排水、煤氣輸送等工程建 設(shè)稱為基本建設(shè)，大型項目由國家統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)，中小型項目也歸于各級政府有關(guān)部門管理。以上介紹的各種類型的土木工程設(shè)施的規(guī)劃、勘測、設(shè)計、施工、管理和維修便構(gòu)成了土木工程專業(yè)所 要學(xué)習(xí)的核心內(nèi)容。因此土木工程是一門范圍廣泛的學(xué)科。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和工程實踐的發(fā)展，土木工

3、 程這個學(xué)科也已發(fā)展成為內(nèi)涵廣泛、門類眾多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的體系。土木工程的是伴隨著人類社會的發(fā)展而發(fā) 展起來的，也是一門具有很強(qiáng)的實踐性的學(xué)科。古代土木工程的歷史跨度很長，它大致從舊石器時代（約公元前5000年起）到17世紀(jì)中葉。這一時期的土木工程說不上有什么設(shè)計理論，修建各種設(shè)施主要靠經(jīng)驗。人們在早期只能依靠泥土、木料及其它天然材 料從事營造活動，后來出現(xiàn)了磚和瓦這種人工建筑材料，使人類第一次沖破了天然建筑材料的束縛，是土木 工程歷史上的第一次飛躍。磚和瓦具有比土更優(yōu)越的力學(xué)性能，可以就地取材，而又易于加工制作。這一時 期還出現(xiàn)了一些經(jīng)驗總結(jié)和描述外形設(shè)計的土木工程著作。其中比較有代表性的為公元

4、前 5世紀(jì)的考工記，北宋李誡的營造法式，意大利文藝復(fù)興時期貝蒂著的論建筑等。一般認(rèn)為，近代土木工程的時間跨度為 17世紀(jì)中葉到第二次世界大戰(zhàn)前后，歷時300余年。在這一時期，土木工程逐步形成為一門獨立學(xué)科。1683年意大利學(xué)者伽利略發(fā)表了關(guān)于兩門新科學(xué)的對話”，首次用公式表達(dá)了梁的設(shè)計理論。1687年牛頓總結(jié)出力學(xué)三大定律，為土木工程奠定了力學(xué)分析的基礎(chǔ)。隨后，在材料 力學(xué)、彈性力學(xué)和材料強(qiáng)度理論的基礎(chǔ)上，法國的納維于1825年建立了土木工程中結(jié)構(gòu)設(shè)計的容許應(yīng)力法。從此，土木工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計有了比較系統(tǒng)的理論指導(dǎo)。材料方面，十七世紀(jì)70年代開始使用生鐵、十九世紀(jì)初開始使用熟鐵建造橋梁和房屋，這是

5、剛結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的前奏。從十九世紀(jì)開始，冶金業(yè)冶煉并軋制出抗拉和抗 壓強(qiáng)度都很高、延展性好、質(zhì)量均勻的建筑鋼材，隨后又生產(chǎn)出高強(qiáng)度鋼絲、鋼索。于是適應(yīng)發(fā)展需要的鋼 結(jié)構(gòu)得到蓬勃發(fā)展。鋼材的大量應(yīng)用是土木工程的第二次飛躍。十九世紀(jì)20年代，波特蘭水泥制成后，混凝土問世了。混凝土骨料可以就地取材，混凝土構(gòu)件易于成型，但混凝土的抗拉強(qiáng)度很小，用途受到限制。十 九世紀(jì)中葉以后，鋼鐵產(chǎn)量激增，隨之出現(xiàn)了鋼筋混凝土這種新型的復(fù)合建筑材料，其中鋼筋承擔(dān)拉力，混 凝土承擔(dān)壓力，發(fā)揮了各自的優(yōu)點。二十世紀(jì)初以來，鋼筋混凝土廣泛應(yīng)用于土木工程的各個領(lǐng)域。從三十年代開始，出現(xiàn)了預(yù)應(yīng)力混凝土。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂性能、剛

6、度和承載能力，大大高于鋼筋混凝土 結(jié)構(gòu)，因而用途更為廣闊?；炷恋某霈F(xiàn)給建筑物帶來了新的經(jīng)濟(jì)、美觀的工程結(jié)構(gòu)形式，使土木工程產(chǎn)生 了新的施工技術(shù)和工程結(jié)構(gòu)設(shè)計理論。這是土木工程的又一次飛躍發(fā)展。第二次世界大戰(zhàn)以后，許多國家的經(jīng)濟(jì)起飛，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展，從而為土木工程的進(jìn)一步發(fā)展提 供了強(qiáng)大的物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)手段，開始了以現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)為后盾的土木工程新時代。這一時期的土木工程有 以下幾個特點：一、功能要求多樣化；二、城市建設(shè)立體化；三、交通工程快速化；四、工程設(shè)施大型化。由此我們可以發(fā)現(xiàn)，對土木工程的發(fā)展起關(guān)鍵作用的，首先是作為工程物質(zhì)基礎(chǔ)的土木建筑材料，其次 是隨之發(fā)展起來的設(shè)計理論和施工技

7、術(shù)。每當(dāng)出現(xiàn)新的優(yōu)良的建筑材料時，土木工程就會有飛躍式的發(fā)展。在土木工程的材料和理論發(fā)展史中我們很少關(guān)注到建筑外部裝飾材料和外觀設(shè)計理論的存在，但這恰恰是我所感興趣的地方。因為建筑是凝固的音符，當(dāng)我們欣賞一個建筑時，必然從它的外觀入手，所以在我們 的觀念中并不能把建筑外部裝飾材料和外觀設(shè)計理論當(dāng)作是無足輕重的部分。在最新的建筑中，水立方是一個很能夠吸引我們眼球的案例。在外形設(shè)計和構(gòu)筑上，它應(yīng)用了物理學(xué)上的氣泡理論”，而在外部材料上，它應(yīng)用了一種比較新穎的材料 一一在國內(nèi)是第一次 一一ETFE （聚乙烯一四 氟乙烯共聚物）充氣薄膜。在國外，由于 ETFE薄膜耐腐蝕性、保溫性俱佳、自清潔能力強(qiáng)，歐

8、洲有600至800個建筑都用了這種材料。按照設(shè)計方案，水立方的內(nèi)外立面膜結(jié)構(gòu)共由 3065個氣枕組成（其中最小的12平方米，最大的達(dá)到70平方米），覆蓋面積達(dá)到10萬平方米，展開面積達(dá)到 26萬平方米，是世界上規(guī)模最大 的膜結(jié)構(gòu)工程，也是唯一一個完全由膜結(jié)構(gòu)來進(jìn)行全封閉的大型公共建筑。根據(jù)室內(nèi)與室外、里面與屋頂環(huán) 境的不同，具體部位的氣枕將由 25層薄膜組成。在外墻上的氣枕最外層薄膜帶淺藍(lán)色，中間透明，里層鍍 點；內(nèi)墻氣枕的最里層為透明，夕卜層鍍點。外墻的內(nèi)層膜和內(nèi)墻的外層膜上鍍著的密度不等的指甲蓋大小的 鍍點用于控制膜的透光度，同時還起到散射陽光的作用。由于ETFE薄膜的透光性，這種立面裝配

9、系統(tǒng)能使水立方在白天最高節(jié)約50%的照明能耗。與最近建筑上常用的玻璃幕墻相比較，整套ETFE薄膜的成本相當(dāng)于同面積的中高檔玻璃幕墻，而其2層膜可實現(xiàn)的熱功性能就頂?shù)蒙?3層玻璃幕墻的效果。并且，輕巧的ETFE幕墻大大減輕了水立方主體鋼結(jié)構(gòu)的荷載。與此同時，ETFE薄膜更沒有玻璃幕墻所帶來的光污染導(dǎo)致交通意外多發(fā)的缺陷，也防止了由玻 璃幕墻反射藍(lán)天白云以致鳥類誤以為真而撞上造成死亡的悲劇。所以，與玻璃幕墻比較，ETFE薄膜具有更大的優(yōu)勢，必然會成為將來一段時期內(nèi)外部材料的最優(yōu)選擇。同樣使用了 ETFE薄膜，比水立方更早建成的安聯(lián)體育館可謂是本年度建筑中的精品之作。安聯(lián)球場的 外立面使用了透明的充

10、滿空氣的材料，內(nèi)嵌發(fā)光系統(tǒng)，可使外墻分別發(fā)出紅光、藍(lán)光或白光。膠膜厚度僅 0.2mm，采用的是傳統(tǒng)上用于植物溫室設(shè)計的EFTE材料，經(jīng)過7道表層處理讓它從里到外發(fā)揮均勻的透光透色效果，從外面看卻又不會有透明感。膠膜具有自清潔、防火、隔熱、防凍的功能，并能讓場內(nèi)一直保持350帕斯卡的大氣壓力。不僅在外部材料上采用了使建筑物更美麗的方案，在外形設(shè)計和內(nèi)部結(jié)構(gòu)上也是神來之 筆。在外形上，安聯(lián)體育館取材自古羅馬競技場的拱形結(jié)構(gòu)，顯示出堅厚、敦實、不可動搖的氣勢，同時也 為內(nèi)場提供了廣闊的空間和極好的視野。在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上，球場觀眾席的坡度非常大，下排觀眾席坡度近24度，中排觀眾席坡度近30度，上排觀眾席坡

11、度近34度，其設(shè)計達(dá)到了靜力學(xué)的極限， 并且由這種俯視的欣賞角度， 大大提高了球迷的熱情。盡管爭議不斷，耗資巨大（3.4億歐元，即近34億人民幣），2001年普利茨克獎獲得者赫爾佐格與德梅隆所設(shè)計的安聯(lián)足球場已經(jīng)成為了一個建筑史上的經(jīng)典。由此，我產(chǎn)生了對建筑外部材料和建筑外形設(shè)計的思考。在印象中，外墻的材料總是由灰色的混凝土擔(dān) 當(dāng)，因為其堅固耐用，價格便宜，施工簡便，卻往往忽略了它的冰冷、粗糙和單調(diào)，以致有人把城市比喻為鋼筋混凝土的森林”，觸目所及的樓房和地面都是壓抑的灰色，缺少了美觀和藝術(shù)氣息。水立方和安聯(lián)足球 場晚上明亮的霓虹給了我們很大的啟示：塑料可以讓建筑更加美麗，更加多樣化，一個建筑

12、不僅僅只是將其 立起來，更是要它煥發(fā)出光彩。聯(lián)想到土木工程，我們需要做的不只是土”和 木”的簡單結(jié)合，更需要的是賦予它們生命和藝術(shù)的氣息，土木”是一個工程，不是一個死板的東西，需要我們?nèi)ネ诰?，去發(fā)現(xiàn)，去思考，去想象，去創(chuàng)新。但建筑的外觀又并不僅僅只是表面文章。比如悉尼歌劇院，我們看到了它如風(fēng)帆一般的美 麗外形，在贊嘆的同時也應(yīng)該展開思考：為什么考慮用類似于風(fēng)帆的造型？風(fēng)帆為什么朝向某個方向而不是 其他？既而從資料中尋找解答：悉尼歌劇院坐落于新南威爾士州首府悉尼市貝尼朗岬角上，緊靠著世界著名 的海港大橋的一塊小半島上，三面環(huán)海。因此，設(shè)計成風(fēng)帆形一方面可以與周圍的景色相印襯，另一方面也 有減小風(fēng)

13、力作用的考慮：海邊風(fēng)大，作為貝殼型的形狀可以更多地減小風(fēng)阻面，而所背對的方向必然是一年 統(tǒng)計中風(fēng)力最大的方向。既是活學(xué)活用，靈活創(chuàng)新，又是因地制宜，因勢利導(dǎo)。這才是建筑工程的真正意義 所在，也是建筑工程前進(jìn)的方向。一方面要向前看，去創(chuàng)造；一方面也要往回看，去總結(jié)?？鬃诱f過：“溫故而知新?！比毡镜膼壑啦?會，給我們上了生動的一課：世博會的各種建筑材料表面上看很高檔，但很多都是廢物利用。很多木板都是 由建筑用木材廢料加工而成， 到處擺放的座椅，是電視殼粉碎后制成。 豐田展館內(nèi)壁由回收的廢紙加工而成， 長久會場日本館，外表由竹子制成，追求人與自然和諧，實際上很省錢，使用的絕大部分鋼材和木料，都可

14、以回收利用，大大降低了成本。同時，日本館從3月到9月里，經(jīng)歷了愛知的酷暑，竹壁的優(yōu)越性體現(xiàn)出來了： 大大降低了室內(nèi)的溫度，對于空調(diào)的需要減少。僅這一點就給人眾多的思考：在現(xiàn)代社會里，竹子作為建筑 材料已經(jīng)不大用了；然而，愛知展館啟示我們，竹子是一種可再生資源，且生長迅速，對環(huán)境友好的，并且 能夠在炎炎酷暑中帶來清涼，對如何減少夏季電荒發(fā)生頻率提出了一個源自古代人民智慧的解決方案。所以，對于已有的建筑物、建筑材料和建筑科技，我們要學(xué)習(xí)，思考，將其歸納總結(jié)，然后通過思考去 改進(jìn)，最后再發(fā)揮想象力去創(chuàng)造，這才是一個土木工程師所應(yīng)該具備的能力，也是土木工程的精髓所在。現(xiàn)代土木工程適應(yīng)各類工程建設(shè)高速發(fā)

15、展的要求，重大工程項目將陸續(xù)興建。人們需要建造大規(guī)模、大 跨度、高聳、輕型、大型、精密、設(shè)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(jì)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(xué)科前進(jìn)。展望未來，高強(qiáng)輕質(zhì)的新材料將不斷出現(xiàn)。工程材料向輕質(zhì)、高強(qiáng)、多功能化發(fā)展。比鋼輕的鋁合金、 鎂合金和玻璃纖維增強(qiáng)塑料（玻璃鋼）已開始應(yīng)用。對提高鋼材和混凝土的強(qiáng)度和耐久性，已取得顯著成果 而且還仍繼續(xù)進(jìn)展。建設(shè)地區(qū)的工程地質(zhì)和地基的構(gòu)造，及其在天然狀態(tài)下的應(yīng)力情況和力學(xué)性能，不僅直接決定基礎(chǔ)的設(shè)計和施工，還常常關(guān)系到工程設(shè)施的選址、結(jié)構(gòu)體系和建筑材料的選擇，對于地下工程影響就更大了。工 程

16、地質(zhì)和地基的勘察技術(shù)，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(yīng)現(xiàn)代 化大型建筑的需要，急待利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)來創(chuàng)造新的勘察方法。并且，未來的土木工程將向太空、海洋、 荒漠地開拓，就更加需要勘察技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)新。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(shè)施的規(guī)模日益擴(kuò)大，現(xiàn)在 已有必要也有可能運(yùn)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。所以，設(shè)計上我們要使設(shè)計方法精確化、設(shè)計工作自動化；并將信息和智能化技術(shù)全面引入 土木工程。隨著土木工程規(guī)模的擴(kuò)大和由此產(chǎn)生的施工工具、設(shè)備、機(jī)械向多品種、自動化、大型化發(fā)展，施工日 益走向機(jī)械化和自