土木工程概論第一章

土木工程概論第1章綜述土木工程概述土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)土木工程發(fā)展簡史土木工程的未來與可持續(xù)發(fā)展1234本章內(nèi)容1.1土木工程概述

土木工程，英文為CivilEngineering，直譯為“民用工程”，最初主要用來與“軍事工程”（MilitaryEngineering）相區(qū)別，后來逐漸成為一切服務(wù)于生活和生產(chǎn)需要的民用設(shè)施的總稱。

我國國務(wù)院學(xué)位委員會在學(xué)科簡介中將土木工程定義為：“土木工程是建造各類工程設(shè)施的科學(xué)技術(shù)的總稱，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)。”

土木工程內(nèi)涵廣泛、門類眾多，滲透到了工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、國防及人民生活的各個方面，已發(fā)展出許多分支，包括建筑工程、道路工程、鐵路工程、橋梁工程、隧道工程、機(jī)場工程、地下工程、市政工程、給水排水工程、港口工程、水利工程等學(xué)科。1.1土木工程概述1.2土木工程發(fā)展簡史3土木工程的未來與可持續(xù)發(fā)展本節(jié)內(nèi)容2現(xiàn)代土木工程1古代土木工程1.2.1古代土木工程1．萌芽時期新石器時代，原始人為避風(fēng)雨、防獸害，利用天然的掩蔽場所（如山洞和森林）作為住處。當(dāng)人們學(xué)會播種收獲、馴養(yǎng)動物以后，便使用簡單的木、石、骨制工具，伐木采石，以黏土、木材和石頭等，模仿天然掩蔽物建造居住場所，開始了人類最早的土木工程活動，即土木工程完成了從無到有的萌芽階段。萌芽初期建造的住所，僅有“窟穴”和“橧巢”兩種類型。后來，穴的面積不斷擴(kuò)大，深度逐漸減小。在黃河流域的仰韶文化遺址（約公元前5000－公元前3000年）遺存有淺穴和地面建筑，建筑平面有圓形、方形和多室聯(lián)排的矩形，如圖1-1所示。1.2.1古代土木工程圖1-1黃河流域的仰韶文化遺址1.2.1古代土木工程從西安半坡村遺址（約公元前4800年－公元前3600年）可以看到有條不紊的聚落布局，并有很多圓形房屋的遺跡。經(jīng)分析房屋直徑約為5～6m，室內(nèi)豎有木柱，支撐著用茅草做成的屋面，茅草下有密排樹枝起到龍骨作用，如圖1-2所示。圖1-2西安半坡村遺址復(fù)原圖1.2.1古代土木工程2．形成時期

1）埃及和希臘埃及人在公元前3000年進(jìn)行了大規(guī)模的水利工程以及金字塔和神廟的修建。公元前27－公元前26世紀(jì)，他們建造了世界最大的帝王陵墓建筑群——吉薩金字塔群和獅身人面像，如圖1-3所示。圖1-3吉薩金字塔和獅身人面像1.2.1古代土木工程約公元前7世紀(jì)，大部分希臘的神廟建筑已改用石料建造。公元前5世紀(jì)建成的雅典衛(wèi)城，在建筑、廟宇、柱式等方面都具有極高的水平。最具代表性的是帕特農(nóng)神廟，廟宇宏大，石質(zhì)梁柱結(jié)構(gòu)精美，是典型的列柱圍廊式建筑，如圖1-4所示。

圖1-4帕特農(nóng)神廟遺址1.2.1古代土木工工程2）中國公元前21世紀(jì)，夏禹用疏導(dǎo)方法治理洪水。公元前256年始建的都江堰，是世界上最早的綜合性大型水利工程，如圖1-5所示。另外，也出現(xiàn)了形式多樣的橋梁，公元前12世紀(jì)初在渭河上架設(shè)的浮橋，是我國最早在大河上架設(shè)的橋梁。圖1-5都江堰水利利工程1.2.1古代土木工工程聞名世界的萬里長城是世界上修建時間最長、工程量最大的古代防御工程，自西周時期開始，延續(xù)不斷修筑了2000多年，總計長度達(dá)五萬多千米，如圖1-6所示。圖1-5都江堰水利利工程1）建筑工程

這一時期，中國古建筑出現(xiàn)了與木結(jié)構(gòu)相適應(yīng)的建筑風(fēng)格，形成了獨(dú)特的中國木結(jié)構(gòu)體系。房屋的墻壁不承擔(dān)屋頂和樓面的荷重，使得墻壁有極大的靈活性。公元8世紀(jì)建的山西五臺山南禪寺正殿和公元9世紀(jì)建的佛光寺大殿，是至今保存較完整的中國木構(gòu)架建筑，如圖1-7所示。1.2.1古代土木工工程3．發(fā)達(dá)時期圖1-7佛光寺大殿殿構(gòu)造圖公元前5世紀(jì)－公元前4世紀(jì)，古希臘的建筑藝術(shù)達(dá)到鼎盛期，環(huán)柱式建筑造型結(jié)構(gòu)使古希臘建筑更具藝術(shù)感。以雅典衛(wèi)城及其神廟為代表的建筑，簡單純凈、和諧完美，具有驚人的藝術(shù)創(chuàng)造力，如圖1-8所示。1.2.1古代土木工工程圖1-8雅典衛(wèi)城公元前1世紀(jì)，古羅馬的建筑和古希臘建筑一起被視為垂范千古的經(jīng)典，成為西方建筑文化最深刻的根源。古羅馬建筑一般以厚實的磚石墻、半圓形拱券、逐層挑出的門框裝飾和交叉拱頂結(jié)構(gòu)為主要特點(diǎn)，其中，拱券技術(shù)是古羅馬建筑的最大成就和特色。古羅馬的一個傳奇性建筑就是斗獸場，如圖1-9所示。1.2.1古代土木工工程圖1-9古羅馬大斗斗獸場進(jìn)入中世紀(jì)以后，在古希臘、古羅馬等建筑技術(shù)基礎(chǔ)上，拜占庭建筑融合了其他文化并形成了獨(dú)特的體系，解決了在方形平面上使用穹頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)和建筑形式問題。公元532年開始修建的土耳其伊斯坦布爾圣索菲亞大教堂便以其巨大的圓頂聞名于世，如圖1-10所示。1.2.1古代土木工工程圖1-10圣索菲亞大大教堂在西歐各國的建筑中，意大利仍繼承了古羅馬的風(fēng)格，其中以比薩大教堂建筑群（11～13世紀(jì)）為代表，如圖1-11所示；其他各國則以法國為中心，發(fā)展了哥特式教堂建筑的新結(jié)構(gòu)體系。其中，巴黎圣母院（1163～1271年）的圣母教堂是早期哥特式教堂建筑的代表，如圖1-12所示。1.2.1古代土木工工程1.2.1古代土木工工程圖1-11比薩大教堂堂圖1-12巴黎圣母院院2）道路橋梁工程在建筑興建的同時，道路橋梁方面也有很多重大成就。比如：秦朝在統(tǒng)一中國的過程中，以咸陽為中心修筑了通向全國的馳道，形成了全國規(guī)模的交通網(wǎng)。1.2.1古代土木工工程3）城市建設(shè)隋朝興建了大興城，唐朝復(fù)名為長安城并陸續(xù)改建。長安城南北長9.72km，東西寬8.65km，分區(qū)明確、街道整齊，對城市的地形、水源、交通、防御、文化、商業(yè)和居住條件等，都作了周密的考慮。1.2.1古代土木工工程4）工藝技術(shù)隨著工程的大規(guī)模營建，工藝技術(shù)也不斷進(jìn)步，分工日益細(xì)致。例如，15世紀(jì)意大利的某些工程設(shè)計已由過去的行會師傅和手工業(yè)匠人逐漸轉(zhuǎn)向出身于工匠而知識化的建筑師、工程師來承擔(dān)。同時，這一時期還出現(xiàn)了多種儀器，如抄平水準(zhǔn)設(shè)備、度量幾何形狀的器具“規(guī)”和“矩”。隨著計算方法的進(jìn)步，人們已能繪制平面、立面、剖面和細(xì)部大樣等詳圖，并且掌握了用模型設(shè)計的表現(xiàn)方法。1.2.1古代土木工工程5）著作與理論在古代土木工程的發(fā)達(dá)時期，還出現(xiàn)了一些土木工程方面的專著。其中，我國比較有代表性的專著是戰(zhàn)國時期的《考工記》，里面記載了木工、金工等工藝，并有城市、宮殿、房屋建筑等規(guī)范。另外還有《木經(jīng)》《營造法式》等。國外比較有代表性的專著有意大利文藝復(fù)興時期阿爾貝蒂所著《論建筑》等。另外，歐洲于12世紀(jì)以后興起的哥特式建筑結(jié)構(gòu)，到中世紀(jì)后期已經(jīng)有了初步的理論，其計算方法也有專門的記錄。1.2.2近代土木工工程從17世紀(jì)中葉到20世紀(jì)中葉的300年間，土木工程迅猛向前發(fā)展，逐漸擴(kuò)展到包括房屋、道路、橋梁、鐵路、隧道、港口、市政等工程建筑和設(shè)施，不僅能夠在地面，而且還能在地下或水域內(nèi)修建。埃菲爾鐵塔、帝國大廈和金門懸索橋等世界著名建筑，先后在這一時期建成，分別如圖1-13、圖1-14、圖1-15所示。1.2.2近代土木工工程圖1-13埃菲爾鐵塔塔圖1-14帝國大廈圖1-15金門懸索橋橋1.2.2近代土木工工程1）理論方面意大利學(xué)者伽利略在1638年出版的著作《關(guān)于兩門新科學(xué)的談話和數(shù)學(xué)證明》中，首次用公式表達(dá)了梁的設(shè)計理論。這本書是材料力學(xué)領(lǐng)域中的第一本著作，也是彈性體力學(xué)史的開端。1687年牛頓總結(jié)的力學(xué)運(yùn)動三大定律，直到現(xiàn)在還是土木工程設(shè)計理論的基礎(chǔ)。瑞士數(shù)學(xué)家L.歐拉在1744年出版的《曲線的變分法》，在分析工程構(gòu)筑物的彈性穩(wěn)定方面得到了廣泛的應(yīng)用。1．奠基和進(jìn)步時期1.2.2近代土木工工程2）材料方面瓦特對蒸汽機(jī)的改進(jìn)，推進(jìn)了產(chǎn)業(yè)革命，多種優(yōu)良的材料及施工機(jī)具相繼產(chǎn)生。1824年英國人J.阿斯普丁發(fā)明了新型水硬性膠結(jié)材料——波特蘭水泥，1850年左右開始生產(chǎn)。1856年大規(guī)模煉鋼方法——貝塞麥轉(zhuǎn)爐煉鋼法發(fā)明后，鋼材越來越多地應(yīng)用于土木工程。1.2.2近代土木工工程1851年英國倫敦建成水晶宮，采用鑄鐵梁柱，玻璃覆蓋。1867年法國人J.莫尼埃用鐵絲加固混凝土制成了花盆，并把這種方法推廣到工程中，建造了一座貯水池。1875年，他主持建造成第一座長16m的鋼筋混凝土橋。1886年，美國芝加哥建成家庭保險公司大廈，9層，初次按獨(dú)立框架設(shè)計，并采用鋼梁，被認(rèn)為是現(xiàn)代高層建筑的開端。1889年法國巴黎建成高300m的埃菲爾鐵塔，使用熟鐵近8000t。1.2.2近代土木工工程3）施工方面這一時期的施工方法進(jìn)入了機(jī)械化和電氣化階段。蒸汽機(jī)逐步應(yīng)用于抽水、打樁、挖土、軋石、壓路、起重等作業(yè)。19世紀(jì)60年代內(nèi)燃機(jī)問世和70年代電機(jī)出現(xiàn)后，很快就創(chuàng)制出各種各樣的起重運(yùn)輸、材料加工、現(xiàn)場施工用的專用機(jī)械和配套機(jī)械，使一些難度較大的工程得以加速完工；1825年英國首次使用盾構(gòu)開鑿泰晤士河河底隧道。1.2.2近代土木工工程3）施工方面這一時期的施工方法進(jìn)入了機(jī)械化和電氣化階段。蒸汽機(jī)逐步應(yīng)用于抽水、打樁、挖土、軋石、壓路、起重等作業(yè)。19世紀(jì)60年代內(nèi)燃機(jī)問世和70年代電機(jī)出現(xiàn)后，很快就創(chuàng)制出各種各樣的起重運(yùn)輸、材料加工、現(xiàn)場施工用的專用機(jī)械和配套機(jī)械，使一些難度較大的工程得以加速完工；1825年英國首次使用盾構(gòu)開鑿泰晤士河河底隧道。1.2.2近代土木工工程4）交通方面產(chǎn)業(yè)革命還從交通方面推動了土木工程的發(fā)展。在公路方面，1819年英國馬克當(dāng)筑路法明確了碎石路的施工工藝和路面鎖結(jié)理論，提倡積極發(fā)展道路建設(shè)，促進(jìn)了近代公路的發(fā)展。在鐵路方面，1825年G.斯蒂芬森建成了第一條鐵路。20世紀(jì)鐵路已成為不少國家國民經(jīng)濟(jì)的大動脈。在橋梁方面，早在1779年英國就建成跨度30.5m的拱橋。在航運(yùn)方面，19世紀(jì)上半葉開始，英國、美國大規(guī)模開鑿運(yùn)河，1869年蘇伊士運(yùn)河（參見圖1-16）和1914年巴拿馬運(yùn)河（參見圖1-17）的通航，體現(xiàn)了海上交通已完全把世界聯(lián)成一體。1.2.2近代土木工工程5）建筑與市政工程方面近代工業(yè)的發(fā)展，人類需求的不斷增長，還反映在房屋建筑及市政工程方面。電力的應(yīng)用，電梯等附屬設(shè)施的出現(xiàn)，使高層建筑實用化成為可能。電氣照明、給水排水、供熱通風(fēng)、道路橋梁等市政設(shè)施與房屋建筑結(jié)合配套，開始了市政建設(shè)和居住條件的近代化。1.2.2近代土木工工程圖1-16蘇伊士運(yùn)河河圖1-17巴拿馬運(yùn)河河1.2.2近代土木工工程2．成熟時期1）世界交通運(yùn)輸

在交通運(yùn)輸方面，瀝青和混凝土開始用于鋪筑高級路面。1931～1942年德國首先修筑了長達(dá)3860km的高速公路網(wǎng)，美國和歐洲其他一些國家相繼效法。20世紀(jì)初出現(xiàn)了飛機(jī)，飛機(jī)場工程迅速發(fā)展起來。鋼鐵質(zhì)量的提高和產(chǎn)量的上升，使得建造大跨橋梁成為現(xiàn)實。1937年美國舊金山建成金門懸索橋，跨度1280m，全長2825m，是公路橋的代表性工程。1.2.2近代土木工程程2）世界建筑工業(yè)的發(fā)達(dá)，城市人口的集中，使工業(yè)廠房向大跨度發(fā)展，民用建筑向高層發(fā)展。1925～1933年在法國、蘇聯(lián)和美國分別建成了跨度達(dá)60m的圓殼、扁殼和圓形懸索屋蓋。1931年美國紐約的帝國大廈落成，共102層，高378m，保持世界房屋最高紀(jì)錄達(dá)40年之久。3）理論發(fā)展這個時期的地震等自然災(zāi)害推動了結(jié)構(gòu)動力學(xué)和工程抗災(zāi)技術(shù)的發(fā)展。另外，超靜定結(jié)構(gòu)計算方法不斷得到完善，在彈性理論成熟的同時，塑性理論、極限平衡理論也得到發(fā)展。1.2.2近代土木工程程4）其間的中國土木這個時期的清朝實行閉關(guān)鎖國政策，近代土木工程進(jìn)展緩慢，直到清末出現(xiàn)洋務(wù)運(yùn)動，才引進(jìn)一些西方技術(shù)。中國近代建筑以1929年建成的中山陵和1931年建成的廣州中山紀(jì)念堂為代表。1934年在上海建成了鋼結(jié)構(gòu)的24層的國際飯店，21層的百老匯大廈（今上海大廈）和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的12層的大新公司。1.2.2近代土木工程程到1936年，已有近代公路11萬km。中國工程師自己修建了浙贛鐵路（參見圖1-18），粵漢鐵路的株洲至韶關(guān)段以及隴海鐵路西段等。1912年成立中華工程師會，詹天佑為首任會長，30年代成立中國土木工程師學(xué)會。到1949年土木工程高等教育基本形成了完整的體系。圖1-18浙贛鐵路1.2.3現(xiàn)代土木工程程第二次世界大戰(zhàn)后，經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城市建設(shè)以及科技的帶動，使得現(xiàn)代土木工程在設(shè)計與建造理論、材料、施工機(jī)械等方面得到快速發(fā)展并逐漸成熟，土木工程由此進(jìn)入一個新時代?，F(xiàn)代土木工程主要呈現(xiàn)出以下特點(diǎn)：1.2.3現(xiàn)代土木工程程

經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口增長，造成城市用地日趨緊張，交通日益擁擠，使得人類需要更加充分地利用空間。房屋建筑和道路交通等開始向高空和地下發(fā)展，城市建設(shè)呈現(xiàn)出立體化的趨勢。

高層建筑和超高層建筑的興建成了現(xiàn)代化城市的象征。1962～1976年建于紐約的兩座世界貿(mào)易中心大樓，各為110層，高411m；1974年建于芝加哥的西爾斯大廈為110層，高443m，超越紐約的世界貿(mào)易中心，是當(dāng)今世界最高建筑物之一。1．城市建設(shè)立立體化近十幾年來，，高層建筑在在亞洲地區(qū)也也得到了迅猛猛的發(fā)展。1998年，我國上海海建成的金茂茂大廈（參見見圖1-19），高度達(dá)到到420m，2008年竣工的環(huán)球球金融中心大大廈（參見圖圖1-20）高度更是達(dá)達(dá)到了492m。1.2.3現(xiàn)代土木工程程圖1-19金茂大廈圖1-20環(huán)球金融中心心大廈同時，道路和和鐵路很多已已采用高架，，同時又向地地層深處發(fā)展展。地下鐵道道在近幾十年年得到進(jìn)一步步發(fā)展，地鐵鐵早已電氣化化，并與建筑筑物地下室連連接，形成地地下商業(yè)街。。同時，地下下停車場、地地下倉庫、地地下工廠等也也陸續(xù)發(fā)展起起來。城市道道路下面密布布著電纜、給給水、排水、、供熱、供燃燃?xì)獾墓艿?，，?gòu)成了城市市的脈絡(luò)。現(xiàn)代城市建設(shè)設(shè)已經(jīng)成為一一個地面、空空中、地下同同時展開的立立體有機(jī)的系系統(tǒng)。1.2.3現(xiàn)代土木工程程復(fù)雜的現(xiàn)代生產(chǎn)過程和日益上升的生活水平，對土木工程提出了各種專門的要求。工程設(shè)施同它的使用功能或生產(chǎn)工藝更緊密地結(jié)合，成為了現(xiàn)代土木工程的特征之一?，F(xiàn)代土木工程已經(jīng)超越了傳統(tǒng)意義上的范圍，與各行各業(yè)緊密相連、互相滲透、互為支撐、相互促進(jìn)。公用建筑和住宅建筑不再僅僅是傳統(tǒng)意義上只有四壁的房屋，而要求同采暖、通風(fēng)、給水、排水、供電、供燃?xì)獾确N種現(xiàn)代技術(shù)設(shè)備結(jié)成一體。2．建筑功能要要求日益多樣樣化1.2.3現(xiàn)代土木工程程由于電子技術(shù)術(shù)、精密機(jī)械械、生物基因因工程、航空空航天等高科科技工業(yè)的發(fā)發(fā)展，許多工工業(yè)建筑提出出了恒溫、恒恒濕、防微震震、防腐蝕、、防輻射、防防磁、無微塵塵等要求，并并向跨度大、、分割靈活、、工廠花園化化的方向發(fā)展展。比如，在高烈烈度區(qū)及重要要建筑中，結(jié)結(jié)構(gòu)的減震與與振動控制技技術(shù)得到了廣廣泛應(yīng)用，廣廣州電視塔就就采用了TMD減振技術(shù)，能能抵御烈度為為8度的地震和12級臺風(fēng)；再比比如，為保證證重大建筑結(jié)結(jié)構(gòu)安全，降降低結(jié)構(gòu)因材材料老化、自自然災(zāi)害等因因素導(dǎo)致的可可靠性下降，，全新的結(jié)構(gòu)構(gòu)健康監(jiān)測技技術(shù)受到廣泛泛關(guān)注并開始始應(yīng)用于實際際工程，如香香港青馬大橋橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)監(jiān)測系統(tǒng)、蘇蘇通長江公路路大橋結(jié)構(gòu)健健康監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)等。1.2.3現(xiàn)代土木工程程3．高、大、重重、特工程不不斷出現(xiàn)20世紀(jì)90年代以來，強(qiáng)大的科技力量和電子信息技術(shù)革命，使得社會經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷加快，由此產(chǎn)生了強(qiáng)勁的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需求，不斷推動土木工程快速發(fā)展，并使其展示出強(qiáng)大的生命力和創(chuàng)造力，不斷挑戰(zhàn)高、大、重、特工程的新極限。1.2.3現(xiàn)代土木工程程在高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)方面，2010年建成的世界最高的高層建筑迪拜哈利法塔高達(dá)828m，高度幾乎是1972年建成的417m高的世界貿(mào)易中心雙塔大廈的兩倍，如圖1-21所示。2011年落成的日本東京天空樹塔高634m，是目前世界第一高的自立式電視塔，如圖1-22所示。目前國內(nèi)最高的廣州電視塔（2009年）高度達(dá)616m，位列世界第二。1.2.3現(xiàn)代土木工程程圖1-22日本東京天空空樹塔圖1-21迪拜哈利法塔塔1.2.3現(xiàn)代土木工程程另外，世界上最高的大壩——瑞士大迪克桑斯大壩，高度達(dá)到了284m，如圖1-23所示。三峽水電站大壩全長2309m，最大壩高181m，是世界上規(guī)模最大的水電工程。圖1-23瑞士大迪克桑桑斯大壩1.2.3現(xiàn)代土木工程程4．工程施工的的廣泛機(jī)械化化機(jī)械在工程中的廣泛應(yīng)用，使施工速度、效率和施工質(zhì)量得以大大提高，同時減少了安全事故，減輕了工人的勞動強(qiáng)度，使大型工程建設(shè)成為可能。鋼制大型模板、大型吊裝設(shè)備與混凝土自動化攪拌樓、混凝土攪拌輸送車、輸送泵等相結(jié)合，形成了一套現(xiàn)場機(jī)械化施工工藝，在高層、多層房屋和橋梁中成為一種發(fā)展很快的方法。1.2.3現(xiàn)代土木工程程上海環(huán)球金融中心吊裝中采用的兩臺M900D塔吊，是目前國內(nèi)房屋建筑領(lǐng)域中起重量最大、高度可達(dá)500m的巨型變臂塔吊，總重量達(dá)225.40t。大廈封頂后，該塔吊在500m高空拆卸，屬世界首創(chuàng)，如圖1-24所示。圖1-24M900D塔吊1.2.3現(xiàn)代土木工程程另外，由于采用了現(xiàn)代化的盾構(gòu)，隧道施工速度大大加快，精度日益提高。目前，大型隧道施工已經(jīng)比較廣泛地使用盾構(gòu)機(jī)，如圖1-25所示。世界上最大的盾構(gòu)機(jī)直徑達(dá)14.44m，我國生產(chǎn)的最大盾構(gòu)機(jī)直徑為12m，刀頭加盾的重量就達(dá)到1600t。圖1-25大型盾構(gòu)機(jī)1.2.3現(xiàn)代土木工程程5．交通工程高高速化第二次世界大戰(zhàn)以后，高速公路開始在各國大規(guī)模興建。目前世界上最長的高速公路是在20世紀(jì)末建成的環(huán)歐高速公路，全長達(dá)1萬km。至2013年末，中國建有高速公路10.44萬km，居世界首位。高速公路的里程數(shù)已成為衡量一個國家現(xiàn)代化程度的標(biāo)志之一。鐵路運(yùn)輸在公路航空運(yùn)輸?shù)母偁幹幸渤霈F(xiàn)了電氣化和高速化的趨勢。世界上首條出現(xiàn)的高速鐵路是日本的新干線，于1964年正式營運(yùn)，速度達(dá)每小時271km，營運(yùn)最高時速達(dá)300km。京津城際高速鐵路通車，標(biāo)志著我國系統(tǒng)掌握了時速350km的高速鐵路成套技術(shù)，我國高速鐵路從此跨入了世界先進(jìn)行列。1.2.3現(xiàn)代土木工程程交通高速化直接促進(jìn)著橋梁、隧道技術(shù)的發(fā)展。不僅穿山越江的隧道日益增多，而且出現(xiàn)了長距離的海底隧道。全世界已建成和計劃建設(shè)的海底隧道有20多條，最有代表性的跨海隧道工程有英法海底隧道（參見圖1-26）、青函隧道和日本對馬海峽隧道等。圖1-26英英法海底隧隧道1.3土木工程的未未來與可持續(xù)續(xù)發(fā)展1土木工程未來將向高空、地下、海洋、沙漠、太空進(jìn)軍2土木工程的可持續(xù)發(fā)展本節(jié)內(nèi)容

中國擬在上海附近的1.6km寬、200m深的人工島上建造一棟高1250m的仿生大廈，居民可達(dá)10萬。印度也提出將投資50億建造超級摩天大樓，其地上共202層，高達(dá)710m。日本擬在東京建造840m高的千年塔，它在距海岸約2km的大海中，將成為一個小型的垂直城鎮(zhèn)，在規(guī)模上相當(dāng)于東京的銀座或紐約的第五大街，擁有旅館、商店、公寓以及辦公場所。1.3.1土木工程未來來將向高空、、地下、海洋洋、沙漠、太太空進(jìn)軍1．向高空延伸1991年在東京召開的城市地下空間國際學(xué)術(shù)會議通過了《東方宣言》，提出了“21世紀(jì)是人類開發(fā)利用地下空間的世紀(jì)”。建造地下建筑將有效改善城市擁擠，具有節(jié)能和減少噪聲污染等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)在世界上共修建水電站地下廠房約350座，已經(jīng)建成的地下核電站約有12座。2011年在我國云南開工建造的白鶴灘水電站，預(yù)計2020年竣工，到時將成為世界上最大的地下水電站。1.3.1土木工程未來來將向高空、、地下、海洋洋、沙漠、太太空進(jìn)軍2．向地下發(fā)展為了節(jié)約使用陸地，也為了防止機(jī)場噪聲對城市居民的影響，2000年8月4日，日本大阪圍海建造的1000m長的關(guān)西國際機(jī)場（參見圖1-27）試飛成功，它是世界第一座百分之百填海造陸而成的人工島機(jī)場，另外，阿拉伯聯(lián)合酋長國首都迪拜的七星大酒店也建在海上，洪都拉斯將建海上城市型游船，該船長804.5m，寬228.6m，有28層樓高，船上設(shè)有小型噴氣式飛機(jī)跑道、醫(yī)院、旅館、超市、飯店、理發(fā)店和娛樂場等。1.3.1土木工程未來來將向高空、、地下、海洋洋、沙漠、太太空進(jìn)軍3．向海洋拓寬1.3.1土木工程未來來將向高空、、地下、海洋洋、沙漠、太太空進(jìn)軍圖1-27關(guān)西國際機(jī)場場

世界未來學(xué)會對下世紀(jì)初世界十大工程設(shè)想之一是將西亞和非洲的沙漠改造成綠洲。改造沙漠首先必須有水，然后才能綠化和改造沙土?，F(xiàn)在利比亞沙漠地區(qū)已建成一條大型的輸水管道，并在班加西建成了一座直徑1km、深16km的蓄水池用以沙漠灌溉。我國沙漠輸水工程試驗成功，自行修建的第一條長途沙漠輸水工程已全線建成試水，順利地引黃河水入沙漠。4．向沙漠進(jìn)軍1.3.1土木工程未來來將向高空、、地下、海洋洋、沙漠、太太空進(jìn)軍1.3.1土木工程未來來將向高空、、地下、海洋洋、沙漠、太太空進(jìn)軍我國首條沙漠漠高速公路———榆靖高速速公路（參見見圖1-28）已全線動工工，其全長116km。圖1-28榆靖高速公路路由于近代天文學(xué)及宇航事業(yè)的飛速發(fā)展和人類登月的成功實現(xiàn)，人們發(fā)現(xiàn)月球上擁有大量的鈦鐵礦，并且經(jīng)過合成能夠制造出人類生存必需的氧和水。美國政府已決定在月球上建造月球基地，并通過這個基地進(jìn)行登陸火星的行動。美籍華裔林銅柱博士1985年發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)混凝土所需的材料月球上都有，因此可以在月球上制作鋼筋混凝土配件裝配空間站。預(yù)計21世紀(jì)50年代以后，空間工業(yè)化、空間商業(yè)化、空間旅游、外層空間的開發(fā)利用等可能會得到較大進(jìn)展。5．向太空邁進(jìn)1.3.1土木工程未來來將向高空、、地下、海洋洋、沙漠、太太空進(jìn)軍

設(shè)計方案對環(huán)境的關(guān)注程度直接影響到工程實體在各階段對環(huán)境的影響。

在工程經(jīng)費(fèi)許可的情況下，應(yīng)盡量選擇這樣的設(shè)計方案——有可持續(xù)發(fā)展的場址、高效的能源與材料的利用率、節(jié)能高效的施工技術(shù)以及對周圍環(huán)境與生態(tài)危害小等。1.3.2土木工程的可可持續(xù)發(fā)展1．設(shè)計環(huán)節(jié)

土木工程施工的整個過程都涉及可持續(xù)發(fā)展，如對生態(tài)、人居、環(huán)境、資源和能源等的保護(hù)。

在建造和使用建筑物的過程中，應(yīng)盡可能高效地利用建筑場地資源，節(jié)約材料，多利用風(fēng)能、太陽能等自然能源，并且要開發(fā)利用再生資源和綠色資源，應(yīng)用可促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)，不污染環(huán)境，高效、節(jié)能、節(jié)水的建筑技術(shù)和建筑材料。同時還要保護(hù)環(huán)境，減少污染，對古建筑、植被和場地周邊的重要設(shè)施設(shè)備等要制訂明確的保護(hù)方案，并制訂有關(guān)保護(hù)室內(nèi)外空氣、噪音污染的施工管理辦法和執(zhí)行方案。1.3.2土木工程的可可持續(xù)發(fā)展2．施工與管理環(huán)節(jié)1.3.2土木工程的可可持續(xù)發(fā)展

土木工程結(jié)構(gòu)在達(dá)到了設(shè)計正常使用年限之后將面臨淘汰和拆除，在拆除過程中如果經(jīng)過檢查與測試，發(fā)現(xiàn)其主要結(jié)構(gòu)完整、承載力達(dá)到要求，無其他嚴(yán)重危險情況，那么可以延續(xù)其使用期，然后對建筑物做一次全面的維修與支護(hù)。3．即將拆除結(jié)結(jié)構(gòu)的延續(xù)使使用1.3.2土木工程的可可持續(xù)發(fā)展對既有建筑的再利用也是可持續(xù)發(fā)展的重要手段之一。這方面上海已經(jīng)取得不少成功的經(jīng)驗：很多不用的廠房已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)檎褂[廳、辦公樓、藝術(shù)家工作室，如M50創(chuàng)意園（參見圖1-29）等。4．既有建筑的的再利用圖1-29M50創(chuàng)意園1.4土木工程專業(yè)業(yè)人才培養(yǎng)1土木工程專業(yè)簡介2土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)本節(jié)內(nèi)容1.4.1土木工程專業(yè)業(yè)簡介

為培養(yǎng)土木工程所需的專門技術(shù)人才，世界各國在大學(xué)本科教學(xué)中都設(shè)立了土木工程專業(yè)。最早的是法國的1747年的創(chuàng)立的巴黎路橋?qū)W校，此后，英國、德國等也相繼在大學(xué)中設(shè)置了有關(guān)土木工程的專業(yè)。1.4.1土木工程專業(yè)業(yè)簡介從1872年清政府第一批官辦留學(xué)開始到20世紀(jì)初，我國派遣了一批優(yōu)秀人才到國外學(xué)習(xí)橋梁工程、采礦工程、地質(zhì)工程等工科專業(yè)。這些留學(xué)生回國后不僅