土木工程的发展综述

谢世文

摘要: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。本文论述了土木工程的涵义、现状及未来的发展趋势。

关键词:土木工程 现状 发展趋势

中图分类号:TU36文献标识码:A文章编号:1006-8937(2009)03-0147-01

土木工程是一门范围广泛的学科。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、结构复杂的体系。土木工程的是伴随着人类社会的发展而发展起来的,也是一门具有很强的实践性的学科。

1 土木工程的涵义

土木工程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、维修等技术。

土木工程的范围非常广泛,它包括房屋建筑工程、公路与城市道路工程,铁路工程,桥梁工程,隧道工程,机场工程,底下工程,给水排水工程,港口、码头工程等。国际上,运河、水库、大坝、水渠等水利工程也包括于土木工程之中。人民生活离不开衣、食、住、行,其中“住”是与土木工程直接相关的;而“行”则需要建造铁道、公路、机场、码头等交通土建工程,与土木工程关系也非常紧密;而“食”需要打井取水,筑渠灌溉,建水库蓄水,建粮食加工厂,粮食储仓等;而“衣”的纺纱、织布、制衣,也必须在工厂内进行,这些也离不开土木工程。另外,各种工业生产必须要建工业厂房,即使是航天事业也必须要建发射塔架和航天基地,这些都是土木工程人员可以施展才华的领域。正因为土木工程内容如此广泛,作用如此重要,所以国家将工厂、矿井、铁道、公路、桥梁、农田水利、商店、住宅、医院、学校、给水排水、煤气输送等工程建设称为基本建设,大型项目由国家统一规划建设,中小型项目也归于各级政府有关部门管理。

2土木工程的发展历史

古代土木工程的历史跨度很长,它大致从旧石器时代(约公元前5000年起)到17世纪中叶。这一时期的土木工程说不上有什么设计理论,修建各种设施主要靠经验。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,是土木工程历史上的第一次飞跃。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。

一般认为,近代土木工程的时间跨度为17世纪中叶到第二次世界大战前后,历时300余年。在这一时期,土木工程逐步形成为一门独立学科。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。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。

现代土木工程适应各类工程建设高速发展的要求,重大工程项目将陆续兴建。人们需要建造大规模、大跨度、高耸、轻型、大型、精密、设备现代化的建筑物。既要求高质量和快速施工,又要求高经济效益。这就向土木工程提出新的课题,并推动土木工程这门学科前进。

3建筑史上的神来之笔

建筑是凝固的音符,当我们欣赏一个建筑时,必然从它的外观入手,所以在我们的观念中并不能把建筑外部装饰材料和外观设计理论当作是无足轻重的部分。在最新的建筑中,水立方是一个很能够吸引我们眼球的案例。在外形设计和构筑上,它应用了物理学上的“气泡理论”,而在外部材料上,它应用了一种比较新颖的材料——在国内是第一次——ETFE(聚乙烯-四氟乙烯共聚物)充气薄膜。在国外,由于ETFE薄膜耐腐蚀性、保温性俱佳、自清洁能力强,欧洲有600至800个建筑都用了这种材料。按照设计方案,水立方的内外立面膜结构共由3065个气枕组成(其中最小的1~2平方米,最大的达到70平方米),覆盖面积达到10万平方米,展开面积达到26万平方米,是世界上规模最大的膜结构工程,也是唯一一个完全由膜结构来进行全封闭的大型公共建筑。根据室内与室外、里面与屋顶环境的不同,具体部位的气枕将由2~5层薄膜组成。在外墙上的气枕最外层薄膜带浅蓝色,中间透明,里层镀点;内墙气枕的最里层为透明,外层镀点。外墙的内层膜和内墙的外层膜上镀着的密度不等的指甲盖大小的镀点用于控制膜的透光度,同时还起到散射阳光的作用。由于ETFE薄膜的透光性,这种立面装配系统能使水立方在白天最高节约50%的照明能耗。

与最近建筑上常用的玻璃幕墙相比较,整套ETFE薄膜的成本相当于同面积的中高档玻璃幕墙,而其2层膜可实现的热功性能就顶得上3层玻璃幕墙的效果。并且,轻巧的ETFE幕墙大大减轻了水立方主体钢结构的荷载。与此同时,ETFE薄膜更没有玻璃幕墙所带来的光污染导致交通意外多发的缺陷,也防止了由玻璃幕墙反射蓝天白云以致鸟类误以为真而撞上造成死亡的悲剧。所以,与玻璃幕墙比较,ETFE薄膜具有更大的优势,必然会成为将来一段时期内外部材料的最优选择。

4结束语

随着土木工程规模的扩大和由此产生的施工工具、设备、机械向多品种、自动化、大型化发展,施工日益走向机械化和自动化。同时组织管理开始应用系统工程的理论和方法,日益走向科学化;有些工程设施的建设继续趋向结构和构件标准化和生产工业化。这样,不仅可以降低造价、缩短工期、提高劳动生产率,而且可以解决特殊条件下的施工作业问题,以建造过去难以施工的工程。2008年的奥运场馆建设为我们提供了建筑科技最前沿的生动教材,也为我们树立了一个前进的目标和方向。但是,就向奥运场馆建设并不只为了奥运会,更为了奥运结束后长久的利用一样,我们也应该站在前人的肩膀上,超越曾经、现在以及将来的目标,把土木工程推向一个更高、更远、更理想的境界。

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