土木工程发展现状及趋势

任秋荣，叶 龙，李向召

REN Qiu-rong, YE Long, LI Xiang-zhao

（安阳师范学院 建筑工程学院，安阳 455000）

0 引言

纵观人类文明史，土木工程建设在和自然斗争中不断地前进和发展。在我国的现代化建设中，土木工程业越来越成为国民经济发展的支柱产业。经过多年的发展，目前土木工程的实践和研究已取得显著成就，无论是结构的力学分析，还是结构设计的理论和方法以及结构的施工手段，都有了非常大的突破;特别是近若干年，在高层、大跨结构和钢结构方面成绩尤其惊人。[1]

1 土木工程建设取得的巨大成就

自改革开放以来我国高层建筑的发展进入了一个崭新的阶段，高层建筑不仅在数量上越来越多，而且在高度上也越来越高。据初步统计我国已建成20层以上高层建筑物10 000多栋，超过100 m的高楼有500多栋， 200 m以上的高层建筑50多栋，有20多栋超过300 m。目前我国最高的高层建筑为上海浦东金茂大厦，地上88层，高度420.5 m，地下3层，其高度在世界已有建筑物中排第3位，为钢筋混凝土和钢构架混合结构。即将动工兴建的上海金融中心大厦地面94层、地下3层，高466 m，建成后，其高度将超过目前世界最高的吉隆坡佩重纳斯大厦而成为世界第一高度。[2]表1为在世界上排名前四位的钢结构高层建筑。

表1 世界高度前四位高层建筑

公路、铁路飞速发展，“十五”期间,我国将有公路160万km,其中高速公路2.5万km，2010年，全国高速公路将达3万km。到2005年，全国铁路营业里程约达7.5万km，首条跨海的粤海铁路通道，全长542.6 km；国务院批准建设的青藏铁路,东起青海格尔木，西至西藏拉萨全长1118 km，其中多年冻土地段约600 km，海拔高于4 000 m的地段960多km，将成为世界上海拔最高和最长的高原铁路，是西部大开发的又一项标志性工程。图1展示了在交通设施建设方面我国十二五期间取得的优异成绩。

桥梁工程也取得了惊人的成就，伴随着桥梁类型的不断翻新，主跨跨度一再突破；而斜拉挢的复兴更是桥梁工程的另一个辉煌。日本的时石海峡大桥（1 991 m悬索桥）、多多罗大桥（890 m斜拉桥），丹麦的海带桥（1 624 m悬索桥），法国诺曼底桥（856 m斜拉桥）被公认为是20世纪桥梁的代表作而载入史册。而杨浦大桥、南浦大桥、芜湖长江大桥、南京长江二桥等大跨桥梁的建成都标志着我国的大跨结构达到了一个新的水平，已跨入世界先进行列。目前，我国已建成千米以上大桥3座（尚有2座正在兴建中）、800 m以上大桥8座、600m以上大桥15座、400m以上大桥40座，重庆万县单孔跨度达420 m的钢筋混凝土拱桥更引起世界同行的莫大兴趣。[3]

2 土木工程的发展趋势

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。据联合国有关机构的报告预测,到20005年世界人口将超过85亿。另据澳大利亚的科学家分析，2080年世界人口将达到顶峰（106亿），而后有所降低。人类为了生存，决定了土木工程未来的五个发展方向。

图1 我国十二五期间交通建设的成绩

2.1 修建超大型工程

在21世纪，随着新材料、新结构、新工艺、新施工方法的出现，人类将有可能从事更大规模的土木工程建设，从事土木工程的人们将为改造世界做出新的贡献，取得新的突破。

西班牙与摩洛哥之间的直布罗陀海峡割断了欧洲和非洲大陆的交通，至今人们已经提出了多种联络线方案。如全长30km，最大主跨为2000m的吊桥方案;全线长14km，最大主跨为5000m的吊桥方案;也有的提出采用最大主跨为5000m的海中浮游式桥梁方案等。对马海峡的地下隧道工程、白令海峡的填筑等也是世界上酝酿中的超大型工程。

现在人工建筑物最高的为646米的波兰Cabin长波台钢塔，由15根钢丝绳锚拉。日本拟在美国芝加哥或纽约建造700层（高约1950米）的赤板城楼，内设商店、办公用房、剧院及至球场，工作人员30万，住户l4万。另外，日本还提出建造一座超整体结构，高4000米（高过富士山，海拨3776米），实为“空中城市”。

2.2 高性能材料的使用

近年来，随着高标号水泥的大量生产，钢纤维和玻璃纤维混凝土、聚合物浸渍混凝土等快硬、高强、轻质、复合和节能混凝土的研制，复合、新型墙体材料的开发，钢化玻璃、多功能涂层玻璃、双层中空玻璃等建筑用平板玻璃等的发展，都带来了土木工程的结构形式、设计理论和施工技术等方面的新发展。而从20世纪80年代兴起的碳纤维的应用研究，更是土木工程在这一领域的又一重大突破。

钢材将朝着高强、具有良好的塑性、韧性和可焊性方向发展。日本、美国、俄罗斯等国家已经把屈服点为700N/mm2以上的钢材列入了规范；如何合理利用高强度钢也是一个重要的研究课题。高性能混凝土及其他复合材料也将向着轻质、高强、良好的韧性和工作性方面发展。[4]

表2为我国高层建筑钢结构现状统计结果，可以看出：

1）工程设计几乎全部由国外承担，钢材几乎全从国外进口，工程总承包也大多由国外承担，而钢结构制作与安装则主要由国内单位承担。

2）截止到1996年底我国已建成的高度为100m以上的高层建筑约150幢，其中采用钢结构（包括钢一混凝土混合结构）的仅8幢，显然数量还很少。

因此，无论从高层建筑钢结构的数量还是高性能材料的使用量都需要进一步增加。

表2 我国高层建筑钢结构现状统计

2.3 充分利用地下空间

目前世界上最大的地下街是日本东京八重洲地下街，建筑面积70千米深的地下街是莫斯科切尔坦沃住宅小区地下商业街，深度在100米左右，我国也已有约20个城市进行了地铁系统的规划和具体实施阶段，先后提出了25项地铁和轻轨项目，同时地下空间技术也得到了飞速的发展和提高。[5]

目前我国城市地下工程建设主要施工方法有明挖法、暗挖法、盖挖法、盾构法、沉管法、冻结法及注浆法等，这些技术已经达到了国际先进水平，这也为地下空间开发提供了宝贵的经验。随着人口的增长，空间资源越来越紧张，开发地下空间是解决当前空间和土地资源紧张的一个有效途径。[6,7]

二十一世纪城市地下空间发展有以下几个趋势：1）综合化。国外地下空间发展的主要趋势是综合化，首先是地下综合体的出现，成为具有大城市现代化象征的建筑类型之一。其次综合化表现在地下步行道系统和地下快速轨道系统、地下高速道路系统的结合，以及地下综合体和地下交通换乘枢纽的结合。第三综合化表现在地上、地下空间功能既区分，又协调发展。2）分层化与深层化。为了综合利用地下空间资源，地下空间开发逐步向深层发展。如加拿大修建的地下车库多达14层，总面积72324平方米。3）城市交通和城市间交通的地下化。4）各种联合掘进机和盾构将成为地下隧道快速开挖的主要趋势。5）在钻爆法掘进中采用数字化掘进的趋势将加强。6）地铁隧道截面将减小，成本将降低。7）微型隧道工程将加速发展。微型隧道是人进不去的隧道，直径一般在25一30厘米，最大2米。由于其采用遥控开挖，适于在高层建筑，名胜古迹，高速公路等下面安装管道。目前世界上已采用此技术修建了5000公里长的微型隧道。8）市政公用隧道在二十一世纪将得到更广泛的应用和发展。9）GPS（卫星全球定位）、RS（遥感）、G飞（地理信息系统）在地下空间开发中的应用将加强。

2.4 向太空、沙漠、海洋发展

早在1984年，美籍华裔林铜柱博士就提出了一大胆设想，即在月球上利用它上面的岩石生产水泥并预制混凝土构件来组装太空试验站，这也表明土木工程的活动场所在不久的将来可能超出地球的范围。[4]

全世界约有1/3的陆地为沙漠，每年约有600万公顷耕地被侵蚀。中科院的调查表明，我国土地的沙漠化中由自然变化引起的仅占5.5% ，而人为沙漠化则占94.5% ，每年人为沙漠化的土地为l3.8万平方米。世界未来学会对下世纪初世界十大工程的设想之一是将西亚和非洲的沙漠改造成绿洲。沙漠改造首先必须有水，然后才能绿化和改造砂土。在有地下水，甚至有深层地下水的沙漠中，利用地下水修建大型输水管道或人工河以及蓄水池以改造沙漠，未尝不是可行的。在缺水地区，国际上还在研究开发使用沙漠地区太阳淡化海水的经济上是可行的方案。该方案一旦付诸实旄，将会导致毗邻海洋地区的沙漠大规模改造工程，这些工程的实现将会造就一批最具吸引力的经济开发区。

目前，许多国家将建筑空间向海洋拓宽，阿拉伯联合酋长国首都迪拜的七星大酒店建在海上，洪都拉斯将建海上城市型游船，该船将长804.5m，宽228.6m，有28层楼高，船上设有小型喷气式飞机的跑道、医院、旅馆、超市、饭店、理发店和娱乐场等。近些年来，我国在这方面也已取得可喜的成绩，如上海南汇滩围垦成功和崇明东滩围垦成功，最近又在建设黄浦江外滩的拓岸工程。[8]

2.5 加快信息技术在土木工程中的应用

加快信息化建设，用信息化带动工业化，这是我们的国家提出的新时代的奋斗目标。信息化建设是利用计算机技术、网络通信技术、智能信息处理技术、自动化控制技术等现代化手段对土木工程的施工过程和手段进行改造，改造的目的是有效提高土木工程施工过程效率，降低施工成本通过信息化建设，使信息化覆盖规划、勘测、设计施工、企业和物业管理、物流监控、设备维护、工程维护和保养等土木工程的全过程。在土木工程中的信息化技术的应用，使的传统控制方式下一些较难实现的高难度项目成为可能，比如高层建筑垂直度的控制，大体积大质量的混凝土结构的质量控制，对于大型构件和设备的整体同步吊装，整体大型脚手架的提升和安装控制，整体模具的爬升，大型桥梁悬索受力的控制，幕墙的生产和加工控制，高温高压的焊接质量控制，建筑物的爆破，整体搬迁，以及沉降观测和数据采集，大型工业设施的三维空间管线布局的计算机模拟等等。[9]

3 结论

本文总结了当今建筑发展的现状，并阐述了一些新工艺、新技术、新型材料的应用，同时指出了未来建筑空间的必然趋势，目前我国在这方面已取得了一些成绩，积累了一定的经验，但我国土木工程的设计、施工和理论研究方面的总体水平与发达国家相比还有一定的差距。展望未来，不仅要加强新型结构型式、新型建筑材料、新的技术手段的理论探索和应用研究，更要加强土木工程二级学科间理论和技术的融合与渗透，实现土木工程的更大突破。

[1]方从严, 梁有峰, 吴庆.土木工程的现状与未来发展趋势综述[J].安徽建筑工业学院学报, 2005, 13(2).

[2]李国强.我国高层钢结构发展的主要问题[J].建筑结构学报, 1998, 19(1)∶ 24-32.

[3]项海帆.21世纪世界桥梁工程的展望[J].土木工程学报,2000, 33(3)∶ 1-6.

[4]祝彩霞, 刘慧.浅析土木工程的发展现状与发展趋势[J].工程建设与管理.

[5]刘瑜.土木工程现状与发展趋势研究 [J].工程科技.

[6]吕志涛.新世纪的土木工程与可持续发展[J].江苏建筑,2000, (4).

[7]李磊.二十一世纪土木工程发展探索[J].当代建设,2002, (2).

[8]余文晖.土木工程的发展现状 [J].技术与产业经济.

[9]王海燕, 岳祖润.土木工程信息网站的设计与实现[J].国防交通工程与技术, 2003, (2).