土木工程的發展綜述

謝世文

摘要:現代土木工程不斷地為人類社會創造嶄新的物質環境,成為人類社會現代文明的重要組成部分。本文論述了土木工程的涵義、現狀及未來的發展趨勢。

關鍵詞:土木工程 現狀 發展趨勢

中圖分類號:TU36文獻標識碼:A文章編號:1006-8937(2009)03-0147-01

土木工程是一門范圍廣泛的學科。隨著科學技術的進步和工程實踐的發展,土木工程這個學科也已發展成為內涵廣泛、門類眾多、結構復雜的體系。土木工程的是伴隨著人類社會的發展而發展起來的,也是一門具有很強的實踐性的學科。

1 土木工程的涵義

土木工程是建造各類工程設施的科學技術的統稱,它既指工程建設的對象,即建在地上、地下、水中的各種工程設施,也指所應用的材料、設備和所進行的勘測設計、施工、保養、維修等技術。

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,機場工程,底下工程,給水排水工程,港口、碼頭工程等。國際上,運河、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的;而“行”則需要建造鐵道、公路、機場、碼頭等交通土建工程,與土木工程關系也非常緊密;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”的紡紗、織布、制衣,也必須在工廠內進行,這些也離不開土木工程。另外,各種工業生產必須要建工業廠房,即使是航天事業也必須要建發射塔架和航天基地,這些都是土木工程人員可以施展才華的領域。正因為土木工程內容如此廣泛,作用如此重要,所以國家將工廠、礦井、鐵道、公路、橋梁、農田水利、商店、住宅、醫院、學校、給水排水、煤氣輸送等工程建設稱為基本建設,大型項目由國家統一規劃建設,中小型項目也歸于各級政府有關部門管理。

2土木工程的發展歷史

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世紀中葉。這一時期的土木工程說不上有什么設計理論,修建各種設施主要靠經驗。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越的力學性能,可以就地取材,而又易于加工制作。

一般認為,近代土木工程的時間跨度為17世紀中葉到第二次世界大戰前后,歷時300余年。在這一時期,土木工程逐步形成為一門獨立學科。二十世紀初以來,鋼筋混凝土廣泛應用于土木工程的各個領域。從三十年代開始,出現了預應力混凝土。預應力混凝土結構的抗裂性能、剛度和承載能力,大大高于鋼筋混凝土結構,因而用途更為廣闊?；炷恋某霈F給建筑物帶來了新的經濟、美觀的工程結構形式,使土木工程產生了新的施工技術和工程結構設計理論。這是土木工程的又一次飛躍發展。

現代土木工程適應各類工程建設高速發展的要求,重大工程項目將陸續興建。人們需要建造大規模、大跨度、高聳、輕型、大型、精密、設備現代化的建筑物。既要求高質量和快速施工,又要求高經濟效益。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。

3建筑史上的神來之筆

建筑是凝固的音符,當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計理論當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。在外形設計和構筑上,它應用了物理學上的“氣泡理論”,而在外部材料上,它應用了一種比較新穎的材料——在國內是第一次——ETFE(聚乙烯-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,歐洲有600至800個建筑都用了這種材料。按照設計方案,水立方的內外立面膜結構共由3065個氣枕組成(其中最小的1~2平方米,最大的達到70平方米),覆蓋面積達到10萬平方米,展開面積達到26萬平方米,是世界上規模最大的膜結構工程,也是唯一一個完全由膜結構來進行全封閉的大型公共建筑。根據室內與室外、里面與屋頂環境的不同,具體部位的氣枕將由2~5層薄膜組成。在外墻上的氣枕最外層薄膜帶淺藍色,中間透明,里層鍍點;內墻氣枕的最里層為透明,外層鍍點。外墻的內層膜和內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,這種立面裝配系統能使水立方在白天最高節約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薄膜的成本相當于同面積的中高檔玻璃幕墻,而其2層膜可實現的熱功性能就頂得上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構的荷載。與此同時,ETFE薄膜更沒有玻璃幕墻所帶來的光污染導致交通意外多發的缺陷,也防止了由玻璃幕墻反射藍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薄膜具有更大的優勢,必然會成為將來一段時期內外部材料的最優選擇。

4結束語

隨著土木工程規模的擴大和由此產生的施工工具、設備、機械向多品種、自動化、大型化發展,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趨向結構和構件標準化和生產工業化。這樣,不僅可以降低造價、縮短工期、提高勞動生產率,而且可以解決特殊條件下的施工作業問題,以建造過去難以施工的工程。2008年的奧運場館建設為我們提供了建筑科技最前沿的生動教材,也為我們樹立了一個前進的目標和方向。但是,就向奧運場館建設并不只為了奧運會,更為了奧運結束后長久的利用一樣,我們也應該站在前人的肩膀上,超越曾經、現在以及將來的目標,把土木工程推向一個更高、更遠、更理想的境界。

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