土木工程發展現狀及趨勢

任秋榮，葉 龍，李向召

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

（安陽師范學院 建筑工程學院，安陽 455000）

0 引言

縱觀人類文明史，土木工程建設在和自然斗爭中不斷地前進和發展。在我國的現代化建設中，土木工程業越來越成為國民經濟發展的支柱產業。經過多年的發展，目前土木工程的實踐和研究已取得顯著成就，無論是結構的力學分析，還是結構設計的理論和方法以及結構的施工手段，都有了非常大的突破;特別是近若干年，在高層、大跨結構和鋼結構方面成績尤其驚人。[1]

1 土木工程建設取得的巨大成就

自改革開放以來我國高層建筑的發展進入了一個嶄新的階段，高層建筑不僅在數量上越來越多，而且在高度上也越來越高。據初步統計我國已建成20層以上高層建筑物10 000多棟，超過100 m的高樓有500多棟， 200 m以上的高層建筑50多棟，有20多棟超過300 m。目前我國最高的高層建筑為上海浦東金茂大廈，地上88層，高度420.5 m，地下3層，其高度在世界已有建筑物中排第3位，為鋼筋混凝土和鋼構架混合結構。即將動工興建的上海金融中心大廈地面94層、地下3層，高466 m，建成后，其高度將超過目前世界最高的吉隆坡佩重納斯大廈而成為世界第一高度。[2]表1為在世界上排名前四位的鋼結構高層建筑。

表1 世界高度前四位高層建筑

公路、鐵路飛速發展，“十五”期間,我國將有公路160萬km,其中高速公路2.5萬km，2010年，全國高速公路將達3萬km。到2005年，全國鐵路營業里程約達7.5萬km，首條跨海的粵海鐵路通道，全長542.6 km；國務院批準建設的青藏鐵路,東起青海格爾木，西至西藏拉薩全長1118 km，其中多年凍土地段約600 km，海拔高于4 000 m的地段960多km，將成為世界上海拔最高和最長的高原鐵路，是西部大開發的又一項標志性工程。圖1展示了在交通設施建設方面我國十二五期間取得的優異成績。

橋梁工程也取得了驚人的成就，伴隨著橋梁類型的不斷翻新，主跨跨度一再突破；而斜拉撟的復興更是橋梁工程的另一個輝煌。日本的時石海峽大橋（1 991 m懸索橋）、多多羅大橋（890 m斜拉橋），丹麥的海帶橋（1 624 m懸索橋），法國諾曼底橋（856 m斜拉橋）被公認為是20世紀橋梁的代表作而載入史冊。而楊浦大橋、南浦大橋、蕪湖長江大橋、南京長江二橋等大跨橋梁的建成都標志著我國的大跨結構達到了一個新的水平，已跨入世界先進行列。目前，我國已建成千米以上大橋3座（尚有2座正在興建中）、800 m以上大橋8座、600m以上大橋15座、400m以上大橋40座，重慶萬縣單孔跨度達420 m的鋼筋混凝土拱橋更引起世界同行的莫大興趣。[3]

2 土木工程的發展趨勢

地球上可以居住、生活和耕種的土地和資源是有限的，而人口增長的速度是不斷加快的。據聯合國有關機構的報告預測,到20005年世界人口將超過85億。另據澳大利亞的科學家分析，2080年世界人口將達到頂峰（106億），而后有所降低。人類為了生存，決定了土木工程未來的五個發展方向。

圖1 我國十二五期間交通建設的成績

2.1 修建超大型工程

在21世紀，隨著新材料、新結構、新工藝、新施工方法的出現，人類將有可能從事更大規模的土木工程建設，從事土木工程的人們將為改造世界做出新的貢獻，取得新的突破。

西班牙與摩洛哥之間的直布羅陀海峽割斷了歐洲和非洲大陸的交通，至今人們已經提出了多種聯絡線方案。如全長30km，最大主跨為2000m的吊橋方案;全線長14km，最大主跨為5000m的吊橋方案;也有的提出采用最大主跨為5000m的海中浮游式橋梁方案等。對馬海峽的地下隧道工程、白令海峽的填筑等也是世界上醞釀中的超大型工程。

現在人工建筑物最高的為646米的波蘭Cabin長波臺鋼塔，由15根鋼絲繩錨拉。日本擬在美國芝加哥或紐約建造700層（高約1950米）的赤板城樓，內設商店、辦公用房、劇院及至球場，工作人員30萬，住戶l4萬。另外，日本還提出建造一座超整體結構，高4000米（高過富士山，海撥3776米），實為“空中城市”。

2.2 高性能材料的使用

近年來，隨著高標號水泥的大量生產，鋼纖維和玻璃纖維混凝土、聚合物浸漬混凝土等快硬、高強、輕質、復合和節能混凝土的研制，復合、新型墻體材料的開發，鋼化玻璃、多功能涂層玻璃、雙層中空玻璃等建筑用平板玻璃等的發展，都帶來了土木工程的結構形式、設計理論和施工技術等方面的新發展。而從20世紀80年代興起的碳纖維的應用研究，更是土木工程在這一領域的又一重大突破。

鋼材將朝著高強、具有良好的塑性、韌性和可焊性方向發展。日本、美國、俄羅斯等國家已經把屈服點為700N/mm2以上的鋼材列入了規范；如何合理利用高強度鋼也是一個重要的研究課題。高性能混凝土及其他復合材料也將向著輕質、高強、良好的韌性和工作性方面發展。[4]

表2為我國高層建筑鋼結構現狀統計結果，可以看出：

1）工程設計幾乎全部由國外承擔，鋼材幾乎全從國外進口，工程總承包也大多由國外承擔，而鋼結構制作與安裝則主要由國內單位承擔。

2）截止到1996年底我國已建成的高度為100m以上的高層建筑約150幢，其中采用鋼結構（包括鋼一混凝土混合結構）的僅8幢，顯然數量還很少。

因此，無論從高層建筑鋼結構的數量還是高性能材料的使用量都需要進一步增加。

表2 我國高層建筑鋼結構現狀統計

2.3 充分利用地下空間

目前世界上最大的地下街是日本東京八重洲地下街，建筑面積70千米深的地下街是莫斯科切爾坦沃住宅小區地下商業街，深度在100米左右，我國也已有約20個城市進行了地鐵系統的規劃和具體實施階段，先后提出了25項地鐵和輕軌項目，同時地下空間技術也得到了飛速的發展和提高。[5]

目前我國城市地下工程建設主要施工方法有明挖法、暗挖法、蓋挖法、盾構法、沉管法、凍結法及注漿法等，這些技術已經達到了國際先進水平，這也為地下空間開發提供了寶貴的經驗。隨著人口的增長，空間資源越來越緊張，開發地下空間是解決當前空間和土地資源緊張的一個有效途徑。[6,7]

二十一世紀城市地下空間發展有以下幾個趨勢：1）綜合化。國外地下空間發展的主要趨勢是綜合化，首先是地下綜合體的出現，成為具有大城市現代化象征的建筑類型之一。其次綜合化表現在地下步行道系統和地下快速軌道系統、地下高速道路系統的結合，以及地下綜合體和地下交通換乘樞紐的結合。第三綜合化表現在地上、地下空間功能既區分，又協調發展。2）分層化與深層化。為了綜合利用地下空間資源，地下空間開發逐步向深層發展。如加拿大修建的地下車庫多達14層，總面積72324平方米。3）城市交通和城市間交通的地下化。4）各種聯合掘進機和盾構將成為地下隧道快速開挖的主要趨勢。5）在鉆爆法掘進中采用數字化掘進的趨勢將加強。6）地鐵隧道截面將減小，成本將降低。7）微型隧道工程將加速發展。微型隧道是人進不去的隧道，直徑一般在25一30厘米，最大2米。由于其采用遙控開挖，適于在高層建筑，名勝古跡，高速公路等下面安裝管道。目前世界上已采用此技術修建了5000公里長的微型隧道。8）市政公用隧道在二十一世紀將得到更廣泛的應用和發展。9）GPS（衛星全球定位）、RS（遙感）、G飛（地理信息系統）在地下空間開發中的應用將加強。

2.4 向太空、沙漠、海洋發展

早在1984年，美籍華裔林銅柱博士就提出了一大膽設想，即在月球上利用它上面的巖石生產水泥并預制混凝土構件來組裝太空試驗站，這也表明土木工程的活動場所在不久的將來可能超出地球的范圍。[4]

全世界約有1/3的陸地為沙漠，每年約有600萬公頃耕地被侵蝕。中科院的調查表明，我國土地的沙漠化中由自然變化引起的僅占5.5% ，而人為沙漠化則占94.5% ，每年人為沙漠化的土地為l3.8萬平方米。世界未來學會對下世紀初世界十大工程的設想之一是將西亞和非洲的沙漠改造成綠洲。沙漠改造首先必須有水，然后才能綠化和改造砂土。在有地下水，甚至有深層地下水的沙漠中，利用地下水修建大型輸水管道或人工河以及蓄水池以改造沙漠，未嘗不是可行的。在缺水地區，國際上還在研究開發使用沙漠地區太陽淡化海水的經濟上是可行的方案。該方案一旦付諸實旄，將會導致毗鄰海洋地區的沙漠大規模改造工程，這些工程的實現將會造就一批最具吸引力的經濟開發區。

目前，許多國家將建筑空間向海洋拓寬，阿拉伯聯合酋長國首都迪拜的七星大酒店建在海上，洪都拉斯將建海上城市型游船，該船將長804.5m，寬228.6m，有28層樓高，船上設有小型噴氣式飛機的跑道、醫院、旅館、超市、飯店、理發店和娛樂場等。近些年來，我國在這方面也已取得可喜的成績，如上海南匯灘圍墾成功和崇明東灘圍墾成功，最近又在建設黃浦江外灘的拓岸工程。[8]

2.5 加快信息技術在土木工程中的應用

加快信息化建設，用信息化帶動工業化，這是我們的國家提出的新時代的奮斗目標。信息化建設是利用計算機技術、網絡通信技術、智能信息處理技術、自動化控制技術等現代化手段對土木工程的施工過程和手段進行改造，改造的目的是有效提高土木工程施工過程效率，降低施工成本通過信息化建設，使信息化覆蓋規劃、勘測、設計施工、企業和物業管理、物流監控、設備維護、工程維護和保養等土木工程的全過程。在土木工程中的信息化技術的應用，使的傳統控制方式下一些較難實現的高難度項目成為可能，比如高層建筑垂直度的控制，大體積大質量的混凝土結構的質量控制，對于大型構件和設備的整體同步吊裝，整體大型腳手架的提升和安裝控制，整體模具的爬升，大型橋梁懸索受力的控制，幕墻的生產和加工控制，高溫高壓的焊接質量控制，建筑物的爆破，整體搬遷，以及沉降觀測和數據采集，大型工業設施的三維空間管線布局的計算機模擬等等。[9]

3 結論

本文總結了當今建筑發展的現狀，并闡述了一些新工藝、新技術、新型材料的應用，同時指出了未來建筑空間的必然趨勢，目前我國在這方面已取得了一些成績，積累了一定的經驗，但我國土木工程的設計、施工和理論研究方面的總體水平與發達國家相比還有一定的差距。展望未來，不僅要加強新型結構型式、新型建筑材料、新的技術手段的理論探索和應用研究，更要加強土木工程二級學科間理論和技術的融合與滲透，實現土木工程的更大突破。

[1]方從嚴, 梁有峰, 吳慶.土木工程的現狀與未來發展趨勢綜述[J].安徽建筑工業學院學報, 2005, 13(2).

[2]李國強.我國高層鋼結構發展的主要問題[J].建筑結構學報, 1998, 19(1)∶ 24-32.

[3]項海帆.21世紀世界橋梁工程的展望[J].土木工程學報,2000, 33(3)∶ 1-6.

[4]祝彩霞, 劉慧.淺析土木工程的發展現狀與發展趨勢[J].工程建設與管理.

[5]劉瑜.土木工程現狀與發展趨勢研究 [J].工程科技.

[6]呂志濤.新世紀的土木工程與可持續發展[J].江蘇建筑,2000, (4).

[7]李磊.二十一世紀土木工程發展探索[J].當代建設,2002, (2).

[8]余文暉.土木工程的發展現狀 [J].技術與產業經濟.

[9]王海燕, 岳祖潤.土木工程信息網站的設計與實現[J].國防交通工程與技術, 2003, (2).