課題三　土木工程發(fā)展趨勢

土木工程是一門古老的學(xué)科，它已經(jīng)取得了巨大的成就，預(yù)測未來土木工程的發(fā)展前景，首先要考慮人類社會所面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展機遇。土木工程目前面臨的形勢是：

（1）世界正經(jīng)歷工業(yè)革命以來的又一次重大變革，這便是信息（包括計算機、通訊、網(wǎng)絡(luò)等）工業(yè)的迅猛發(fā)展，可以預(yù)計人類的生產(chǎn)、生活方式將會因此發(fā)生重大變化。

（2）航空、航天事業(yè)等高科技事業(yè)快速發(fā)展，月球上已經(jīng)留下了人類的足跡，對火星及太陽系內(nèi)外星空的探索已取得了巨大進步。

（3）地球上居住人口激增，目前世界人口已超過70億，預(yù)計到21世紀末，人口要接近百億。而地球上的土地資源是有限的，并且因過度消耗而日益枯竭。

（4）生態(tài)環(huán)境破壞嚴重，如：森林植被破壞、土地荒漠化、河流海洋水體污染、城市垃圾成山、空氣混濁、大氣臭氧層破壞等，工業(yè)在發(fā)展，技術(shù)在進步，而人類生存環(huán)境卻在日益惡化。

人類為了爭取生存，為了爭取舒適的生存環(huán)境，必將推動土木工程向前快速發(fā)展。

1．精密化的理論研究

未來土木工程的理論發(fā)展趨勢集中在力學(xué)，物理、化學(xué)、計算機技術(shù)在土木工程方面的應(yīng)用重點是解決數(shù)學(xué)分析與處理。現(xiàn)階段，有些領(lǐng)域還不夠完善，比如：復(fù)雜結(jié)構(gòu)、流體介質(zhì)等的受力分析，還需要進一步精密研究；對于土木工程中復(fù)雜的數(shù)值問題，還需要專門化的數(shù)學(xué)來解決。土木工程的信息化，可以模擬更復(fù)雜的施工情況。

2．土木工程材料的發(fā)展

土木工程的施工材料不僅要質(zhì)量高、安全性高、使用壽命長，而且隨著生態(tài)型建筑理念的發(fā)展，對建筑材料帶來的污染、資源浪費等問題也日益重視，需要發(fā)展新型的、高新技術(shù)、生態(tài)建筑材料，以適應(yīng)人和自然環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

1）生態(tài)建材的發(fā)展

為了實現(xiàn)綠色建筑，在保證工程質(zhì)量的前提下，選用生態(tài)建材是最首要和有效的途徑。比如選用環(huán)保材料、凈化材料、可再生材料、循環(huán)使用材料等將成為未來發(fā)展的趨勢。生態(tài)建材的發(fā)明和使用，大大提高了人們的居住品質(zhì)，減少了對環(huán)境的破壞，有效降低建筑垃圾的產(chǎn)生，避免建筑材料的浪費，實現(xiàn)了用最少的資源實現(xiàn)最高品質(zhì)的要求。新型生態(tài)材料的使用，在節(jié)水節(jié)電上進一步優(yōu)化，節(jié)省資源，實現(xiàn)人與自然的可持續(xù)發(fā)展。

2）抗震強度高的鋼材

隨著高層建筑、大跨度結(jié)構(gòu)建筑的不斷增多，對抗震材料的要求也越來越高。因此，要求建筑結(jié)構(gòu)使用的鋼材逐漸向高強度化、極厚化、低屈服比、低屈服點等方向發(fā)展。日本的建筑抗震效果較好，值得借鑒。他們研究的具有高抗震設(shè)計的低屈服比和低屈服點的鋼板，是采用調(diào)整化學(xué)成分和改進熱處理工藝等方法制成的。生產(chǎn)出來的低屈服點鋼材可輔助結(jié)構(gòu)和減震控震裝置。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時，鋼材首先達到屈服點開始變形，吸收了地震能，從而防止主體結(jié)構(gòu)的破壞。高強度的抗震材料的使用，不僅可以減少鋼材的使用量，還為抗震提供了安全保障，是未來鋼材發(fā)展的趨勢。

3）智能化的混凝土

目前使用的高性能的混凝土，具有體積穩(wěn)定性好、強度高、工作性強、耐久性好等優(yōu)點。這些混凝土，具有高抗?jié)B性、抗腐蝕性、抗凍性等優(yōu)勢，所以它們能夠在惡劣的環(huán)境下較長時間地使用。最新設(shè)計的混凝土甚至可以使用100年或者200年以上。隨著科學(xué)的不斷進步和發(fā)展，智能化的混凝土將成為未來發(fā)展的趨勢。智能化混凝土工程材料是指混凝土工程材料能夠接受某些環(huán)境信息，自覺地進行邏輯判斷，同時做出適應(yīng)性調(diào)整。這種智能化的混凝土材料，可以根據(jù)工程的需要，維持和調(diào)整混凝土的性質(zhì)，比如:流動性、保水性、粘聚性等，這樣可以防止建筑受到侵害，或者對破壞進行修補，或者當(dāng)有危險時也可以警報。這種智能化的混凝土是未來建筑材料發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，但目前還比較昂貴，研究的人也不多。相信隨著信息科學(xué)、生命科學(xué)的不斷進步，智能化材料也將逐漸進入到土木工程的市場。

3．空間站、海底建筑、地下建筑

早在1984年，美籍華裔林銅柱博士就提出了一個大膽的設(shè)想，即在月球上利用它上面的巖石生產(chǎn)水泥并預(yù)制混凝土構(gòu)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。隨著地上空間的減少，人類的注意力也越來越多地轉(zhuǎn)移到地下空間，21世紀的土木工程將包括海底的世界。實際上東京地鐵已達地下三層，除在青函海底隧道的中部設(shè)置了車站外，還建設(shè)了博物館。

4．結(jié)構(gòu)形式

計算理論和計算手段的進步以及新材料新工藝的出現(xiàn)，為結(jié)構(gòu)形式的革新提供了有利條件。空間結(jié)構(gòu)將得到更廣泛的應(yīng)用，不同受力形式的結(jié)構(gòu)融為一體，結(jié)構(gòu)形式將更趨于合理和安全。

5．土木工程信息化的發(fā)展

近年來，信息化已經(jīng)普及，并且逐漸帶動工業(yè)的信息化，必然也會對土木工程造成較大影響。土木工程的信息化包括智能信息處理技術(shù)、計算機技術(shù)、自動化控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等等，這些信息化技術(shù)不斷滲透到土木工程中，并且涵蓋了土木工程的全過程，不僅限于設(shè)計和施工，還有工程的物業(yè)管理、物流管理、設(shè)備維護和建筑全方位的實時監(jiān)控等等各個方面。也可以利用計算機模擬管道空間布線，也可以利用信息化技術(shù)實現(xiàn)大型設(shè)備的整體吊裝、大型橋梁懸索受力的控制、高溫高壓的焊接控制、建筑物的爆破等。

6．防震與減災(zāi)

隨著當(dāng)前超大跨橋梁、高層建筑和大跨結(jié)構(gòu)建筑物的興起，結(jié)構(gòu)設(shè)計呈現(xiàn)出更高、更長的發(fā)展趨勢。在很多情況下，地震荷載已經(jīng)成為結(jié)構(gòu)設(shè)計的控制因素。所以大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計及其相對應(yīng)的問題也得到了進一步的關(guān)注。相關(guān)的研究包括地震動的作用機理，建筑結(jié)構(gòu)的抗震機理等。

7．?dāng)U大對巖土錨固技術(shù)的應(yīng)用

巖土錨固技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域要不斷地進行擴展。巖土錨固技術(shù)除了在邊坡工程、地下工程、深基坑工程、結(jié)構(gòu)抗浮工程中保持著良好的發(fā)展?fàn)顟B(tài)外，在橋梁工程、重力壩加固工程、抗地震工程中則有著長遠的進展；同時，錨桿錨固機理的技術(shù)仍然不成熟，仍然是土木工程界的難點。

目前，我國土木工程的某些領(lǐng)域已處于世界先進行列，但我國土木工程的設(shè)計、施工和理論研究方面的總體水平與發(fā)達國家相比還有一定的差距。展望未來，不僅要加強新型結(jié)構(gòu)形式、新型建筑材料、新的技術(shù)手段的理論探索和應(yīng)用研究，更要加強土木工程二級學(xué)科間理論和技術(shù)的融合與滲透，實現(xiàn)土木工程的更大突破。