土木工程未来十年发展_土木工程未来发展趋势

土木工程是一门古老的学科，在人类社会的发展过程中取得了巨大的成就，未来的土木工程发展的前景怎样，首先要弄清目前人类社会所面临的挑战和发展机遇。土木工程目前面临的形势是:

①世界正经历工业革命以来的又一次重大变革，这便是信息(包括计算机、通信、网络等)工业的迅猛发展，可以预计人类的生产、生活方式将会发生重大变化。

2.航空、航天事业等高科技事业的发展、月球上已经留下了人类足迹，对火星及太阳系内外星空的探索已取得了巨大进步。

3.地球上居住人口激增。目前世界人口已达60亿，预计到21世纪末，人口要接近百亿。而地球上的士地资源是有限的，并且因过度消耗而目益枯竭。

4.生态环境受到严重破坏，如森林植被被破坏。土地荒漠化，河流海洋水体污染、城市垃圾成山、空气混浊，大气臭氧层破坏等。随着工业的发展技术的进步，而人类生存环境却日益恶化。

人类为了争取生存，为了争取舒适的生存环境，预计上木工程必将有重大的发展。

1、重大工程项目将陆续兴建

为了解决城市土地供求矛盾、城市建设将向高、深方向发展。例如高层建筑，目前最高的建筑为中国台北101大厦，高508m。上海刚建成的最高建筑为环球金融大厦、高492m。美国拟在芝加哥建Mglin-Beitler大厦、地上141层，高610m。日本竹中工务店技术研究所提出了一个摩天城市(skycity)的方案，底座为400mx400m，地下深60m，地上高1000m、总建筑面积800x10m、可居住3~4万人。在我国除了盖标志性的大厦以外，还要大量修建商品住房。目前我国城市人口人均住房面积在10㎡左右、而发达国家多在20㎡以上。考虑到我国人口基数巨大，加上城市化进程加速、对住宅的需-求压力是很大的。这也为今天的学生、明天的工程师们提供了广泛的就业机会和施展才能的舞台。

目前高速公路、高速铁路的建设仍呈发展趋势，交通土建工程在21世纪将有巨大的进步。已经设想的环球铁道和环球高速公路已有多种方案。这一工程实现以后，人们可以从南美洲阿根廷的火地岛合恩角北上经中美洲、北美洲从阿拉斯加穿白令海峡到俄国，经中、蒙、俄到东欧、西欧，再从西班牙穿直布罗陀海峡到摩洛哥，经北非，穿撒哈拉大沙漠到南非，直达好望角。其中跨白令海峡和直布罗陀海峡的大桥已有设计方案并在土木工程有关杂志上发表

在中国，交通土建工程也有宏伟的规划。在“十五”期间，我国以“五纵、七横”为骨干建成全国公路网“五纵”是从南到北的五条干线，它们是从黑龙江的同江南下直达海南省的三亚市，其间要穿越渤海湾、长江口和琼州海峡，所以不仅要筑路。且有多座大桥或隧道要建设。其他几条是从北京到福州。北京到珠海、内蒙二连浩特到广西河口，重庆到湛江。“七横”是横贯东 西的七条主干线，计有绥芬河到满洲里，丹东到拉萨，青岛到银川，连云港到新疆霍尔果斯，上海到成都，上海到云南瑞丽，衡阳到昆明。这些干线贯通了首都、直辖市和各省市自治区的省会或首府，连接了100万人口以上的大城市和很多50万人口以上的城市。这个系统有完善的安全保障、通信和综合服务系统，为各城市间提供了快速、直达舒适的运输系统。

在铁路建设方面北京到上海的高速铁路、上海到杭州的磁悬浮铁路1在建设之中。普通铁道中江苏北部到福建的南北铁路，四川内江到昆明线，安到南京线均在建设之中。川藏、滇藏的铁路和快速公路或高速公路也在研中。此外，从昆明经缅甸、孟加拉国到印度的铁路，从昆明经仰光到曼谷。从仰光经马来西亚到新加坡的国际铁道也已经过一些国际会议研究，在技术已无重大障碍，只要投资及利益分配得到落实，21世纪前半叶建成通车是希望的。

航空港及海港和内河航运码头的建设也会在不久的将来取得巨大的进步。

2.土木工程将向天空、海洋、荒漠地开拓

地球上的海洋面积占整个地球表面积的70%左右，现在陆地上土地太少，首先想到可向海洋发展。向海洋开拓从近代已经开始。为了防止噪声对居民的影响，也为了节约用地，许多机场已开始填海造地。如中国澳门机场、日本关西国际机场均修筑了海上的人工岛，在岛上建跑道和候机楼。香港大屿山国际机场劈山填海、荷兰Delf围海造城都是利用海面造福人类的宏大工程。现代海上采油平台体积巨大，在平台上建有生活区、工人在平台上一工作就是几个月， 如果将平台扩大，建成海上城市是完全可能的。另外，从航空母舰和大型运箱船的建造得到启发，人们已设想建立海上浮动城市。海洋土木工程的兴建，不仅可解决陆地土地少的矛盾，同时也将对海底油气资源及矿物的开发提供立足之地。

全世界陆地中约有1/3为沙漠或荒漠地区，千里荒沙，渺无人烟，目前还很少开发。沙漠难以利用主要是缺水，生态环境恶劣，日夜温差太大， 空气干 燥，太阳辐射太强，不适于人类生存。近代许多国家已开始沙漠改造工程。在我国西北部。利用兴修水利，种植固沙植物，改良土壤等方法，使一些沙漠变成了绿洲。但大规模改造沙漠首先要解决水的问题。目前设想有以下几种可能:首先在沙漠地下找水，如利比亚已发现撒哈拉大沙漠下有丰富的地下水现已部分开始利用其次从南极将巨大的冰山拖入沙漠地区，如沙特阿拉伯曾进行可行性研究，运输不成问题，如何利用冰山才符合成本要求仍有待解决还有海水淡化、海水淡化方法有多种、但成本均居高不下，如果随着技术进步。成本降低，这是最有希望成为沙漠水源的沙漠的改造利用不仅增加了有效土地利用面积。同时还能改善全球生态环境

向太空发展是人类长期的梦想，在21世纪这一梦想可能变为现实美籍华裔科学家林柱铜博士利用从月球带回来的岩石烧制成了水泥。可以设想，只要带上氨、氧到月球化合成水，则可在月球上就地制造混凝土。林博士预计在月球上建造一个圆形基地、需水泥100吨、水300吨和钢筋360吨，而除水以外，其他材料均可从月球上就地制造因为月球上有丰富的矿藏，美国已经计划在月球上建造一个基地。日本人设想在月球上建立六角形的蜂房式基地、用钢铁制成可以拼接扩大，内部造成人工气候，使之适合人类居住，随着太空站和月球基地的建立，人类可向火星进发。与地球相似的是火星，但火星上缺氧，如何使火星地球化，人们设想利用生物工程，将制氧微生物及低等植物移向火星，使之在较短时间内走完地球几亿年才走完的进程，使火星适于人类居住，那时人类便可向火星移民，而火星到地球可用宇宙飞船联系，人们的生活空间将大大扩展。

3、工程材料向轻质、高强、多功能化发展

近百年以来，土木工程的结构材料主要还是钢材、混凝土、木材和砖石21世纪在工程材料方面希望有较大突破。

(1)传统材料的改性

混凝土材料应用很广，且耐久性好，但其强度(比钢材)低，韧性差，建造工程笨重而易开裂。目前常用的混凝土强度可达C50～C60(强度为50～60MPa)特殊工程可达C80~C100，今后将会有C400的混凝土出现，而常用的混凝土可达C100左右为了改善韧性，加入微型纤维的混凝土、塑料混合混凝土正在开发应用之中对于钢材，主要问题是易锈蚀，不耐火，必须研制生产耐锈蚀(甚至不锈)的钢材，生产高效防火涂料用于钢材及木材

(2)化学合成材科的应用

目前的化学合成材料主要用于门窗，管材、装饰材料，今后的发展方向是向大面积围护材料及结构骨架材料发展一些化工制品具有耐高温、保温隔声、耐磨耐压等优良性能，用于制造隔板等非承重功能构建很理想。目前碳纤维以其轻质、高强、耐腐仙等优点而用于结构补强，在其成本降低后可见用作混凝士的加筋材料。

4、设计方法精确化、设计工作自动化

在19世纪与20世纪，力学分析的基本原理和有关微分方程已经建立、用之指导上本工程设计也取得了巨大成功。但由于土木工程结构的复杂性和人类计算能力的局限、人们对工程的设计计算还比较粗糙，有一些还主要依靠经验。三峡大坝，用数值法分析其应力分布。其方程组可达几十万甚至上百万个，靠人工计算显然是不可能的。快速计算机的出现。使这一计算得以实现比如海上采油平台、核电站、摩天大楼、地下过海隧道等巨型工程，有了计算机的帮助，便可合理地进行数值分析和安全评估。此外，计算机的进步，使设计由手工走向自动化。目前许多设计部分已经丢掉了传统的制图版而改用计算机绘图。这一进程在21世纪将进一步发展和完善。

数值计算机的进步使过去不能计算的带有盲目性的估计可以变为较精确的分析。例如，土木工程中的由各个杆件分析到整体分析;工程结构的定性分析到按施工阶段的全过程仿真分析:工程结构中在灾害载荷作用下的全过程非线性分析;与时间有关的长时间徐变分析和瞬间的冲击分析等

5.信息和智能化技术全面引人上木工程

信息、计算机、智能化技术在工业、农业、运输业和军事工业等各行各业中得到了愈来愈广泛的应用，土木工程也不例外，将这些高新技术用于土木工程将是今后相当长时间的重要发展方向。现举一些例子加以说明。

(1)信息化施工

所谓信息化施工是在施工过程中所涉及的各部分各阶段广泛应用计算机信息技术，对工期、人力、材料、机械、资金、进度等信息进行收集、存储、处理和交流。并加以科学地综合利用，为施工管理及时、准确地提供决策依据工程中将者土样品性质的信息，据进闻的位移信息收集集中，快速处理及时调整并指挥下一步掘进及支护，可以大大提高工作效率并可避免不安全的事故信息化施工通络与其国家地的工程数据库联系，在遇到新的疑难问题时可及时查询解决。信息化施工可大幅度提高施工效奉和保证工程质量。减少工程事故，有效控制成本，实现施工管理现代化。

2. 智能化建筑

智能化建筑还没有确切的定义，但有两个方面的要求应予满足。一方面是房屋设备用先进的计算机系统监测与控制，并可通过自动优化或人工干预来保证设备运行的安全、可靠、高效 例如有客来访，可远距离看到形象并对话;遇有夕徒可摄像，可报警。可自动关闭防护门等。又如供暖制冷系统，可根据主人需要调至一标准温度，室温高了送冷风，室温低了送暖风另一个方面是安装对居住者的自动服务系统，如早晨准点报时叫醒主人。并可根据需要放送新闻或提醒主人今天的主要日程安排，同时早餐在自动加工，当你洗漱完毕后即可用餐。总之，这是一个非常温馨的住宅。对于办公楼来讲，智能化要求配备办公自动化设备。快速通信设备，网络设备，楼宇自动管理和控制设备

(3)智能化交通

智能化交通。英文缩写ITS欧美已于20世纪90年代开始研究，中国也在迎头赶上。智能化交通一般包括以下几个系统:先进的交通管理系统，交通信息服务系统，车辆控制系统、车辆调度系统，公共交通系统等。它应具有信息收集、快速处理、优化决策，大型可视化系统等功能

(4)土木工程分析的仿真系统

许多工程结构是毁于台风、地震。火灾，洪水等灾害作用的，在这种小档率，大荷载作用下的工程结构性能很难一-去做实验去验证。一是参数变化条件不可能全模拟，二是实体试验成本过高，三是破坏实验有危险性，设备达不到要求而计算机仿真技术可以在计算机上模拟原型大小的工程结构在灾害荷载作用下从变形到倒塌的全过程，从而揭示结构不安全的部位和因素。用此技术指导设计可大大提高工程结构的可靠性。

当然，计算机应用于土木工程的例子还有许多，本书难以一一列举。土木工程中引人高新技术后必将会有一个新的飞跃

6、上木工程的可持续发展

面临人口的增长，生态失衡、环境污染，人类生存环境恶化，一些学者呼吁:“我们只有一个地球”，并提出“冻结繁荣，停止发展”的口号。这一口号不仅受到发达国家人士的批评，更是受到发展中国家的一致反对。如果“停止发展”，则发展中国家永远停留在落后状态，这是不能被接受的20世纪80年代提出了“可持续发展”的原则，已为广大国家和人民所认同可持续发展是指“既满足当代人的需要又不对后代人满足其需要的发展构成危害”。例如、一代人过度消耗能源(如石油)以致枯竭、则后代人将无法继续发展、甚至保持原有水平也不可能。我们土木工程工作者对贯彻这一原则有重大责任。

在建设与使用土木工程过程中，与能源消耗、资源利用、环境保护、生态平衡有密切关系、对贯彻“可持续发展”原则影响很大。

从资源方面看、建房、修路大多要占地、而我国土地资源十分紧张，以致美国学者提出质疑21世纪谁来养活16亿中国人?”因而在木工程中不占或少占土地、尽量不占可耕地是必须坚持的。另外建材中的粘土砖毁地严重，应予禁止或限制。建材生产、施工建造还少不了消耗能源和水资源，这方面应尽可能采用可再生资源和循环利用已有资源，例如利用太阳能，利用处理过的废水等。

采用落后的生产工艺建立工厂(如小造纸厂、小化肥厂等)会对环境造成严重污染，切不可因一时一地之利而容许建设、污染环境。我国对新建厂实行环境评价，对环境不利的项目不准上马。这一政策应该坚决贯彻。重大工程如有一些对生态不利的地方应采取措施避免。如长江大峡大坝修建将会影响长江鲟鱼回游产卵，而这一鱼种已极为稀少，且只有中国长江才有。对此，建坝时专门考虑了“鱼道”，来满足生态平衡的要求。

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