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《土木工程的发展历程与展望》学习心得
专业：建筑学 姓名： 学号： 班级： 指导老师： 日期：2012-5-10
摘 要
土木工程的发展有着很悠久的历史，一直伴随着人类的进化而发展。从原始社会的穴居、巢居，到步入现代社会的高楼大厦。它同人类的居住环境改变息息相关，更和各个时代的社会、经济，特别是与科学、技术的发展有密切联系。土木工程内涵丰富，而就其本身而言，则主要是围绕着材料、施工、理论三个方面的演变而不断发展的。从17世纪工程结构开始有定量分析，定为早期土木工程时代的开端；从第二次世界大战后科学技术的突飞猛进，可以看作现代土木工程时代的起点。经济和现代科学技术迅速发展，雄伟的建筑已成为各国经济腾飞的象征，这对一个国家的经济起到了决定性的作用，从而为土木工程的进一步发展提供了强大的物质基础和技术手段。
关键词：土木工程 发展历史 现状 发展前景
土木工程是个庞大的学科，但最主要的是建筑，建筑无论是在中国还是在国外，都有着悠久的历史，长期的发展历程。土木工程的发展可以分为材料和技术两方面来概述。在建筑材料方面,建筑材料是随着人类社会生产力和科学技术的提高而逐步发展起来的。远古时代，人类的住、行采用的是石块和树木。公元前12～4世纪先后创制了瓦和砖，人类才有用人造材料做成的住房。17世纪有了生铁和熟铁以后，直到18世纪有了波特兰水泥，才使后来的钢筋混凝土工程得到蓬勃发展。如今各种高强度结构材料、新型装饰材料和防水材料的开发，则和20世纪中期以来高分子有机材料在土木工程中的广泛应用密切相关;在建筑技术方面，从17世纪开始，以伽利略和牛顿为先导的近代力学同土木工程实践结合起来，逐渐形成材料力学、结构力学、流体力学、岩体力学，作为土木工程的基础理论的学科。这样土木工程才逐渐从经验发展成为科学。整个世界每天都在改变，而建筑也随科学的进步而发展。力学的发现，材料的更新，不断有更多的科学技术引入建筑中。以前只求一间有瓦盖顶的房屋，现在追求舒适，不同的思想，不同的科学，推动了土木工程的发展，使其更加完美。土木工程也是一门古老的学科，它已经取得了巨大的成就，未来的土木工程将在人们的生活中占据更重要的地位。土木工程是一种与人们的衣、食、住、行有着密切关系的工程。其中与“住”的关系是直接的。因为，要解决“住”的问题必须建造各种类型的建筑物。而解决“行、食衣”的问题既有直接的一面，也有间接的一面。要“行”，必须建造铁路、道路、桥梁；要“食”，必须打井取水、兴修水利、进行农田灌溉、城市供水排水等，这是直接关系。而间接关系则不论做什么，制造汽车、轮船也好，纺纱、织布、制衣也好，乃至生产钢铁、发射卫星、开展科学研究活动都离不开建造各种建筑物、构筑物和修建各种工程设施。土木工程在这一时期的发展可分为奠基时期、进步时期和成熟时期三个阶段。
一、17世纪到18世纪下半叶是近代科学的奠基时期，也是近代土木工程的奠基时期。伽利略、I.牛顿等所阐述的力学原理是近代土木工程发展的起点。意大利学者伽利略在1638年出版的著作《关于两门新科学的谈话和数学证明》中，论述了建筑材料的力学性质和梁的强度，首次用公式表达了梁的设计理论。这本书是材料力学领域中的第一本著作，也是弹性体力学史的开端。1687年牛顿总结的力学运动三大定律是自然科学发展史的一个里程碑，直到现在还是土木工程设计理论的基础。瑞士数学家L.欧拉在1744年出版的《曲线的变分法》建立了柱的压屈公式，算出了柱的临界压曲荷载，这个公式在分析工程构筑物的弹性稳定方面得到了广泛的应用。法国工程师库仑1773年写的著名论文《建筑静力学各种问题极大极小法则的应用》，说明了材料的强度理论、梁的弯曲理论、挡土墙上的土压力理论及拱的计算理论。这些近代科学奠基人突破了以现象描述、经验总结为主的古代科学的框框，创造出比较严密的逻辑理论体系，加之对工程实践有指导意义的复形理论、振动理论、弹性稳定理论等在18世纪相继产生，这就促使土木工程向深度和广度发展。
二、18世纪下半叶，J.瓦特对蒸汽机作了根本性的改进。蒸汽机的使用推进了产业革命。规模宏大的产业革命，为土木工程提供了多种性能优良的建筑材料及施工机具，也对土木工程提出新的需求，从而促使土木工程以空前的速度向前迈进。土木工程的新材料、新设备接连问世，新型建筑物纷纷出现。1824年英国人J.阿斯普丁取得了一种新型水硬性胶结材料──波特兰水泥的专利权，1850年左右开始生产。1856年大规模炼钢方法──贝塞麦转炉炼钢法发明后，钢材越来越多地应用于土木工程。1851年英国伦敦建成水晶宫，采用铸铁梁柱，玻璃覆盖。1867年法国人J.莫尼埃用铁丝加固混凝土制成了花盆，并把这种方法推广到工程中，建造了一座贮水池，这是钢筋混凝土应用的开端。1875年，他主持建造成第一座长16米的钢筋混凝土桥。1886年，美国芝加哥建成家庭保险公司大厦，9层，初次按独立框架设计，并采用钢梁，被认为是现代高层建筑的开端。1889年法国巴黎建成高300米的埃菲尔铁塔，使用熟铁近8000吨。土木工程的施工方法在这个时期开始了机械化和电气化的进程。蒸汽机逐步应用于抽水、打桩、挖土、轧石、压路、起重等作业。19世纪60年代内燃机问世和70年代电机出现后，很快就创制出各种各样的起重运输、材料加工、现场施工用的专用机械和配套机械，使一些难度较大的工程得以加速完工；1825年英国首次使用盾构开凿泰晤士河河底隧道;1871年瑞士用风钻修筑8英里长的隧道；1906年瑞士修筑通往意大利的19.8公里长的辛普朗隧道，使用了大量黄色炸药以及凿岩机等先进设备。近代工业的发展，人民生活水平的提高，人类需求的不断增长，还反映在房屋建筑及市政工程方面。电力的应用，电梯等附属设施的出现，使高层建筑实用化成为可能；电气照明、给水排水、供热通风、道路桥梁等市政设施与房屋建筑结合配套，开始了市政建设和居住条件的近代化；在结构上要求安全和经济，在建筑上要求美观和适用。
三、第一次世界大战以后，近代土木工程发展到成熟阶段。这个时期的一个标志是道路、桥梁、房屋大规模建设的出现。在交通运输方面，由于汽车在陆路交通中具有快速和机动灵活的特点，道路工程的地位日益重要。沥青和混凝土开始用于铺筑高级路面。1931～1942年德国首先修筑了长达3860公里的高速公路网（见联邦德国高速公路），美国和欧洲其他一些国家相继效法。20世纪初出现了飞机，飞机场工程迅速发展起来。钢铁质量的提高和产量的上升，使建造大跨桥梁成为现实。1918年加拿大建成魁北克悬臂桥，跨度548.6米；1937年美国旧金山建成金门悬索桥，跨度1280米，全长2825米，是公路桥的代表性工程；1932年，澳大利亚建成悉尼港桥，为双铰钢拱结构，跨度503米。（见图1）近代土木工程发展到成熟阶段的另一个标志是预应力钢筋混凝土的广泛应用。1886年美国人P.H.杰克孙首次应用预应力混凝土制作建筑构件，后又用于制作楼板。1930年法国工程师E.弗雷西内把高强钢丝用于预应力混凝土，弗雷西内于1939年、比利时工程师G.马涅尔于1940年改进了张拉和锚固方法，于是预应力混凝土便广泛地进入工程领域，把土木工程技术推向现代化。
图1 澳大利亚建成悉尼港桥
这一时期的中国，由于当时的政府实行闭关锁国政策，近代土木工程发展缓慢，直到清末出现洋务运动时，才引进了—些西方技术，陆续建成了一些典型工程。1909年詹天佑主持建成京张铁路，全长约200km，达到了当时的世界先进水平，全路有四条隧道，其中八达岭隧道长达1091m；1894年建成用气压沉箱法施工的滦河大桥；1901年全长1027m的松花江衍架桥竣工；1905年建成全长3015m的郑州黄河桥。1865年上海开始供应煤气。1879年旅顺建成中国第—个近代给水工程。1929年中山陵建成。1931年建成广州中山纪念堂。1934年在上海建成了24层钢结构的国际饭店。1937年建成公路铁路两用的钢桁架桥——钱塘江桥，全长1453m，采用沉箱基础（见图9）。在材料方面，1889年在唐山出现了中国第一个水泥厂；1910年开始生产机砖。这些工程建设在中国近代土木工程史上都具有一定的代表性。
图9 钱塘江大桥现代土木工程以社会生产力的现代发展为动力，以现代科学技术为背景，以现代工程材料为基础，以现代工艺与机具为手段高速度地向前发展。第二次世界大战结束后，社会生产力出现了新的飞跃。现代科学技术突飞猛进，土木工程进入一个新时代。在近40年中，前20年土木工程的特点是进一步大规模工业化，而后20年的特点则是现代科学技术对土木工程的进一步渗透。中国在1949年以后，经历了国民经济恢复时期和规模空前的经济建设时期。例如，到1965年全国公路通车里程80余万公里，是解放初期的10倍；铁路通车里程5万余公里，是50年代初的两倍多；火力发电容量超过2000万千瓦，居世界前五位。1979年后中国致力于现代化建设，发展加快。列入第六个五年计划（1981～1985年）的大中型建设项目达 890个。1979～1982年间全国完成了3.1亿米2住宅建筑;城市给水普及率已达80％以上;北京等地高速度地进行城市现代化建设；京津塘（北京—天津—塘沽）高速公路和广深珠（广州—深圳、广州—珠海）高速公路开始兴建;有些铁路正在实现电气化;济南、天津等地跨度200多米的斜张桥相继建成;全国各地建成大量10余层到50余层的高层建筑。这些都说明中国土木工程已开始了现代化的进程。从世界范围来看，现代土木工程为了适应社会经济发展的需求，具有以下一些特征：
一、工程功能化：现代土木工程的特征之一，是工程设施同它的使用功能或生产工艺更紧密地结合。复杂的现代生产过程和日益上升的生活水平，对土木工程提出了各种专门的要求。现代土木工程为了适应不同工业的发展，有的工程规模极为宏大，如大型水坝混凝土用量达数千万立方米，大型高炉的基础也达数千立方米；有的则要求十分精密，如电子工业和精密仪器工业要求能防微振。现代公用建筑和住宅建筑不再仅仅是传统意义上徒具四壁的房屋，而要求同采暖、通风、给水、排水、供电、供燃气等种种现代技术设备结成一体。
二、城市立体化：随着经济的发展，人口的增长，城市用地更加紧张，交通更加拥挤，这就迫使房屋建筑和道路交通向高空和地下发展。高层建筑成了现代化城市的象征。1974年芝加哥建成高达433米的西尔斯大厦（见彩图），超过1931年建造的纽约帝国大厦的高度。现代高层建筑由于设计理论的进步和材料的改进，出现了新的结构体系，如剪力墙、筒中筒结构(见筒体结构)等。美国在1968～1974年间建造的三幢超过百层的高层建筑，自重比帝国大厦减轻20％，用钢量减少30％。高层建筑的设计和施工是对现代土木工程成就的一个总检阅。城市道路和铁路很多已采用高架，同时又向地层深处发展。地下铁道在近几十年得到进一步发展，地铁早已电气化，并与建筑物地下室连接，形成地下商业街。北京地下铁道在1969年通车后，1984年又建成新的环形线。地下停车库、地下油库日益增多。城市道路下面密布着电缆、给水、排水、供热、供燃气的管道，构成城市的脉络。现代城市建设已经成为一个立体的、有机的系统，对土木工程各个分支以及他们之间的协作提出了更高的要求。
三、交通高速化：现代世界是开放的世界，人、物和信息的交流都要求更高的速度。高速公路虽然1934年就在德国出现，但在世界各地较大规模的修建，是第二次世界大战后的事。1983年，世界高速公路已达11万公里，很大程度上取代了铁路的职能。高速公路的里程数，已成为衡量一个国家现代化程度的标志之一。铁路也出现了电气化和高速化的趋势。日本的“新干线”铁路行车时速达210公里以上，法国巴黎到里昂的高速铁路运行时速达260公里。从工程角度来看，高速公路、铁路在坡度、曲线半径、路基质量和精度方面都有严格的限制。交通高速化直接促进着桥梁、隧道技术的发展。不仅穿山越江的隧道日益增多，而且出现长距离的海底隧道。日本从青森至函馆越过津轻海峡的青函海底隧道即将竣工，隧道长达53.85公里。
四、材料轻质高强化:现代土木工程的材料进一步轻质化和高强化。工程用钢的发展趋势是采用低合金钢。中国从60年代起普遍推广了锰硅系列和其他系列的低合金钢，大大节约了钢材用量并改善了结构性能。高强钢丝、钢绞线和粗钢筋的大量生产，使预应力混凝土结构在桥梁、房屋等工程中得以推广。标号为500～600号的水泥已在工程中普遍应用，近年来轻集料混凝土和加气混凝土已用于高层建筑。例如美国休斯敦的贝壳广场大楼，用普通混凝土只能建35层，改用了陶粒混凝土，自重大大减轻，用同样的造价建造了52层。而大跨、高层、结构复杂的工程又反过来要求混凝土进一步轻质、高强化。
五、施工过程工业化：大规模现代化建设使中国和苏联、东欧的建筑标准化达到了很高的程度。人们力求推行工业化生产方式，在工厂中成批地生产房屋、桥梁的种种构配件、组合体等。预制装配化的潮流在50年代后席卷了以建筑工程为代表的许多土木工程领域。这种标准化在中国社会主义建设中，起了积极作用。中国建设规模在绝对数字上是巨大的，30年来城市工业与民用建筑面积达23亿多米2，其中住宅10亿米2，若不广泛推行标准化，是难以完成的。装配化不仅对房屋重要，也在中国桥梁建设中引出装配式轻型拱桥，从60年代开始采用与推广，对解决农村交通起了一定作用。
六、理论研究精密化：现代科学信息传递速度大大加快，一些新理论与方法，如计算力学、结构动力学、动态规划法、网络理论、随机过程论、滤波理论等的成果，随着计算机的普及而渗进了土木工程领域。结构动力学已发展完备。荷载不再是静止的和确定性的，而将被作为随时间变化的随机过程来处理。美国和日本使用由计算机控制的强震仪台网系统，提供了大量原始地震记录。日趋完备的反应谱方法和直接动力法在工程抗震中发挥很大作用。中国在抗震理论、测震、震动台模拟试验以及结构抗震技术等方面有了很大发展。静态的、确定的、线性的、单个的分析，逐步被动态的、随机的、非线性的、系统与空间的分析所代替。电子计算机使高次超静定的分析成为可能，例如高层建筑中框架-剪刀墙体系和筒中筒体系的空间工作，只有用电算技术才能计算。电算技术也促进了大跨桥梁的实现，1980年英国建成亨伯悬索桥，单跨达1410米，1983年西班牙建成卢纳预应力混凝土斜张桥，跨度达440米；中国于1975年在云阳建成第一座斜张桥后，济南黄河斜张桥跨度为220米（见图10），天津永和桥跨度达260米。
图10 济南黄河斜张桥
理论研究的日益深入，使现代土木工程取得许多质的进展，并使工程实践更离不开理论指导。此外，现代土木工程与环境关系更加密切，在从使用功能上考虑使它造福人类的同时，还要注意它与环境的谐调问题。现代生产和生活时刻排放大量废水、废气、废渣和噪声，污染着环境。环境工程，如废水处理工程等又为土木工程增添了新内容。核电站和海洋工程的快速发展，又产生新的引起人们极为关心的环境问题。现代土木工程规模日益扩大，例如：世界水利工程中，库容300亿米3以上的水库为28座，高于200米的大坝有25座。乌干达欧文瀑布水库库容达2040亿米3，苏联罗贡土石坝高 325米；中国葛洲坝截断了世界最大河流之一的长江，并又开始筹建三峡高坝；巴基斯坦引印度河水的西水东调工程规模很大；中国在1983年完成了引滦入津工程。这些大水坝的建设和水系调整还会引起对自然环境的另一影响，即干扰自然和生态平衡，而且现代土木工程规模愈大，它对自然环境的影响也愈大。因此，伴随着大规模现代土木工程的建设，带来一个保持自然界生态平衡的课题，有待综合研究解决。土木工程随着人类社会的进步而发展，至今已经演变成为大型综合性的学科，它已经出许多分支，如：建筑工程，铁路工程，道路工程，桥梁工程，特种工程结构，给水排水工程，港口工程，水利工程，环境工程等学科。土木工程作为一个重要的基础学科，有其重要的属性：综合性，社会性，实践性，统一性。土木工程为国民经济的发展和人民生活的改善提供了重要的物质技术基础。随着人们生活的水平的不断提高，人们对自己所处的建筑空间已经不仅仅单纯从数量上提出更高的要求，而且从质量上也提车了更高的要求，要求环境的美观，有一定的舒适度。这就需要对建筑进行必要的装修。如果说建筑主体工程构成了建筑的骨架，那么装饰后的建筑则成了有血有肉的有机体，最终以丰富的，完善的面貌出现在人们的面前，最佳的建筑应该充分体现各种装饰材料的有关特性，结合现有的施工技术，最有效的手法，来达到构思所要表达的效果。建筑装 修要考虑建筑空间的使用要求，保护主体机构免受损害，给人以美的享受，满足消防疏散的要求，装饰材料和方案的合理性，施工技术和经济的可行性等。房屋建筑发展的同时，像房屋建筑一样影响着人们生活的道路，桥梁，隧道等也取得了长足的发展。
我国土木工程还存在信息化建设问题。随着经济持续稳定增长，城市化进程加快，以青藏铁路、南水北调、西气东输、西电东送等为代表的一大批西部大开发和国家能源交通原材料基础设施项目，以北京奥运工程为代表的各大中城市的基础设施项目，还有量大面广的城乡住宅建设项目正处在建设高潮之中，再加上我国已加入WT0，进入宽领域、多层次、全方位对外开放的新格局，实施迎接经济全球化挑战的大战略，土木工程作为国民经济的支柱产业，在这重要的发展机遇中肩负重任，必须把握住大课题，即土木工程的信息化建设，实现更高层次的技术创新和素质提升。
总之在学习完这门课程后收获颇多,也为自己以后的发展提供了一个新的方向。未来我们不仅仅是一个工程技术人员，也是社会的建设者,积极的投身社会建设是我们应尽的责任。相信,只要我们认真去做，经过我们这一代土木工程师的努力，一定会给我国的土木工程界带来一个新的飞跃，让我国的建设事业走在世界的最前沿.
