課題三　土木工程發展趨勢

土木工程是一門古老的學科，它已經取得了巨大的成就，預測未來土木工程的發展前景，首先要考慮人類社會所面臨的挑戰和發展機遇。土木工程目前面臨的形勢是：

（1）世界正經歷工業革命以來的又一次重大變革，這便是信息（包括計算機、通訊、網絡等）工業的迅猛發展，可以預計人類的生產、生活方式將會因此發生重大變化。

（2）航空、航天事業等高科技事業快速發展，月球上已經留下了人類的足跡，對火星及太陽系內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）生態環境破壞嚴重，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，工業在發展，技術在進步，而人類生存環境卻在日益惡化。

人類為了爭取生存，為了爭取舒適的生存環境，必將推動土木工程向前快速發展。

1．精密化的理論研究

未來土木工程的理論發展趨勢集中在力學，物理、化學、計算機技術在土木工程方面的應用重點是解決數學分析與處理。現階段，有些領域還不夠完善，比如：復雜結構、流體介質等的受力分析，還需要進一步精密研究；對于土木工程中復雜的數值問題，還需要專門化的數學來解決。土木工程的信息化，可以模擬更復雜的施工情況。

2．土木工程材料的發展

土木工程的施工材料不僅要質量高、安全性高、使用壽命長，而且隨著生態型建筑理念的發展，對建筑材料帶來的污染、資源浪費等問題也日益重視，需要發展新型的、高新技術、生態建筑材料，以適應人和自然環境的協調發展。

1）生態建材的發展

為了實現綠色建筑，在保證工程質量的前提下，選用生態建材是最首要和有效的途徑。比如選用環保材料、凈化材料、可再生材料、循環使用材料等將成為未來發展的趨勢。生態建材的發明和使用，大大提高了人們的居住品質，減少了對環境的破壞，有效降低建筑垃圾的產生，避免建筑材料的浪費，實現了用最少的資源實現最高品質的要求。新型生態材料的使用，在節水節電上進一步優化，節省資源，實現人與自然的可持續發展。

2）抗震強度高的鋼材

隨著高層建筑、大跨度結構建筑的不斷增多，對抗震材料的要求也越來越高。因此，要求建筑結構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計的低屈服比和低屈服點的鋼板，是采用調整化學成分和改進熱處理工藝等方法制成的。生產出來的低屈服點鋼材可輔助結構和減震控震裝置。當地震發生時，鋼材首先達到屈服點開始變形，吸收了地震能，從而防止主體結構的破壞。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，具有體積穩定性好、強度高、工作性強、耐久性好等優點。這些混凝土，具有高抗滲性、抗腐蝕性、抗凍性等優勢，所以它們能夠在惡劣的環境下較長時間地使用。最新設計的混凝土甚至可以使用100年或者200年以上。隨著科學的不斷進步和發展，智能化的混凝土將成為未來發展的趨勢。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境信息，自覺地進行邏輯判斷，同時做出適應性調整。這種智能化的混凝土材料，可以根據工程的需要，維持和調整混凝土的性質，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展的關鍵技術，但目前還比較昂貴，研究的人也不多。相信隨著信息科學、生命科學的不斷進步，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。隨著地上空間的減少，人類的注意力也越來越多地轉移到地下空間，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置了車站外，還建設了博物館。

4．結構形式

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

5．土木工程信息化的發展

近年來，信息化已經普及，并且逐漸帶動工業的信息化，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、計算機技術、自動化控制技術、網絡技術等等，這些信息化技術不斷滲透到土木工程中，并且涵蓋了土木工程的全過程，不僅限于設計和施工，還有工程的物業管理、物流管理、設備維護和建筑全方位的實時監控等等各個方面。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實現大型設備的整體吊裝、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

隨著當前超大跨橋梁、高層建筑和大跨結構建筑物的興起，結構設計呈現出更高、更長的發展趨勢。在很多情況下，地震荷載已經成為結構設計的控制因素。所以大型復雜結構的抗震設計及其相對應的問題也得到了進一步的關注。相關的研究包括地震動的作用機理，建筑結構的抗震機理等。

7．擴大對巖土錨固技術的應用

巖土錨固技術的應用領域要不斷地進行擴展。巖土錨固技術除了在邊坡工程、地下工程、深基坑工程、結構抗浮工程中保持著良好的發展狀態外，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域已處于世界先進行列，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形式、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。