[转贴]：充满活力的古老学科—土木工程

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充满活力的古老学科—土木工程
—土木概论课程报告
引言
“土木工程（Civil Engineering）”是建造各类工程设施的科学技术的统称。它既指工程建设的对象,即建造在地上、地下、水中的各种工程设施;也指所应用的材料、设备和所进行的勘测、设计、施工、保养、维修等专业技术。
土木工程是最古老的工程学科,它与人类的生存和发展息息相关。土木工程本身具有四个特征：（1）综合性：大多数自然学科都与土木工程有千丝万缕的联系,数学、力学更是其理论内核。近年来迅速发展的计算机科学,更使得土木工发生了巨大的变化；（2）社会性：土木工程面对的对象是地球，可以说土木工程的最终目的就是为了更合理地改造地球，满足人类的生活和生产的需要。可见土木工程与每个人都有联系；（3）实践性：土木工程是从实践中发展起来的学科，至今仍有许多理论无法解决的问题要靠实践经验来解决；（4）技术，经济，建筑艺术的统一性：运用合理的技术和资金营造有艺术观赏性和实际使用价值的建筑物是土木工程的学科使命。
第一章 土木工程的昨天、今天与明天
“材料，施工，理论”是土木工程的三要素。正是这三要素的相互影响和促进，才有了土木工程的不断发展，而其中又以材料最为关键。砖瓦的出现使得古代的土木工程发生了第一次飞跃；十九世纪中叶，钢材和钢筋混凝土在建筑营造中的应用则使近代的土木工程发生了革命性的变化，实现了第二次飞跃；至二十世纪中叶，预应力混凝土的发明和广泛使用则是土木工程的第三次飞跃，标志着现代土木工程的开始。
1.1古代土木工程的发展史及其成就
从人类第一次拿起工具改造土地、营造房屋开始，到公元17世纪中叶生铁成为一种新型的建筑材料，这一时期被看作是土木工程的古代时期。
这一时期的土木工程虽然有所发展，但还没有形成一个完整的科学体系。建筑材料以天然材料和砖瓦为主；木结构、砖石结构是主要的结构体系。公元前11～前3世纪砖瓦的出现又成为了古代土木工程形成期和成熟期的分水岭。
1.1.1形成期（—公元前11～前3世纪）
这一时期工程材料以天然材料为主，建成了许多著名的建筑。
在中国，相传公元前21世纪的大禹治水，可能是人类历史上最早的水利工程。公元前5世纪成书的《考工记》则是最早的一本有关土木工程的著作。公元前5～前4世纪，西门豹所主持修建的引漳灌邺工程是中国最早的多首制灌溉工程。公元前3世纪中叶李冰父子在四川灌县修建的都江堰是世界上最早的综合性大型水利工程。公元前7～前3世纪，修筑了著名的长城（世界七大奇迹之一）。
与此同时，埃及在公元前27～前26世纪就修建了世界上最大的帝王陵墓群——吉萨金字塔群，其中有著名的胡夫金字塔（世界七大奇迹之一）。公元前16～前4世纪，又建成了位于底比利斯的凯尔奈克神庙。希腊在公元前7世纪也已建成了由石料营造的神庙。公元前5世纪，著名的雅典卫城建成，其中的巴台农神庙（世界七大奇迹之一）是古希腊建筑的典范。印度在公元前20世纪就已建成了城市规划完整的摩伯朱达罗城。
1.1.2 发达期（公元前11～前3世纪—17世纪中叶）
这一时期随着砖瓦的出现，土木工程有了蓬勃的发展。知识化的建筑师、工程师已经出现，图纸的绘制，系统的计算方法都已出现。
在中国，木结构有了很大发展。山西五台山的南禅寺（8世纪）和佛光寺大殿（9世纪）都是现存的完整的木结构建筑。2世纪建成的徐州浮屠寺塔是典型的楼阁式木塔。11世纪在山西应县建造的佛宫寺释迦塔，高67.3m，是现存最高的木结构之一。1世纪时，砖石结构开始发展。6世纪时建成的河南登封县嵩岳寺塔是中国现存最早的密檐砖塔。《木经》（宋喻皓），《营造法式》（李诫）等理论著作也相继出现。
在西欧，公元前2世纪，出现了被称为罗马水泥的天然混凝土，古罗马也出现了券拱结构。公元前1世纪，十字拱和穹顶在建筑中广泛使用。公元2世纪，发券已经开始使用，其代表建筑万神庙（120～124年）的直径达43.43m，是古代最大的圆顶庙。这一时期的《建筑十书》（维特鲁威，公元前1世纪）奠定了欧洲土木建筑科学的体系。指示剂至中世纪时，拜占廷建筑开始兴起，其代表为圣伯菲亚教堂（532～537年），而此时的意大利仍保持着罗马的建筑风格，比萨大教堂是其代表。西欧其他国家则以法国为中心，推崇哥特式教堂建筑，其中以巴黎圣母院（1163～1271）最具代表性。15～16世纪，欧洲文艺复兴运动兴起。当时建成的佛罗伦萨教堂穹顶为世界最大的，它标志着文艺复兴建筑的开始。罗马建成的圣彼得大教堂（1506～1526）集中了16世纪意大利建筑、结构和施工的最高成就。L．B．阿尔贝蒂尼所著的《论建筑》（1455）则是意大利文艺复兴时期最重要的理论著作。
1.2近代土木工程的发展
这一时期的建筑材料已由过去的木、石、砖瓦发展为铁、钢、混凝土、钢筋混凝土、早期预应力混凝土。建筑理论也因材料力学、理论力学、结构力学、土力学、工程结构设计理论的逐步形成而充实起来。随着新工艺新机械的出现，施工技术的不断改进，土木工程的施工规模越来越大，施工速度明显加快。
这一时期的典型代表建筑巴黎铁塔（1889,300 m,法）、帝国大厦（1931,378m,美）都达到了人类建筑史的顶峰；与此同时魁北可悬索桥（1918,548.6m,加拿大）、金门悬索桥（1937,1280m,美）、悉尼港桥（1932,503m,澳大利亚）等一系列现代大桥的建成标志着桥梁建设的水平发生了巨大的飞跃。
1.3现代土木工程的特点
适应各类工程建设高速发展的要求，人们需建造大规模，大跨度，高耸，轻型，大型，精密设备的现代化的建筑物，既要求高质量和快速施工，又要求高经济效益，这就向土木工程提出新的课题，并推动了土木工程这门学科的发展。
建筑材料：“高强轻质”的铅、镁合金，玻璃纤维，合成材料等广泛使用；不断提高钢材，混凝土的强度和耐久性。
工程地质与地基：现在已经广泛实行现场钻探取材，室内分析实验，混凝土搅拌输送车，输送泵等相结合的一套现场机械化施工工艺，使现场浇灌混凝土方法获得了新生命。由于采用了现代化的盾构，隧道施工加快，精度也提高。土石方工程中广泛采用定向爆破，解决大量土石方的施工问题。
理论研究精密化：一些新理论和方法，如计算力学、结构动力学、动态规划法、网络理论、随机过程论、滤波理论学的成果，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，而是被作为随时间变化的随即过程来处理。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、系统与整体的分析所代替。电子计算机技术的应用使高次超静定方程的分析成为可能。大跨度建筑的形成层出不穷，薄壳、悬索、网架和充气结构覆盖大片面积，满足各种大型社会公共活动的需要。从材料特性，结构分析，结构受力计算到极限状态理论，土木工程的各个分支中都得到充分发展。
正是这些巨大的飞跃在二十世纪中后期有出现了一大批代表性工程，如马来西亚石油大厦（450m,1996）、美国西尔斯大厦（435m,1974）、日本明石跨海大桥（1991m,1998）、英吉利海峡隧道等，它们代表了当今土木工程技术最高水平。
第二章 土木工程学科人才的培养要求
一名合格的土木工程专业毕业生应具备以下能力：
（1）具有扎实的自然科学基础，较好的人文社会科学基础，具有运用外语的能力；
（2）掌握工程力学、流体力学、岩土力学、工程地质学的基本理论与基本知识；
（3）掌握工程制图、计算机应用、主要测试和试验仪器使用的基本技能；
（4）掌握工程规划与选型、建筑材料、结构计算、构件设计、地基处理方面的基本知识、原理、方法与技能，初步具有从事土建结构工程的设计和研究工作的能力；
（5）掌握建筑机械、电工学、工程测量、施工技术与施工组织、工程监测、工程概预算以及工程招投标等方面的基本知识、基本技能、初步具有从事工程施工技术和管理工作的能力。
第三章 土木工程师应具备的能力与素养
广泛的知识面：一个合格的土木工程师，除了本专业知识外，应具备广泛的知识面。在实际工作中，土木工程师只有同其他工程师和建筑师合作才能完成工作。因此，对于建筑设计，暖气同风，给排水，强电，弱电，经济学等土木工程经常涉及的领域，土木工程师都应有所了解。以钢结构为例，其涉及的焊接，油漆，防火等知识是土木工程师应当了解的。
创造性：善于借鉴善于创新才是一名优秀的土木工程师。
实践经验的积累：土木工程是一门实践型的学科，土木工程师只有不断在实践中学习知识，掌握知识，运用知识，才能积累丰富的经验，反过来以理论指导实践。在施工过程中的突发事件，一名实践经验丰富的土木工程师往往能准确判断情况，及时排除险情。
对规范的正确认识：一名合格的土木工程师应能充分认识到规范的作用和局限在实施工作中以规范为指导，但不拘泥于规范，采用最合理的手段。
高尚的道德品质：一名合格的土木工程师应具有高尚的道德品质，把工程质量放在第一位。
环境保护意识：对于周围环境的影响是土木工程师应考虑的事情。

结束语
我们作为未来的土木工程师，在刻苦钻研的同时,还应该不断地向先进国家学习,把人家的先进的方法学过来,使我们更快地缩小与它们之间的差距。

附录：
参考文献
著者 书名 出版社 时间
杜拱辰 现代预应力混凝土结构 中国建筑工业出版社 1988
翁智远，王远功 弹性薄壳理论 高等教育出版社 1986
丁大钧，蒋永生 土木工程总论 中国建筑工业出版社 1997
结构工程科学的未来 清华大学出版社 1988
同济大学土木工程学院培养计划 同济大学教务处 1998
中国大百科全书·土木工程卷 大百科全书出版社 1987

授课专家、内容及日期

专家 授课内容 日期
项海帆 土木工程的历史、现状和未来 1998/9/16
叶可明 现代施工技术 1998/9/23
范立础 桥梁 1998/10/21
姚念亮 房屋建筑结构 1998/11/5
汪大绥 工程师的素养和能力 1998/11/18
沈 恭 工程项目的组织过程 1998/12/2
姚祖康 运输工程 1998/12/26
孙 钧 地下工程与岩土工程 1998/12/29
沈祖炎 土木工程专门人才的知识结构 1999/1/13