第二节 土木工程的发展
一、土木工程的应用
土木工程为人类的活动需要(既有物质方面的也有精神方面的)提供了功能良好的、舒适美观的空间和通道,同时还表现出为防治水患、兴修水利以及治理环境、抵御自然灾害或人为作用力等方面提供了方法,这也是土木工程的根本目标和出发点,并且充分发挥各种建筑材料的性能和作用,因为材料是建造工程的物质基础。
1.土木工程通常可以解决的四个主要问题
(1)人类生存的需要(空间、通道、环境等)。
(2)抵抗自然灾害、人为破坏。
(3)充分发挥材料的作用。
(4)土木工程的施工与组织管理。
2.土木工程需要进行的活动
(1)技术方面。勘察、测量、设计、施工、监理、开发等。
(2)管理方面。制定政策和法规、企业管理、项目管理、施工组织、物业管理等。
总之,建筑物既是物质产品,又具有一定的艺术形象,它必然随着社会生产、生活方式的发展变化而发展生产,并且总是受科学技术、政治经济和文化传统的深刻影响。随着社会的发展,工程结构越来越大型化、复杂化,超高层建筑、特大型桥梁、巨型大坝、复杂的地铁系统不断涌现,满足人们的生活需求,同时也演变为社会实力的象征。建筑无论是在中国还是在世界各国,都有着悠久的历史和长期的发展历程。整个世界每天都在改变,而建筑也随着科学的进步而发展。工程力学的新发现,建筑材料的更新,不断有更多的、新的科学技术引入建筑物中。
二、土木工程的发展
土木工程是伴随着人类社会的发展而发展起来的,它所建造的土木工程设施反映出各个历史时期社会经济、文化、科学、技术发展的面貌,因而土木工程也就成为社会历史发展的见证之一。对土木工程的发展起关键作用的,首先是作为工程物质基础的土木建筑材料,其次是随之发展起来的设计理论和施工技术。每当出现新的优良的建筑材料时,土木工程就会有飞跃式的发展。土木工程的发展状况和发展过程,发展到现在主要经历了三个历史时期。
1.古代土木工程
古代土木工程的发展时间跨度较长,大致从新石器时代(约公元前5000年)起至17世纪中叶。远古时代人们已开始修筑简陋的房舍、道路、桥梁和沟洫,以满足简单的生活和生产需要,这个历史时期内,土木工程所用材料最早的只是当地的天然材料,如泥土、砾石、树干、竹、茅草、芦苇等,后来发展了土坯、石材、砖、瓦、木、青铜、铁、铅以及混合材料,如草筋泥、混合土等,如图1-10~图1-12所示。
图1-10 埃及金字塔
图1-11 意大利罗马大斗兽场
在土木工程的长期实践中,人们不仅对房屋建筑艺术给予了很大注意,取得了卓越的成就;而且对其他工程设施,也通过选用不同的建筑材料,例如,采用石料,配合自然环境建造了许多在艺术上优美、功能上良好的工程。例如,中国的长城,如图1-13所示。
图1-12 中国山西应县木塔
图1-13 中国长城
2.近代土木工程
近代土木工程的发展时间跨度,从17世纪中叶至第二次世界大战后(20世纪中叶)。这个时期在理论方面,材料力学、理论力学、结构力学、土力学、工程结构设计理论等学科逐步形成,使得土木工程的设计计算理论有了前所未有的迅猛发展,以力学和结构的先进理论作为指导,砖、瓦、木、石等建筑材料广泛使用,以及日益广泛应用的铸铁、钢材、混凝土、钢筋混凝土、早期预应力混凝土的迅速发展,设计理论的发展保证了工程结构的安全和人力、物力的节约。在施工方面,由于不断出现的新工艺和新机械,施工技术的大幅度进步,也促使建造规模的扩大,建造速度的进一步提升。这个时期的自然灾害也推动了结构力学和工程抗震理论和技术的进一步发展。如图1-14~图1-17所示。
图1-14 上海国际饭店
图1-15 浙江钱塘江大桥
3.现代土木工程
20世纪中叶以来,土木工程发展到今天已经深入到社会的各个方面,发挥着重要的作用,并且必然会随着社会的发展而继续进步。到了21世纪,一方面是社会向土木工程提出了新的需求;另一方面是社会各个领域为土木工程的发展创造了良好的条件。因而这个时期的土木工程得到突飞猛进的发展。城市建设发展有三个趋向:高层建筑的大量兴起、地下工程的高速发展、城市高架公路和立交桥的大量涌现。因而在世界各地出现了现代化、规模宏大的工业厂房,摩天大楼,核电站,高速公路和铁路,大跨度桥梁,大直径运输管道,长隧道,大运河,大堤坝,大飞机场,大海港以及海洋工程,等等。现代土木工程不断地为人类社会创造崭新的物质环境,成为人类社会现代文明的重要组成部分,如图1-18~图1-21所示。土木工程也越来越与它的使用功能和先进的生产工艺紧密结合。
图1-16 美国芝加哥保险公司大厦
图1-17 法国巴黎埃菲尔铁塔
图1-18 上海横跨黄浦江的南浦大桥
图1-19 中国国家体育场——鸟巢(北京)
图1-20 香港中银大厦
图1-21 中国国家游泳中心——水立方(北京)
现代土木工程的特点是:适应各类工程建设高速发展的要求,人们需要建造大规模、大跨度、高耸、轻型、大型、精密、设备现代化的建筑物。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了新的课题,并推动土木工程这门学科的前进。
三、土木工程的建设
土木工程是通过土木工程建设活动形成的,土木工程建设也称为基本建设。这项活动应该遵循一定的程序来进行,该程序必须符合客观规律,即基本建设程序。
基本建设程序是指建设项目从方案设想、选择、评估、决策、设计、施工到竣工验收、投入使用等整个建设过程中,需要遵循各项工作的先后次序。它是建设项目科学决策和顺利进行的重要保证。基本建设程序的主要过程有项目建议书阶段、可行性研究报告阶段、设计工作阶段、建设准备阶段、建设实施阶段和竣工验收阶段。
四、该课程的特点和任务
本课程是桥梁专业的一门重要的专业课程,是土木工程建设顺利进行的必备的基础知识,该课程主要研究各种土木工程的基本构造、基本类型、形式及基本特点。本课程具有很强的综合性、专业性、技术性和实用性,与其他相关的课程联系紧密。与其相关的课程有:土木工程制图与识图、土木工程构造、建筑材料、土木工程施工、土木工程结构等。本课程知识的学习,必须与其相关课程的知识融会贯通,并与相应的实际工程紧密联系,才能全面地掌握本课程知识。通过本课程理论知识的学习和实践技能的训练,使学生在实际工程建设过程中,能熟练地将所学的理论知识,运用于实际的土木工程建设的具体工作岗位上,这是本课程的主要任务。
综上所述,材料是实现土木工程建造的基本条件,土木工程的任务就是要充分发挥材料的性能和作用,在保证结构安全的前提下实现最经济的建造,因此材料的选择,数量的确定是土木工程设计过程中必须解决的重要内容。土木工程的最终实现是将社会所需的工程项目建造成功,付诸使用。有了最优的设计方案还不够,还需要把设计蓝图变为现实。因此需要研究如何利用现有的物资设备条件,通过有效的技术途径和组织手段来进行施工。随着社会科学技术和管理水平的不断提高和发展,土木工程将日新月异,快速空前的发展。