未来土木工程的发展

毛先树

内容摘要:在分析土木工程定义和重要性的基础上,本文探讨了其发展历程,预测了土木工程未来的发展方向。

关键词:土木工程; 发展; 建筑

一、引言

土木工程是指房屋、公路、铁路、桥梁、水工、港工、地下等工程的总称。土木工程对国家的经济建设和人民生活的影响非常明显和重要。

二、土木工程的历史

1、中国土木工程的历史

远在上古时期,中国古人类就在野处穴居,为了避免野兽侵袭,有巢氏(中国的传说中的巢居的发明者),才教古人离开天然岩洞、构木为巢,居于树上。我国古代土木工程多采用土、石、木等材料建造,建造技术和艺术造型达到当时极高的成就。

2、世界土木工程发展历史

在欧洲,大约8000年前已开始采用晒干的砖;凿琢自然石的采用,大约在5000～6000年前;至于在建筑中采用烧制的砖,亦有3000年的历史。世界古代的伟大建筑,以公认的七大奇迹最为引人注目,它们都建于公元前600年～公元前200年,且均为石材建造,大都用于宗教、军事和航海。且都是建于当时经济和科技非常发达的地区,说明土木工程的发展与经济繁荣和科技进步是密不可分的。

三、土木工程的现状

1 、世界现状

随着19世纪中叶钢材及混凝土在土木工程中的开始使用,以及20世纪20年代后期预应力混凝土的制造成功,建造摩天大楼、大跨度建筑和跨海峡1000m以上的大桥成为可能。目前,世界上最高建筑是中国台北的101大厦,总高度为508m。目前世界跨度最大的悬索桥是日本的东线明石海峡悬索大桥,跨度为1990m;最长的斜拉桥是日本的多多拉桥,桥主跨有890m,预计在不久的将来中国的苏通长江公路大桥将刷新这一世界纪录。最大跨度的拱桥是中国上海的卢浦大桥,跨度为550m。

2、中国现状

回顾20世纪特别是改革开放20年来,我国建设取得举世瞩目的辉煌成就。下面介绍我国的房屋、桥梁、铁路、公路、水利、特种结构等建设情况。

结构工程:改革开放后在我国大陆建造了许多高层建筑,目前我国最高的建筑是世界排名第4的上海金茂大厦。其他具有代表性的高层建筑还有深圳的地王大厦。在特种结构方面,我国有4所电视塔排在世界前十位,其中1995年建成的上海东方明珠电视塔以468m的高度排在世界第三位。

桥梁工程:我国的桥梁建设发展迅速,取得了辉煌成就。有多座桥梁居世界同类型桥梁中跨度排名之首,广州的丫髻沙大桥为跨度最大的中承式钢管混凝土拱桥。

铁路工程:截至2000年底,我国铁路运营路程已达6.87万公里,居世界第4位,亚洲之首。铁路朝着城市轻轨和地铁两方面发展。同时,我国也在积极建造高速铁路,武汉至广州的高速铁路运营时间仅需4小时。此外,磁悬浮列车也在发展。

公路建设:到2000年底,公路通车总里程达140万公里,20年内增加了35万多公里,其中高速公路24336公里,居世界第三,仅次于美国和加拿大。

水利建设:50年间全国兴建大中小水库8.6万座,水库总蓄水量4580亿m3,建设和整修大江大河堤防25万公里,目前防洪工程发挥的经济效益达7000多亿元。在大坝建设方面,我国先后建成了青海龙羊峡大坝、贵州乌江渡大坝、四川二滩大坝等水利水电工程,在建的三峡水电站总装机容量达1820万千瓦,建成后将超过目前世界上发电量最大的伊泰普水电站50%而跃居世界第一。

四、土木工程的未来

地球上可以居住、生活和耕种的土地和资源是有限的,而人口增长的速度是不断加快的。因此,人类为了争取生存,土木工程的未来至少向五个方向发展。

1、向高空延伸。现在人工建筑物最高的为646m的波兰Gabin227kHz长波台钢塔,由15根钢纤绳锚拉。日本拟在东京建造800.7m高的千年塔,它在距海约1.25英里的大海中,将工作、休闲、娱乐、商业、购物等融于一体的抗震竖向城市中,居民可达5万人。中国拟在上海附近的1.6公里宽,200m深的人工岛上建造一栋高1250m的仿生大厦,居民可达10万。印度也提出将投资50亿建造超级摩天大楼,其地上共202层,高达710m。

2、向地下发展

建造地下建筑将有效改善城市拥挤、节能和减少噪声污染等优点。日本于20世纪50年代末至70年代大规模开发利用浅层地下空间,到80年代末已开始研究50～100m深层地下空间的开发利用问题。日本1993年开建的东京新丰州地下变电所,将深达地下70m。目前世界上共修建水电站地下厂房约350座,最大的为加拿大的格朗德高级水电站。我国城市地下空间的开发尚处于初级阶段,目前已有北京、上海、广州等六个城市建有地铁,已开通的总长度达215公里;设有140个地铁站,北京地铁长度已达41.6公里。

3、向海洋拓宽

为了防止机场噪声对城市居民的影响,也为了节约使用陆地,2000年8月4日,日本大阪利用18亿立方围海建造的1000m长的关西国际机场试飞成功。阿拉伯联合酋长国首都迪拜的七星大酒店也建在海上,洪都拉斯将建海上城市型游船,该船将长804.5m,宽228.6m,有28层楼高,船上设有小型喷气式飞机的跑道、医院、旅馆、超市、饭店、理发店和娱乐场等。

4、向沙漠进军

全世界约有1/3陆地为沙漠,每年约有600万公顷的耕地被侵蚀,这将影响上亿人口的生活。改造沙漠首先必须有水,然后才能绿化和改造沙土。现在利比亚沙漠地区已建成一条大型的输水管道,并在班加西建成了一座直径1公里、深16公里的蓄水池用以沙漠灌溉。我国沙漠输水工程试验成功,自行修建的第一条长途沙漠输水工程已全线建成试水,顺利地引黄河水入沙漠。我国首条沙漠高速公路——榆靖高速公路已全线动工,其全长116公里。

5、向太空迈进

由于近代天文学宇航事业的飞速发展和人类登月的成功实现,人们发现月球上拥有大量的钛铁矿,在800℃高温下,钛铁矿与氢化物便合成铁、钛、氧和水气,由此可以制造出人类生存必需的氧和水。美国政府已决定在月球上建造月球基地,并通过这个基地进行登陆火星的行动。

五、结语

本文暂时只提及了土木工程未来的发展方向,对于土木工程的具体细节尚应包括使用功能的发展、结构性能的发展、可持续发展等一系列内容。