土木工程的可持续发展

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[摘要]：可持续发展是目前社会发展的一个主旋律，土木工程活动是人类作用于自然生态，环境最重要的生产活动之一，同样也要考虑可持续发展。
[关键词]：土木工程；可持续发展；研究
一、土木工程综述
    土木工程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、维修等技术。
     作为一个重要的基础学科，土木工程有其重要的属性：综合性，社会性，实践性，技术经济与艺术统一性。随着人类社会的进步而发展，土木工程至今已经演变成为大型综合性的学科，并已经出许多分支，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。
二、何为可持续发展
最广泛采纳的定义，是在一九八七年由世界环境及发展委员会所发表的布特兰报告书所载的定义，其亦即：可持续发展是既满足当代人的需求，又不对后代人满足其需求的能力构成危害的发展称为可持续发展。它们是一个密不可分的系统，既要达到发展经济的目的，又要保护好人类赖以生存的大气、淡水、海洋、土地和森林等自然资源和环境，使子孙后代能够永续发展和安居乐业。可持续发展与环境保护既有联系，又不等同。环境保护是可持续发展的重要方面。可持续发展的核心是发展，但要求在严格控制人口、提高人口素质和保护环境、资源永续利用的前提下进行经济和社会的发展。 发展是可持续发展的前提；人是可持续发展的中心体；可持续长久的发展才是真正的发展。使子孙后代能够永续发展和安居乐业。也就是江泽民同志指出的：“决不能吃祖宗饭，断子孙路”。可持续发展与环境保护既有联系，又不等同。环境保护是可持续发展的重要方面。可持续发展的核心是发展，但要求在严格控制人口、提高人口素质和保护环境、资源永续利用的前提下进行经济和社会的发展。
三、对土木工程未来发展的认识
   随着我国改革开放的不断深入和经济的迅速发展，中国将面临一个更大规模的建设高潮。可以说，我们正面临着一个伴随着国民经济飞跃的土木工程大发展的大好时期。而且这样一个优良的发展环境已经受到并将继续受到西方国家的急切关注。
    作为跨世纪的一代，这一大好形势为我们提供了空前难得的施展才干、向国际水平冲击的良好机遇。同时，我们也深深感到，这是一个“机遇”与“挑战”并存、“合作”与“竞争”交织、“创新”与“循旧”相争的时代，如何把握世纪之交时土木工程学科的发展趋势，开创具有中国特色、具有国际一流水平的土木工程学科的新纪元，是对我们跨世纪一代人的严峻挑战。
在土木工程的各项专业活动中都应考虑可持续发展这些专业活动包括建筑物公路铁路、桥梁、机场等工程的建设，海洋，水，能源的利用以及废弃物的处理等等。
现代社会经济的高速发展，特别是城市化进程的加快，以混凝土、钢铁和玻璃幕墙为代表的现代城市建筑正在无节制地扩张，造成了环境破坏和人与自然的不协调。因此，建筑师和土木工程师应努力树立可持续发展的建筑观，推行有效利用自然资源,如太阳能、自然通风、节能技术、材料循环利用等的设计技术，实现现代建筑的建设以保障生态系统的良性循环为原则，真正使绿色建筑走人们的生活。
可持续发展的绿色建筑在设计上更加追随自然，提倡应用可促进生态系统良性循环，不污染环境，高效、节能、节水的建筑技术和建筑材料。它是节能环保型的，注意对垃圾、污水和油烟的无害化处理或再回收，充分考虑保护周边环境，包括施工中采用新的施工技术和无污染的建筑材料，尽量减少对建筑工地周围树木、植被、土地的破坏。当然，我们应特别注意工程建设中土地的节约。在建设工作中应重视“变废为宝”，如：粉煤灰利用、用废橡胶筑路、碎玻璃制砖…
可持续发展最有效手段是减少能源的消耗。能源的40%消耗在建筑物中，30%用在交通上。因此，在设计和使用建筑物过程中，应尽量寻求节约能源的方案，多利用风能、太阳能和再生能源。
四、中国的土木工程要走可持续发展之路
     我国的土木工程有自己的特殊性。
    “中国是世界上人口最多的国家，一项大资源被13亿一除即变得微不足道，而一个小问题乘以13亿就成了大问题。”刘西拉教授此语切实道出了我国的困难之所在。我国的煤、石油、天然气、水、森林总量均居于世界前列，而人均占有量却全部低于世界平均水平。人口、能源、教育、污染问题已经成为我国所面临的四大严酷问题。走可持续发展迫在眉睫。而土木工程，也必当立足长远，走出一条可持续发展之路。
    放眼世界，美国的现代化进程可谓先进，而现今资料表明：未来美国要投入16000亿美元来解决已建工程的不安全状态，譬如，氯离子所引发的建筑锈蚀等等。作为当代土木工程师，在传承前人辉煌成就的同时，也必须多多吸取已出事故的教训，在今后的工作中进行创新改良，实现可持续发展。
 （1）发展高新技术，应用结构健康监测，实现可持续发展
   土木工程在实际使用过程中，会出现不同程度的损伤或性能退化，这将影响起承载能力和耐久性，甚至引发严重的工程事故，带来重大的人员伤亡和经济损失，产生严重的社会影响。因此，从建筑建成的一刻起，就要做好健康监测、修复和加固的准备。
    随着现代传感技术、计算机与通讯技术、信号分析与处理技术及结构动力分析理论的迅速发展，人们提出了结构健康监测的概念，给土木工程的发展带来革命性的变化。
    结构健康监测系统通过在结构上安装各种传感器，自动、实时地测量结构的环境、荷载、响应等，对结构的健康状况进行评估，科学有效地提供结构养护管理的决策依据，确保结构安全运营，延长结构使用寿命。
    近年来，大型土木工程特别是大跨度桥梁结构的健康监测技术成为国内外工程界和学术界关注的热点，通过科研和工程技术人员的努力取得了卓有成效的研究成果。国内外近年新建的许多大型桥梁都安装了结构健康监测系统，如我国的上海徐浦大桥、江阴长江公路大桥、东海大桥、香港地区的青马大桥，韩国Seohae桥和Youngjong桥、美国Commodore Barry桥和加拿大Confedration桥等。
    像这样，通过发展结构健康监测与安全预警，在第一时间发现建筑可能出现的问题，及时进行修复与加固，既避免了可能出现的建筑事故，也基本解决了建筑过快老化损坏，不得不拆去重修的尴尬局面，及由此造成的大量经济、资源、时间上的浪费，实现建筑使用的可持续发展。
 （2）合理利用自然资源，注重既有土木工程设施的再利用，实现可持续发展
    “可持续发展是在不牺牲后代并满足其需要能力的条件下，满足当前的需要”。
合理利用自然资源，则要在土木工程的建设、使用和维护过程中，土木工程师主动做到节能节地，并最大限度地发挥既有土木工程设施的作用。
    比如，我们可以充分利用建筑绿化，在夏季有效降低灰砖墙表面温度，从而减少空调的使用量；可以使用节能保温型的多孔砖或复合墙体作为墙体材料，达到冬季保温隔热的作用；还可以太阳能、地下热能等新能源，减少不可再生资源用量的减少。
    另外，对既有建筑的再利用也是可持续发展的重要手段之一。这方面上海已经取得不少成功的经验：大量不用的厂房，很多已经转变为展览厅、办公楼、艺术家工作室等。这样的改造再利用，既符合现代使用的要求，又节约了能源，避免了浪费，不失为一种有效的办法。
（3）开发利用再生资源和绿色资源，实现可持续发展
    世界上每年拆除的废旧混凝土，工程建设产生的废旧混凝土等均会产生巨量的建筑垃圾。我国每年的施工建设产生的建筑垃圾达4000万吨，产生的废混凝土就有1360万吨，清运处理工作量大，环境污染严重。此外，我国是20年来世界水泥生产的第一大国，而这本身是一项高耗资源、高耗能、污染环境的行业。
与其他材料相比，钢材和再生混凝土较为符合绿色建材的标准，应当大力发展这样的绿色建材。
    对此，日本的爱知世博会，给我们上了生动的一课：材料方面，世博会的各种建筑材料表面上看很高档，但是很多都是废物利用。许多木版都是由建筑用木材废料加工而成，到处摆放的坐椅，是电视机壳粉碎后制成。丰田展馆内壁由回收的废纸加工而成，长久会场日本馆，既追求了人与自然和谐，也节约了经济开支，所使用的大部分钢材和木料，都可以回收利用。同时，竹壁的优越性在3到9月爱知的酷暑也显现无遗。竹子本身的性能大大降低了室内温度，空调的使用也明显减少。这一点给了我众多的思考：在建筑选材方面，在合适之处应用自然的可再生资源，节约开支的同时，也实现了生态与建筑的和谐可持续发展，何乐而不为呢？
    另外，在日本爱知世博会长久手会场，茧状日本馆为减少热负荷，利用墙面绿化、生物降解塑料材料和间伐木材(森林中被砍掉的细木材)实现了环保功能。以“自然的智慧”为主题的爱知世博会，展馆建设大量应用现代科技成果，突出环保性和功能性，反映出人类对自然美的孜孜追求。而这，也应当是未来土木工程师要学习和发展的方向。
我国建筑中，李国豪教授设计的扬浦大桥也堪称经典。引桥部分的螺旋式上升结构，节约人民币数亿元，是土木工程实现经济性可持续发展的典范。
    当然，可持续发展，绝不是一味地追求节省，而是要寻求一种最合理的中间状态，既要保证建筑有足够的创意，也要追求完美的技术经济指标，以最少的投入获得最大的效益。我们依旧还是要创造经典，但是绝不能建立在挥霍金钱，建立在耗费更多的资源、能源的基础之上。现今，建筑世界已经进入到生态美学的时代，注重文化、生态、工程与环境之间的关系，注重人性化、节能与可持续发展，才是当代工程师的着眼方向。
 五、我国的土木工程实例
   我已经在上文中提及了许多土木工程实例，也述说了我对它们的一些认识。下面，我想注重谈一下对苏通大桥的了解。
    苏通大桥连接苏州与南通两座古城，如今正在显露雄姿。这座全长３２.４公里的大桥，是在建中的世界第一大桥。
    据苏通大桥建设副总指挥何平介绍，苏通大桥由跨江大桥工程和南、北岸接线工程三部分组成。全线采用双向六车道高速公路标准。大桥总投资约６４．５亿元，预计２００８年底建成。苏通大桥的建设过程将攻克一系列世界性难题，并创造四个世界之最。
    最大主跨。苏通大桥为斜拉桥。斜拉桥自上世纪５０年代开始修建，世界上已建成的各类斜拉桥有２００余座。目前世界上已建成的最大跨径斜拉桥为主跨８９０米的日本多多罗大桥，在建的香港昂船洲大桥主跨１０１８米，苏通大桥跨径１０８８米，建成后将成为世界最大的跨径斜拉桥。
    最深基础。苏通大桥主墩基础由１３１根长约１２０米、直径２.５米至２.８米的钻孔灌注桩组成，承台长１１４米、宽４８米，面积有一个足球场大，是世界规模最大、入土最深的桥梁桩基础。
    最高塔桥。目前已建最高桥塔为多多罗大桥２２４米钢塔，苏通大桥塔为高３００.４米的混凝土塔，比在建的香港昂船洲大桥桥塔高６米，为世界最高的桥塔。
    最长拉索。苏通大桥最长拉索为５７７米，最大重量为５９吨，比多多罗大桥斜拉索长１００米，为世界上最长的斜拉索。
    交通部总工程师凤懋润说，苏通大桥是世界第一跨度斜拉桥，将成为中国由桥梁大国向桥梁强国转变的第一个标志性建筑。
参考文献
[1](英)斯科特(Scott,J.S.)撰 《土木工程》[M] 中国建筑工业出版社
[2]丁大钧，蒋永生编 《土木工程总论》 [A] 中国建筑工业出版社
[3]吕志涛 《江苏建筑》[J]. 南京:中国工程院东南大学土木工程学院
[4] 何灿 张克 《今日科苑》[J] 湖南省长沙市中南大学土木建筑学院
[5] 邹新峰 《山西建筑》[J] 浙江建院工程咨询有限公司