土木工程的可持續(xù)發(fā)展

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[摘要]：可持續(xù)發(fā)展是目前社會(huì)發(fā)展的一個(gè)主旋律，土木工程活動(dòng)是人類作用于自然生態(tài)，環(huán)境最重要的生產(chǎn)活動(dòng)之一，同樣也要考慮可持續(xù)發(fā)展。
[關(guān)鍵詞]：土木工程；可持續(xù)發(fā)展；研究
一、土木工程綜述
    土木工程是建造各類工程設(shè)施的科學(xué)技術(shù)的統(tǒng)稱，它既指工程建設(shè)的對(duì)象，即建在地上、地下、水中的各種工程設(shè)施，也指所應(yīng)用的材料、設(shè)備和所進(jìn)行的勘測(cè)設(shè)計(jì)、施工、保養(yǎng)、維修等技術(shù)。
     作為一個(gè)重要的基礎(chǔ)學(xué)科，土木工程有其重要的屬性：綜合性，社會(huì)性，實(shí)踐性，技術(shù)經(jīng)濟(jì)與藝術(shù)統(tǒng)一性。隨著人類社會(huì)的進(jìn)步而發(fā)展，土木工程至今已經(jīng)演變成為大型綜合性的學(xué)科，并已經(jīng)出許多分支，如：建筑工程，鐵路工程，道路工程，橋梁工程，特種工程結(jié)構(gòu)，給水排水工程，港口工程，水利工程，環(huán)境工程等學(xué)科。
二、何為可持續(xù)發(fā)展
最廣泛采納的定義，是在一九八七年由世界環(huán)境及發(fā)展委員會(huì)所發(fā)表的布特蘭報(bào)告書所載的定義，其亦即：可持續(xù)發(fā)展是既滿足當(dāng)代人的需求，又不對(duì)后代人滿足其需求的能力構(gòu)成危害的發(fā)展稱為可持續(xù)發(fā)展。它們是一個(gè)密不可分的系統(tǒng)，既要達(dá)到發(fā)展經(jīng)濟(jì)的目的，又要保護(hù)好人類賴以生存的大氣、淡水、海洋、土地和森林等自然資源和環(huán)境，使子孫后代能夠永續(xù)發(fā)展和安居樂(lè)業(yè)?？沙掷m(xù)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)既有聯(lián)系，又不等同。環(huán)境保護(hù)是可持續(xù)發(fā)展的重要方面?？沙掷m(xù)發(fā)展的核心是發(fā)展，但要求在嚴(yán)格控制人口、提高人口素質(zhì)和保護(hù)環(huán)境、資源永續(xù)利用的前提下進(jìn)行經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展。 發(fā)展是可持續(xù)發(fā)展的前提；人是可持續(xù)發(fā)展的中心體；可持續(xù)長(zhǎng)久的發(fā)展才是真正的發(fā)展。使子孫后代能夠永續(xù)發(fā)展和安居樂(lè)業(yè)。也就是江澤民同志指出的：“決不能吃祖宗飯，斷子孫路”?？沙掷m(xù)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)既有聯(lián)系，又不等同。環(huán)境保護(hù)是可持續(xù)發(fā)展的重要方面。可持續(xù)發(fā)展的核心是發(fā)展，但要求在嚴(yán)格控制人口、提高人口素質(zhì)和保護(hù)環(huán)境、資源永續(xù)利用的前提下進(jìn)行經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展。
三、對(duì)土木工程未來(lái)發(fā)展的認(rèn)識(shí)
   隨著我國(guó)改革開放的不斷深入和經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，中國(guó)將面臨一個(gè)更大規(guī)模的建設(shè)高潮。可以說(shuō)，我們正面臨著一個(gè)伴隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)飛躍的土木工程大發(fā)展的大好時(shí)期。而且這樣一個(gè)優(yōu)良的發(fā)展環(huán)境已經(jīng)受到并將繼續(xù)受到西方國(guó)家的急切關(guān)注。
    作為跨世紀(jì)的一代，這一大好形勢(shì)為我們提供了空前難得的施展才干、向國(guó)際水平?jīng)_擊的良好機(jī)遇。同時(shí)，我們也深深感到，這是一個(gè)“機(jī)遇”與“挑戰(zhàn)”并存、“合作”與“競(jìng)爭(zhēng)”交織、“創(chuàng)新”與“循舊”相爭(zhēng)的時(shí)代，如何把握世紀(jì)之交時(shí)土木工程學(xué)科的發(fā)展趨勢(shì)，開創(chuàng)具有中國(guó)特色、具有國(guó)際一流水平的土木工程學(xué)科的新紀(jì)元，是對(duì)我們跨世紀(jì)一代人的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
在土木工程的各項(xiàng)專業(yè)活動(dòng)中都應(yīng)考慮可持續(xù)發(fā)展這些專業(yè)活動(dòng)包括建筑物公路鐵路、橋梁、機(jī)場(chǎng)等工程的建設(shè)，海洋，水，能源的利用以及廢棄物的處理等等。
現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，特別是城市化進(jìn)程的加快，以混凝土、鋼鐵和玻璃幕墻為代表的現(xiàn)代城市建筑正在無(wú)節(jié)制地?cái)U(kuò)張，造成了環(huán)境破壞和人與自然的不協(xié)調(diào)。因此，建筑師和土木工程師應(yīng)努力樹立可持續(xù)發(fā)展的建筑觀，推行有效利用自然資源,如太陽(yáng)能、自然通風(fēng)、節(jié)能技術(shù)、材料循環(huán)利用等的設(shè)計(jì)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代建筑的建設(shè)以保障生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)為原則，真正使綠色建筑走人們的生活。
可持續(xù)發(fā)展的綠色建筑在設(shè)計(jì)上更加追隨自然，提倡應(yīng)用可促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)，不污染環(huán)境，高效、節(jié)能、節(jié)水的建筑技術(shù)和建筑材料。它是節(jié)能環(huán)保型的，注意對(duì)垃圾、污水和油煙的無(wú)害化處理或再回收，充分考慮保護(hù)周邊環(huán)境，包括施工中采用新的施工技術(shù)和無(wú)污染的建筑材料，盡量減少對(duì)建筑工地周圍樹木、植被、土地的破壞。當(dāng)然，我們應(yīng)特別注意工程建設(shè)中土地的節(jié)約。在建設(shè)工作中應(yīng)重視“變廢為寶”，如：粉煤灰利用、用廢橡膠筑路、碎玻璃制磚…
可持續(xù)發(fā)展最有效手段是減少能源的消耗。能源的40%消耗在建筑物中，30%用在交通上。因此，在設(shè)計(jì)和使用建筑物過(guò)程中，應(yīng)盡量尋求節(jié)約能源的方案，多利用風(fēng)能、太陽(yáng)能和再生能源。
四、中國(guó)的土木工程要走可持續(xù)發(fā)展之路
     我國(guó)的土木工程有自己的特殊性。
    “中國(guó)是世界上人口最多的國(guó)家，一項(xiàng)大資源被13億一除即變得微不足道，而一個(gè)小問(wèn)題乘以13億就成了大問(wèn)題。”劉西拉教授此語(yǔ)切實(shí)道出了我國(guó)的困難之所在。我國(guó)的煤、石油、天然氣、水、森林總量均居于世界前列，而人均占有量卻全部低于世界平均水平。人口、能源、教育、污染問(wèn)題已經(jīng)成為我國(guó)所面臨的四大嚴(yán)酷問(wèn)題。走可持續(xù)發(fā)展迫在眉睫。而土木工程，也必當(dāng)立足長(zhǎng)遠(yuǎn)，走出一條可持續(xù)發(fā)展之路。
    放眼世界，美國(guó)的現(xiàn)代化進(jìn)程可謂先進(jìn)，而現(xiàn)今資料表明：未來(lái)美國(guó)要投入16000億美元來(lái)解決已建工程的不安全狀態(tài)，譬如，氯離子所引發(fā)的建筑銹蝕等等。作為當(dāng)代土木工程師，在傳承前人輝煌成就的同時(shí)，也必須多多吸取已出事故的教訓(xùn)，在今后的工作中進(jìn)行創(chuàng)新改良，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。
 （1）發(fā)展高新技術(shù)，應(yīng)用結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展
   土木工程在實(shí)際使用過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)不同程度的損傷或性能退化，這將影響起承載能力和耐久性，甚至引發(fā)嚴(yán)重的工程事故，帶來(lái)重大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，產(chǎn)生嚴(yán)重的社會(huì)影響。因此，從建筑建成的一刻起，就要做好健康監(jiān)測(cè)、修復(fù)和加固的準(zhǔn)備。
    隨著現(xiàn)代傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)與通訊技術(shù)、信號(hào)分析與處理技術(shù)及結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析理論的迅速發(fā)展，人們提出了結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的概念，給土木工程的發(fā)展帶來(lái)革命性的變化。
    結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)在結(jié)構(gòu)上安裝各種傳感器，自動(dòng)、實(shí)時(shí)地測(cè)量結(jié)構(gòu)的環(huán)境、荷載、響應(yīng)等，對(duì)結(jié)構(gòu)的健康狀況進(jìn)行評(píng)估，科學(xué)有效地提供結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)管理的決策依據(jù)，確保結(jié)構(gòu)安全運(yùn)營(yíng)，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)使用壽命。
    近年來(lái)，大型土木工程特別是大跨度橋梁結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)技術(shù)成為國(guó)內(nèi)外工程界和學(xué)術(shù)界關(guān)注的熱點(diǎn)，通過(guò)科研和工程技術(shù)人員的努力取得了卓有成效的研究成果。國(guó)內(nèi)外近年新建的許多大型橋梁都安裝了結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，如我國(guó)的上海徐浦大橋、江陰長(zhǎng)江公路大橋、東海大橋、香港地區(qū)的青馬大橋，韓國(guó)Seohae橋和Youngjong橋、美國(guó)Commodore Barry橋和加拿大Confedration橋等。
    像這樣，通過(guò)發(fā)展結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與安全預(yù)警，在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)建筑可能出現(xiàn)的問(wèn)題，及時(shí)進(jìn)行修復(fù)與加固，既避免了可能出現(xiàn)的建筑事故，也基本解決了建筑過(guò)快老化損壞，不得不拆去重修的尷尬局面，及由此造成的大量經(jīng)濟(jì)、資源、時(shí)間上的浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)建筑使用的可持續(xù)發(fā)展。
 （2）合理利用自然資源，注重既有土木工程設(shè)施的再利用，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展
    “可持續(xù)發(fā)展是在不犧牲后代并滿足其需要能力的條件下，滿足當(dāng)前的需要”。
合理利用自然資源，則要在土木工程的建設(shè)、使用和維護(hù)過(guò)程中，土木工程師主動(dòng)做到節(jié)能節(jié)地，并最大限度地發(fā)揮既有土木工程設(shè)施的作用。
    比如，我們可以充分利用建筑綠化，在夏季有效降低灰磚墻表面溫度，從而減少空調(diào)的使用量；可以使用節(jié)能保溫型的多孔磚或復(fù)合墻體作為墻體材料，達(dá)到冬季保溫隔熱的作用；還可以太陽(yáng)能、地下熱能等新能源，減少不可再生資源用量的減少。
    另外，對(duì)既有建筑的再利用也是可持續(xù)發(fā)展的重要手段之一。這方面上海已經(jīng)取得不少成功的經(jīng)驗(yàn)：大量不用的廠房，很多已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)檎褂[廳、辦公樓、藝術(shù)家工作室等。這樣的改造再利用，既符合現(xiàn)代使用的要求，又節(jié)約了能源，避免了浪費(fèi)，不失為一種有效的辦法。
（3）開發(fā)利用再生資源和綠色資源，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展
    世界上每年拆除的廢舊混凝土，工程建設(shè)產(chǎn)生的廢舊混凝土等均會(huì)產(chǎn)生巨量的建筑垃圾。我國(guó)每年的施工建設(shè)產(chǎn)生的建筑垃圾達(dá)4000萬(wàn)噸，產(chǎn)生的廢混凝土就有1360萬(wàn)噸，清運(yùn)處理工作量大，環(huán)境污染嚴(yán)重。此外，我國(guó)是20年來(lái)世界水泥生產(chǎn)的第一大國(guó)，而這本身是一項(xiàng)高耗資源、高耗能、污染環(huán)境的行業(yè)。
與其他材料相比，鋼材和再生混凝土較為符合綠色建材的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)當(dāng)大力發(fā)展這樣的綠色建材。
    對(duì)此，日本的愛知世博會(huì)，給我們上了生動(dòng)的一課：材料方面，世博會(huì)的各種建筑材料表面上看很高檔，但是很多都是廢物利用。許多木版都是由建筑用木材廢料加工而成，到處擺放的坐椅，是電視機(jī)殼粉碎后制成。豐田展館內(nèi)壁由回收的廢紙加工而成，長(zhǎng)久會(huì)場(chǎng)日本館，既追求了人與自然和諧，也節(jié)約了經(jīng)濟(jì)開支，所使用的大部分鋼材和木料，都可以回收利用。同時(shí)，竹壁的優(yōu)越性在3到9月愛知的酷暑也顯現(xiàn)無(wú)遺。竹子本身的性能大大降低了室內(nèi)溫度，空調(diào)的使用也明顯減少。這一點(diǎn)給了我眾多的思考：在建筑選材方面，在合適之處應(yīng)用自然的可再生資源，節(jié)約開支的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了生態(tài)與建筑的和諧可持續(xù)發(fā)展，何樂(lè)而不為呢？
    另外，在日本愛知世博會(huì)長(zhǎng)久手會(huì)場(chǎng)，繭狀日本館為減少熱負(fù)荷，利用墻面綠化、生物降解塑料材料和間伐木材(森林中被砍掉的細(xì)木材)實(shí)現(xiàn)了環(huán)保功能。以“自然的智慧”為主題的愛知世博會(huì)，展館建設(shè)大量應(yīng)用現(xiàn)代科技成果，突出環(huán)保性和功能性，反映出人類對(duì)自然美的孜孜追求。而這，也應(yīng)當(dāng)是未來(lái)土木工程師要學(xué)習(xí)和發(fā)展的方向。
我國(guó)建筑中，李國(guó)豪教授設(shè)計(jì)的揚(yáng)浦大橋也堪稱經(jīng)典。引橋部分的螺旋式上升結(jié)構(gòu)，節(jié)約人民幣數(shù)億元，是土木工程實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性可持續(xù)發(fā)展的典范。
    當(dāng)然，可持續(xù)發(fā)展，絕不是一味地追求節(jié)省，而是要尋求一種最合理的中間狀態(tài)，既要保證建筑有足夠的創(chuàng)意，也要追求完美的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，以最少的投入獲得最大的效益。我們依舊還是要?jiǎng)?chuàng)造經(jīng)典，但是絕不能建立在揮霍金錢，建立在耗費(fèi)更多的資源、能源的基礎(chǔ)之上?，F(xiàn)今，建筑世界已經(jīng)進(jìn)入到生態(tài)美學(xué)的時(shí)代，注重文化、生態(tài)、工程與環(huán)境之間的關(guān)系，注重人性化、節(jié)能與可持續(xù)發(fā)展，才是當(dāng)代工程師的著眼方向。
 五、我國(guó)的土木工程實(shí)例
   我已經(jīng)在上文中提及了許多土木工程實(shí)例，也述說(shuō)了我對(duì)它們的一些認(rèn)識(shí)。下面，我想注重談一下對(duì)蘇通大橋的了解。
    蘇通大橋連接蘇州與南通兩座古城，如今正在顯露雄姿。這座全長(zhǎng)３２.４公里的大橋，是在建中的世界第一大橋。
    據(jù)蘇通大橋建設(shè)副總指揮何平介紹，蘇通大橋由跨江大橋工程和南、北岸接線工程三部分組成。全線采用雙向六車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)。大橋總投資約６４．５億元，預(yù)計(jì)２００８年底建成。蘇通大橋的建設(shè)過(guò)程將攻克一系列世界性難題，并創(chuàng)造四個(gè)世界之最。
    最大主跨。蘇通大橋?yàn)樾崩瓨?。斜拉橋自上世紀(jì)５０年代開始修建，世界上已建成的各類斜拉橋有２００余座。目前世界上已建成的最大跨徑斜拉橋?yàn)橹骺纾福梗懊椎娜毡径喽嗔_大橋，在建的香港昂船洲大橋主跨１０１８米，蘇通大橋跨徑１０８８米，建成后將成為世界最大的跨徑斜拉橋。
    最深基礎(chǔ)。蘇通大橋主墩基礎(chǔ)由１３１根長(zhǎng)約１２０米、直徑２.５米至２.８米的鉆孔灌注樁組成，承臺(tái)長(zhǎng)１１４米、寬４８米，面積有一個(gè)足球場(chǎng)大，是世界規(guī)模最大、入土最深的橋梁樁基礎(chǔ)。
    最高塔橋。目前已建最高橋塔為多多羅大橋２２４米鋼塔，蘇通大橋塔為高３００.４米的混凝土塔，比在建的香港昂船洲大橋橋塔高６米，為世界最高的橋塔。
    最長(zhǎng)拉索。蘇通大橋最長(zhǎng)拉索為５７７米，最大重量為５９噸，比多多羅大橋斜拉索長(zhǎng)１００米，為世界上最長(zhǎng)的斜拉索。
    交通部總工程師鳳懋潤(rùn)說(shuō)，蘇通大橋是世界第一跨度斜拉橋，將成為中國(guó)由橋梁大國(guó)向橋梁強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變的第一個(gè)標(biāo)志性建筑。
參考文獻(xiàn)
[1](英)斯科特(Scott,J.S.)撰 《土木工程》[M] 中國(guó)建筑工業(yè)出版社
[2]丁大鈞，蔣永生編 《土木工程總論》 [A] 中國(guó)建筑工業(yè)出版社
[3]呂志濤 《江蘇建筑》[J]. 南京:中國(guó)工程院東南大學(xué)土木工程學(xué)院
[4] 何燦 張克 《今日科苑》[J] 湖南省長(zhǎng)沙市中南大學(xué)土木建筑學(xué)院
[5] 鄒新峰 《山西建筑》[J] 浙江建院工程咨詢有限公司