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工程制图与土木工程论文戴晓亭 10418210（盐城师范学院 物理科学与电子技术学院10（12）班，盐城224002）摘要：土木工程也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。土木工程的范围非常广泛，它包括房 屋建筑工程、公路与城市道路工程、铁道工程、桥梁工程、隧道工程、机场工程、 地下工程、给水排水工程、港口码头工程等。土木工程有着漫长的发展历史，现 在正飞速的发展着，未来也会继续的发展。作为新世纪的工程师，要根据新形势 发展来不断提高自己的综合素质，努力成为符合时代要求的土木工程师。 一、土木工程的发展历史古代土木工程 土木工程的起源几乎是和人类文明的发展同步产生。远古人类利用树枝，岩 石，泥土等材料构筑巢穴或者为掩埋死者而建造墓穴，这些都可以认为是土木工 程的雏形。 古代土木工程具有很长的时间跨度，土木工程发展得相当缓慢。工程技术的 传承主要是以经验的形式进行，长期徘徊在一个较低的水平上。没有或者只有很 少的专门的机械工具可以使用，所使用的材料主要是来自天然的木材、石料。但 也取得了一些辉煌的成就，如文明古国的不少传世杰作，至今巍然屹立。譬如我 国的长城，埃及的金字塔等。这些古代的宏伟土木建筑今天都成了文明的标志。 近代土木工程 近代土木工程的时间跨度从 17 世纪中叶到 20 世纪中叶， 前后约 300 年时间。 在此期间，建筑材料从以天然材料为主转向以人造材料为主，建造理论也从主要 以总结长期建造经验向重视科学兼顾经验转变。建造技术方面，一些性能优异的 大型机械伴随着各种极为有效的施工方法的出现， 使得人们开始能建造结构复杂 或所处环境恶劣的土木工程。期间建成的埃菲尔铁塔、帝国大厦和金门悬索桥， 至今仍不失为伟大的土木工程。 随着自然科学的发展大大加速了土木工程发展， 力学和数学的发展使得土木 工程由定性的经验主义的年代进入了定量的科学分析的年代。成为系统的，正式 的科学。在这一时期，土木工程所采用的材料也由木，石等天然材料过度到混凝 土，钢材，玻璃，工程塑料等人工材料。这些材料相对以往的木石材料，具有更 好的物理性能。这同时也推动了新的结构理论的突破。 现代土木工程 现代土木工程起始于 20 世纪中叶，发展至今。土木工程在建筑材料、结构 理论和建造技术方面都取得了极其巨大的进步。 建筑材料方面，高强度混凝土、高强低合金钢、高分子材料、钢化玻璃越来 越多地出现在建筑上。结构理论方面，利用电子计算机强大的运算和绘图能力， 力学分析和计算的结果更加符合结果的实际情况，使得在结构设计上更为可靠。 对于建筑技术， 已经发展到机电计算机的一体化， 施工过程中， 不论是上天、 入地还是翻山、下海，都已不是施工的障碍了；而焊接技术的普遍使用，也使得 钢结构的发展进入了一个新的阶段。 现代土木工程造就的举世瞩目的建筑有：我国台北的国际金融中心，上海金 茂大厦，马来西亚吉隆坡的石油大厦双塔楼，法国的诺曼底斜拉桥等。 二、土木工程的现状土木工程发展到今天已经成为了一门综合集成的学科。 具有详细的分工和成 熟的制度和比较完备的理论体系。 自然科学和社会经济的飞速发展为土木工程的 发展提供了丰富的理论武器和专门设备，也拓展了土木工程的范围。社会信息化 的进步让工程师们的经验可以更加容易的保存，交流和传承。经验的大量积累也 为理论的突破创造了条件。 理论发展 一） 基础理论 现代的土木工程已经是一个多学科交叉的综合， 相关的自然科学和社会科学 学科的进步都会对土木工程的发展产生影响。作为土木工程理论的一个支柱，力 学在已取得了巨大的发展。现在的理论力学已经达到了一个相当成熟的境界。本 世纪初，随着边界层理论的发展，流体力学逐渐发展，并在此基础上发展出了湍 流理论。固体力学也有很大的发展，对土木工程有直接作用的断裂力学的发生使 得工程师们可以比较可靠的估计建筑物的强度和可靠性。 这一发展改变了设计的 观念，大大推动了结构研究的发展。预应力理论的提出标志着力学理论进入了一 个新时期。另一方面，有限元分析等新的数学分析方法在计算机技术的支持下迅 速发展，拓宽了工程师的研究对象，使得工程师们能够把握更加复杂的系统。数 学工具和计算机技术的发展也使得一些以前无法分析的问题可以为工程师们所 掌握。材料科学的发展为土木工程带来了广阔的发展空间，新的工程材料，如碳 纤维，高强度混凝土，高分子复合材料等加入到土木工程的应用中来，为工程师 提供了更多的选择。 二）空间结构 材料和施工技术的进步必然推动结构理论的进步， 现实需要也起到了很大的 作用，20 世纪大工业的发展对结构提出了很高的要求，结构理论在这双重推动 下迅速发展，球壳结构，网架结构，薄膜结构等纷纷在实践中得到运用和发展。 在不同的专业方向上，随着超高层建筑的发展，结构理论也不断发展，从框架到 剪力墙再到筒式体系，越来越成熟。在桥梁工程方面，从比较原始的板梁桥，拱 桥发展到现代常用的斜拉桥，悬索桥。发展不但体现在形式上，而且也体现内涵 上。多种技术的交叉运用突破了单纯的桥梁结构的种类划分。并且出现了一些独 特的斜桥和曲线桥。 工程实现的现状 一） CAD 的广泛应用 电脑在土木工程设计上的重要性早已体现出来。利用电脑绘制各类平面、立面、 剖面、细部等二度空间图集已成为全球事务所的标准方法。CAD 技术使得工程 师从烦琐的绘图作业中解放出来，大大提高了效率。CAD 最重要的一个功能是 它的虚拟现实功能，可以直观的反应和模拟建筑的外观，结构，以及在不同外力 作用下的效果。 二）标准化和规范化 和工业化大生产相适应，土木工程也经历了一个标准化规范化的过程。现在土木 工程的规范化和标准化已经达到了相当的高度，不仅仅完成了单位和术语的统 一，也形成了一整个由行业规范和国家强制标准共同构成的标准体系。统一的标 准和规范使得技术资料有更大的通用性，同时也保证工程设施的可靠性。 三）工程中的优化管理 土木工程由图纸走向现实，这个过程中关系到很多的因素。比如成本问题，技术 问题，资源问题，工期问题以及这些问题的综合衔接等。这些因素也不是一成不 变的，新的技术也许会增加单位成本，但是可以减少材料的用量，或者可以缩短 工期。 工程建成后的使用也会遇到很多的问题。 这些都有待于以管理手段来处理， 特别是在复杂工程中更是如此。 三、 未来土木工程的发展一） 技术理论的继续发展 在可以预见的将来，土木工程工程技术理论的核心部分仍然是力学，新的分 析方法和新的数值处理方法将是土木工程中力学的突破方向。 在对复杂结构和流 体介质等情况下的受力分析和近似上，现有的方法仍然具有很大的局限性。更加 专门化的数学在将来也应该有很大的发展， 用以处理土木工程技术中复杂的数值 问题。更先进的电子计算机的应用，使得对复杂的情况的模拟更有把握，更接近 于现实。力学也会突破宏观框架，向微观发展，控制论、虚拟现实等技术将在力 学中加深影响。 另外，土木工程学科将向周围继续发散，与材料，环境，化学，电子信息， 机械，城市规划，建筑等相关学科进一步的交叉，融合，互相支持，互相服务。 土木工程内部的次级学科也同时会在现实需要的推动下产生出新的学科， 如对城 市地下空间的大规模利用就使得新的地下规划学科有了产生和发展的必要。 不同 次级学科的理论也会相互渗透， 比如现在就有一些大型体育场馆采用了类似桥梁 的悬索结构。 二）工程材料向轻质、高强、多功能化发展 近百年来，土木工程的结构材料主要还是钢材、混凝土、木材和砖石。21 世纪在工程材料方面希望有较大突破。在纳米研究的过程中，研究人员发现了一 些具有多种特异性质的材料。这在将来有可能成为土木工程中的常用材料，甚至 有希望取代现在的钢，水泥等材料成为主要的结构材料。历史上的经验证明，每 一次材料的飞跃，也同时将促使工程技术产生飞跃。在实验室中已发现了一些自 重轻，强度极高的材料。如果得以应用，这使得建筑物的高度可以轻易的突破现 有的极限，甚至可以达到地球同步轨道的高度。 三） 信息和智能化的引入 信息时代正在迎面走来，其他学科和其他方面的新观点新技术，必然的也会 影响到土木工程。 信息化的特点将更深的渗透到未来的土木工程中，重点不仅仅限于 CAD 方面， 也对工程进度的管理， 运行中数据资料的收集， 分析， 整理。 以及对建筑物结构， 强度，可靠性的分析和相应对策的决策等。这些也是主动控制和智能化实现的基 础。 智能化对今后的土木建筑构造物的维护有很大的意义。 比如可以使用植入的 传感器配合电子计算机实现对建筑全方位的实时的监控， 及时掌握整个建筑物的 状态。我国现在正是基本建设的高潮，20-30 年后，现在这些建筑物逐渐进入维 护期。如果能在现在建造过程中就做好各种信息智能化准备工作，对今后维护也 大有帮助。 四）工程对象的扩张 伴随着其他方面的科技的发展和人类活动的扩张， 土木工程的工程对象也会 随之扩张，在可以预见的将来，人类的活动将向地下，海洋和太空的发展。土木 工程在新材料，新科技等的支持下，在这些方面也大有用武之地。一些学者对此 提出了一些很有创意的，同时也合情合理的设想，比如环绕全球的超音速磁悬浮 隧道，这是一个土木工程和最新科技相集合的范例。相当部分的工程将在大洋底 部进行，这对现在的结构设计和施工技术都是一大考验。中国工程院的院士们也 曾提出过中国城市地下空间利用的战略对策。以解决城市的可持续发展问题。 五）可持续发展和人性化 这两项要求是与社会经济的发展相适应的， 社会的发展要求更加充分合理的 利用资源，社会生活水平的提高也提高了对土木建筑设施人性化的要求。 整个土木工程过程是建立在对资源和能源的不断消耗上的， 在可持续发展成 为整个社会的主题的时候，土木工程也必然的要面对这个问题。对资源和能源的 节约，包括在建设中的和使用过程中的，成为土木工程以后的一个方向，这要求 有良好的设计和有效的运作管理机制，土木工程构筑物在它的整个寿命周期，从 规划，设计，建造到建成后的使用，维护，拆除都要尽量的将对环境的影响降到 最小，同时尽可能大发挥它的社会经济效应。这对土木工程提出了新的要求，具 体的要求包括，资源的保护，资源再利用，污染控制和全方位的质量。 人性化则是近年来兴起的， 主要是在体现在关系到人们日常生活使用的工业 民用建筑方面。 在今后将得到更多的重视， 并扩散到其他的土木工程领域。 设计， 施工，维护，使用都对土木建筑提出了人性化的要求。 四、新形势下的土木工程师一）知识结构 成为一个工程师必须具备相当的知识，主要是专业知识，也同时应该具有 其他方面的相关知识， 土木工程的具体实践也决定了我们所应该的掌握的知识。 基础课的阶段包括了政治，法律，人文等社会科学内容，这些是基本的应有的 素质，数学，物理，化学等于今后的专业课关系较为密切，也是常用的工具。 语言，计算机，信息等科目则是侧重于实用性。专业基础课涵盖了本专业可能 涉及的各个方面的内容，是专业课的前奏。包括了工程数学，工程力学，建筑 材料等理论知识，也包括了工程测量，工程制图等实践技能。由于土木工程的 社会属性，所以也应该具有施工技术，工程经济，建筑管理等与社会相关的科 目。专业课阶段则是向深度发展，力求在一个专业方向上达到相当的深度。 二）应用能力 自学能力，业务能力，公共关系能力这是土木工程师所应具有的最基本的能 力。自学能力包括独立获取和分析信息的能力，总结和综合的能力等，这是保持 跟上时代发展的必然要求，在现在这个知识更新相当快速的年代，学校学习的知 识显然不足以满足实际运用的需要，通过自学获得这些知识是一个必要的途径。 业务能力主要是侧重于专业素质方面，这是无庸质疑的，包括工程测量，测试与 实验，结构分析与设计等，业务能力的提高主要来自于不断的实践和总结，公共 关系能力则是土木工程社会化的需要，包括表达能力，协调能力等。 除了这三中基本的能力之外， 还有一些能力因为所从事的工作不同而有不同的侧 重，从事研究工作的特别强调创新能力，创新是科学进步的动力。对于从事具体 施工实践，应变能力显得较为重要，因为在施工实践中经常会有各种出人意料的 事件，及时调整策略应付这些事件对保证工程的质量和工期有直接的作用。而主 要从事管理工作的将要求有更多的组织能力，以保证管理工作的顺利进行，这些 能力都属于高级能力，是一个综合的体现。一个人的一生都对从事多种的工作， 所要求的能力也不是一成不变的。 这要求一个合格的工程师应该在各个方面都有 所准备，良好的基本能力将有助于这些准备和转变。 三）人格素质 同济大学提出了“知识，能力，人格”，人格在工程师的素质是一个关键的 因素，对前面两者起着类似正负因子的作用。一个合格的工程师首先应该是一个 合格的个人。除此之外，由于土木工程师的特殊性，还应具有一些更高的品质。 首先的是踏实严谨，土木工程建筑构造一般都是直接服务于人们的，要求极高的 安全性和可靠性。一旦破坏，可能造成严重的后果。作为一个工程师，应牢记自 己的职责， 细致严谨的完成工作。 同时也应该具有怀疑的精神和不断进取的态度。 工程师作为一个科学工作者，应该保持着这种对科学的追求。同时工程师也是一 门职业，必须恪守工程师的职业道德，保持诚信，不弄虚作假。 五、结语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。我们作为未来的土木工程师，不但要继承和 发扬老一辈工程师的严谨求是，正直诚信，创新进取的优良品质，也要用现代的 科学理论武装自己，不单包括专业知识，也包括的其他方面的知识。而且我们要 应该在实践中不断锻炼、总结和提高。 土木工程既是一门科学，同时也是一门应用技术，是为人类服务的的职业， 是它建设了整个文明的物质基础。 土木工程的根本工作目的就是不断的提高生活 的质量。所以我们不仅仅是一个工程技术人员，更是一个社会的建设者，积极的 投身社会建设是我们应尽的责任。 参考资料 1 叶志明、江见鲸主编， 土木工程概论 （第二版） ，北京：高等教育出版社， 2004 2、杨春风主编， 道路工程 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