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有关土木工程可持续发展战略分析
优质期刊推荐土木工程现状与前景展望
&土木工程的前沿发展领域
未来土木工程技术发展研究主要包括，工程结构的安全性和耐久性，土木工程与可持续发展，工程建设标准规范体制改革，土木工程计算机技术新进展，材料科学与工程新进展，现代高层建筑结构，工程结构的减震技术，大跨度空间钢结构的最新进展及工程应用，轻钢结构的发展与应用，纤维增强复合材料在土木工程结构中的应用与发展，混凝土结构的检测与加固，工程管理专业与工程管理学科的建设与发展，工程项目管理前沿知识，房地产业及其与社会经济的协调关系，交通规划的现状与发展展望。
2 土木工程未来的发展趋势
2.1 进一步发展高层、大跨结构，钢结构将得到加速发展，相关的问题将成为研究热点：
(1)大跨结构体系及关键技术，大型复杂结构体系的现代设计理；
(2)针对高层钢结构的体系与布置、结构的动力特性、结构的可靠性评价、结构的空间稳定、各种设计荷载和钢结构可靠度的比较研究；
(3)研究和开拓各类杂交空间结构体系和巨型网格结构体系；
(4)研究各类大跨空间结构的实用分析方法，包括结构临界荷载的分析方法，结构实用抗震分析方法，常用曲面风载体型系数的计算等；
(5)革新大跨空间结构的施工方法，发展和推广空间结构的高空悬挑安装法及地面安装、整体提升或顶升的施工安装方法；
(6)钢-混凝土组合结构抗震设计研究(这方面研究国内外都很少开展)；
(7)钢结构的抗火设计和防腐设计等。
2.2 防震抗风与减灾
随着超高层、超大跨桥梁和大跨结构等大型复杂结构的兴建，结构设计呈现更长、更高、更柔的发展趋势。许多情况下风荷载和地震荷载已成为结构设计的控制因素。因此大型复杂结构体系抗风抗震的设计理论及其相关问题将被进一步关注。相关的研究课题将包括设计地震动及灾害性风荷载的作用机理；超高层建筑结构体系的抗风与抗震，特大跨度桥梁的结构体系及抗风抗震。同时。以柔克刚。的抗震思想在结构振动控制技术中将进一步得到体现，现代振动控制将向自适应控制、智能控制、吸震减震技术研究方向发展；土木结构健康监测、灾害结构响应控制等基础性的研究将会进一步加强。
2.3 预应力混凝土材料及技术
预应力混凝土材料及技术本身将有所创新和发展，并将推动新材料、新技术、新理论及新设计方法不断涌现。其应用研究将主要体现在以下几方面：
(1)混凝土将继续朝高强、高性能方向发展；免振混凝土、密筋混凝土可能在结构中试用；
(2)大直径、大截面钢绞线的研制、生产；超过2000级的高强钢绞线也可能推出；镀锌、环氧涂层钢绞线将被采用；不锈钢绞线的应用将有大的增长；耐久、轻质(重量只有钢材的20%)、更高强(&2000)的高性能纤维加强塑料筋将较多地获得应用；碳纤维加劲塑料()、玻璃纤维加劲塑料、芳纶纤维加劲塑料。
(3)新型无粘结预应力筋及体外预应力配筋将得到开发和应用；
(4)预应力混凝土结构的耐久性、抗火、抗震、抗爆等性能研究及它们的设计方法研究；
(5)预应力混凝土与钢筋混凝土的结合，预应力混凝土与纤维混凝土的结合以及其它材料的结合；
(6)预应力轻混凝土的发展和预应力混凝土结构的计算理论的完善以及预应力混凝土结构的拆除、重建方法以及预应力作为结构加固和调整内力的措施的研究；
(7)发展和推广现代预应力空间结构体系，一是研究和推广应用预应力技术来提升结构刚度，调整结构风力的分布，如预应力网格结构、预应力斜拉网格结构；二是研究通过预应力技术来形成新的空间结构，如张弦梁结构、张拉整体结构和索穹顶结构等。
2.4 大力发展高性能混凝土
美国混凝土学会将高性能混凝土定义为具有易灌实、易密实，不离析，能长期保持优越的力学性质，早期强度高、韧性好，体积稳定、在恶劣环境下使用寿命长等所要求性能的匀质混凝土。1992年里约热内卢召开的地球峰会将“可持续发展”定义为“与地球生态系统相协调的经济活动”。指出对环境无害的混凝土技术的基础赖以建立的3个主要支柱是对混凝土原材料的节约、混凝土耐久性的提高以及混凝土技术从简约法到整体法的转变。因此发展高性能混凝土必须采用可持续发展的、对环境无害的混凝土技术，在研制各种外加剂和胶凝材料的同时，更应大力研究骨料替代、水泥替代和矿物掺料的使用等利用废弃材料来改善混凝土的性能，提高其耐久性的方法。如：采用轧碎的废弃混凝土代替碎石，用粉煤灰中的飞灰或细灰作硬凝材料；采用炼铁副产品高炉矿碴代替水泥；用粉煤灰及高炉矿碴作水泥的混合料或混凝土的矿物掺料等。
2.5 地下空间可持续开发的研究
进行地下空间的开发，主要是改变了地层原始分布状态，从而引发地层内部及地面环境的改变。为使地下空间可持续地开发，需研究以下几个问题：
(1)水文地质条件的改变地下空间结构的建造与形成改变了地下水径流的路线，破坏了原有的补给关系，从而改变了地下水资源的分布形式与赋存状态，并影响到地表的植被生长；
(2)地下空间开发对原有的生态平衡产生破坏作用地下空间开发破坏原有动植物的生态环境，从而影响地理气候条件，欲恢复原有生态平衡要进行相关的研究和改造；
(3)地下空间开发对地面原有建筑物的安全将产生影响地下岩体工程开挖将破坏原有地层应力的分布，无论采用何种技术措施，都要或多或少地影响到地面原有的建筑物的安全。
又由于地面各种建筑物、市政工程等设施的结构形式、服务年限不同，因此，即便在相同的变形影响下，对各种建筑物的安全影响也不一致，因此，在建设之前要进行整体区域与个别建筑设施评价相结合的方式进行相关的研究和评价，以确保建设区地面的安全。
2.6 岩土锚固技术的应用领域将不断扩大
应用研究将进一步拓展：岩土锚固技术除在地下工程、边坡工程、结构抗浮工程、深基坑工程中继续保持着良好的发展势态外，在重力坝加固工程、桥梁工程以及抗倾覆、抗地震工程中的地层锚固则有着长足的进展；同时锚杆锚固机理的相关研究仍为土木工程界的热点和难点，包括锚杆锚固机理的现场实验研究、不同岩体和土体中锚杆锚固机理的数值模拟、锚杆加固边坡和地下开挖洞室内壁的锚固机理的研究、群锚效应的研究、重复荷载与地震效应对锚杆影响的研究。
2.7 基于可靠度的结构优化方法的应用研究将成为土木工程中的一个热门
结构优化理论是20世纪60年代建立起来的，目前已在飞机、船舶、机械等制造行业和重要的大型土木工程中得到应用，取得显著的经济和社会效益。但这种优化方法尚未在土木工程中得到普遍应用，优化的要求也未能在规范中得到体现。从土木工程的性质来看，工程的优化设计应包括以下内容：
(1)工程项目的可行性分析与论证；
(2)工程系统的组成和结构选型；
(3)工程系统的全局优化；
(4)基于可靠度的多目标复杂结构优化设计方法；
(5)工程系统与结构的实施规划和施工力学；
(6)工程系统的科学管理和维修；
(7)工程经济学与设计心理学。
结构的可靠度优化设计是在传统的优化设计的基础上发展起来的。国外真正开始这方面的研究始于20世纪70年代后期，随着结构优化研究和可靠度研究工作的深入，基于可靠度的结构优化方法的研究开始针对具体结构，并通过引入随机有限元法来分析结构进行优化，并通过建立大系统的观点和工程系统的全局优化的思想，进行工程项目的可行性分析和总体布置的决策优化。
3 地下工程开发和利用的可行性
3.1 社会发展的需要与经济可行性
地下空间的开发目前正得到世界各国的高度重视，城市地下空间的范围是指城市规划内
地表以下的空间.联合国自然资源委员会已于1981年5月正式把地下空间确定为重要的自
然资源.开发和利用地下空间能够有效地缓解城市发展与我国土地资源的紧张矛盾，对于提高土地利用率，扩大城市生存和发展空间具有重要的现实意义和深远的历史意义.据预测，21世纪初世界人口将增加到85亿，其中45亿人口将生活在城市里.到2010年世界上将有500多个百万人口以上的大城市，其中26个城市达到1000万人以上的人口.首次出现居住在城市的人口比居住在乡村的人口还多.城市人口、地域规模、城市的生存环境和21世纪城市持续发展战略是当今世界的最热门话题.
城市现代文明和社会进步的标志，是经济和社会发展的主要载体.伴随着我国城市化进
程的加快，城市建设快速发展，城市规模不断扩大，城市人口急剧膨胀，许多城市不同程度上出现了用地紧张、生存空间拥挤、交通堵塞、基础设施落后、生态失衡和环境恶化等问题，被称之为“城市病”，给人类居住带来了很大的影响，也制约了经济和社会的进一步发展，成为现代城市可持续发展的障碍.如何治理“城市病”，提高居民的生活质量，达到经济与社会、环境的协调发展，成为亟带解决的问题.城市地下空间开发利用，是城市经济发展和空间容量的迫切需求的客观需要.其标志是人均国民生产总值超过500美元，才能进入开发利用地下空间阶段.人均生产总值超过1000美元，开发利用地下空间达到高潮.我国现阶段人均国民生产总值已超过600美元，沿海城市超过1000美元.又由于我国人口众多、城市拥挤、环境污染严重、人均土地资源少，因此开发地下空间势在必行.据调查，我国城市浅层地下建筑造价不到地面建筑造价的3~4倍.目前我国城市地下空间开发不需要支付或支付很少土地费用，因此开发地下空间就具有了很大的吸引力.工程实践表明，地下空间开发在我国一些大城市特别是沿海城市条件已基本成熟，而且是现代城市开发的必然趋势.
城市地下空间是一个十分巨大而丰富的空间资源，如果得到合理开发，其节省土地资源的效果是十分明显的.一个城市的可发展利用的地下空间资源量一般是城市的总面积乘以开发深度的40%.如果合理开发深度为100m，以北京为例，其地下资源量为1193Gm3，可提供64Gm3的建筑面积，将大大超过北京市现有建筑面积.
按照现有的科技发展水平和施工条件，地下空间一般按立体、分层开发，地下一层3m~
5m，布设公共事业管网的干线和支线、共同沟.地下2层深度6m~10m，地下步行商业街、停车场、地铁车站、地下文化娱乐厅等.地下3层10m~30m，配置地下铁道区间隧道、地下河(排水沟渠)、立型地下停车场等.地下垃圾收集站、加工厂、放射性和有毒的固体垃圾，应存放在更深的地层中.
目前我国已有约20个城市进行了地铁系统的规划和具体实施阶段，先后提出25项地铁和轻轨项目，总长度达到320km正在施工阶段.如上海地铁2号线、北京复八线、广州地铁1号线、天津地铁延伸线、青岛地铁1号线等等，许多项目已进入实施阶段，由此说明，我国地下空间开发已进入建设的初期阶段，很快将进入建设的高峰期.
3.2 技术可行性
我国城市地下工程建设起步较晚，但随着地铁、隧道、地下商场、仓库和防空等工程的建设，特别是近几年来的工程建设与实践，城市地下空间技术得到了飞速的发展和提高.目前我国城市地下工程建设主要施工方法有明挖法、暗挖法、盖挖法、盾构法、沉管法、冻结法及注浆法等，这些技术已经达到了国际先进水平，这也为地下空间开发提供了宝贵的经验.同时新的高性能材料的出现，如高强活性粉末混凝土的抗压强度可达200Mpa~800Mpa、钢纤维混凝土及新的防渗堵漏技术的发展，将为地下工程的综合开发和利用提供技术保障.
3.3 地下空间开发需研究和解决的问题
地下空间开发所引起地球环境的变化，主要是改变了地层原始分布状态，从而引发以下
(1)水文地质条件的改变.地下空间结构的建造与形成改变了地下水径流的路线，破坏了原有的补给关系，从而改变了地下水资源的分布形式与赋存状态，并影响到地表的植被生长.
(2)地下空间开发对原有的生态平衡产生破坏作用.地下空间开发破坏原有动植物的生态环境，从而影响地理气候条件，欲恢复原有生态平衡要进行相关的研究和改造.
(3)地下空间开发对地面原有建筑物的安全将产生影响.地下岩体工程开挖将破坏原有地层应力的分布，无论采用何种技术措施，都要或多或少地影响到地面原有的建筑物的安全.又由于地面各种建筑物、市政工程等设施的结构形式、服务年限不同，因此，即便在相同的变形影响下，对各种建筑物的安全影响也不一致，因此，在建设之前要进行整体区域与个别建筑设施评价相结合的方式进行相关的研究和评价，以确保建设区地面的安全.
21世纪桥梁工程发展前瞻
4.1 学科发展
如前所述，本世纪以来桥梁结构工程已发展成系统性的工程学科，主体框架已构筑完毕，但远未完善。可以预见，未来的世纪，这些分支将得以独立发展成熟，同时也会相互渗透。桥梁抗风领域，大跨度桥梁风致振动控制技术将成为研究的热点，试验仍将以风洞为依托。随着计算机技术的不断更新进步，数值风洞技术可望有突破。随着计算机微处理器技术的迅猛发展，桥梁CAD技术将面临新的发展机遇。集结构分析、工程制图、工程数据库及专家系统的桥梁CAD软件将会问世，并将迈入桥梁设计的网络时代。
桥梁施工控制技术将进一步发展，GPS(Global Positioning
System)技术的应用将成为施工测量技术研究的热点。基础工程发展的重点在于海洋钻井平台技术的引进。旧桥加固检测技术的开发应用将成为下一世纪桥梁工程领域的另一道风景线。
4.2 超级跨海工程
超级跨海工作前期工作的开展可以从建设“硬件工程”和“软件工程”两方面着手。所谓硬件工程，首先是新材料的研制与开发，它将是超级跨海桥梁工程成功的决定性因素，对节约工程造价、缩短施工周期均有重大的意义。其次是施工工艺、施工技术的更新。它是超级跨海工程实现的前提。由于超级跨海工程规模宏大，施工作业只限于海上，受周围环境、气候的影响极大，传统的架设技术将无法适应，施工难度将难以预料，因此要求对现有的施工工艺及技术进行不断更新。所谓软件工程，首先是从理论上认清超级跨海大桥结构中可能存在的力学难点及其对策，为今后超大跨结构的设计、施工扫清障碍。其次研究科学的决策思想及施工管理体制将是超级工程成功的保障。
6 争取人类未来的生存空间
6.1 向高空延伸
现在人工构筑物最高的为曾达到646m的波兰Gabin227kHz的长波台钢塔，由15根钢纤绳锚拉。该塔在使用15年后，从顶部开始更换纤绳。由于在更换顶部第2根纤绳时忽略了一些因素，导致桅杆于日整体倒塌。波兰议会决定重建该塔。日本提出建造X-SEED4000超整体都市结构，高4000m，其高度超过富士山(海拔3776m)，实为“空中城市”。城市活动安排在2000m以下，其上部一半将为自然和空间观察中心，能源厂和空中全景眺望处等场所，有效面积()&104m2。居民可达000[2，19]。
6.2 向地下发展
1992年，联合国环境与发展大会通过了著名的《关于环境与发展的里约热内卢宣言》，制订了21世纪议程，得到了世界各国的普遍认同，发达和发展中国家，都把可持续发展作为国家宏观经济发展战略的一种必然选择。我国也已编制完成并公布了5中国二十一世纪议程6，向世界作出了可持续发展的承诺。我国城市化水平从1990年的18.96%提高到1998年底的30.4%，预计到2010年及21世纪中叶将达到45%和65%。实施城市的可持续发展必须节约资源，保护环境，实现城市经济和建设与资源、环境的相互协调[1，18]。
城市发展与土地资源紧张的矛盾，是持续城市化面临的最大挑战，出路在于集约城市土地资源，开发利用地下空间。国外城市地下空间开发利用的经验是：把一切可转入地下的设施转入地下，城市发展的成功与否取决于地下空间是否得到了合理的开发利用。地下空间由于岩土具有良好的隔热性，实践表明，地面以下1m，日温几乎没有变化，地面以下5m的室内气温常年恒定。因此将建筑物全部放在地下岩土中，比地面建筑要明显少消耗能量。更应特别指出的是，地下空间开发利用为自然能源的利用，特别是可再生能源的利用，为太阳热能和天然冰块的地下贮存等，开辟了一条广阔有效的途径。开发利用地下空间是缓解城市发展中诸多矛盾的有效措施。建设地下交通网也有利于优化地上交通网和车库的建设，减缓交通阻塞和“停车难”问题；改善汽车尾气和噪音污染；腾出空地进行城市绿化，有效降低温度，增加相对湿度，缓解“热岛效应”。城市向三维(或四维)空间发展，即实行立体化的再开发。是城市中心区改造发展的唯一现实可行途径。
目前，日本、美国、加拿大、法国、瑞典等诸多先进国家对地下空间的开发利用已达到相当的水平。
发展趋势是：(1)综合化国外地下空间发展的主要趋势是综合化，首先是地下综合体的出现，成为具有大城市现代化象征的建筑类型之一。其次综合化表现在地下步行道系统和地下快速轨道系统、地下高速道路系统的结合，以及地下综合体和地下交通换乘枢纽的结合。第三综合化表现在地上、地下空间功能既区分，又协调发展的相互结合模式。(2)分层化与深层化为了综合利用地下空间资源，地下空间开发逐步向深层发展。如美国明尼苏达大学艺术与矿物工程系的地下建筑物多达七层，加拿大温哥华修建的地下车库多达14层，总面积93年9月日本开始建设东京新丰洲地下变电所，其直径为146.5m，地下深度达70m，计划10年建成。(3)城市交通和城市间交通的地下化。(4)各种联合掘进机和盾构将成为地下隧道快速开挖的主要趋势。(5)在钻爆法掘进中采用数字化掘进的趋势将加强。(6)地铁隧道截面将减小，地铁成本将降低。(7)微型隧道工程将加速发展微型隧道是人进不去的隧道，直径一般在25～30cm，最大可达2m。在隧道表面入口处采用遥控进行开挖和支护。这种方法快速、准确、经济、安全。所以适宜在高层建筑下，历史文化名胜古迹下，高速公路、地铁和河道下安设管道。目前世界采用微型隧道技术已修建了5000km管道。(8)市政公用隧道(共同沟)在二十一世纪将得到更广泛的应用和发展。(9)三S技术在地下空间开发
中的作用将得到加强，3S即GPS(卫星全球定位)、RS(遥感)和GIS(地理信息系统)。
我国积极发展城市地下交通。目前有北京、天津、香港、上海、广州、台北等城市建成并开通地铁，已开通的地铁总长达215km，设有140个地铁站。南京地铁已于日开工。北京最大的地下全智能化仓储式立体停车库近日已在朝阳区团结湖小区动工兴建。有关部门于2001年7月曾对北京市地铁和城市铁路线邀请国内外有实力的规划公司进行了一次国际性招标，有8家公司入围角逐，其中有4家外国公司，将现在规划中的408km北京的轨道交通增加到600km以上。
6.3 向海洋拓宽
为了防止机场噪音对城市居民的影响，也为了节约使用陆地，日本关西国际机场建造在位于大阪府泉州冲海域的人工岛上，那里海水深约17-18m，机场人工岛的外围护岸有四种形式[19]，目前已下沉11.5m，曾用22亿美元进行维修和在地下室内建造了一堵水泥墙以防海水渗入，但似仍有继续下沉迹象，这是一项值得吸取的教训。日，日本一座长1000m的浮动机场已试飞成功。预计今后日本将会出现越来越多类似的人造陆地。日本海上浮城计划则是由两条真空管道承托，构成环形浮岛，两边住宅，户户向海，岛上有高架公路网、空中穿梭巴士、太阳能发电站、再生水源设备等高科技设施。上海是我国人口最密集的城市，根据1992年底的统计，在这块的土地上，居住着1289.3万人口，每km2人口密度达2034人，是全国人口平均密度的20倍，而市区则高达每km2为1.03万人。可行性研究表明上海应向海要地，近海建设人工岛。建成后，即可得到深水泊位，且四周水域全可利用。至于建岛的建材问题，可利用经处理的城市民用垃圾、钢渣、煤灰等，而长江每年冲走4.72亿t泥砂也有相当一部分可以利用。尽管建造这种人工岛费用很大，但从人工岛所能解决的几个急需解决的问题来看，其投入产生的效益也是十分吸引人的，如海上
机场、海上垃圾场、港口等都适合建在离城市不远的近海。从60年代至今，我国已经建成了鸡骨礁人工岛和张巨河人工岛。江苏省在1998年前因建设和烧砖年减少耕地30万亩，通过严格管理后减少为16~17万亩，1997年为14万亩。至于利用滩涂围垦，近些年来，我国已有不少成功的例子。
6.4 向沙漠进军
全世界约有1/3陆地为沙漠。世界最大撒哈拉沙漠是石漠，由许多山峰被侵蚀而成，每年南移30km。沙漠一天气温变化剧烈，日差可达50℃以上。空中水气很少，非常干燥，太阳辐射很强，夏季最高温度有时可达60~70℃，而夜间冷得很快，有时尚有霜冻。我国甘肃、新疆、内蒙古等九个省、自治区共有沙漠71.29万km2(另戈壁56.95万km2，戈壁gobi，系蒙古语，意为“难生草木的土地”，指仅生长稀疏耐碱草类及灌木的砂碛。为一种粗砂、砾石覆盖在硬土层上的荒漠地形)。最大的塔克拉玛干沙漠面积为33.76万km2。我国沙漠(包括戈壁)分布特点：(1)多深居内陆；(2)面积以新疆分布最广，约占55%；(3)各个沙漠自然条件各不相同，一般分布在海拔较高的平原和内陆山地盆地。我国沙漠自然特点为：(1)气候干旱，雨量稀少，蒸发旺盛；(2)热量资源较丰富，温差较大；(3)风沙频繁；(4)植被一般稀疏低矮；(5)沙漠地表多为沙丘所覆盖；(6)地表水虽缺乏，除部分沙漠外，大部分都分布有潜水和承压水。世界未来学会对下世纪初世界十大工程设想之一是将西亚和非洲的沙漠改造成绿洲。如果沙漠大面积绿化，将同时改造了沙漠气候。改造沙漠首先必需有水，然
后才能绿化和改造砂土。利比亚面积175.95万km2，除沿地中海岸外，几乎全是沙漠，缺少淡水。后在离海岸900km的撒哈拉沙漠南部发现大量的地下水，因此建造了一条大型输水管道——人工河将水输送至沿海地区，并在班西加建成一座直径1km、深16m的蓄水池供农场利用地下水灌溉。如果有地下水，甚至有深层地下水的沙漠中利用此地下水修建蓄水池以改造沙漠，未尝不是可行的[19]。
在缺乏地下水的沙漠地区，国际上正在研究开发使用沙漠地区太阳能淡化海水这在经济上是可行的方案，该方案一旦付诸实施，将会导致毗邻海洋地区的沙漠大规模的建设工程，最先可能受益的地区包括墨西哥的加利福尼亚半岛的南部、秘鲁和智利西海岸、中东、纳米比亚以及许多岛屿。这些工程的实现将会造就一批最具吸引力的经济开发区。
我国沙漠输水工程试验成功。我国自行修建的第一条长途沙漠输水工程——甘肃民勤调水工程已于前不久全线建成试水，顺利地将黄河水引入河西走廊的民勤县红崖山水库。以色列国土2P3为沙漠，人均水资源仅270m3，只占贫水的我国的1P8，但农业是其立国之本。
年，他们建设了一条长145km的“北水南调”的输水管道。上个世纪60年代中期推广了滴灌的科学用方法，带动农业腾飞，农业人口由60%降为3%、目前正在建设大型海水淡化厂。因此必需“节流开源”。
6.5 向太空迈进
预计21世纪50年代以后，空间工业化、空间旅游(美国富翁蒂托已于日北京时间下午3时搭乘俄罗斯“联盟号”宇宙飞船于30日飞抵太空站，于北京时间5月6日下午1：41分返回地球，为人类首次实现了太空旅游)、空间商业化活动等可能会得到大的发展。利用太空洁净的环境和微重力条件，可以制造均匀合金，生产治疗癌症新药和高纯度的半导体材料，组装特大功率的太阳能电站，把植物种子带到空间以提高发芽率，等等。外层空间人类化，就是说人在外层空间能像在地球上一样地生活和工作。到1990年底总
共只有241名宇航员及科学家(其中包括14名女宇航员)，419人次进入太空飞行，有12名宇航员登上月球，把人类活动舞台扩展到另一个星球，但距太空人类化还十分遥远，付出的费用也十分昂贵，太空人类化是带有全球性的大系统工程，必需全人类共同努力，真诚合作，利用各国所能提供的资金，因此必需建立世界持久和平，这也是中国政府的一贯主张。
7 土木工程关键技术的发展重点与战略
本节分别针对每一类建议发展的工程关键技术，从发展现状与差距、发展目标与战略重点、保障措施与对策等方面进行论述，而作为整个工程技术共同需要的保障措施则在下一节中统一论述。
7.1 江河治理与调水工程技术
新中国成立50多年来，我国开展了大规模的水利建设，在江河治理、防洪工程、农田水利、水力发电利内河航运的建设等方面取得了举世瞩目的成就。21世纪初期是我国实现社会主义现代化第二步战略口标的关键时期，对水利提出了更高的要求。当前水利发展面临二个主要问题，即：江河防洪形势依然严峻，防洪减灾体系不够完善；水资源短缺导致供需矛盾尖锐；水生态环境恶化的趋势未得到有效遏制。洪涝灾害、干早缺水和水环境恶化二大水问题已对我国国民经济和社会发展产生全局性影响。
进入21世纪以后，水利面临前所未有的机遇与挑战。为实现水资源可持续利用支撑经济社会可持续发展这一国家目标，应在保持人与自然和谐、维持生态系统平衡的原则下，继续围绕江河治理和调水工程的重大问题开展科学研究与科技创新，实现水科学研究的跨越发展。防洪减灾方面：大江大河防洪减灾战略调整与洪水风险管理；洪水监测技术和预报网站的建设与管理；洪水资源化的技术与方法；大范围早情动态监测与预警；国家防汛凋度指挥系统现代化；分蓄洪区建设和有序发展战略；水旱损失对生态环境影响评价与管理。长江黄河开发治理与生态建设方面：面向生态的长江上游水电开发与运用管理模式；三峡工程建成后长江防洪战略研究；三峡工程建成后长江中下游河床演变响应与江湖关系调整趋势及控制措施；黄河水沙优化配置与泥沙资源化研究；黄土高原侵蚀控制与生态修复的对策和方法；黄河下游河道整治与二级悬河治理；维持长江三角洲和黄河口生态系统健康发展的策略与技术。南水北调工程方面：东线工程水污染防治与水环境保护；中线工程水量调配和输水安全保障；西线工程缺氧、复杂地质条件下长隧洞关键技术；长距离输水系统通信及自动化监控；“四横三纵”水网与国民经济布局和生态系统间的耦合关系、发展战略。
为了实现水科学的跨越发展，必须转变治水观念，强调在流域生态系统重建的大框架下部署防洪建设．在风险管理理念的指导下，实现主动适应洪水、与自然协调共处的防洪战略。充分认识水资源作为基础山然资源的战略地位以及南水北调在我国社会经济发展中的战略意义。建立节水型社会，坚持节水优先、治污为本、多渠道开源的原则，保证水资源的可持续开发利用。调整和完善相关学科布局，加强学科基础设施平台建设，建立治河和水资源国家实验室。加强江河开发治理的法制化和制度化建设，强化流域机构的管理职能。
城市防灾减灾工程技术
&&我国是世界上自然灾害最严重的国家之一。每年因灾害造成的直接经济损失，约占国民生产总值的3％～5％。我国70％以上的大城市，半数以上的人口，75％以上的工农业产值位于灾害频发区。自然灾害严重地威胁着国家经济建设和可持续发展。我国在城市防灾减灾方面存在的主要问题是：城市人口密度与建筑密度过大；城市设防标准低，实际设防设施不足；城市防灾减灾中高新技术的研究和应用与发达国家相比还有较大差距。
2020年我国城市防灾减灾的发展目标是：建立与城市经济社会发展相适应的城市灾害综合防治体系和科学的防灾减灾规划，综合运用工程技术及法律、行政、经济、教育等手段，提高城市的综合防灾减灾能力，为城市的可持续发展提供保障。城市防灾减灾工程技术的主要研究重点是：防灾设施能力的提升与综合利用技术；城市应急反应技术与救灾系统的高新技术。
政府部门要从城市的综合利益和长远利益出发，把防灾减灾工作和城市经济与建设发展同步规划、没计和实施。工程技术方面应大力开展对城市灾害规律的研究，运用系统工程的理论与方法，建立完善的城市综合防灾减灾体系。通过多学科学术交叉与合作，研究和开发数字城市减灾系统。抗震方面要适度提高大中城市的抗震设防要求，对可能产生地震次生灾害及其他连锁反应的建筑物、构筑物和没备，以及可能造成严重经济损失和社会影响的工程设施，制定特殊的抗震防灾措施。防火方面要深入研究计算机火灾模化技术和模拟技术，建立火灾风险评估理论和模型，建立合理的量化火灾风险评价体系，逐步完善性能化设计方法和性能化规范体系。防洪方面要开展防洪工程加固与应急抢险技术研究，城市防洪工程与城市其他功能有机结合的技术，充分发挥工程的综合效益。地质灾害方面要综合采用工程措施及非工程措施尽快治理城市中危险性较高的边坡和挡墙，综合治理地面坍陷，并建立城市地质灾害空间数据库、城市地质灾害管理与决策支持系统。反恐方面要开展建设工程抵御恐怖主义袭击灾害的相关技术研究。
高坝水电工程技术
高坝水电工程技术是以河川水利水电枢纽工程建设为对象，以高坝—水电站等建筑物的设计理论和方法为依据，以数学、物理、化学、固体力学、水力学与流体力学、工程地质、水文水资源、水工材料学、水利施：工与管理学等为基础的一门综合性工程技术。能源作为国民经济发展的基础产业，必须优先发展。作为能源组成中不可缺少的水电，理应得到优先发展。预计国内水电占电力的比重最终达到30％左右。
而我国大坝技术创新方面与国际水平还有一定差距，我国高坝大库工程艰巨复杂，远不是已有理论和经验可以解决的，特别是大坝设计建设中的问题，如大坝与自然环境的协调，溃坝风险、地震和超高速水流等破坏因子的影响，深埋大型地下洞室、新材料和高新技术在坝工中的应用等，都还要进行深入和系统的研究。
预计2010年全国水电总装机应在1．65亿千瓦到1．75亿千瓦之间，到2020年将达到2．46亿千瓦到2．7亿千瓦。中国未来的高坝水电工程的主要特点是坝高库大、泄洪流量大、地震烈度高、地质条件复杂、地下厂房机组容量大，其规模和将遇到的问题的技术难度都居世界前列。我国水坝将跻身世界最前列，世界高坝—水电站建设将集中在我国，世界高坝水电工程的技术高峰在等待我们去攀登，应着重在以下几个研究方向有所突破、创新：在大坝的安全工作年限和极限估计方面建立量化的设计准则；建立水坝对生态影响的评价模型和标准，促进水电建设与自然的和谐发展；开发溃坝的预测预警系统，提高大坝安全管理水平；加大对坝工实践中的新技术、新材料的开发应用，促进坝工建设现代化的进程；解决两部开发和跨流域引水中深埋长隧洞的地质灾害预报技术。
应建方国家级高坝水电工程技术研究中心，开展深入细致的工程前期科研和方案论证工作；强化生态和环保意识，促进高坝水电建设与自然的和谐发展；鼓励创新，开展对新结构形式、新构造、新工艺等的研究，促进新方法、新技术的推广；重视工程质量，完善施工监理制度和质量检测体系；强化生态和环保意识．促进高坝水电建设与自然的和谐发展。
海洋与港口工程技术
(1)海洋工程技术
我国是一个人口众多、资源相对不足的发展中国家。人均矿产资源占有量不足世界人均水平的一半。居世界第53位，尤其是关系到国民经济命脉的石油、铁、锰、铜、钾盐等大宗矿产的后备储量严重不足。据预测，至2010年，我国石油、天然气、富铁、铬、贵金属、钾盐等45种主要矿产有近一半保有储量将不能满足要求。海洋油气资源和其他海洋资源的开发将成为我国能源和资源开发的一项基本国策。
我国海洋油气储量丰富，天然气水化合物也是海底储量丰富并且用途广泛的资源，目前正在大规模的勘探之中。
未来20年将是我国海洋资源开发蓬勃发展和大规模展开的重要时期。总体而言，结合我国海洋油气和其他资源开发的需求，建立我国完善的近海海洋环境条件观测体系，建立我国浅海和深海海洋平台结构独立自主的设计和建造技术，发展海洋油气资源开发保障技术，将是我国21世纪海洋工程技术的中长期发展目标。战略重点包括：近海工程环境观测与工程地质探测技术，浅海和深海海洋平台智能结构体系，海洋平台结构的智能安全监测与控制技术，海洋平台结构的检测、评定与维修技术，海洋油气开采设施的监测、诊断与应急控制技术，海底管道的检测与维修技术。
海洋工程技术的发展要走研究、开发与工程应用相结合，研究部门与产业部门相结合、国家投入、产业投入和企业需求相结合的道路，同时要走高技术发展的道路。建立国家级海洋工程技术研究中心，培植海洋工程技术和产品开发与产业化基地，抓紧制定海洋工程基础设施设计和运行管理的标准、规程。
通过政策性的鼓励和强制措施，拉动海洋油气开发企业对海洋工程技术研究开发的投入，逐步建立以企业创新为主体的研究开发队伍。土木工程和水利工程应在宽口径培养人才的基础上设置海洋工程相关的高年级本科课程和研究生课程，加强从事海洋工程技术研究、开发和应用的人才培养。
(2)港口工程技术
港口工程技术包括码头、防波堤、航道和大型成套装卸工艺等主要项目，在我国国民经济和对外贸易发展中发挥了巨大的作用。我国港口工程技术发展现状与国际发展前沿对比仍有一定差距，主要表现在港口建没总体上仍残存着一定程度的贪大求全，重“量”轻“质”，对经济效益重视不够，对市场经济的灵敏度较差，在管理科学技术、信息、物流、节能、劳卫、环保等方面尚很浮浅，缺少深入研究和技术理论的指导。
应重点研究重力式码头新型结构设计与施工技术，大型嵌岩钢管桩码头成套技术，粉砂质或淤泥粉砂质海岸建港的泥沙淤积问题，“亲水性”港工建筑物开发，深水防波堤技术，超重构件的预制、出运、安装成套技术，深水航道整治技术，海工混凝土结构耐久性、海工高性能混凝土技术等，并力争在大直径圆筒结构的沉放工艺，不同基岩大型钢管桩的成桩规律研究和高性能混凝土的应用，深水条件防波堤的没计和施工，超重构件的出运和安装，粉砂质海岸或粉砂淤泥质海岸的洄淤研究，海工高性能混凝土的配比设计及应用，港口装卸工艺技术等方面取得突破。
应建立国家级港口工程技术研究中心，组成设计、科研院所、高校、施工单位联合攻关组，采取理论联系实际，洋为中用的方针，依托重大工程，分阶段完成攻关任务。
桥梁与道路工程技术
茅以升先生主持设计和监造的杭州钱塘江大桥的建成，谱写了中国近代桥梁史的新篇章。建国以来．我国在桥梁建设领域内取得了辉煌的成就，建成了一批居世界领先地位的大型桥梁，并在桥梁没计理论、建筑材料、预应力混凝土技术、深水基础工程等领域取得了显著的成果。但是，也需要清醒地认识到，我国在桥梁科技方面的原创性成果不多，多数设计存在缺乏创新、经济指标差及设计不合理等问题；
桥梁设计周期和施工工期过短，质量难以保证；设计规程、标准落后，各种设计规范更新缓慢，落后于科技的发展。这些工程建设中亟待解决的问题都需要广大科研和建设工作者开展更深入全面的工作。
进入21世纪后，我国桥梁工程面临的主要任务包括：建造跨越深阔海峡的特大跨桥梁；更快、好、省地建造大跨和中、小跨桥梁；对大量运营中的桥梁进行检测维护。为此，我国在桥梁技术领域一方面需要通过创新实现跨越式发展提高竞争力，以面对人世后发达国家的市场竞争；另一方面，面对超大跨度跨海大桥工程的技术难点，需要通过创新来改进现有的传统理论，同时还要研发新的材料、设备和工艺。
伴随着知识经济时代的到来，桥梁工程也需要实现智能化、信息化和远距离自动控制的要求。此外，在桥梁没计与施工中需要引入新的理念，建立结构设计期的设计理念，确保大型桥梁工程结构的安全性、耐久性和可靠性，并对相关的规范、规程、标准进行改革和科学管理。
为实现我国桥梁工程在21世纪取得跨越式发展的宏伟目标，需要进一步加强对我国桥梁规范的制订与修订力度，缩短修订周期；改变我国现行桥梁工程的建设体制，推行设计、施工总承包政策，实行设计监理制度；重视桥梁工程设计、施工技术人员的继续教育和专业培训，注重知识更新；提高对桥梁美学和工程质量的重视程度；加强对既有桥梁的养护与维修；鼓励参与国际重大工程投标；增强我国在国际桥梁界的综合竞争实力。
8 土木工程未来展望
新世纪，我国的经济将继续快速发展，因此，土木工程建设将继续增长，建设高潮不会突然停止，但会有起伏，也不会无限期地延续下去，不过，还将延续相当长一段时间。譬如，为迎接西部大开发，甘肃省集中力量，全方位地加强基础设施建设，即大搞土木工程，近期全面加快公路、铁路、机场、水利、能源、天然气管道、通讯、广播等建设，2000年固定资产投资将首次突破400亿元。
8.1建筑工程
21世纪，随着我国对外贸易的迅速发展，外商投资的迅猛增加，贸易中心、金融中心之类的高层、超高层建筑将继续兴建。尽管一些城市已作出规定，为保持历史名城和古城风貌，为改善市民的居住环境，不允许在城市中心区继续兴建高楼。但是，从节约土地考虑，高层建筑将继续在城市中兴建。并且，其结构体系将会有新的发展。如:具有优良的抗震、抗风性能的预应力悬挂结构、采用H型钢的钢结构以及钢-砼组合结构等新型高层建筑结构体系将会出现。
新世纪的建筑，仍将以混凝土结构为主，但是，钢结构，包括型钢混凝土和钢管混凝土等组合结构在高层建筑中的应用将获得推广。混凝土高层建筑或混凝土内芯和周边钢框架组成的高层建筑或桁筒式高层建筑高度可能达到或超过500m。外伸结构在我国的应用将有所推广。局部钢管混凝土柱高层建筑高度可能达到或超过380m，全钢管混凝土高层建筑可能达到或超过350m。
随着经济的发展，国际化进程的加快，各、省、市自治区的国际展览中心等大跨度现代建筑将会大力兴建。因此，满足透明等现代要求的第三代玻璃幕墙结构将有较大的发展和应用。住宅建设将朝大开间结构及节能、节材、改善生态环境的绿色建筑的方向发展。运用电子信息科技，加快建筑智能化。不论是高层建筑，大跨建筑还是住宅建筑，在设计和建造中都将更加重视结构抗震及控制。同时，既有建筑物的加固、改造任务将不断增加。采用碳纤维作结构加固材料的技术将被大力推广、应用。
改革开放以来，公路建设尽管有了迅速的发展，但与发达国家相比，还有很大差距，尤其人均公路里程是最落后的，比巴西、印度都少。这意味着今后我国公路建设的任务还相当繁重。譬如，甘肃省为适应西部大开发，加强交通基础建设，仅1999年完成投资达41亿元，其中公路重点建设完成投资30多亿元。可见，公路建设大发展还将持续一段时期。
我国铁道5万多km。当前，运输任务日益繁重，列车载重量逐步提高，铁路运输已成为国民经济发展的瓶颈。因此，我国铁道建设任务还很艰巨。譬如，我国还将在世界屋脊建设青藏铁路，全长达1100km，在昆明至拉萨间建滇藏铁路，全长达1654km，桥隧总长将达710km。同时，提高列车运行速度，也是我国铁道部门的当务之急。我国第一条150km/h的准高速铁路)广深线1994年投入运营以来，客运量稳步提高。铁路列车提速很有竞争力。因此，我国将会同日本、法国、德国、西班牙及意大利等国那样修建高速铁路。日本已把建设高速铁路的目标从“满足运输需要”发展到“满足国土开发需要”。法国巴黎至里尔的北方线，速度已达300km/h。高速铁路具有速度快、耗能少、安全好、污染小及占地少等优势，也是现代高新技术产业的发展方向。不过，我认为，我国应接受德国的经验教训，他们搞了三十多年的磁悬浮高速列车试验，终因经济等原因停止了。
8.4桥梁和隧道
中承式钢管混凝土拱桥跨度可能达到或超过400m;用钢管混凝土作支承骨架的上承式混凝土箱形截面拱桥跨度可能达到或超过450m;桁式组合拱桥跨度将超过350m。刚架桥跨度可能达到或超过320m。钢结构斜拉桥跨度可能达到或接近1000m;预应力混凝土斜拉桥将可能达到或接近600m;独塔单索面预应力混凝土斜拉桥跨度可能超过250m。我国铁路隧道将可能超过20km，公路遂道在现有基础上将增大25~50%。将可能有多个城市开通地铁，而有些城市将发展轻轨。跨海桥的建造将增多，我国也将是这样。直布罗陀海峡桥将可能兴建。这样可能建造3000m或以上的悬索和斜拉组合的钢桥，但索可能采用抗拉强度高的碳纤维或芳纶纤维代替钢材以大幅度减轻(与钢索比较轻80%)其重量。我国也将建成纤维悬索桥。
如同建筑物那样，旧有桥梁结构采用纤维加固的场合将越来越多。越江隧道将会在南京、武汉等地的长江江面之下建成。
8.5水利工程
更多地开发水力发电，我国将建设更多的薄拱坝(t/H=0.1~0.15)。混凝土拱坝高度将可能达到或超过300m。发展有混凝土面板的堆石坝(高度可能接近180~200m)和碾压混凝土坝(高度超过155m)。在复杂地形上及震区建坝，坝基处理将更为完善，坝的计算更趋合理，非线性有限元的分析将更为普遍。
8.6特种结构
预应力混凝土筒形电视塔高度将达到或超过560m，预应力空间框架电视塔设计高度将达到或超过500m。预应力混凝土地上储罐的容量将超过20万m3。
8.7土木工程材料
以上的工程发展将推动新材料、新技术及新理论、新设计方法的不断涌现。混凝土仍是土木工程中最为重要的结构材料。混凝土将继续朝高强、高性能方向发展。各国都在开展这方面研究。C120强度的混凝土在工地上使用已不是新纪录。称为高强活性粉末混凝土的抗压强度可达200MPa~800MPa，但在工程中实用只能期望150MPa或稍高些。免振混凝土、密筋混凝土可能在结构中试用。纤维加强塑料筋将较多地获得应用，我国也将试用。
人们通常称的“RC”即为钢筋混凝土。近年来，人们开始使用碳纤维加劲塑料(CFRP)、玻璃纤维加劲塑料(GFRP)、芳纶纤维加劲塑料(AFRP)。这时，RC就不再单指钢筋混凝土，它可以是碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维加劲塑料混凝土。预制预应力混凝土和无粘结预应力筋将分别获得发展和广泛地采用。新型无粘结CFRP预应力筋将得到开发和应用。在我国房屋建筑和桥梁中体外预应力配筋将获得较多应用。同时，新结构的研究和开发面将拓宽，房屋结构与桥梁各种结构之间的交叉、借鉴也将有所发展。由于计算机的发展，结构体系将更多地考虑空间作用和非线性。此外，建筑废弃物也将在一定程度上得到处理及利用。
9土木工程活动与可持续发展
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，真正使绿色建筑走近人们的生活。
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的，充分考虑保护周边环境的，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。土木工程人员在努力减少建筑垃圾和废料产生的同时，还应重视废建筑材料的利用，如:废混凝土、废砖石经回收加工，可用作要求不高的地面材料或填充料，也可用于筑路或重新制砖。
同时，在工程建设中应特别重视各项土木工程的使用寿命，使之尽量延长。在向海洋拓宽，建人工岛，造海上城市时，也应注意可持续发展，要改进排污出口，不要把海洋当成垃圾筒。在土木工程活动中，一定要注意节约用水。水是一切生命之源。由于我国人口的持续增长，且人口基数特大，加上工业的快速增长，经济的高速发展后，不少地区的淡水资源逐渐地遭受破坏，甚至污染加重，缺水，水荒开始出现。因此，一方面，要节约用水，特别在大量用水的工程建设中，要努力减少水的消耗量;另一方面，要注意水的二次利用。以满足人口增长和经济发展的需要。
最近，报纸、电视均有报导:今年三、四月间，我国北方一些地区沙尘暴频发，北京也浮沙弥漫，连江南也有尘土飞扬、降落黄泥雨水的几天。沙漠在蔓延，已占国土的20%多。面对沙尘暴、沙漠化的侵袭，我们土木科技工作者，应该与土壤、气候、农业工作者一道为治理沙漠作出贡献，构筑绿色屏障，遏制流沙蔓延，变沙漠为绿洲。此外，在沙漠中搞城镇建设、开发西部经济时，一定要保护环境，改善环境，注意可持续发展。
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