1、14 土木工程展望,现在世界正在从工业社会向信息社会过度，土木工程面临的新事物是：,高新技术的高速发展和大规模结合；高速交通工具和通信技术的迅猛发展；新型信息经济（指新的生产过程的市场形式）的产生；生态环境已经遭受严重破坏，必须优先考虑它的平衡；人类生活、工作和分配方式将会发生重大变化；,土木工程要在材料、设计、建造技术和管理等方面进一步发展，在能适应全世界前进的步伐！,土木工程是最古老的工程技术之一,14.1 建筑材料向高性能、多品种和组合利用方向发展,1. 传统材料既要改善其性能，又要增加其品种。,改善传统墙体材料，限制粘土砖的使用。,途径：大力发展砼砌块、空心块材和各类用地方材料、工业废
2、料、环保材料等做成的块材。,大力发展高强度和高性能砼，大有潜力可挖。 目前我国高层常用砼可达C50C60，特殊工程用C80C100；而美国常规达C135,特殊工程已用C400.,钢筋采用低合金、热处理钢筋，提高屈服点和综合性能。,德国用于建筑结构的可达690Mpa。,热处理钢筋可达800-1450Mpa，钢绞线可达1500-1800Mpa。预计将来可达13500Mpa。,2.组合材料要大力加以开发。,用两种材料或两种以上材料组合，利用各自的优越性开发出高性能的便于使用的建筑制品，应该成为21世纪土木工程的一个重要特征。,目前，用钢材和混凝土做成的压型钢板楼盖、组合梁、组合柱已在高层建筑和大跨桥
3、梁中广泛应用。,今后，利用层压技术把传统材料组合起来形成各种具有建筑装饰、受力、热工、隔音等具有多功能的复合材料，用于屋面、墙体乃至结构构件，是建筑业发展的新天地。,3.化学合成材料用于抗力结构是材料发展的崭新领域,目前，化学合成材料用于管材、门窗、装饰配件、粘结剂、外加剂等非常普遍。,今后的方向：,扩展用于建筑的外围部件，如用之代替钢、铜、木和陶瓷等传统材料； 改善建筑制品的性能包括保温、隔热、隔声、耐高温、耐高压、耐磨、耐火等新的需求； 广泛用于抗力结构。国外已有经聚合物处理的碳纤维钢筋和碳纤维纲绞线，可用于混凝土结构。,14.2 工程项目向更高、更深、更快的方向发展,1. 更高：,由于城
4、市地皮或商业聚集效应的需要，建筑工程项目会向更高更深的方向发展,美芝加哥拟建中的米格林拜特勒大厦（Miglin-Beitler Building)高度为609.7m，125层，大厦的主体结构是一个十字形筒体和两组位于建筑每侧端部的8个巨型翅形钢筋混凝土组合扶壁组成（扶壁截面在底座处为2m*10m),混凝土强度等级为C70C100。,这座将居住和购物集于一身的综合性大厦至少将有700/900米高，内有1000套豪华公寓。为修建这座旅馆共调用了大约4000名工人和100台起重机。 大楼的确切高度目前仍然保密，一方面是因为投资方担心竞争对手将这个“最高独立建筑物”的名头抢走. 计划将于2008年底竣
5、工，2009年9月正式对外开放。迪拜最大的地产开发公司艾马尔地产说，大厦将在建至700米以上的某处时停止，而其最终高度据称可能将达到818米。,2. 更深,东京八重洲地下街。分三层，左右两侧上层为商场、中层为车库，底层为机房，中部为地下铁道。,埋入土中的地下街道,北京天外天地下商场主要采用了：五连拱多跨梁柱柱结构施工方法，双层导洞转向技术。平顶直墙田字型开挖施工技术；暗挖拱型结构与明挖框架结构连接结构施工技术。,五连拱效果图,3. 更快,21世纪是信息时代。信息社会的发展取决于交通和信息工具，高速交通工具的出现又推动了铁路、公路和隧道工程的快速发展。,关于高速火车,铁路的发展趋势是高速化、重载
6、化和多式运输。铁路作为一种经济的、大运量的交通工具，在各个国家的经济生活中做出了重大贡献。 近年来，随着各国铁路进行内部的体制改革和运输手段上的技术创新，铁路高速化应运而生。一般认为，时速200公里以上（注）称为高速铁路。 90年代初，建成了第一条准高速铁路，1997年和1998年两次大规模在既有线实行提速。目前，正在进行北京-上海高速铁路的正在施工。,1964年10月日本东京大 阪东海道新干线（Tokaido Shinkansen） 开始以最高营运时速 210公里进行商业运转，成为世界上第一个高速铁路系统，其所缔造极佳的营运实绩与经验，扭转了铁路运输走向夕阳产业之命运。 之后日本于1972至
7、1985年间，又配合市场需要，陆续完成山阳(Sanyo)、东北(Tohoku)、上越(Joetu)等新干线之兴建，最高营运速度亦提升至每小时275公里。在1997年又完成秋田线(Akita)及北陆线(Hokuriku)之部份路段，加入营运。最新型的500系列车于1997.3.22通车运行，其最高时速达每小时300公里。 绵密的新干线已成为日本城际运输路网的骨干。,日本新干线SKS,继日本之后，法国积极进行高铁技术之发展， 并于1981年9月兴建完成巴黎里昂间之TGV东南线，成为欧洲第一条高速铁路，当时最高营运速度每小时270公里。 其后，TGV大西洋线、北线及网络连接线等亦陆续完成， 最高营运
8、速度在1989年已提升至每小时300公里。目前正投入新路线的规划兴建中， 包括如地中海线、东部线、西南部线等。基于高速铁路成功的营运经验，铁路高速化已成为世界各国运输建设之发展趋势。,法国TGV高速铁路,创造高速列车世界记录的法国高速电气列车，平均时速达到317.5km,TGV一等车内部,（Train a Grande Vitesse ）法文超高速列车之意,中国将建首条高速铁路 ,已经筹备好几年的京沪高速铁路准备在下一个五年计划中开始建设。 到那时,从北京到上海只要坐四个小时火车就到了.据介绍,京沪高速铁路将成为中国第一条高速铁路,全长约1300公里, 实施全封闭,全立交,为客运专线。 铁路设
9、计时速为300 公里,基础设施可满足350公里的时速. 据估计,如果这个计划采用磁浮技术,费用可能达到150亿美元以上,将成为中国仅次于三峡大坝的第二大基本建设。,中国将建首条高速铁路,京沪高速铁路的方案决策,京沪铁路长达1300多公里，要跨越河流，采用磁悬浮存在一定的技术风险。 两种方案的比较： 轮轨技术，时速250至300公里，全程4到5个小时，总投资约1300亿元； 磁悬浮技术，时速450公里以上，全程3个小时，耗资将高达4000亿元。 而目前同样长度的磁悬浮铁路在世界上还没有成功的商业化例子。,京沪高速铁路采用轮轨技术。法、德、日三家竞争。 上海电缆触头烧毁事件给磁悬浮技术以很大打击，
10、致令德方首先出局。 法国阿尔斯通公司最终成为法、德、日三家中的最大赢家，获得1000亿大单。,决策的结果,法国1983年通车的TGV高速列车，时速270km/h,运行于巴黎-里昂高速铁路的TGV,设计数据：约30公里路程，设计时速430公里/小时，单向运行8分钟，年最大客运量1.5亿人次。 工程建设投资：该工程总耗资89亿元，其中银行贷款50亿元，每年的利息大约是3亿元。 运营情况：单程票价50元计，即便单程日均客流量8000人次，每天收入40万元，年收入约1.5亿元。 经济效果：假设每年的广告收入等于每年的设备折旧费、人头费、管理费等运营费用，那么上海磁悬浮的年收入连利息也不够还。 从投入产
11、出的效果看，上海磁悬浮项目是一个失败的项目！,从经济的角度看上海磁悬浮列车项目,关于磁悬浮磁悬浮列车是利用电磁学中磁极间产生吸引力、排斥力的作用原理，以直线电动机作为推动力前进的新型交通工具。 磁悬浮列车运行时悬浮于轨道上面，保持一定的间隙，因而没有轮轨摩擦及粘着极限速度等问题。其优点是：不接触轨道、无摩擦、运行安全、平稳舒适、无噪声，可以实现全自动化运行。它启动后39秒即可达到最大速度，最高时速已达552公里。据德国科学家预测，到2014年，磁悬浮列车采用新技术后，时速将达到1000公里。 此外，由于采用电力驱动，磁悬浮列车的速度最终能与飞机媲美，其单位能耗却仅为飞机的一半；而且，磁悬浮列车
12、的发展也不受能源结构限制（特别是燃油供应），无任何有害气体排放。,关于城市轻轨,轻轨交通具有保护环境、节约能源、造价低廉和线路占地少的优点。轻轨在国外发展异常迅速。我国的有利条件及优点 1.轻轨交通造价低廉，符合我国国情； 2.我国的有轨电车线路和铁路枢纽线路可以改造为轻轨铁路； 3.我国大中城市现代化改造为发展轻轨交通创造良机。 4.城市轻轨铁路将与地下铁道、市郊(城市)铁路及其他轨道交通构成一个城市的快速轨道交通体系。轨道交通完成的运量可达到城市公共交通运量的5080。,轻轨交通,北京首条城市轻轨铁路开工 2000年10月12日 北京市首条城市轻轨铁路西线工程近日全面开工建设.北京城市轻轨
13、铁路规划时速80公里,每4分钟发一班车,从上地,回龙观,北苑,望京进城只需十几分钟.建成后,它将极大地方便城北郊居民出行.,关于隧道工程,京沪高铁第一隧道群南京段4号隧道,隧道的黄金世纪,联合国的战略专家曾断言，在土木工程领域方面，19世纪是桥的世纪，20世纪是高层建筑的世纪，21世纪将是人类利用地下空间、开发地下资源的世纪。 长期以来，隧道工程一直和铁路工程、公路工程、大型管线工程密不可分，比如世界性水利工程南水北调穿黄工程，大型盾构机将穿越黄河。 随着地下空间开发浪潮，我国隧道施工开始进入穿越大江大河和海洋的时代。,长江上的隧道,已经贯通的长江过江隧道：武汉长江隧道、上海长江隧道。武汉长江
14、公路隧道全长3.63公里，工程概算投资.亿元，为双线双车道，设计行车时速为公里，是我国修建的第一条长江公路隧道，也是目前我国地质条件最复杂、工程技术含量最高、施工难度最大的江底隧道工程。 总长度达25.5公里、投资上百亿元的上海长江隧桥，由8.95公里的全球最大隧道和16.5公里的世界最大公轨合建斜拉桥组成，从上海浦东经隧道抵达长江口的长兴岛，再由大桥通至崇明岛。 南京、杭州、重庆等沿江城市正在紧锣密鼓进行越江交通发展规划，以建立区域快速通道。,海底的隧道,正在建设的海底隧道：厦门东通道翔安隧道（工程总投资32.8亿元人民币，全长9公里）；青岛至黄岛的海底隧道，全长5.5公里。 计划中的隧道：
15、在最近的20至30年内，我国正考虑建造大连到烟台的渤海湾跨海隧道，而且该项目已列入铁道部的远景规划。目前还在考虑建设的跨海隧道工程包括上海到宁波的杭州海湾工程、伶仃洋跨海工程、琼州海峡跨海工程等。 这些宏伟艰巨的工程方案可能是桥隧结合，其中海底隧道将是主要的部分。 台湾海峡海底隧道也已经有设想方案。,14.3 发展可持续性的土木工程,如何理解可持续性（sustainability)?,是一种在环境和生态上自觉的绿色建筑（green architecture) 指有能源意识、能促进自然资源保护的建筑。,指能综合考虑资源和能源效应，能在建筑使用、材料选择、生态平衡、自然景色、社会发展问题上整体考虑
16、。,应用高科技手段解决能源保护与环境问题。如利用风力、水力（潮汐）发电，储存太阳能、地热能供热等。,使土木工程设计成尽量少的使用可耗尽资源，尽量多的采用可更新资源，更有效的利用能源，更大循环的启用合成材料的工程。,使现存的土木工程得到新生，如为新功能而改建，使老建筑物现代化。,节能建筑 生态建筑 节地建筑,工程实例,右图为1992年马来西亚建成的Menara Mesiniaga /IBM Building塔楼。,该项目被设计成有盘旋、凹进和遮阳的窗户，有天然日照的楼梯和电视厅，有在外墙上盘旋并带有通高滑门便于自然通风的阳台，有空中院落和带遮阳的屋顶，它们不仅在热带的烈日下防护着这座塔楼，而且还提供自然通风的气流。,商業銀行大廈 是歐洲於1997-2004年間最高的摩天樓，其實際高度是258.7m，連同標桿的高度達300m。 作為商業銀行的總部大樓，大樓提供121,000平樓面面積共53層。 大樓設有天然光系統和空氣流通系統。大廈由英國建築師佛斯特(Norman Foster)設計。,其他方面,轨道交通是土木工程可持续发展的一个重要方面，体现了可持续发展的交通体系。 城市地下空间的开发也是土木工程可持续发展的重要方面。,课堂作业,举例说明土木工程的发展与环境存在着矛盾。,
