0、山言

        爱课程上的公开课其实很有价值，虽然大都已经属于近古视频了，但并不显得过时，正好年底没几天了，就打算趁着本年度的最后三个周末整理出一套公开课的札记，然后在宝站专栏进行灌水。这套公开课名为『土木工程导论——从"有巢氏"到"鸟巢"』，共有11讲，我计划完成6篇札记。本章节的主要内容是关于土木工程专业的概述，共有四部分内容：什么是土木工程；土木工程的过去与现在；土木工程的未来；土木工程师。

        土木工程与土木工程师（上）——沈世钊院士（哈尔滨工业大学）——35:33。

        土木工程与土木工程师（下）——沈世钊院士（哈尔滨工业大学）——22:02 。

1、什么是土木工程

        凿土为穴（亦可作掘地为穴）；构木为巢→烧土为砖；伐木为梁→大兴土木。“土木工程”一词创造者已不可考，出现时间大致在19世纪初。

        【土木工程是建造各类工程设施的科学技术的统称。它既指工程建设对象,包括建在地上、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、维修等专业技术。】——国务院学位委员会的定义

        土木工程的特点：①土木工程是人类最古老的工程技术（有巢氏）；②土木工程体现人类改造自然的智慧，是人类文明的载体；③土木工程与人类生活生产息息相关；④国民经济的支柱产业。 

2、土木工程是人类文明的载体 

（1）古代土木工程

        ①木

        我国古代的木构架建筑体系在世界上独树一帜。

        现存最早——山西南禅寺（公元782年）已有一千三百多年的历史。

        现存最高——应县木塔（公元1056年）。

        现存最大——故宫（公元1420年）。

        ②土-石-砖

        长城——两千五百年以前开始建造，最初是属于土建筑材料是乱石与黏土，目前所见的长城大多是六百年前明代以砖为材料制成的明长城。

        赵州桥——公元605-618年，敞肩式石拱桥。

        ③水利工程

        大禹治水——公元前21世纪，距今已有四千多年。

        引漳灌邺——西门豹，公元前5世纪。

        都江堰——公元前256年，无坝饮水。

        京杭大运河——春秋吴国开凿，隋代扩建，元代全线通航1794公里。大运河与长城并列为中国古代两大工程。

        ④文化

        木匠之祖鲁班——公元前507-444年。

        《考工记》——公元前5世纪。

        《营造法式》——宋朝李诫。

        ⑤欧洲古代建筑

        多以砖、石材为主。建筑风格多以拱、穹顶为主，这是由于石材耐压不耐拉。

        古希腊雅典卫城——公元前5世纪，砖石建造技术在当时独树一帜。

        古罗马万神庙——公元前125年。

        马加尔渡槽桥——公元前19年，50公里，券拱技术，石结构。

        圣彼得大教堂——公元1626年，砖结构。

        ⑥古代土木工程特点

        材料——天然材料、烧结材料。

        工具——手工工具。

        工程技术——经验为主，缺少理论依据和指导 。

（2）近代土木工程

        从18世纪中叶工业革命开始算起 。从材料、设备、应用领域到理论基础，都实现了跨越式进步。

        ①工程材料和施工设备的发展

        材料——钢，1859年转炉炼钢法；水泥，1824年；钢筋混凝土，1867年。

        设备——盾构技术、升降机、炸药、凿岩机、起重机。

        ②成果

        工程方面——1825年英国第一条铁路；1863年伦敦第一条地铁；1932年德国第一条高速公路；1886年美国芝加哥10层55米高层建筑。

        理论方面——近代力学为土木工程奠定了理论基础。（1638年，伽利略，梁的设计理论；1687年，牛顿，力学三大定律；1744年，欧拉，柱的稳定理论；1773年，库伦，土抗剪强度准则，土压力计算理论；1825年，纳维，结构容许应力设计法）。

        ③代表成就

        世界——1889年，eiffel铁塔，铸铁、钢；1931年，纽约帝国大厦，钢筋混凝土，102层、381m；1937年，金门大桥，美国，钢索桥；1869年，苏伊士运河，大西洋、地中海、印度洋；1914年，巴拿马运河，大西洋、太平洋；1936年，胡佛水坝，221.4m高，重力拱坝，大体积混凝土技术。

        中国——1929年，南京中山陵，钢筋混凝土；1934年，上海国际饭店，钢结构；1909年，京张铁路，詹天佑；1937年，钱塘江大桥，茅以升，1453m，铁路公路两用大桥。

        ④近代土木工程特征

        材料——由以土石砖为主向以钢与混凝土为主转变。

        理论——材料力学、理论力学、结构力学、土力学等工程设计基础理论基本形成。

        施工——新工艺、新机械的加入使建筑规模扩大，建造速度提高（加快）。

        应用领域——出现了铁路、地铁、高速公路等新领域 。

（3）现代土木工程 

        ①城市建设一（立）体化

        城市从仅仅平面发展向高空、地下立体发展，道路、管道立体布置，对城市一体协调要求较高。

        ②交通网络化，高速化

        公路、铁路、航运形成网络化，系统连接。交通高速化，设计要求大幅度提高。

        ③工程设施功能化

        对房屋建筑功能提出更多更高的要求，如空调控温、通风、集暖、电气自动化等，将功能设备连接在一起。已经不是一个简单的空间土木工程。功能要求以及功能化设施，尤其是核电站、航洋平台，等具有更强的功能要求。

        ④现代土木工程新特点

        材料轻质高强化——高强混凝土、轻质（铝合金、建筑膜材、玻璃钢）、节能环保材料（加气混凝土、轻集料混凝土）。

        分析理论精细化（计算机结合）——现代力学、数学理论、计算机技术及实验技术相结合。

        施工过程工业化（不仅要机械化还要工业化）——构件标准化、结构装配化、施工机械化，信息技术发展为工业化提高了保障。

        ⑤代表成就

        世界——1992年，美国佐治亚穹顶；2010年，哈利法塔（迪拜塔）828m；1994年，英吉利海峡隧道；2002年，福尔柯克轮，升船机；2010年，阿联酋迪拜棕榈岛，最大人工岛。

        中国——我国建设总量世界首位，复杂大型工程建造能力世界前列。上海环球、台北101、香港环球、深圳京基、上海中心；400m以上超高层建筑中国占六成，但不少是由国外设计师设计；超大跨桥梁，中国占一半，且几乎全为自主设计；西堆门大桥、苏通大桥、重庆朝天门大桥、港珠澳大桥（50公里）；北京地铁：世界最大规模，456km运营里程，每日1100万载客量；2009年，三峡工程，世界最大装机容量2250万千瓦，坝高185m，重力坝；2006年，青藏铁路，海拔最高和最长的高原铁路；鸟巢，造型复杂，难度大。

        土木工程既是最古老的工程技术，也在不断与时俱进，发展成为以先进科技武装的现代工程技术，同时也必将为人类社会的未来发展做出重要贡献。

3、土木工程前景广阔

（1）可持续发展土木工程

        我国建材行业，消耗原材料50万t/年，二氧化碳排放量占我国所有行业总排放量40%，能耗占27%，产生的建筑垃圾占城市垃圾的1/3。

        可持续发展：节约资源、保护环境、节能、节地、节水、节材，与自然和谐共生。绿色、低碳、生态理念统领设计、施工、使用、拆除。

        ①提高建筑寿命——工程改造增加寿命。例如，美国金门大桥，改造后继续使用。

        ②合理利用自然资源，开发利用再生资源

        a、节地——合理布局，开发地下空间；禁用黏土砖，节约土地资源。

        b、节材——废料回收利用，高性能材料，可循环利用，再生混凝土。

        c、节水——污水、中水，再生水。

        ③提高能源利用率，绿色能源——做好保温好以节约能源；利用风能水能。

        ④注重环境保护——2000年，汉诺威世博会日本馆，用再生纸作为筒状构件，建一个网壳结构建筑，世博会结束后拆回去，加工成学生练习册；2010年，上海世博会主题馆，太阳能光伏屋顶，保温性能良好的生态墙，应对太阳西晒，减少能耗；2001年，英国伊甸园，利用废矿区建成温室植物园；德国汉堡城，提出生态城市计划（ECO city），环境、社会和经济协调发展。

（2）超级土木工程

        建筑尺寸巨大，系统复杂。渤海湾海底隧道构想（山言，当时还只是构想，不过去年已纳入“十四五”规划，未来可期）；休斯顿穹顶构想，在城市上空建穹顶；旧金山终极塔楼构想，3200m，100万人居住。

（3）新环境土木工程：地下、海洋、荒漠、太空

        ①地下城市——1934年，美国哥伦比亚地下城市构想（cave cities of tomorrow）；2028年，阿姆斯特丹市计划建成地下60m的地下城（山言，如今已临近2022年，尚未听说其规划开工的消息）。

        ②海洋城市——海底生物圈2号构想；水下摩天大楼构想。

        ③外太空——外星开拓构想，外星基地。 

        有些工程正在进行，有些即将实现，有些还需要漫长的探索，土木工程未来任重道远，前景广阔。

4、土木工程师——光荣的职业

        英国人斯米顿1771年提出土木工程师概念，并成立了世界上第一个土木工程师协会。布律内尔，法国，盾构技术；安曼，美国，金门大桥设计者；太沙基，土力学奠基者；詹天佑，京张铁路；茅以升，钱塘江大桥；林同炎，结构，（Mr.）预应力混凝土先生。 

        我国土木工程教育：1895年，天津，北洋西学学堂（北洋大学堂），即如今的天津大学；1896年，上海关北海铁路官学堂，唐山交通大学，即如今的西南交通大学；南洋公学，即如今上海交通大学。

        土木工程专业的内涵广泛、门类众多，历史上曾经包括的分支有：建筑工程、水利工程、铁路工程、港口工程、公路与城市道路工程、海洋工程、桥梁工程、市政工程、地下工程、环境工程。

        其中一些分支（如水利工程、铁路工程、环境工程等）已逐渐发展成为独立的专业，但是它们仍属于“大土木”的范畴。 

        根据教育部专业目录，目前土木工程包含6个专业：①土木工程（建筑工程为主）；②建筑环境与能源应用工程；③给排水科学与工程；④建筑电气与智能化；⑤城市地下空间工程；⑥道路桥梁与渡河工程。为避免混乱，土木工程称为大土木，而土木工程中的土木工程专业称为小土木。

        2007年英国皇家工程院，认为土木工程师应具备坚实专业知识，和以创新的方式解决实际工程的能力。

（1）知识

        土木工程师需掌握的知识：

        ①基础类知识：数学和力学等方面的知识。

        ②应用类知识：工程助测与规划、建筑材料、结构分析与设计、项目施工与管理等。

        ③辅助类知识：外语、计算机、相关政策法规等 。

（2）能力

        ①实践创新能力；②沟通协作能力；③学习能力。

（3）职业素养

        ①责任意识，安全、质量、环保、节约，对社会、自然以及未来的责任。

        ②科学精神，“不唯上，不唯书，只唯实”求实创新，追求新知，修正错误。

        ③恪守职业操守，规章制度，坚持原则，实事求是 。

        【if you like safe drink water，clean environment，efficient transportation，thank a civil engineer.——美国康涅狄格州广告牌】

         中国正在进行世界最大规模基础设施建设（机遇）；中国也是自然灾害最严重的国家，需要良好的防灾能力，减灾能力（挑战）；同时中国资源短缺，需要节约资源（责任）。我们面临着前所未有的机遇和挑战，需要努力掌握先进的科学知识，锻炼和培养工程创新能力，肩负起时代赋予的责任，为中华民族伟大复兴和人类文明进步做出贡献。