近代土木工程的特点范文

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中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：

土木工程的建设由来已久。由原来的伐木采石，模仿天然掩蔽物建造居住场所，到现在的美轮美奂的超高层建筑、雄伟的水利水电工程和超高超长跨度的桥梁，土木工程经历了一个漫长的发展历程。在这个漫长的发展历程中，无论是土木工程结构的理论方法、力学分析、施工手段 , 还是土木工程的地基基础处理 , 都有了非常大的突破和发展。

一、土木工程发展历史

1．古代土木工程

公元前 5000 年开始至 17 世纪中叶时期，称为古代土木工程阶段。土木工程的古代时期是从新石器时代开始的。人们在早期只能依靠泥土、木料及其它天然材料从事营造活动，后来出现了砖和瓦这种人工建筑材料，使人类第一次冲破了天然建筑材料的束缚。砖和瓦的出现使人们开始广泛地、大量地修建房屋和城防工程等。由此土木工程技术得到了飞速的发展。直至 18 ～ 19 世纪，在长达两千多年时间里，砖和瓦一直是土木工程的重要建筑材料，为人类文明作出了伟大的贡献，甚至在目前还被广泛采用。历经漫长的古代大型土木工程的发展，土木工程建设内容更加丰富，建设工具有了新的发展，同时人们积累了丰富的土木工程建设的经验，为大型土木工程建设的发展打下了坚实的基础。

2. 近代土木工程

产业革命的开始是近代土木工程发展的开端。随着近代工业的发展，人类的生活需求也不断增长，这些不仅反映在吃穿行上，还反映在房屋建筑及市政工程方面。而电力的应用，使高层建筑实用化成为可能；电气照明、给水排水、供热通风、道路桥梁等市政设施与房屋建筑结合配套，开始了市政建设和居住条件的近代化；在结构上要求安全和经济，在建筑上要求美观和适用。随着大型土木工程近代工业化的进一步发展，在 19 世纪中叶为满足科学技术发展和分工的需要，土木和建筑开始分成为各有侧重的两个单独学科分支。工程实践经验的积累促进了理论的发展。材料力学、静力学、运动学、动力学等学科逐步形成，各种静定和超静定桁架内力分析方法和图解法得到很快的发展。这为大型土木工程建设的理论提供了很好的交流平台，有利于促进土木工程建设理论的进一步发展。理论上的突破 , 反过来极大地促进了工程实践的发展，这样就使近代土木工程这个工程学科日臻成熟。第一次世界大战以后，近代土木工程发展到成熟阶段。这个时期的一个标志是道路、桥梁、房屋等大规模建设的出现。另一个标志是预应力钢筋混凝土的广泛应用。

3. 现代土木工程时期

第二次世界大战的结束刚好是现代土木工程发展的开端。第二次世界大战结束后，社会生产力出现了新的飞跃，现代主义运动取得了全面胜利。现代科学技术突飞猛进，土木工程进入一个新时代。在近 40 年中，前 20 年土木工程的特点是进一步大规模工业化，而后 20 年的特点则是现代科学技术对土木工程的进一步渗透。

二、土木工程理论、材料及技术的发展

通过多年来实践探索，土木工程的发展日臻完善。在科学理论方面，理论研究精密化，计算力学、结构动力学、动态规划法、网络理论、随机过程论、滤波理论的成果，随着计算机探讨土木工程发展趋势的普及而渗进了土木工程领域。结构动力学也已发展完备，荷载不再是静止的和确定性的，而被作为随时间变化的随机过程来处理。静态的、确定的、线性的、单个的分析，逐步被动态的、随机的、非线性的、系统与空间的分析所代替。电子计算机使高次超静定的分析成为可能，进而使得高层建筑中框架 、剪刀墙体系、筒中筒体系空间工作和大跨度的桥梁得以实现。大跨度建筑的形式层出不穷，薄壳、悬索、网架和充气结构覆盖大片面积，满足种种大型社会公共活动的需要。从材料特性、结构分析、结构抗力计算到极限状态理论，在土木工程各个分支中都也得到了充分发展。理论研究的日益深入，使现代土木工程取得了许多质的进展。在工程材料方面，标号为 500 ～ 600 号的混凝土已在工程中普遍应用，而轻质、高强化的混凝土成为大跨、高层、结构复杂的工程的新要求。高强钢材与高强混凝土的结合使预应力结构得到较大的发展，先张法和后张法的预应力混凝土屋架、吊车梁和空心板在工业建筑和民用建筑中广泛使用。同时铝合金、镀膜玻璃、石膏板、玻璃钢等工程材料以现代科学技术的进步为背景发展迅速，为大跨、高层、结构复杂的工程建设提供了全新的支持。在施工技术方面，种种现场机械化施工方法发展得特别快。同步液压千斤顶，滑模，直升机安装天线，用一群小提升机同步提升大面积平板的升板结构等一系列施工方法广泛应用。此外 , 钢制大型吊装设备与混凝土自动化搅拌楼、输送泵等相结合，形成了一套现场机械化施工工艺，使传统的现场灌筑混凝土方法获得了新生命，在高层、多层房屋和桥梁中部分地取代了装配化，成为一种发展很快的方法。

三、土木工程发展新方向

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灾害是人类社会中的一种特殊现象，全球每年各类灾害的损失多达上千亿万美元，它的发生给人类社会带来了严重的人财损失，加剧了社会的不稳定因素。面对种类繁多的灾害，土木工程在防灾减灾中具有明显的作用，其通过一定的工程技术来实现防灾减灾的目的。土木工程防灾涉猎的众多学科以及自身的属性成为当今防灾减灾的重要力量，同时，国务院委员也将“防灾减灾”隶属于土木工程这个一级学科以下的一个二级学科。由此可见，防灾减灾是全球性的问题，需要受到人们的关注，而土木工程更是要在防灾减灾中发挥自身的优势。

一、灾害的属性及其严重性

(一)灾害属性。灾害的属性主要体现在七个方面，具体体现如下:第一，灾害具有普遍性和永恒性。灾害的发生不会因为一时间的控制而消失，它具有永恒的意义，且灾害的发生范围波及到世界的各个国家。第二，灾害具有全球性和区域性。灾害的发生遍及全球的各个区域，无论是发展快的地区，还是发展落后的地区，都会不定期的发生灾害。第三，灾害具有多样性和差异性。灾害的种类繁多，不仅包括自然灾害，还包括人为灾害、煤气泄漏等灾害，不同灾害的影响不同。第四，灾害具有随机性和预测性难的特点。比如灾害中的地质灾害，其发生的时间、地点、强度不好预测。第五，灾害具有缓慢性和突发性。比如灾害中的地震、火山都具有突发的特点，而水土流失则是在缓慢中造成的。第六，灾害具有滞后性和迁移性。灾害的发生会给人口的迁移带来影响，会导致地区的人口膨胀的滞后性问题，灾害中的大气污染则是具有很强的迁移性。第七，灾害具有联系性和伴生性。比如暴雨灾害会带来滑坡、泥石流。

(二)灾害的严重性1．自然灾害呈上升的发展趋势。灾害中，特别是自然灾害在近几年随着社会发展对自然环境的影响，呈现了不断增加的发展趋势、比如，被人们较为熟悉的全球变暖和冰川融化，这些灾害的发生不仅严重影响了动植物的生长，也严重制约了人类社会的发展和进步，甚至对人类社会的发展带来了严重的人财损失。2．人为灾害频发。人为灾害包括核战争、恐怖袭击、生态失衡、人口膨胀等方面。战争方面比如日本、等，这种非正义的战争不仅给经济上带来损失，还会对人们的心灵健康带来伤害。生态失衡主要是由于人们对资源的不合理开发导致的，这种不加节制、非科学的资源开采导致了资源紧缺以及环境污染等问题的产生，对人们的生存环境带来了威胁。

二、土木工程在防灾减灾中的重要性

防灾减灾作为一个二级学科是在一级学科土木工程的基础上进行的，因此土木工程在防灾减灾中具有重要的作用，是一个科学的防灾减灾工程。其中，土木工程属性的个别属性决定了其在防灾减灾中的重要性，具体体现如下:

(一)防护性。反观土木工程发展演变的历程可以发现，土木工程的出现最开始就是为了进行抵御自然灾害的。最早土木工程的建设是为了帮助人们防范风雨、防御猛兽、构筑巢穴，后来发展演变成防御敌人的袭击，开始具有防护性的功能。土木工程的防护、抵御等属性一直延伸到现代，我国所说的防震减灾也和土木工程的这个属息相关。现代意义上土木工程的防护属性体现在新技术的开发和使用，比如核电站的出现、核电站通过形成了混凝土为主体的反应堆，来实现防核泄漏的功能。

(二)超前性。土木工程的防护设施具有超前性的特点，比如从原始的防风雨、古代的长城、近代的人防工事到现代的核电站的建立，均体现了其在灾害到来前的预先防范功能。原始的防风雨需要事先构建巢穴;古代的长城建需要防范匈奴的侵袭;事先修建核电站的安全外壳才能防范反应堆事故。另外，近代工程的超前性还表现在航运方面，比如要先开通苏伊士运河才能实现由红海到地中海的运输;要先建筑三峡大坝才能实现对长江下游的洪水控制。总而言之，土木工程在社会发展中扮演先行者的角色，同样，在社会的防灾减灾中也具有先知的能力，从而提早对灾害进行防控。

(三)恒久性。人类社会是不断发展的，人类的生活、生产都需要土木工程的配合，土木工程的存在和人类社会的存在一样，具有恒久性的属性。人类社会是物质社会，物质是运动的，灾害也是运动的，土木工程在运动的灾害面前能够利用自身恒久的属性对其进行长远的监控。比如，飓风、洪水等气象灾害我们是无法在短期内用肉眼看见的，那么就需要通过土木工程加强防波堤、修大坝的建设;地壳运动所带来的地质灾害也是具有突现性的，无法提前预见，因此就需要通过土木工程加强房屋建筑的稳固性及一些必要减震装置的配置。

总结

全球每天都在发生或大或小的灾害，大到火山、地震、海啸，小到燃煤污染、资源紧缺。由此可见，防灾减灾是一项长期复杂的工作，需要涉及多种科学、复杂的学科技术，随着近几年灾害的加剧，防灾减灾逐渐发展成为一门学科，其下又涉及到了关于自然科学、社会科学等学科，相互之间体现了一种依存、渗透。因此，防灾减灾工作需要有关人员不断提升技术研究，因地制宜地分析各种灾害的发生及影响，并要将土木工程充分的应用到防灾减灾中，从而实现在最大程度上对灾害的控制，减轻灾害给人们社会带来的人财损失。

参考文献:

［1］许莉，房贞政．构建城市土木工程防灾减灾数字信息系统的探讨［J］．福建建筑，2004，02:1－2+7．

［2］周福霖，崔杰．土木工程防灾的发展与趋势浅论［J］．黑龙江大学工程学报，2010，04:3－10．

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纵观土木工程发展史，土木工程建设在和自然斗争中经历了古代、近代和现代3个历史时期，从最初的萌芽时期和形成时期到如今的发达时期和成熟时期。从最初的简陋住房到如今的多功能超高型建筑，可以说，土木工程业已经发生了翻天覆地的变化。进入21世纪以来，随着科技的发展和人民生活水平的提高，土木工程行业越来越成为国民经济发展的支柱产业，土木工程中越来越体现了技术与创新的作用，谁能在世纪之交把握住土木工程学科的发展趋势，谁就能在知识经济时代开创土木工程学科的新纪元。

1土木工程的涵义

土木工程是指建造各类工程设施的科学、技术和工程的总称。土木工程的含义可从两方面去理解。一层含义是指与人类生活、生产活动有关的各类工程设施，如建筑工程、公路与城市道路工程、局坝水电和水利工程、铁路工程、桥梁工程、隧道工程、地下空间开发利用工程等。另一层含义是指为了建造工程设施应用材料、工程设备在土地上所进行的勘察、设计、施工等工程技术活动。

2土木工程的发展现状

自从20世纪中叶第二次世界大战结束以来，土木工程业取得了飞速的发展，这时期的土木工程拥有良好的现代科学技术，先进的工程设施体系和持久耐用的建筑材料，并且随着计算机技术的不断提高，也为土木工程的发展注入了新鲜的血液，为此当今的土木工程呈现出以下几个特点：①工程功能化;②交通高速化;③施工过程工业化;④理论研究精密化。为了适应时展的需要，世界各国都建造了很多标志性建筑，例如我国上海的环球经融中心大厦，楼高492米，还有中国台湾的台北101大厦高508米，它们的出现都是当代土木工程师们智慧的结晶，如今，我国新的高楼大厦、展览中心、铁路、公路、桥梁、港口航道及大型水利工程在祖国各地如雨后春笋般地涌现，新结构、新材料、新技术被大力研究、开发和应用。发展之快，数量之巨，令世界各国惊叹不已。

3土木工程的发展趋势

3.1高性能材料的发展

随着未来科学技术的不断发展，钢材将朝着高强、具有良好的塑性、韧性和可焊性方向发展。日本、美国、俄罗斯等国家已经把屈服点为700N/mm2以上的钢材列人了规范;如何合理利用高强度钢也是一个重要的研究课题。单一的材料将难以满足要求，复合材料也就应运而生，另外，材料的功能也将从单一的功能向多功能方向发展，并且为了适应土木领域的可持续发展，材料的使用也必须节能和环保。

3.2计算机应用

随着计算机的应用普及和结构计算理论日益完善，信息和智能化技术将全面引入土木工程，计算结果将更能反映实际情况，从而更能充分发挥材料的性能并保证结构的安全。计算机技术的引入将对土木工程领域的发展产生巨大的改善，其主要有四个方面的改善，分别为信息化施工、智能化建筑、智能化交通、土木工程分析的仿真系统。人们通过计算机技术将会设计出更为优化的方案进行土木工程建设，以缩短工期、提高经济效益。

3.3环境工程

进入21世纪以来，环境问题已经越来越成为人们关注的热点话题，气候问题更是对人们的生产生活产生了巨大的影响，为了更好地满足人与自然协调发展，坚持可持续发展战略，土木工程与环境工程必将融为一体不可分割，城市综合症、雾霾、土地荒漠化、气候变异、冰川消融、海水上升等一系列问题无不与土木工程息息相关，对于当代土木工程师来说，如何有效合理地解决大型乃至超大型建筑建设对环境的污染等问题，必将是土木工程师们在未来重点研究和思考的课题。

3.4建筑工业化

随着建筑业体制改革的不断深化和建筑规模的持续扩大，建筑业发展较快，物质技术基础显著增强，但从整体看，劳动生产率提高幅度不大，质量问题较多，整体技术进步缓慢。为确保各类建筑最终产品特别是住宅建筑的质量和功能，优化产业结构，加快建设速度，改善劳动条件，大幅度提高劳动生产率已是未来发展的必然趋势，为了适应土木建筑领域快速高效的发展，实现建筑工业化是必然的趋势。它的发展有四个重要方向：建筑设计标准化、构配件生产施工化，施工机械化和组织管理科学化。

3.5海底建筑

2010年4月26日，随着中国大陆第一条海底隧道厦门翔安海底隧道建成通车，中国海洋这片美丽而又神秘的领域，在中国土木工程师伟大的探索与创新下，逐渐揭开了面纱，在今后的几十年甚至几百年，海底建筑将会是一种全新的建筑形式，有效利用海底空间是未来土木工程发展的一个必然趋势，同时也对土木行业提出了巨大的挑战。目前在全球范围内，较为出名的海底建筑有马尔代夫的海底餐厅、迪拜的水铁饼酒店，相信在不久的将来，一定会有更多奇特的海底建筑出现。

3.6结构形式

随着当今计算理论和计算手段的进步以及新材料新工艺的出现，为结构形式的革新提供了有利条件。土木工程中一些复杂的结构工程的计算将得到解决，空间结构将得到更广泛的应用，不同受力形式的结构融为一体，结构形式将更趋于合理和安全。

3.7新能源和能源多极化

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二、以发展的观点介绍化学发展史，激发学生的求知欲和探索欲

化学经历了上古时代工艺化学时期、中古时代炼丹术和医药化学时期、近代化学的孕育时期、近代化学的发展时期及现代化学时期。每一个历史时期，都有其标志性的化学原理、现象及其所做的巨大贡献。纵观化学发展史，和其他自然科学一样，化学也是源于劳动人民的生活、生产实践，无数化学家为化学发展做出了巨大贡献，有的甚至献出了宝贵的生命。通过化学发展史的介绍和学习，同学们既丰富了化学史知识，又对一些化学现象和原理所产生的背景及其历史局限性有一个辩证客观的认识。由此，使他们明白大学学习的特点，已不仅仅局限于课本知识，而应当抱着的态度来学习，培养其敢于否定和创新的精神。例如，对于酸碱的定义，在不同历史时期产生了酸碱电离理论、酸碱质子理论、酸碱电子理论及其它酸碱理论等约6种，这些理论在当时条件下有其成功的一面，也有其自身的缺陷。在学习这些知识时，全盘的否定和肯定都是不可取的，藉于此，也让同学们不再像中学时期一样崇拜课本和已有的化学理论，同时也给了他们一种心理启迪———创新其实距离我们并不遥远。

三、以广博的知识介绍化学与社会的广泛联系，提高学生的学习兴趣

首先，利用文献及国家权威部门的统计分析，介绍化学工业对国内生产总值（GDP）所提供的直接或间接贡献，说明化学与社会、人类、生活的密切关系，将学生的思维带到一个化学与现实世界密不可分的程度，使其认识到学习的必要性和重要性。例如，当今世界有五个热点问题———能源、环境保护、功能材料、生命奥秘及信息科学，从能源开发及利用的角度来分析开发新能源的紧迫性。如，现在销售的新概念电动环保汽车，就需要大功率的化学蓄电池，其蓄电能力与所选用的化学材料是分不开的；又如，在中央政府大力推广新能源政策的支持下，四川省目前集中了众多的“多晶硅”企业，而“多晶硅”是电子工业和太阳能光伏产业的基础原料。硅的结晶形态和纯度，直接影响其应用于电子或太阳能产业，也决定了其光电转化效率。据此，向同学们简单介绍了硅产业相关化学知识及与太阳能电池的工作原理，从而使同学们能真实感受到化学对改进我们的生活所起的巨大作用。列举身边实例，使学生能真切感受到化学对各个领域的影响。如，以化学对体育项目的巨大推动作用为例，介绍本校体育场所用的化学合成塑胶跑道对传统硬面跑道的颠覆；篮球架及玻璃钢篮板材料的变革及其意义；在2009年8月世界游泳锦标赛上，由新型合成材料“聚亚氨酯”制作的高科技泳衣对成绩的迅速提升等等。由此说明，即使对于体育这个表面上看来与化学没什么联系的行业，化学也对其发展产生了很大影响。

四、结合高校土木工程专业的教学计划和知识结构，介绍普通化学学习的必要性

在国内高校所开设的土木工程专业知识体系中，有些课程如材料力学、建筑工程材料、混凝土结构设计原理、砌体结构等都与化学紧密联系。普通化学作为一个基础必修课，不仅对上述专业课程，尤其是对土木工程材料的发展与改进提供理论支持，同时也使他们认识到一项大的土建工程会涉及到环境保护、工程质量、还有结构防腐等一系列与化学有关的问题。例如，在跨海大桥设计和施工中，针对水中基础钢结构和砼结构的防腐问题，需要采用诸如使用防渗防裂混凝土、用环氧涂层钢筋或不锈钢筋、采用外加电流阴极防护法保护钢筋、防腐涂料涂装混凝土外表面等一系列技术来处理。由此可见，如果没有相关的化学知识，要顺利完成如此庞大工程的设计和施工是不可能的。在世界名校美国加州大学伯克利分校土木与环境工程系本科教学计划中，化学或与化学相关的课程占有相当比重。相比之下，我国高校土木工程专业中不同程度地存在着轻视化学的现象，学时数有逐渐被压缩的趋势，有的甚至取消了普通化学教学，是需要商榷的。

五、以敏锐的眼光介绍化学与土木工程学的结合，激发学生的学习热情

为了解决学生们对普通化学的困惑，使他们了解化学与本专业的联系，增强学习热情，作者结合土木工程的历史和实践，对化学与土木工程学的联系作简单介绍。

1.从土木工程的不同发展历史时期来阐释。土木工程的发展大致经历了古代、近代和现代三个历史时期，每个历史时期都有其代表性的工程材料。古代时期，土木工程材料最初主要是天然材料如泥土、木材、茅草、石头等，后来出现了人工烧制的瓦和砖，这是土木工程发展史上的一件大事；近代时期，工程材料方面已经开始并日益广泛地使用铸铁、钢材、混凝土、钢筋混凝土，直至早期的预应力混凝土；现代土木工程是以现代工程材料为基础的，所用材料进一步轻质和高强化。中国从60年代起普遍推广了锰硅系列及其他系列的低合金钢，大大节约了钢材用量并改善了结构性能；用普通混凝土只能建35层，而改用轻集料混凝土和加气混凝土建造的高层建筑，自重大大减轻，用同样的造价可建造52层；同时大跨、高层、结构复杂的工程又反过来要求混凝土进一步轻质、高强化。近年来，铝合金、镀膜玻璃、石膏板、建筑塑料、玻璃钢等工程材料发展迅速。同时也通过添加不同的化学外加剂，制得多种特殊性能的混凝土材料，如通过加入石膏制得快干水泥、加入脂肪酸盐制得防水水泥、加入木质素磺酸盐制得缓凝水泥等。这些新材料的出现或者传统材料的改进均是以化学理论及实践的发展为背景的。

2.从当代的典型土建工程来阐释。在2008年的北京奥运会上，不乏一些优秀的体育场馆，这些工程的实施无不与新型化工建筑材料有关，如，国家体育场“鸟巢”的大跨度钢结构建筑形式，所使用的特种钢材料Q460钢，是通过调节材料中的炭和铁的比例以及加入一些合金元素制得的；国家游泳中心“水立方”膜结构建筑，是由聚四氟乙烯膜通过粘结而构筑的质轻、耐热、耐寒、耐腐蚀的新型建筑形式，这与膜材料单体化合物四氟乙烯的稳定化学结构和耐酸碱、耐氧化的性质分不开的。另外，体育场馆的新型塑胶跑道是有机聚合物、无机填料和颜料等制成，工程质量的好坏与其中各组分含量有密切关系，在其中添加无机填料才能使跑道具有相应的强度，而有机弹性体成分增多才能保持跑道良好的韧性。

3.从国家的政策法规出发来阐释。发展“绿色建材”是21世纪我国建材工业的必然出路。所谓“绿色建材”是指采用清洁的生产技术，少用天然资源、大量使用工业或城市固体废弃物和农作物秸秆，生产无毒、无污染、无放射性，有利于环保与人体健康的建材。例如，为了保护耕地，我国已于2004年禁止使用粘土砖；为了节能和环保，国家规定在新建楼体外墙强制使用保温材料，而这些保温材料都是经过化学合成的聚合物泡沫材料。又如，素有“保温材料之王”美誉的酚醛泡沫材料是国际上公认的建筑行业中前途最广的一种新型保温材料，具有无毒、耐腐蚀、耐高温、不易燃，燃烧时也不会散发有毒烟雾等特点，其综合性能是目前其它保温材料无法比拟的。然而，目前在我国也有采用聚苯泡沫板作为外墙保温材料的，虽具有保温性能，但其易燃且伴有大量毒烟雾，一旦失火会造成严重后果。由此可见，这些土木材料性能都是由其化学成分决定的。

六、从大学学习特点与经验出发介绍学习方法，以法促学

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0 引言

随着人类的进步与社会发展，土木工程作为古老又新兴的学科，依旧散发着迷人的光彩。理论的不断完善，实验精度的不断提高，规范的不断修正，使人们对土木工程的研究认识跨入了新的领域。现代科技的发展，是思维方式的发展，是智能斗争的升华。新材料的应用，新技术的开发和新施工工艺的进步，无不要求新的思维理论作为基础。解读土木工程中的科学哲学思想，成为当务之急。只有从思维层次上真正提高，才能创造出新的理论，引发新的技术革命和工艺开发。

1 土木工程和哲学的历史关系

土木工程作为从人类诞生之日起就存在的最古老学科之一，具有很强的实践性，与被誉为人类科学之母的哲学有着密切的关系。

从17世纪开始，德国古典哲学范式兴起。以伽利略和牛顿为先导的近代力学同土木工程实践结合起来，逐渐形成材料力学、结构力学、流体力学、岩体力学，作为土木工程的基础理论的学科。这样土木工程才逐渐从经验发展成为科学。有了具体的受力分析状态作为理论基础，土木工程的研究上了一个崭新的台阶。它将结构看作是线性的，研究并模拟实际的情况，将数学证明引入了土木工程的学科，是质的飞跃。在考察结构的相互作用时，将各部分分解开来，单独计算，最终整合。虽然与实际不尽相同，但在当时的情况下，已属难能可贵。

随着社会的发展，人们对土木工程的发展要求越来越高。特别是20世纪系统论和非线性等哲学思想的新鲜出炉，土木工程更加散发着勃勃生机。人们认识到结构不是一个线性的系统，而是非线性的。结构的相互作用也是要作为一个整体考虑，是一个系统，并将概率论与分形等思想融入其中，将土木工程的发展推上了一个新的高峰。

2 现代土木工程的哲学思想

吉林大学刘猷桓教授指出，“我们的时代使命是应用的观点和方法去反思现代科学技术发展提出的一系列新问题，进而推进科学技术哲学向前发展” [1] 。这是对于哲学界来说的。对于工程界也是一样，用的观点和方法反思工程问题并对其指导实践。

2.1 系统论思想

20世纪中叶，系统科学诞生。它批判了还原论。深入研究了各类系统的运行和演化规律，先后形成了控制论、信息论、运筹学、耗散结构论、协同学、超循环理论、混沌学、复杂适应理论和开放复杂巨系统理论等。从而认识到，系统的运行和演化过程，并不像机械论者所认为的，只是单纯的、线性的、必然的，平稳的过程。而一般是简单和复杂、线性和非线性、必然和偶然、量变和质变、有序和无序、进化和退化相结合的辩证过程[4]。系统论的内涵表现在系统存在、系统演化和系统变革三个方面。系统范畴的建立，在诸多方面丰富和发展了唯物辩证法。其中最重要的一点就是为事物的普遍联系找到了一个基本形式[5]。它为人们提供了一种以整体性、综合性、层次性、动态性和开放性为原则的科学思维方式——系统思维，为土木工程的思维提供了哲学理论依据。

系统思维在土木工程中的目的是以哲学思想和管理科学为手段，针对现代土木工程的新特点，充分发挥科学家、科研工作者、工程技术人员的创造性和积极性，争取小投入、高产出、出成果、出效益，从而发挥最佳效能。系统思想要求从整体上考虑问题，要求拥有整体观，有助于提高层次提出分析解决问题，抓住主要矛盾并能着眼以后，用可持续发展眼光看待现今的工程建设。

2.2 辩证法思想

土木工程活动中充满了辩证法，值得我们深入研究。工程活动中普遍存在的质量和造价及进度的辩证关系，竞争与协作等涉及人的因素的辩证关系。它具有虚拟性、理想性、建构性、转化性、协调性等辩证思维特性。应用辩证的思维看待问题，是客观的要求。在人类的思维方式中，如果只注重真理性规定，忽视模式创造，很容易陷入科学主义和教条主义的泥坑；如果只注重模式，忽视真理性规定，容易误入实用主义歧途，尤其是土木工程这个异常重视实践的学科。过于复杂的客观情况难以如实地进行室内实验或现场测试和理论分析，而且只有进行新的工程实践，才能揭示新的问题。但是，如果抛弃受力分析，所有的一切将是空中楼阁，失去了理论支撑和公式计算，土木工程只能止步不前。如何处理这一系列辩证关系，将是新一代土木人研究的对象。

2.3 复杂性思想

从无序中发现有序，从复杂中寻求简单，是人类认识论的永恒主题，也是科学发展史的基本取向。随着精密自然科学几乎将简单系统的重要简单性法则发现殆尽，加之已发现的简单性法则与现实复杂性之间的巨大差距，人们开始将探索的兴趣转向复杂系统。而20世纪中叶以来一系列处理复杂性的基本理论和数理工具的创立，终于使复杂科学应运而生。复杂科学并不背离从现实的复杂性中寻求隐藏的简单性的法则。然而，复杂系统与简单系统的本质区别在于，在复杂系统中不可能找出具有决定论性质的一组简单性法则，复杂科学完全排除拉普拉斯决定论的可预见性狂想，复杂科学否定完全的简单性而只求有限的简单性。复杂性研究的起步近年来进展迅速，在控制论、信息论、系统论、突变论、协同学、超循环论与耗散结构论等理论及混沌分形高性能计算机等数学工具的基础上，复杂科学的概念、理论及方法已基本确立起来[6]。随着复杂科学理论、学科及研究机构的兴起，复杂科学的概念、思想、方法已几乎渗透到精密自然科学的所有领域，为土木工程的复杂结构分析奠定了思维基础。

如在结构工程方面，人们认识到工程结构并不是简单的弹性体，而是一个具有复杂内容的非线性弹塑性结构。它包括材料的非线性以及结构本身的非线性等内容。有限元方法应运而生，它的不断完善和不断发展，为复杂结构分析开辟了道路。在防灾减灾方面，人们认识到地震波也不是简单的平稳输入，而是非平稳的随机过程，其中包括了幅值的非平稳和频率的非平稳。运用复杂科学思想方法对诸多方面进行分析解答，将使土木工程进入崭新的阶段。

3、土木工程的发展趋势哲学观

现代土木工程需要适应各类工程建设高速发展的要求。人们要建造大规模、大跨度、高耸、轻型、大型、精密、设备现代化的建筑物。既要求高质量和快速施工，又要求高经济效益。这就向土木工程提出新的课题，并推动土木工程这门学科前进。

1、要加强科学哲学思想对土木工程的指导作用。由于土木工程设施的规模日益扩大，现在应该运用系统工程的理论和方法以提高规划水平。特大的土木工程社会效果是有利也有弊，在规划中，对于趋利避害要作全面的考虑。

2、建立正确的土木工程观。工程哲学认为，工程观研究涵盖五个方面：①具有可持续发展内涵和可持续发展利益的工程观研究；②工程辩证观研究；③工程系统观研究；④工程生态观研究；⑤ 工程价值观的研究。一个重大工程，不仅要考虑其经济价值，而且要考虑其生态价值、社会价值、艺术价值，不仅要考虑其眼前的价值，还要考虑其长远的价值、历史价值，而这些都关系到人的发展观问题。我们要以正确的哲学观念来审视并指导活动。

3、理论联系实际，主观符合客观。土木工程不是闭门造车，是为生产生活人类活动社会发展服务的。再先进的理论，也是从实际中来受实际检验并为实际服务的。我们不能脱离实际进行纯理论研究，我们的工作是将理论实际结合起来，指导实践。此外，在改造自然的过程中，需要主观符合客观，遵循自然规律的指导。在人类需要和自然法则发生矛盾时，以客观为准，适度调和。

4、结语

十后，我国人民正在努力全面建成小康社会，我们正在进行史无前例的工程建设，在这样的社会条件和社会环境中，利用哲学观点解读土木工程——一个跨学科、多学科的研究领域，毫无疑问是既具有重要理论意义及现实意义的。有意识地运用哲学思维来指导土木工程发展，是时代的要求。对于工程技术人员来说，应自觉学习和掌握唯物辩证法，增强工作中的原则性、系统性、预见性和创造性；树立全局思想和大局观念，必须跳出工程技术来看工程，才能为工程的决策和管理提供可靠的依据；树立科学发展观，处理好现实中的关系和矛盾。运用哲学指导土木工程的研究以及实际工程建设，以推动土木工程的全面发展。

[参考文献]

[1] 柘珂，“现代科学技术与当代哲学高峰论坛"综述，东南大学学报（哲学社会科学版），2005.1，7（1）：35~36

[2] 丁玉琴、张永兴、何跃，岩土工程中的科学哲学思想及应用，高等建筑教育，2006.3，15（1）：16~19

[3] 赵建军，“工程哲学与科学发展观"研讨会综述，自然辩证法研究，2005.5，21（5）：105~106

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一、现代土木工程的特点

适应各类工程建设高速发展的要求，人们需要建造大规模、大跨度、高耸、轻型、大型、精密设备现代化的建筑物，既要求高质量和快速施工，又要求高经济效益。这就向土木工程提出新的课题，并推动土木工程这门学科前进。它的发展趋向具体地表现在下述几个方面。

1、建筑材料方面。高强轻质的新材料不断出现。比钢轻的铝合金、镁合金和玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）已开始应用。但是这些材料有些弹性模量偏低，有些价格过高，应用范围受到限制，因而尚待作新的探索。

2、工程地质和地基方面。建设地区的工程地质和地基的构造及其在天然状态下的应力情况和力学性能，不仅直接决定基础的设计和施工，还常常关系到工程设施的选址、结构体系和建筑材料的选择，对于地下工程影响就更大了。

3、工程规划方面。以往的总体规划常是凭借工程经验提出若干方案，从中选优。由于土木工程设施的规模日益扩大，现在已有必要也有可能运用系统工程的理论和方法以提高规划水平。特大的土木工程，例如高大水坝，会引起自然环境的改变，影响生态平衡和农业生产等，这类工程的社会效果是有利也有弊。在规划中，对于趋利避害要作全面的考虑。

4、工程设计方面。已开始采用概率统计来分析确定荷载值和材料强度值，研究自然界的风力、地震波、海浪等作用在时间、空间上的分布与统计规律，积极发展反映材料非弹性、结构大变形、结构动态以及结构与岩同作用的分析，进一步研究和完善结构可靠度极限状态设计法和结构优化设计等理论；同时发展运用电子计算机的高效能的计算和设计方法等。

5、工程施工方面。随着土木工程规模的扩大和由此产生的施工工具、设备、机械向多品种、自动化、大型化发展，施工日益走向机械化和自动化。

二、土木工程的发展前景

1、原材料向高性能材料发展

钢材将朝着高强、具有良好的塑性、韧性和可焊性方向发展。日本、美国、俄罗斯等国家已经把屈服点为700N/mm2以上的钢材列人了规范；如何合理利用高强度钢也是一个重要的研究课题。高性能混凝土及其它复合材料也将向着轻质、高强、良好的韧性和工作性方面发展。

2、建筑工业化

建筑长期以来停留在以手工操作为主的小生产方式上。解放后大规模的经济建设推动了建筑业机械化的进程，特别是在重点工程建设和大城市中有一定程度的发展，但是总的来说落后于其他工业部门，所以建筑业的工业化是我国建筑业发展的必然趋势。要正确理解建筑产品标准化和多样化的关系，尽量实现标准化生产；要建立适应社会化大生产方式的科学管理体制，采用专业化、联合化、区域化的施工组织形式，同时还要不断推进新材料、新工艺的使用。

3、土木工程将向太空、海洋、荒漠开拓

地球上的海洋面积占整个地球表面积的70%左右，现在陆地上土地太少，首先想到的是可向海洋发展。向海洋开拓近代已经开始。为了防止噪音对居民的影响，也为了节约用地，许多机场已开始填海造地。如中国澳门机场，日本关西国际机场均修筑了海上的人工岛，在岛上建跑道和候机楼。香港大屿山国际机场劈山填海，荷兰Delf围海造城都是利用海面造福人类的宏大工程。现代海上采油平台体积巨大，在平台上建有生活区，工人在平台上一工作就是几个月，如果将平台扩大，建成海上城市是完全可能的。

三、土木工程建筑施工管理现状

土木工程建筑施工管理是一种资源配置，即把企业把内外的所有资源进行合理最优的配置。这种配置是基于实现工程项目的合同目标为前提的，从而达到相应的企业效益以及社会效益。土木工程以其自身内在的特点，其效益的实现不仅有企业自身的，还有社会这个层面，因此其施工不能只顾自身的效益，放弃对工程质量严格控制，只有达到企业效益与社会效益的统一，才能实现最完美的土木工程建筑施工管理，优化配置企业相应的可利用资源，在市场竞争中立于不败之地。随着工程建筑市场的逐渐成熟，其内在的竞争压力也逐渐增大，这对土木工程企业来说，无疑是一个巨大的刺激和挑战。因为只有在竞争中，企业才能实现自己的存在的价值和意义，最重要的是还能能使企业壮大变强。不过在这种竞争下，由于土木工程建筑施工企业的管理体制还没有大的变化，所以存在着许多问题。项目与企业间责任不明、激励不够，约束不严，不确定因素过多等严重影响着项目施工管理的正常实施，市场的不正当竞争，地区保护行为的严重阻碍了市场的健康发展。

四、工程土木建筑施工管理创新

1、土木工程建筑施工管理要不断的创新，它的关键就是企业的管理者要对它进行重视，对经费的投入进行提高，培养人才、要关心员工，使其产生对企业的凝聚力，把企业当成第二个家。企业管理者还要加强创新意识，用创新的思维来管理企业，就要考虑市场的需求，要认识到企业施工管理创新具有紧迫性、重要性、艰巨性还有长期性，并将项目施工管理的创新放在企业发展战略的高度来定位并将创新工作切实落到实处。

2、推行项目管理责任制由于建筑工程项目得规模大、分项工程和单项工程比较多，施工管理和合同管理难度大。在精干主体的基础上，还必须进一步减化生产关系，减少管理层次变金字塔式的管理为扁平式管理。项目经理在授权范围内处理和协调甲乙方，总包与分包方、监理方、设计方以及当地政府有关部门等各方面的关系，保证工程项目的协调有序实施，同时企业内部要用完善的管理机制和监督机制保证项目经理责任制的落实。建设承包公司对项目部严格按照项目管理的原则和合同履约要求进行资源配置，下达生产计划和各项经济技术考核指标，以保证实现预期的项目管理目标。同时逐步建立健全一套项目管理的责任体系与规章制度，明确项目管理责任人及建设承包公司与各施工生产单位的管理责任，规范项目管理行为，制定项目管理考核办法及奖惩制度等，促进项目管理责任制的落实。

3、技术创新信息技术的使用是技术创新的主要载体，计算机与信息技术是管理现代化的重要工具。工程从中标到交工验收，除必须具备较高的施工技术水平外，还应采用先进的现代化施工管理手段来提高企业管理水平，这些管理手段则必须依靠计算机来完成。

因此，土木工程建筑管理必须依靠先进的科学技术，加强企业的监督管理，提高企业的创新意识，工作人员认真负责的态度，熟练的掌握建筑工程项目管理、建筑预算、监理等专业知识。要重点掌握建筑工程现场的施工技术、质量检验、工程造价和工程管理能力。要有敬业精神和吃苦耐劳的作风，提高工程的质量。这样才能对我国的土木工程建筑施工起着推动的作用。

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中图分类号：G643 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）001-178-02

当前国家正处于经济高速发展时期，大量土木工程正在兴建与建设，对土木工程专业研究生的需求量迅速提高，但是与此同时社会对土木工程专业的研究生也提出了一些质疑和要求。由于土木工程专业研究生有其自身特点，有别于其他专业，因此探索如何培养出高质量的土木工程专业研究生是本文的出发点。

与此同时，研究生规模迅速扩大。如何在研究生规模扩张的背景之下，保障土木工程专业研究生的教育质量是一个比较迫切的实际问题。要解决这个问题首先需要明晰的几个概念是：质量、教育质量、研究生教育质量。只有将这几个概念明确，我们才能有的放矢，对土木工程专业研究生教育质量的概念进行界定，建立起合适的土木工程专业研究生教育质量保障体系。

1质量

质量是一个多维度的概念，目前国内外对于质量的概念并没有一个统一的标准和说法。

管理学中有关质量主要代表性的概念有：

（1）全面质量管理创始人德明（William Edwards Deming）定义：低成本为顾客提供满意的新产品或服务。

（2）美国著名的质量管理专家朱兰（Joseph Juran）博士从顾客的角度出发，提出了产品质量就是产品的适用性，即产品在使用时能成功地满足用户需要的程度。用户对产品的基本要求就是适用，适用性恰如其分地表达了质量的内涵。

（3）世界质量先生克劳斯比（Philip Crosby）定义：符合预设标准与要求。

（4）ISO8402（1994年版）定义。质量：反映实体满足明确或隐含需要的能力的特性总和。

（5）ISO9000（2000年版）定义。质量：产品或服务应具备的特征、期待的特征。

关于“质量”的定义，以上列举出笔者认为比较有代表性的几种定义。学术界关于“质量”的定义是多样化的，并且由于出发点和立场不同，定义的角度和内涵也是不一样的。

在以上定义中，我们可以总结出：质量是一个多维度的概念，有着丰富的层次，是多元化的组合。其核心要素在于满足某种需要，同时隐含着比较的特征。

2教育质量

“教育质量”是“质量”的派生概念。目前关于“教育质量”的定义并没有

固定的定义。对此学术界是见仁见智，众说纷纭。列举几种如下：

（1）“不可界定论”。持这种观点的学者认为质量是什么很难说清楚，其概念难以界定。

（2）“产品质量说”。这种观点起源于将工业产品的质量标准引入到了高等教育领域，将质量看作是“产品优劣的程度”。

（3）“测量观”或“达成度观”。指事物达到既定目标的程度，或者说是符合目的的质量。通常是将质量与目标相比较，认为质量即是对于目标的适切性，满足或符合一些既定标准，或达到目标的程度。

（4）“替代观”。这类观点是用卓越的、第一流的、优秀等词替代质量的本义。

（5）“实用观”或重实效的、适应社会的“外适性质量观”。它是以有用和实效作为衡量质量的准绳。强调高等教育质量应该满足消费者（学生及其家长、雇主、社会和政府等）规定的和潜在的需要的质量。这种观点强调的是一种需求导向，反映了市场本位论和社会本位论的价值导向。

（6）“绩效观”。这种观点主要是从投入产出角度来考察和评判质量。

（7）“内适性”或“学术性”质量观。这种观点主要认为高等教育应按自身所固有的规则和权限运行，因而十分注重立足于未来的基础研究，注重长期的发展，而不注重短期的结果。

以上列举关于“教育质量”的观点并未涵盖所有的“教育质量”相关观点。但我们可以判定这样一个基本事实，这些不同的观点都存在着其合理性和局限性。

随着高等教育的发展，对于高等教育质量的内涵和概念具有多样性和多元化的这一观点已经基本形成共识。因此承认质量及教育质量标准的相对性和多样性，从自身的需要选择适当的视角来确定质量的定义及标准是本文的基础。

3研究生教育质量

根据上文朱兰的定义，质量不是一个固定不变的概念，它是动态的、变化的、发展的；它随着时间、地点、使用对象的不同而不同，随着社会的发展、技术的进步而不断更新和丰富。同样的，我们不难断定研究生教育质量的概念也是一个动态的概念，它随着社会的发展、技术的进步而不断更新和发展。但是它的定义和概念不应该孤立于社会边缘而是受整个社会背景的影响与制约。

当今中国，研究生教育规模迅速扩大。研究生规模的迅速扩大既有社会发展的需要也有本科生扩招的影响，与此同时还受到有限的工作机会的桎梏。我们对研究生教育质量进行定义的时候必须考虑到整个社会背景。由于中国国情所限，研究生教育质量主要由教育部的方针政策及所在学校（主要是执行政策）决定。近年来，随着市场经济的迅速发展，以及高校自的提高，研究生教育的质量越来越多地受到用人单位（市场）以及高校自身定位与发展的制约。可以认为国内研究生教育质量的决定要素从一元维度已经转化为三元维度即：教育部、市场、高校。研究生教育质量的衡量应该从这三个维度来予以考虑。

根据上文对质量的有关界定，我们可以把研究生教育质量界定为：研究生教育质量是一个多维度的概念，它包含基础设施、师资队伍、科学研究、奖学金、培养环节过程控制、学术氛围、校园文化等。从环节上考虑包含输入资源的质量、培养过程的质量以及产出结果的质量（学位授予质量、毕业研究生质量）。它受教育部、市场、高校三方面制约。

由于研究生教育是本科后以研究为主要特征的高层次的专业性教育，探究性与专业性是其基本特性，具有探究精神和创新能力就应该是其质量最重要的特征。因此，研究生教育不仅要满足社会发展以及个人全面发展需要，还要发展科学、发现新知识、促进学科专业发展需要。

4土木工程专业研究生教育质量

土木工程，在英语里称为Civil Engineering，直译为“民用工程”。它的原意是与“军事工程”（Military Engineering）相对应的。在英语中，历史上土木工程、机械工程、电气工程、化工工程都属于Civil Engineering，因为它们都具有民用性。后来，随着工程科学技术的发展。机械、电气、化工已逐渐形成独立的学科，Civil Engineering就成为土木工程的专门词。至今，在英语中，Civil Engineering还包括水利工程、港口工程。而在我国，水利工程和港口工程也已成为与土木工程十分密切的相对独立分支。

土木工程是建造各种工程的统称。它既指建设的对象，即建造在地上，地下.水中的工程设施，也指应用的材料设备和进行的勘测，设计施工，保养.维修等专业技术。土木工程一级学科目前包括岩土工程、结构工程、市政工程、供热供燃气通风及空调工程、防灾减灾工程及防护工程、桥梁与隧道工程六个二级学科。

土木工程专业具有四个基本属性：

（1）综合性。随着科学技术的进步和工程实践的发展，土木工程这个学科也已发展成为内涵广泛、门类众多、结构复杂的综合体系。要求土木工程综合运用各种物质条件，以满足多种多样的需求。

（2）实践性。土木工程是具有很强的实践性的学科。在早期，土木工程是通过工程实践，总结成功的经验，尤其是吸取失败的教训发展起来的。从17世纪开始，以伽利略和牛顿为先导的近代力学同土木工程实践结合起来，逐渐形成材料力学、结构力学、流体力学、岩体力学，作为土木工程的基础理论的学科。这样土木工程才逐渐从经验发展成为科学。在土木工程的发展过程中，工程实践经验常先行于理论，工程事故常显示出未能预见的新因素，触发新理论的研究和发展。至今不少工程问题的处理，在很大程度上仍然依靠实践经验。

（3）社会性。当今中国正处于社会转型期，基础设施的兴建如道路、桥梁、地铁、隧道以及大厦、核电站、堤坝、机场、海港等均与土木工程密切相关。可以说土木工程为人类社会创造崭新的物质环境，成为人类社会现代文明的重要组成部分。它的发展水平受制约于所处社会的政治经济发展程度。

（4）社会人文及伦理统一性。土木工程是为人类需要服务的，由它所产生的一系列活动以及构造物宏观上反映了所处时期所在社会的人文和艺术以及工程伦理的高度统一。

根据以上土木工程专业的基本属性，综合性对应的是扎实的基础知识以应对土木工程不同的需要，其中还包含应对不同情况应用不同物质条件的创新能力及综合应用能力。实践性对应的是校内学习应该加强实践课程及外出实地踏堪实践环节。当前用人单位普通对土木工程专业学生的实践性要求较高，要求学生能够很快地进入实践环节从事具体与工程相关的生产实践。然而我国目前培养的研究生较多地偏重于学术性，在实践环节上相对较弱。用人单位普遍反映硕士研究生将知识内化为实践能力的时间周期比预想的要长，但与此同时也普通反映较之本科生硕士毕业生的综合能力及成长速度更加迅速。而社会性及社会人文及伦理统一性则要求加强对学生教育的文化艺术及人文社科方面的薰陶，使得基础设施的兴建一方面满足基本要求，另外也要兼顾社会的文化需求和艺术需要，使得构筑的土木工程既有实用性又能满足社会性及美学要求。创造崭新的物质环境同时，兼顾社会文化需要及美学价值。与此同时，现代工程对于工程伦理有着一个较高的要求。1914年美国土木工程师学会（ASCE）就已经制订了自己的伦理准则。美国工程与技术认证组织（ABET）在90年代末新推出的EC2000认证标准中对工程伦理教育提出了更高更综合的认证要求。例如其通用标准中要求工程教育的毕业生应具备11项能力，其中2项就明确涉及到工程教育的伦理标准。所有这些对我们的土木工程研究生提出了更高以及明显区别于其它专业的要求。

综上所述，我们对土木工程专业研究生教育质量的定义是这样的：它是一个多维度的概念，它包含基础设施、师资队伍、科学研究、奖学金、培养环节过程控制、学术氛围、校园文化、实践环节、社会人文及工程师伦理教育等。从环节上考虑包含输入资源的质量（土木工程专业的本科生）、培养过程的质量以及产出结果的质量（学位授予质量、毕业研究生质量），其中培养环节的过程控制需要考虑到土木工程专业的四个基本属性即综合性、社会性、实践性、社会人文及伦理统一性。宏观上土木工程专业研究生教育质量受教育部、市场、高校三方面制约。

参考文献：

[1] 李远瑛.地方性院校土木工程专业学生工程素质培养探讨[J].嘉应学院学报（自然科学版），2009，27（3）.

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中图分类号：TU-4文献标志码：A文章编号：10052909（2012）05000505近年来，高等工程教育得到政府的高度重视，2010年6月23日，教育部启动“卓越工程师教育培养计划”，要求企业深度参与人才培养过程，学校按通用标准和行业标准培养工程人才，强化培养学生的工程能力和创新能力等。这是促进中国由工程教育大国迈向工程教育强国的重大举措，高等教育要与经济社会相互适应、相互促进，才具有强大的生命力。高校工科专业应把实践中获得的知识、经验和技术用于人才培养、学科发展、教学改革、师资队伍建设、科学技术开发等各个领域，才能提升办学质量和效益，才有发展潜力。随着科学技术的进步和工程实践的发展，土木工程这个学科已发展成为内涵广泛、门类众多、结构复杂的综合体系，是一门范围广阔的综合性学科。为便于在工程领域内国际间的交流和互认，中国在土木工程领域已开始实施注册师制度，那么土木工程专业教学体系与注册师制度如何协调，有待进一步探讨。

一、教学体系改革的必要性

注册工程师制度是一种执业资格制度，在英美等发达国家已经实施多年，中国1997年开始与英国等6个发达国家签订相互承认注册建筑师和注册结构工程师的条约，2010年中国全面实行注册工程师执业制度。作为一种行业准入制度，注册工程师制度明确了从业人员的素质要求，推行这种制度能更好地规范建筑市场，提高建筑技术水平，为中国更好地在建筑领域参与国际竞争打下坚实基础。注册工程师制度的推行，高等教育是基础，每年成千上万的工科毕业生是注册工程师的强大后备军。然而，迄今为止，工程教育与工程师职业资格制度仍有脱节，毕业生要经过相当长时间的实践才能成为合格的注册工程师。笔者从教于土木工程专业，曾在一家部属甲级设计院工作多年，具有一级注册结构师和监理工程师执业资格，结合自己的切身体会认为，目前土木工程专业人才培养模式仍不能充分与注册工程师制度相适应。课程教学体系是人才培养模式的重要内容，如何构建与注册师制度相适应的土木工程课程教学体系，是教育工作者必须解答的问题。在欧美和日本等发达国家，土木工程职业工程师的培训任务很大程度上由企业承担，而中国的土木工程专业毕业生在职业培训方面还未形成体系，施工企业和设计院大都从自身经济利益出发，要求毕业生必须具备相应的工作技能和工作经历，动手能力强，能够尽快独挡一面。市场的需求和毕业生日益增加的就业压力，迫使学校必须加强学生实践能力的培养，构建与注册师执业制度相适应的课程教学体系，全面担负起职业培训的任务。

二、教学体系改革内容

土木工程专业实践性强，早期土木工程通过工程实践总结经验教训，从而得以发展。直到17世纪，以伽利略和牛顿为先导的近代力学同土木工程实践相结合，才逐渐形成材料力学、结构力学、流体力学、岩体力学等土木工程基础理论学科，土木工程才逐渐从经验发展为科学。在土木工程的发展过程中，工程实践经验常先行于理论，工程事故常显示出未能预见的新因素，触发新理论的研究和发展。至今不少工程问题的处理，在很大程度上仍然依靠工程实践经验。所以土木工程专业人才的知识、能力、素质结构应具有鲜明的“实践动手能力强，理论基础知识硬，综合素质高，善于总结运用、推广转换”等职业特点，有较好的设计、实施、开发、管理和评价能力，毕业时即可以胜任工程师岗位的工作任务。高等学校是培养注册工程师的摇篮，土木工程专业的教学体系必须与“具有多张职业注册资格证书”的职业特点相协调，在强调基础理论的同时，设置合理的实践环节，让学生在实践中学习提高，同时还要具有专业以外的社会人文及科学知识，具有较好的综合素质，这样，学生毕业后才能就业于勘察设计院或施工企业，从事土木工程的设计、施工工作，或者进入机关事业单位、房地产公司、厂矿企业的基建部门，从事土木工程的技术管理工作。毕业生经过一段时间的实际工程锻炼，通过国家注册工程师资格考试，成为注册结构工程师、建造师和岩土工程师等专门人才。

（一）优化课程体系

课程教学体系的改革，首先是建立与注册工程师制度相适应的专业培养方案，培养目标应定位于应用型土木工程人才，主要任务是接受注册工程师的基本训练，将职业素质教育贯穿于每一教学环节，使学生向多元化、宽口径发展，毕业后可以直接胜任工业、工程领域的生产、建设、管理、服务等一线工作。课程体系的特点主要表现在四个方面：（1）前瞻性。反映土木工程行业最新发展，适应土木行业执业资格制度考试的动态性要求；（2）灵活性。采取多方向培养，拓展学生以后的执业空间，适应土木行业执业资格体系下不同注册工程师的要求；（3）终身性。大学教育与执业资格体系有机结合，使大学阶段的学习为终身学习打下扎实基础；（4）国际性。满足与国际执业资格制度接轨的要求[1]。注册结构工程师考试内容代表了工程界对相应工程师知识结构的要求，也为高校确定人才培养目标，制定教学改革计划，进行课程设置提供了参考依据。土木工程课程体系的设置，要紧随社会和专业发展趋势，根据人才市场需求和行业发展不断变化，结合专业规范和技术标准的更新及时调整，在已有的相关课程中增加注册工程师执业资格考试内容，或增开相关的选修课程，如：概念设计的内容对一名合格的结构工程师非常重要，而目前单独开设这门课程的高校并不多，笔者认为有必要将其增设为选修课。为满足应用型人才培养需求，可以适当压缩理论教学学时，加强实践环节的教学，提高学生动手能力。笔者曾经接触过台湾的设计同行，发现他们有一个共同的特点：徒手绘画的能力非常强。图面表达被称为工程师的语言，没有良好的徒手绘图能力，就不是一名合格的工程师，而目前的课程体系设置缺乏徒手绘画环节，学生往往依赖于计算机画图，工程实施的表达能力不足，因此，应增加徒手作图的环节，使学生作图时达到信手拈来的境界。再者，一级注册结构工程师执业资格考试分为基础和专业两大科目，这就要求在课程内容上注意课程之间的整体联系，在课时分配上注意与执业资格考试相适用，调整基础课程和专业课程的比例关系，既满足学科的严谨性，也满足执业资格体系的要求[1]。

（二）教学内容改革

课程教学体系改革，其二是要改革教学内容，编写与注册工程师考试相适合的土木工程教材，注重教学内容的动态发展，不断更新、精简教学内容，在切实有效加强基础教学的同时，扩展实习基地建设，加大实践教学的比重，提高学生的动手操作能力和创新能力，加强学生综合能力培养。

1.加强学生综合素质的培养

改革教学内容和方法，职业素质教育从大一就应该开始，培养学生具有较好的人文社会科学素养、较强的社会责任感和工程职业道德；具有从事工程工作所需的相关数学、自然科学知识以及一定的经济管理知识；具有综合运用所学科学理论和技术手段分析并解决工程问题的基本能力；掌握必要的工程基础知识以及基本理论；经过实验技能、工程实践、计算机应用、科学研究与工程设计方法的基本训练，具有创新意识以及对新产品、新工艺、新技术、新设备研究、开发和设计的初步能力；了解相关职业和行业的生产、设计、研究与开发过程，熟悉环境保护和可持续发展等方面的方针、政策和法规，能正确认识工程对客观世界和社会的影响[2]。

目前中国教育还处于应试教育阶段，从小学到大学，学生与社会联系较少，学生在校所学知识比较零散，各门课程之间往往缺乏有机联系，理论脱离实际，解决不了实际工程问题，所以加强工程意识，增加实践环节是当务之急，由于学生不可能同时学习和工作，增加模拟注册工程师考试和系统知识测试，使教学与实际工程应用相结合就成为培养学生实践能力的主要途径，在大学的课程和结业考试中，除了对所学课程必须考察的内容外，还可以增加注册工程师考试内容，并根据每年注册工程师考试大纲和试题进行调整，使其具有时效性和真实性[3]。例如：一栋高层建筑在有地质勘探报告的基础上，如何确定基础方案就是结构方案问题，是采用桩基、筏基、还是箱基，除了结构本身的问题及经济指标外，还涉及到深基坑的施工开挖与支护方案、对相邻建筑物的影响等，这就需要凭借较强的综合素质能力来选择，可真题真做，课堂讨论应该选择什么样的基础方案，最后应用于实际工程，并让学生参与施工，这样学生既学到了知识，也颇有成就感，提高了学习兴趣。

2.加强实践和创新能力的培养

土木工程技术的发展主要凭借工程实践而不是凭借科学试验和理论研究，一是有些客观情况过于复杂，难以如实地进行室内实验或现场测试和理论分析，如地基基础、地震作用下结构的受力和变形状态，至今还需要参考工程经验分析判断。二是只有通过新的工程实践，才能揭示新的问题。建造高层建筑和大跨桥梁时，工程的抗风和抗震问题突出，才能发展出这方面的新理论和新技术，所以土木工程的学习必须注重工程实践的培养，通过建立实习实训基地、开展结构大赛、参与教师科研项目等，提高实践能力。

建立实习实训基地，首先应积极拓展对外合作，依托建筑企业建立产学研紧密结合的校外实习基地，形成有效的运作机制，逐步形成集教学、科研、生产、培训为一体的多功能实习基地，使学生在实习期间得到全方位训练。但在目前的社会环境下，国内的施工企业和设计院大都从自身经济利益出发或出于安全问题考虑，不愿意接收学生实习，扩招又使学生人数大增，很难把众多学生在一段时间内安排在某一工地实习。如果让学生自己找工地，比较分散，已经承担了诸多教学科研任务的指导教师难以面面俱到、逐一指导，实习过程不便控制，实习效果难以保证。如此，虽然在形式上增加了实践性教学环节的时间，但实习效果不佳，甚至还影响了理论课教学，盲目压缩课时导致上课时段非常集中，学生几乎每天都在应付听课，没有时间消化所学知识。笔者认为要保证实践效果，重点还是加强校内实习实训基地建设，因为校内实习基地不以生产为目的，可以根据教学要求开设实习项目，例如：在讲混凝土结构设计的梁板配筋时，就可以把学生带到实习基地开展随堂教学，增强学生的感性认识，知道各种钢筋到底是如何放置的。另外可以在实训基地修建各种各样的结构模型，供学生随时参观对照，并有机会亲自动手制作。在毕业设计时，如果能在实习基地亲手把自己设计的图纸付诸实践，进行施工，学生一定终身难忘。桂林理工大学的学生曾经自己砌过墙体，设置过构造柱和圈梁，他们自己动手的热情比单一的课堂听课积极性高，教学效果好。当然，要建立规范且成一定规模的校内实习实训基地，势必要增加人力、设施和经济投入，这是加强土木工程教育的最佳途径。

除了建立实习基地，还可以通过各种实践教学环节培养学生的职业态度和职业行为能力[4]，对于土木工程专业，结构设计竞赛是教学改革的有效方法之一。通过设计竞赛，不仅可以调动学生积极性，也有利于培养其实践动手能力、创新精神和团队协作精神，使学生在本科阶段具备工程实际案例的综合分析能力，熟悉基本结构和基本构件的完整设计，新型建筑结构体系模型设计与制作，结构计算设计等全过程[5]，桂林理工大学在2011年承办了广西结构设计竞赛，题目为承受竖向荷载的自立式塔式起重机结构模型设计与制作，取得了良好的教学效果。

另一方面，教师可以将自己承担的科研项目与试验成果有机融入教学，带学生参观试验现场，结合实例讲解，加深学生的直观感受，增强他们对科学研究的兴趣，同时鼓励学生参与教师的科研项目，开展大学生科技活动，提高他们的实践和创新能力。笔者在进行广西自然科学基金项目——无粘结预应力开洞板试验研究时，选择4名本科生参与其中，他们以此为题材，参加了全国第十一届“挑战杯”决赛，获得了三等奖，结合《混凝土结构设计》教材中“双向板按塑性理论的分析方法”发表了《无粘结预应力混凝土开洞板极限荷载计算研究》一文，产生了良好的教学效果，目前这几名学生全部在设计院工作，而且表现优秀。

3.加强规范与法规的教育

作为未来的土木工程注册工程师，熟悉现行的土木工程规范与法规十分必要。国家和地方及行业的规范、规程是工程建设的依据，是土木工程设计、监理、管理的基础，因此，在教学中结合有关规范与法规显得尤为重要。随着社会经济的发展，现行规范不断更新，与注册师制度相适合的土木工程教材必然随之更新，专业教材从某种意义上来说就是对规范的理解和应用，教师必须不断学习新规范、新知识，吸收现代科学发展的新成果，了解学科的发展前沿，编写与新规范相适应的教案，在课程教学中，结合现行规范讲解，引导学生自觉学习和掌握最新的规范和规程。通过学习土木工程规范与建筑法规，使学生认识到技术标准是具有法律属性的技术法规。 技术标准是在实践经验总结基础上，应用现阶段科学技术成果，经标准化过程制订的，是严谨的科学成果。因此，必须遵照执行才能获得应有的经济效益和社会效益。实践证明，出现工程质量事故是没有认真执行标准、规范、规程的结果，只要按标准去设计、施工、验收，就完全可以保证工程质量[6]。

（三）师资队伍建设

建立与注册工程师制度相适应的课程体系，师资是关键。要培养毕业后能尽快进入执业状态的应用型人才，要求教师在具备一定基础理论知识的前提下，具备较好的实践动手能力和创新素质，教师队伍中必须具备一定数量的“双师型”教师，从整个师资队伍结构来说，既有来自高校的专职大学教师，又有来自设计院所（公司）、施工企业的兼职教师；既有侧重于专业理论教学的教师，又有侧重于专业技能教学的技师。其次对教师个人素质和资格要求而言，教师既要有全面的土木工程专业理论知识，又要有丰富的土木工程生产实践经验；既能从事课堂理论教学，也能胜任现场实际操作；既有教师资格证，也有国家注册结构师、建造师、岩土工程师或监理工程师、质量工程师等资格证，成为教师+工程师的复合型人才[7]。只有参加过实际工程的教师才能有针对性地加强学生的职业素质教育，在教学中充分发挥“双师”优势，经常组织学生到各类建筑工地参观，把课堂教学与现场教学有机结合，增强了学生的学习兴趣和热情，也加深了他们对理论知识的感性认识，为培养合格的工程师奠定坚实基础。师生比不能过低，教学科研工作量不宜过大，使教师真正全身心投入教学，取得良好的教学效果。高等教育考核体系，不应片面强调学历学位，而要遵循高等教育的运行规律，这对工程教育发展是有利的。

三、亟待完善的注册师制度

注册师制度已经实施了10余年，对推动中国基本建设发挥了不可替代的作用，也与国际执业资格制度逐渐接轨。但是注册师制度仍有不足之处。以注册结构师为例，一是考题偏重于理论，许多实践经验丰富的中年设计专家因为不擅长考试，被挡在注册师门外，如果能像注册建筑师考试那样，增加一些实际设计内容，注册师资格认证标准可能就会合理实用得多，通过注册师考试者能真正把握结构方案，能担当保证结构安全的大任。二是注册师的受聘单位问题，目前执业资格证书挂靠现象并不鲜见，一些并不具备设计人员条件的企业，为了申请设计资质，用高薪招揽注册考试过关人员“挂靠”，而拥有资格证书的结构师则供职于其他单位，只在此拿不菲的挂证费，并不在设计岗位，没有真正把握结构安全的大印，设计把关非常随意，有悖于国家对注册师岗位职责要求的初衷。由此导致在校本科生和研究生不注重理论知识的应用和实际动手能力，为了考证而考证。所以与注册师制度相适应的土木工程专业课程体系构建，也与完善注册师制度息息相关，只有完善注册师制度，才可能保证人才培养质量。

四、结语

根据土木行业全面实行执业资格制度的特点，土木工程专业的教育应积极配合，努力构建大学教育与执业资格培训相适应的专业培养模式及课程教学体系，围绕土木行业执业资格制度的要求，注重专业知识、工程素质的训练，从专业结构、教学模块、师资力量、教师引导，实习实训基地、创新实践方面，进行与土木行业执业资格制度相适应的教学体系和课程改革，培养与注册工程师体系相适应的高等应用型专门工程人才。

参考文献：

[1] 刘在今，许明.执业资格体系下土木工程专业培养模式的思考[J].职业时空，2006（24）：36-37.

[2] 张文雪，刘俊霞，彭晶.工程教育专业认证制度的构建及其对高等工程教育的潜在影响[J].清华大学教育研究，2007，28（6）：60-64.

[3] 张云峰，詹界东，李文.土木工程专业教学改革必须与国家注册工程师制度接轨[J].高等建筑教育，2005，14（1）：14-16.

[4] 曹霞，金凌志，付强.土木工程应用型本科人才培养模式研究与实践[J].高教论坛，2010（1）：26-29.

[5] 林煌斌，曾琦芳.基于国家注册结构工程师制度的教学改革[J].集美大学学报，2010，11（3）：108-112.

[6]马嵘.论土木工程专业教改与国家注册工程师的统一[J].嘉兴学院学报，2002，14（S1）：226-228.

[7]金凌志，韦龙明，曹霞.应用型本科“双师型”教师队伍建设浅析[J].中国科技教育，2007，10（10）：100-101.

Curriculum system construction of civil engineering specialty adapting to

registered engineer system

CAO Xia， JIN Lingzhi， LAN Lijiang， FU Qiang

（a. College of Civil Engineering and Architecture； b. Bowen Management College， Guilin University of Technology，

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一、引言

2010年6月教育部启动了“卓越工程师教育培养计划”（以下简称“卓越计划”），旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才。安徽理工大学土木工程专业（矿山建设方向）是安徽理工大学最早开办的专业方向之一，迄今已有60余年的办学历史，为国家培养和造就了一大批矿山建设领域人才。矿山建设一直以来都是我校的强势学科之一，1984年获批矿山建设工程硕士学位授权点，1995年被遴选为原煤炭工业部重点学科，2001年以矿山建设工程学科为基础的岩土工程学科被遴选为安徽省重点学科，2010年招收岩土工程博士研究生。为适应人才培养从传统的教育模式向“卓越计划”培养模式的转变，我校土木工程专业（矿山建设方向）培养方案需重新制订。本文根据“卓越计划”的目标要求，结合我校多年来的矿山建设工程专业办学基础，对面向卓越工程师培养的矿山建设工程专业培养方案进行探索。

二、培养目标

安徽理工大学土木工程专业矿山建设工程方向本科生的培养目标为：面向未来矿山建设需要，适应未来科技进步，采用校企联合的培养模式，培养学生掌握土木工程学科的基础理论和矿山建设工程方向的专业知识，基础理论扎实，专业知识宽厚，实践能力强，能胜任矿山建设工程的设计、施工、管理、研究和教育等工作，具备从事交通、铁道、水利和市政等相关领域工作的能力，并具有继续学习能力、创新能力和国际视野的卓越人才。

三、培养模式

矿山建设工程专业“卓越计划”采取“3＋1”本科工程型培养模式，是指在大学本科4年中，在学校进行理论学习的时间累计3年，累计1年的实践教学环节在企业进行，实践教学环节由本专业教师（校内导师）和合作企业的工程师（校外导师）联合指导和培养，即实行双导师制，从而使学生紧密结合矿山建设工程实际，深入煤矿的勘测、设计、施工和运营管理等整个建设工程环节中，完成在企业实训阶段的学习任务。

四、课程模块设置

公共基础课程模块：包含大学英语、高等数学、线性代数、概率论与数理统计、大学物理、工程化学、计算机文化基础、VisualBasic程序设计、基本原理、思想和中国特色社会主义理论体系概论、思想道德修养与法律基础、中国近代史、大学生心理健康教育、职业发展（生涯规划指导）、就业指导、形势与政策、体育等课程，共计72个学分，1336个学时。公共选修课程模块：由学生根据个人兴趣自由选择，但要求本科毕业时获得的公共选修课总学分不得少于6个学分。专业基础课程模块：包含理论力学、材料力学、结构力学、弹性力学、土力学、土木工程概论、土木工程材料、土木工程施工、土木工程测试技术、混凝土结构设计、钢结构、基础工程、工程地质与水文地质、工程测量、工程荷载与可靠度设计、画法几何及建筑制图、数值计算方法、建设工程项目管理、工程概预算、施工组织设计、土木工程建设法规等课程，共计53个学分，856个学时。跨学科专业选修课程模块：由学校指定，对于矿山建设工程专业，该课程模板包含机械设计基础、电工与电子技术这2门课程，共计4个学分，64个学时。专业核心课程模块：包含岩石力学、爆破工程、井巷特殊施工、矿山建设工程、地下建筑结构这5门课程，共计10个学分，160个学时。专业任选课程模块：由学生自行选择，但要求至少修满6个学分，对于矿山建设工程专业，建议优选课程为开拓开采、矿井通风与安全、隧道工程和矿井提升运输等。实践性教学环节模块：包括工程地质实习、工程测量实习、矿山建设工程课程设计、井巷特殊施工课程设计、地下建筑结构课程设计、施工组织课程设计、基础工程课程设计、混凝土结构课程设计、认识实习、生产实习、毕业实习、毕业设计、矿建工程施工与管理实训等课程，共43学分，均采用校企联合的实践教学形式。素质拓展模块：鼓励学生积极参与各类学科竞赛、科技活动、文体活动、其他社会实践活动等，根据学校所制定的明细素质拓展教育学分表，学生可获得相应的学分，要求学生修满4个学分。按矿山建设工程专业“卓越计划”所培养的本科生，要求修读所有必修课程和参与所有实践环节，要求满足各类选修课程的基本规定和各类课程学分，总学分至少达到190学分，其中理论课程150学分，企业实践环节40学分，方可授予工学学士学位。

五、校企联合培养方案

（一）校企联合培养内容与形式

校企联合是卓越人才培养的新增教学环节，是培养矿山建设人才的新模式。土木工程（矿山建设）专业的实践教学在学校和合作企业完成，在企业学习、实践的累计时间不少于1年。校企联合培养主要包括两大环节：实习与设计。实习主要包括本专业的认识实习、生产实习、工程实践和毕业实习；设计主要包括各类课程设计和毕业设计。校企联合培养内容与形式见表1所示。

（二）考核内容与方式

考核内容及权值分别为：创新能力（0．15）、工作态度（0．1）、团队协作精神（0．1）、专业实践成果及答辩（0．35）、实际操作能力（0．3）。考核方式采用专业实践汇报、书面总结（实习报告、设计或论文等）材料及质量评定和答辩、素质的评价和综合能力等。根据考核内容的加权平均分将考核结果分成5个等级：优秀、良好、中等、及格、不及格，并列入学籍档案。成绩不及格者必须重修。

（三）联合培养方案实现基础

安徽理工大学成立了矿山建设工程专业“卓越计划”领导小组，学校与淮南矿业（集团）有限责任公司、淮北矿业（集团）有限责任公司、国投新集能源股份有限公司、皖北煤电集团有限责任公司、中煤矿山建设集团有限责任公司等大型国有煤矿企业均签有长期、稳定性的全面合作协议。上述各企业均有职工培训教室和宿舍等设施，每年合计能接纳100多名土木工程（矿山建设）专业的学生进行实习与设计工作（安徽理工大学矿山建设专业每年招生学生平均人数为80人）。校企联合培养实行双导师制，校内导师由教学经验丰富并有一定实际工程经历的专业教师担任；校外导师由具有丰富实践经验和一定理论知识体系的高级技术职称专家担任。上述各企业的多名优秀正高级工程师已被聘为我校兼职教授，能满足面向卓越工程师培养的矿山建设工程专业校外指导教师的要求。学校可每年定期邀请校外导师来学校一起商讨和修订卓越工程师校企联合培养计划，共同做好现场教学、实习、设计以及实训等实践教学工作。

六、结语

我国目前设置有矿山建设工程专业的高校还不是很多，仅限于原煤炭部直属的几所高校。“卓越计划”的特点主要体现在注重学生工程实践能力的培养和企业的高度参与教学，而由于煤炭行业的高危性，使矿山建设工程专业“卓越计划”在实施过程中，势必会遇到一系列困难，但相信在学校和企业深入合作教学的情况下，不断修订和完善校企联合培养方案，可确保我校土木工程专业（矿山建设工程方向）卓越工程师教育培养计划的顺利实施，进而培养出一大批具有高素质和创新能力的矿山建设工程技术人才。

作者:蔡海兵 荣传新 郑腾龙 单位:安徽理工大学

［参考文献］

［1］林健“．卓越工程师教育培养计划”通用标准研制［J］．高等工程教育研究，2010（4）：21－29．

［2］林健“．卓越工程师教育培养计划”专业培养计划研究［J］．清华大学教育研究，2011（2）：47－55．

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1岩土工程学简介

1.1岩土工程的基本介绍

岩土工程发源于上世纪60年代，是欧美国家在土木工程发展实践中创建的一种新的技术体制。其研究的目标主要有岩体与土体工程问题、地基与基础、边坡和地下工程等问题。自建立以来岩土工程已有65年左右的历史了。

1.2岩土工程与土木工程的区分

岩土工程来源于对于土木工程的实践但是两者的基本概念有所不同，土木工程是地上，地下水中各类工程的统称；岩土工程是对于土木工程中涉及岩石、土、地下、水中的工程的称呼。可以认为岩土工程是对于土木工程中某些部分的细化称呼。

1.3岩土工程的发展现状

随着时代的发展，对于工程施工企业的发展束缚逐渐被解开，现在的岩土工程行业的竞争非常的激烈。在激烈的竞争中企业的规模并不是展现实力的最重要环节，企业的技术优势才是其实力的最重要的体现。所以可以看出技术是核心环节。在提高技术的过程中把握不同的施工环境，熟练施工技术都是不可或缺的也是大部分企业单位都可以做到的，于是技术的创新就成为提高行业竞争力的关键点。

2岩土工程技术的特点

2.1技术复杂性

岩土工程是覆盖多学科多专业，由此得知其综合性较强。较强的综合性也体现于岩土工程技术上，决定了在实际施工操作方面的复杂性。岩体和土体作为岩土工程中的研究对象在其生成的整个过程中受到了多变的地质变化，其本生就具有复杂性。然后在施工的过程中可能会遇见特殊的地质地貌环境和特殊的天气，气候甚至施工设备、工艺都是不确定因素。此外施工人员还需要根据实际情况做出恰当选择。

2.2施工的不确定性和隐藏性

岩土工程在施工时得到的岩土数据范围比较为狭小和表面，而在岩土工程施工实际施工时我们常常会对于施工地点的环境造成改变。这导致岩土的结构性质被改变，这就给出了实际操作不确定的因素，也要求我们根据客观条件来进行主观的施工。岩土工程的主要施工点是岩土，岩土主要位于地下，这就造成了施工地点的隐蔽性较强。由此也可判断出施工过程和结果大多在地面上无法直接看见，这也体现出岩土工程施工的隐蔽性较强。

2.3对于整体的严格性

岩土工程技术需要整体的严格把关，对于其的格要求来源于其施工技术的难度较大，也来源于岩土施工整体变化复杂，施工的难度本身就较高。

3岩土工程的技术创新与实践的运用

3.1工程物探技术

工程物探技术是通过仪器测试出不同的变化来得出数据结论，由此让我们对于地下结构有所了解，这一技术立足于电磁理论和电学理论，可以有效提高勘探的效率，保障数据的准确。这一技术的门类很多，其中不同的类别来源不同的原理，仪器设备也各不相同。这一技术的创新对于岩土工程意义重大，以前不能解决的问题伴随着技术的更新新的方法仪器的出现变得可以解决了，以前比较难的问题也会相对容易解决。这一技术的不断更新让检测到的数据更加全面准确，这些材料数据对于施工人员的判断乃至整个工程都具有重要的意义。可以认为工程物探技术的发展是与岩土工程技术发展齐头并进的。现阶段运用弹性波进行勘探依然是运用最广泛也是最普通的方式。这一技术在运用中的核心就是运用不同的介质通过传递弹性波的方式来反应出地下情况。但是在实际的运用中不会只使用单一的方式进行勘探，多种方式的物探才能给出更为详细的数据。

3.2PCC桩

PCC桩技术是由河海大学岩土工程研究所所研究的一项拥有自主知识产权的技术，这一技术适合运用于软弱土地，并且具有承载力高质量好，造价低等优点。并且可以有效提高地基的承载力并且减少地基的下沉。这一技术吸收了预应力管桩、振动沉管桩和振动沉模薄壁防渗墙等技术的优点。在运用等量的混泥土这一技术可以得到承载力提高50%的效果。在同等承载力的条件下由于挤土效应小，施工耗能也可以减少50%。其加固费用低加固成果好。这一技术的发展和推广对于我国建筑建设有着重要的作用。体现了创新推动岩土工程技术发展，创新促进节约能源，节约资源。

3.3GPS技术

GPS即全球定位，这一技术很多人认为其仅用于交通，军事方面。其实其在岩土工程方面也有着广泛的运用。这一技术主要运用测量方面，虽然我国运用此项技术的时间比较晚但是现在也已成为比较成熟的技术。就目前而言借助地面接受系统与卫星进行直接的信息传达得到数据不完全的精确，于是采用GPS的相关技术来进行测量的方法就孕育而生。这一方法准确率高，并且适用于多种地形特别是复杂地形的测量，并且不受天气状况的影响。但是在测量的过程中需要重视细节和测量方法，且设施昂贵需要提前做好计划。在测量后也需要做好记录和存档。这一技术原本用于对军方提供准确的定位但是现在也广泛的运用于岩土工程的测量。我们在对于现在技术的创新研究中需要重视不同技术的发展和综合创新多方位使用。

4结语

沿土工程中技术工艺的创新方法有很多，有的离不开技术的支持，有的需要思维的扩展，有的需要技术的综合运用。现在不同的创新技术积极涌现，其产生的原因离不开从特定的角度思考问题，离不开对于实际问题的积极探索研究。为了跟随时代的发展促进岩土工程的发展我建议研究人员从经济、环保和安全的领域来思考问题。让创新技术推动岩土工程的发展，促进我国城市化建设。

参考文献:

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中图分类号：P642 文献标识码：A

一、岩土工程是一门既古老又先进的专业技术，其实，早在上古时代，人们挖渠、修路、建造居室，就已经跟岩石和土打上交道了，而在近代工业化的过程中，建设厂房，开采矿山，兴修铁路以及水利等土木工程的实践当中，又涉及到了许多与岩土有关联的问题，但是，岩土工程真的当做一门独立的专业来说，还不到半个世纪，传进我国也只有二十年，对岩土工程的含义，以及岩土工程师的职业范围等，到现在依然有不同的认识。

《岩土工程基本术语标准》定义为:”土木工程中涉及岩石和土的利用,处理和改良的科学技术”中国大百科全书定义为:“土木工程的一个分支,以工程地质学,岩石力学,土力学与基础工程为理论基础,涉及岩石和土的利用,整治和改造的一门技术科学”，也有专家定义为:”土木工程的一个分支,研究岩土体(包括其中的水)作为支承体,荷载,介质或材料,必要时对其改良或治理的一门工程技术。”

二、岩土工程的外延岩土工程的实践性很强,从工程实践角度,包括下列范围:1、岩土作为支承体2、岩土作为荷载或自承体3、岩土作为材料4、地质灾害的防治5、环境岩土工程。

三、岩土工程和结构工程的关系。岩土工程和结构工程关系密切,这是显而易见的。无论房屋结构或桥梁结构,都建造在地基上。地基是否稳定,直接影响结构的安危;地基是否会产生过量变形,直接影响结构的功能,产生的次应力可能使结构超过设计极限。地基出了问题又很难补救。因此结构工程十分关心地基的稳定和变形。现在,一般地基设计均由结构工程师考虑上部结构要求统一完成,只有复杂地基基础问题或需专门处理的地基才要求岩土工程师参与。同样,岩土工程师在进行地基的勘察设计时,必须详细了解结构的型式,荷载及其分布,特别是基础的型式和刚度,了解对地基变形的限制要求,以便有的放矢。岩土工程师与结构工程师的密切配合至关重要。还有，岩土工程与工程地质的关系。首先说明工程地质与岩土工程的区别。工程地质是地质学的一个分支,是研究与工程建设有关地质问题的科学。工程地质学的产生源于土木工程的需要,其本质是一门应用科学;岩土工程是土木工程的一个分支,其本质是一门工程技术。从事工程地质的是地质专家(地质师),侧重于研究地质现象,地质成因和演化,地质规律,地质与工程的相互作用;从事岩土工程的是工程师,关心的是如何根据工程目标和地质条件,建造满足使用要求和安全要求的工程或工程的一部分,解决工程建设中的岩土技术问题。因此,无论学科领域,工作内容,关心的问题,两者都是有区别的。 另外，岩石和土的主要特点有以下几点 1、岩石的裂隙性岩石总是或稀或密,或宽或窄,或长或短地存在着各种裂隙,这是岩石区别于混凝土的主要特点。这些裂隙有的粗糙,有的光滑;有的平直,有的弯曲;有的充填,有的不充填;有的产状规则,有的规律性很差。裂隙的成因多种多样,有岩浆凝固收缩形成的原生节理,有沉积间断形成的层理,有构造应力形成的构造节理,有表生作用形成的卸荷裂隙和风化裂隙,还有变质作用形成的片理,劈理等等。 2、土的孔隙性。土是一种散体材料,存在孔隙。对于饱和土是固,液两相;对于非饱和土,是固,液,气三相。于是产生了有效压力和孔隙压力;孔隙压力又有孔隙水压力和孔隙气压力。有效应力原理成了土力学区别于一般材料力学的主要标志,在土工计算中产生了总应力法和有效应力法两种原理和方法。在饱和土中,由于孔隙水压力的增长和消散,不同的加荷速率地基承载力不同;是否及时支撑,对软土基坑稳定有不同的表现。 四、对自然条件的依赖性和条件的不确知性

岩土工程作为土木工程的分支,是以传统力学为基础发展起来的。但很快发现,单纯的力学计算不能解决实际问题。原因主要在于对自然条件的依赖性和计算条件的不确知性。试与结构设计比较,结构工程师面临的材料是混凝土,钢材等人工制造的材料,材质相对均匀,材料和结构都是由工程师在设计时选定,是可控的,计算条件十分明确,因而建立在力学基础上的计算是可信的。而岩74I拜技博羌土,无论材料还是结构,都是自然形成,不能由工程师选定和控制,只能通过勘察查明而又不可能完全查明。因而存在条件的不确知性和参数的不确定性,不同程度地存在计算条件的模糊性和信息的不完全性。因而虽然岩土工程计算方法取得了长足进步,发挥了重要作用。五、岩土工程的测试可以分为室内试验,原位测试和原型监测三大类,还有各种模型试验,极为多样,各有各的特点和用途。同一种参数,又因测试方法不同而得出不同的成果数据。选用合理的测试方法成为岩土工程计算能否达到预期效果的重要环节。例如土的模量有压缩模量,变形模量,旁压模量,反演模量。土的抗剪强度室内试验有直剪和三轴剪;直剪又有快剪,固结快剪和慢剪;三轴剪又有不固结不排水剪,固结不排水剪,固结排水剪和固结不排水剪测孔隙水压力;原位测试有十字板剪切试验和野外大型剪切试验。由于试验条件不同,试验结果各异。用哪种试验方法合理,由岩土工程师根据具体条件确定。这种测试方法的多样性,也是岩土工程区别于其他工程技术一个重要特点。岩土工程分析计算时注意计算模式,计算参数和安全度的配套,而其中计算参数的正确选定最为重要。 岩土工程具有不严密性。不完瞢性和不成熟性 地质学和力学是岩土工程的两大理论支柱,两者互助补充,互相渗透,互相嫁接。力学是以基本理论为出发点,结合具体条件,构建模型求解。特点是从一般到特殊,严密,是一种演译推理的思维方法。地质学是在调查研究取得大量数据的基础上,分析,综合,对比,找出科学规律,从特殊到一般,是一种归纳推理的思维方法,侧重于分析成因演化,宏观把握,综合判断。由上可知,岩土工程迄今还是一门不严密,不完善,不够成熟的科学技术,处在”发展中”的一门科学技术,因而存在相当大的风险性。沈珠江院士说:土力学发展到现在,是”从学步走向自立”,岩石力学发展更晚,成熟程度还要低一些。 六、岩土工程崇高概念设计,狭义的概念设计可以理解为框架设计,从总体上勾划出设计框架,以备进一步细化。广义的概念设计可以理解为一种设计思想概念设计大体上可以概括为:在充分了解功能要求和掌握必要资料的基础上,通过设计条件的概化,先定性分析,再定量分析,提出～个框架,从技术方法的适宜性和有效性,施工的可操作性和质量的可控制性,环境限制和可能产生的负面影响,经济性等方面进行论证,从概念上选择一个或几个方案,进行必要的计算和验算,通过施工检验和监测,逐步完善设计。广义的概念设计,不仅在设计的初始阶段是必要的,而且要将概念设计的思想贯彻工程的始终。做概念设计,必须对原理有深刻的理解,有丰富的经验总结,有灵活的运作能力,总揽全局,掌握影响工程成败的关键,对设计的实施效果要有基本正确的估计。七、根据岩土工程的特点,技术控制可分为三个层面:第一层面,涉及人身健康,工程安全,环境保护等公众利益,国家利益的,应订入技术法规,由国家制订,强制执行,严格监管。包括勘察设计的基本准则,各种灾害的防治,有害物质扩散的限制等等第二层面,属于大量重复型的技术规则,如术语,符号,分类,常用测试方法,常用分析法等,宜制定具体而统一的标准,供工程师采用。第三层面,需因地制宜,结合具体工程处置的问题,诸如勘察工作的布置,岩土工程设计方案等,规范只对基本准则作出规定,具体问题由岩土工程师根据具体情况,发挥自己的学识和经验,进行综台判断,并承担风险责任 参考文献：

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一、独立学院学生的特点

独立学院学生群体相对于一、二本高校学生而言，有明显特点：接触面广泛，思维比较活跃，价值取向多元化；技能特长优势明显，但综合发展不够均衡；缺乏自信心和恒心，缺乏主动性和压力感；不独立思考，依赖性强；基础知识薄弱；有较强的求学欲望，但学习毅力与刻苦精神不够持久；有较强的组织纪律观念，但缺乏持久的自我约束性。

针对上述特点，相应地在课程教学内容和方式上，应该区别于普通高校的教学模式，有必要进行具有针对性的改革。

二、力学教指委对土木工程专业理论力学的要求

国家力学教学指导委员会分别按理论力学与材料力学组、结构力学与弹性力学组、流体力学与水力学组制定了对力学课程的基本要求，其中理论力学按照A类(机械、土木、航空航天等专业)、B类、C类分别适用不同专业。

对于A类专业，明确了课程的性质和任务；确定了基本内容分为基础和专题两部分，对基础部分，要求着重对三大块内容（静力学，运动学和动力学）进行了详细说明，对专题部分，要求对刚体定点转动等作详细说明；提出应使学生在建模能力，分析能力和自学能力方面得到提高；强调应加强实践性教学环节；建议在教学中采用多种教学媒体、根据难易不同进行分层教学；建议基础64学时，专题16学时。

三、理论力学在整个土木工程专业力学体系中的作用

理论力学研究物体的机械运动（含静止）及物体间相互机械作用的一般规律，是整个土木工程力学体系的基础，是学习其它力学课程及技术课程的前提。工程专业一般都需要接触机械运动问题，大都需要运用理论力学基本理论加其它专门知识来解决，学好理论力学是为解决工程问题打下基础；理论力学研究力学中最普遍，最基本的问题，许多工程专业的课程，如材料力学，结构力学，震动原理等都要以理论力学为基础，故理论力学是学习后续系列力学等课程的重要基础。

四、理论力学与大学物理、微积分的整合

大学物理在课程内容和基本要求上，与理论力学有很多相似之处。大学物理的内容包括普通物理基本知识，经典物理力学，热学，电磁学，波动学与光学和近代量子物理学。对比理论力学与大学物理的教学内容，可以发现，理论力学在本质上是大学物理更深层次的拓展和研究。在很多方面，理论力学都是在大学物理的基础上深入谈论问题。所以，理论力学和大学物理在本质上属于基础和深入拓展的关系，特别是经典力学方面的重点内容，两者都有涉及，但深度和教学要求有所不同。

理论力学和微积分的依存也很紧密，理论力学在定律的推导、问题的计算等方面几乎全部依靠微积分的相关知识。微积分主导的微分思想和解决问题的方法在理论力学的计算方面得到了充分的体现。微积分在教学过程中，也利用了理论力学中的某些具体工程问题来引出计算思想和数学定理，这些具体问题有助学生更好地理解数学定理的含义。

所以，理论力学的教学大纲应充分考虑大学物理及微积分的相关内容和思想。学学物理，是为学习理论力学铺垫基础知识；而学习微积分，是为解决理论力学问题寻找到了一个强有力的运算工具。三者紧密结合，互相渗透，成为整个土木工程专业教学体系中的重要一环。

五、理论力学课堂教学形式改革

考虑到独立学院的生源因素和人才培养目标，在满足理论力学教学基本要求的情况下，课堂教学形式改革应该从以下几个方面进行：简化计算、削减公式的推导过程，着重使学生理解公式的思想和物理意义；积极调节课堂气氛；注重布置作业的效果；加强实践教学环节。作为全国独立学院的典型，我校土木工程专业在理论力学的教学上，已经做了些改革研究和实践。

1.作业布置不同。理论力学的课后作业题量比较小，但是针对性非常强，在所针对的内容上，作业没有重复的地方，每道题目都切中要害，这一改革深受学生的欢迎。所以，理论力学的作业几乎没有少交迟交的情况，质量也是非常不错。由于题目量少，时间又比较充裕，所以学生有足够的时间回顾本周的学习内容，并且为了作业的正确率，有不少学生主动去图书馆寻找相关辅导书进行课后辅导，这在其他课程中是很少见的。

2.在课程考评方面，充分考虑了学生的具体情况，提出在期中和期末考试中，如果学生对自己的成绩不甚满意，可以申请补考，专门为要求补考的学生安排一次考试，最终成绩会综合两次考试成绩给出。从学生的反映来看，这个举措深得人心。一方面，缓解了学生的考试压力；另一方面，也可以全面深入地了解学生对于本课程的掌握情况，可谓一举两得。这个办法，可以借鉴到其它课程中去。

3.最为重要的一点是理论力学课程在课题教学上提出了一个创举。每周三节课的教学中，最后的一节课都会安排学生作报告，报告形式都是以PPT为主，报告内容必须与本课程或者本专业相关，同学可以自由发挥，或介绍建筑，或讲解专业知识。从一学期的经历来看，该举措充分调动了学生的积极性，各种报告内容层出不群，既令人启发，又愉悦人心。每当一个学生做完报告，老师都会对其做些许点评，不乏连珠妙语、画龙点睛。这个改革，深得同学们的喜爱，既促进学生对本专业的认识，又调动了学生学习本课程的积极性。同时，通过做报告的形式，提高了学生收集整理资料、制作PPT、交流演讲能力，也提高了学生的自信心，符合CDIO人才培养目标。

六、结语

本校的理论力学课程改革从细节出发，深入了解学生的需求，同时加强师生互动，在教学形式及内容上坚持以学生为本，以教学大纲为依据，在具体内容上推陈出新。同时，从学生的反映来看，也普遍认为这些改革恰到好处。学生是教学的对象，是课程教学的根本，只有学生发自内心地喜爱这门课程，积极主动地学习这门课程，课程教学才能顺利地进行下去。理论力学课程改革就是充分考虑了学生的感受，才取得不错的成效，进而提高学生的知识、能力和素质，为社会输送应用型人才。

参考文献：

[1]曾琳.注重独立学院学生特点提高大学英语教学效果[J].黑龙江科技信息，2009，(15).

[2]张世民,魏纲,徐弈,魏新江.《土力学》教学改革的思考与实践[J].城院教育教学改革研究，2009，(3).

[3]教育部高等学校力学教学指导委员会.理工科非力学专业力学基础课程教学基本要求[M].北京：高等教育出版社，2008.

篇13

中图分类号： TU37文献标识码： A

Application of Distributed long gauge FBG sensors for the Strain and Deformation Monitoring of a Continuous Concrete Bridge

Yefei Xia1, Dan Yang2, Yang Caiqian2

(1Jiangsu Huatong Engineering Testing Co.,Ltd ,Nanjing,211100

2School of International Institute for Urban Systems Engineering, Southeast University, Nanjing, 210096)

Abstract: The strain and deformation monitoring are generally important for the condition evaluation and general operation monitoring of civil engineering structures, especially for the bridges. The gauge length of the FBG sensors is 1.0m, which were packaged with basalt fiber reinforced polymer. The long-gauge FBG sensors were distributed on the bottom of one span of a continuous concrete bridge. It is shown that the strain distribution of the bridge can be well measured with the long gauge FBG sensors. According to the strain distribution, the distribution of the deformation can be obtained based on the conjugate beam method. The results shown that the FBG sensing technique can be well used for the structural monitoring of concrete bridges.

Key words: Distributed sensing; Long gauge; FBG; Health monitoring; Deformation

1 前 沿

随着当代交通及物流的快速发展，高速公路运输向密集化及大型化方向发展，车辆超载现象普遍存在，公路桥梁等承载结构经常会提前出现损伤或破坏，对桥梁正常运营条件下的安全性、耐久性等均会受到较大影响。解决这一问题的方法之一就是在结构上布置健康监测系统，在线、实时监控结构工作状态，长期监测结构损伤状况，随即可对结构的应力应变、变形以及工作状态进行估计和评价。

采用传统电阻应变片的电测法是土木工程中对结构可靠性及安全性进行应力应变检测、分析和评价的常用手段，广泛应用于各类土木工程结构。但传统的应变片在土木工程结构检测中存在诸多制约因素，主要表现在：1）土木工程结构一般体量大、分布范围广，多需要进行多点或分布式检测，而传统电阻应变片在大范围多点测量中的布线麻烦；2）传统电阻应变片是典型的“点”测量技术，而对于非均质材料的大型混凝土结构，局部应变很难准确反映结构的实际应力应变状态，通常需要一定范围的有效应变来反映结构的实际应力应变状态；3）电阻式应变片的飘逸大且耐久性较差，不适合大型工程结构的长期监测。随着近代工业技术的快速发展，土木工程领域对应力应变和变形检测技术也提出了更高和更新的要求，如需要长期监测、抗电磁干扰、动态实时测量、分布式多点监测等。因此，除了上述应变电测法外，目前发展最快的应力应变测试技术是光学测量，并逐渐成为力学测试中的一个重要分支。如，基于材料双折射效应的光弹性法、基于布里渊光时域散射法以及光纤光栅应变测试方法等。

其中，布拉格光纤光栅传感技术是国际上近年发展起来的一种新型传感技术，并在土木工程中得到较广泛的应用[1-6]。布拉格光栅用于物理量的感测，而光纤则用于感测信号的传输。作为一种先进的传感技术，光纤传感器因其具有质量轻、体积小、抗电磁干扰能力强、抗化学腐蚀等优点而受到广泛关注，并逐渐在土木工程结构健康监测中推广应用。虽然光纤布拉格光栅传感技术具有很多无法替代的优点，但在实际应用中仍存在一些难题。纤细的裸光纤光栅比较脆弱，在土木工程粗放式施工和恶劣的工况条件下使用受到一定的限制，而且一般的FBG传感器仍可视为典型的点测量传感器，所以光纤光栅传感器的有效封装保护和长标距化是将其在土木工程领域推广应用的关键。

东南大学吴智深、杨才千等人[3-5]采用纤维复合材料（FRP）对裸光纤光栅进行封装并实现其长标距化，通过张拉标定试验验证了长标距FBG传感器具有良好的测量稳定性和测量线性度，既可以对工程结构进行静态监测也可以对其进行动态监测。并可以将一组长标距FBG传感器串联起来，每个波峰代表一个特定波长的FBG传感器传感器，可以在一条光纤上实现大型工程结构的多点分布式测量。既可对大型工程结构的损伤进行定位，还可对局部损伤进行定量化监测，实现了监测过程中结构整体与局部，动态与静态信息的融合。本研究采用准分布长标距FBG传感技术研究某预应力混凝土连续梁桥的应力应变监测技术，并根据分布式应变监测结构的变形。

2 基于长标距FBG传感器的监测原理

2.1 应变监测

FBG是用紫外全息曝光法在普通光纤上形成的一种称为Bragg Grating（布拉格光栅）的纤芯折射率周期性变化光栅。如图1所示[1]，当一个宽带光源照射FBG时，一系列由FBG纤芯折射率周期调制所形成的反射面反射回来的光将相互干涉，只有满足布拉格定律的光才可以相长增强。当光栅受到应变作用时，机械伸长以及弹光效应使得光纤光栅的波长发生变化；当光栅温度发生变化时，热涨效应和热光效应也会使得光纤光栅的波长发生变化。通过检测每段布拉格光栅反射回来的光信号波长变化值，可实现对被测参数的测量。中心波长λb和布拉格光栅周期以及纤芯有效折射率n之间的关系见式（1），通过测量布拉格中心波长的变化即可测出应变和温度扰动。

(1)

图1 FBG传感原理示意图

外界温度或应力发生变化时，FBG反射光的中心波长值发生漂移，其关系为：

(2)

式中：Δλb为反射光中心波长变化量，Δε和ΔT分别为应变和温度变化量，Pε，αf，ξ为分别为光纤的有效弹光系数，热膨胀系数和热光系数。

2.2 基于分布应变的位移监测原理

结构变形一直以来都是桥梁健康监测中的重要参数，通常情况下主要通过位移计、全站仪、EDM、GPS、数字像仪等手段测得。然而这些传统位移测量方法在实际应用过程中面临着各种困难：位移计在实桥上难以安装；全站仪及EDM方法难以长期实时监测，易受大雾，雨雪等天气影响；GPS架设成本高，而且竖向监测精度不佳；数字像仪安装困难，算法复杂，工作量大且易受天气影响。此外，这些直接测量位移的方法的共同点是需要独立的监测设备，增加监测成本；测点不连续，不能实现分布式监测。因此，学者们尝试使用间接方法测量变形。吴智深、沈圣、杨才千等人[5]提出了基于分布应变测量的改进共轭梁法的结构变形监测技术，降低了应变二次积分过程中的累积误差，其精度高于二次积分法。

由材料力学知识可知，改变荷载形式及大小等效于改变梁上弯矩分布，亦即曲率分布。而根据共轭梁法原理，实际梁的曲率分布等价于共轭梁的荷载分布。通过微分关系可知，荷载分布与弯矩的关系同挠度与曲率的关系完全相同。因此，利用共轭梁的虚弯矩可得到实梁的挠度分布。假定：（1）结构满足小变形条件；（2）材料均为线弹性。简支梁模型如图2所示，注意到简支梁的共轭梁为其本身。设梁左支座坐标为0，梁截面抗弯刚度为EI，梁的中和轴高度为y，梁上任意点坐标为x，沿梁跨度方向自左向右共布置n个传感器，每个传感器标距为lm（m=1，…，n），梁长为L，结构应变以梁底受拉为正，结构变形以位移向上为正，其中。首先由各单位的平均应变求得各单元的平均曲率：

(3)

图2 简支梁与其共轭梁示意图

上角标“ ’ ”表示该参数属于共轭梁，上标“ – ”表示单元参数均值，如表示第i个单元的平均曲率。容易求出实际梁第p、p+1单元(1≤p≤n-1)分界点处变形vp与第p+1单元中点处变形vp+1/2：

(4)

(5)

当结构同时承受荷载和支座沉降时，结构变形可以分为两个部分，一部分由荷载和支座沉降共同作用下的应变变化累积产生，另一部分由支座沉降直接产生。考虑结构左右两端支座发生沉降∆l和∆r，式(4)和(5)可改进为：

(6)

(7)

注意到式(6)和(7)的系数仅与梁长L、顶部和底部传感器距离hi、单元划分总数n、待求变形点所属单元的单元号p，以及结构左右两端支座沉降∆l和∆r有关，与荷载形式与大小，截面刚度等条件无关。

3 长标距FBG传感技术及系统安装

3.1 长标距传感器及其传感性能

单个长标距FBG传感器结构如图3所示，为提高传感器的耐久性并实现其长标距化，采用了耐腐蚀性好的玄武岩纤维材料（BF）和环氧树脂进行封装，传感标距长度为1.0m，并在该传感标距内形成均匀的应变场。封装长标距FBG传感器的优势在于：①传感器的标距通常可以在5-200cm范围内自由调整，适合桥梁等大型工程结构监测用；②标距内为平均应变，降低了应力集中和局部混凝土开裂对传感器使用性能的影响，且不因混凝土结构的局部损伤而致传感器破坏；③纤维复合材料封装长标距FBG传感器具有优异的耐久性，适合在野外恶劣环境下应用，且具有长期监测的稳定性；④由于纤维封装材料与混凝土结构具有良好的粘结性能，长标距FBG传感器可在桥梁结构上进行牢固粘贴和安装。

图3 长标距FBG传感器封装结构图

为保证传感器的质量，在安装前对传感器进行了标定，其中三个长标距FBG传感器的标定结果如图4所示，裸光栅和3个封装的长标距FBG传感器的应变系数均为1.20pm/με。结果表明，所有长标距FBG传感器的应变系数在1.19-1.21 pm/με范围内变化。标定结果表明：封装材料不改变长标距FBG传感器的应变系数，同时所采用的长标距FBG传感器具有良好的测量稳定性和测量线性度。

图4 长标距FBG传感器传感性能标定

3.2 桥梁状况

为研究分布式长标距FBG传感技术在实际桥梁结构中的应用，在位于京沪高速公路上的某预应力混凝土连续混凝土梁桥上安装了长标距FBG传感器。该桥为一30m跨径、先简支后连续的部分预应力混凝土组合箱梁桥，共72孔，分12联，每联6孔，桥梁全长2168.20m。桥梁梁高约1.5m，上铺5cm厚30号防水混凝土调平层，再铺上9cm沥青混凝土。下部结构为桩柱式墩台，钻孔桩基础。图5和图6分别为该连续梁桥的全景图和横断面布置图。

3.3 长标距FBG传感器布设

部分预应力混凝土组合箱梁既是形成连续梁桥的主要构件之一，同时也是直接承受车辆荷载的作用，通过对主梁各控制截面应变进行监测，不仅能直接了解各测点处的应变状态，从而为总体评判桥梁的安全性和耐久性提供依据，而且还能通过控制点应变状态变化来发现桥梁结构状态的变化。根据结构的实际受力特点、分布式长标距FBG传感器的特点以及现场实际条件，选择第十一联第二跨左幅进行监测。以车辆行驶方向作为正向，从左向右（图上从下向上）将四根箱梁依次编号为1#、2#、3#和4#梁。长标距FBG传感器分布布设于箱梁的底部和腹板，如图6所示。共布设68个长标距FBG传感器，其中60个分布布设于桥梁的底部，在2#和3#梁底进行了全跨度范围的分布式布设，而对于1#和3#梁则在跨中5m范围内进行了分布式布设。

图6 长标距FBG传感器在连续梁桥上的分布布设示意图

将传感器分为四组，每组内的传感器熔接串联形成一个相对独立的通道。本次传感器全部采用表面粘贴的方式，先用打磨机打磨传感器粘贴区域，再用酒精进行表面清洁处理。在桥梁上画线定点后，再用AB胶固定传感器两端的锚固点，其余部分用结构胶全面粘贴，施工人员在桥梁检测车上沿桥梁纵向施工。图7为长标距FBG传感器在桥梁上安装施工过程，其中包括：划线定点、端部安装和封装。待传感器布设完毕和结构胶固化后，便可开始采集数据。本次测试在交通移动荷载作用下进行，采样频率为1kHz，连续监测四个小时，四个通道同时采集，每五分钟进行一次数据存储。

4 结果与分析

4.1 应变监测与分析

在单车道车辆荷载激励下，3#梁跨中截面底部典型的应变时程如图8所示，当车辆处于监测跨的相邻跨时，监测截面底部处于受压状态，出现负应变，与图中两个波谷相对应；当车辆处于监测跨时，监测截面底部处于受拉状态且受力较大，出现正应变，与图中一个波峰相对应，且波峰绝对值大于波谷绝对值。当车辆不处于监测跨及相邻两跨时，监测跨受力较小，传感器波长值基本没有变化，应变值接近于0。由图可知，监测数据与理论情况吻合良好。对同一时段内监测跨的1#梁至4#梁跨中截面底部应变值进行比较可发现，3#梁的响应最大，其次依次为4#梁，2#梁，1#梁,如图9所示。这是由于在测试试验过程中仅容许超车道上有车辆通过，即3#梁和4#梁上桥面板间直接承受车载作用。

图8 传感器的典型应变时程图 图9 1#梁至4#梁跨中截面底部应变时程图

对连续四个小时的测试数据进行统计发现，在绝大多数情况下，4#梁跨中截面底部响应最大；布置在梁底的传感器在有车辆通行时，负应变变化范围约为-5με～-52με，正应变变化范围约为5με～177με，该数值范围与布置在跨中的传统应变计测量的结果基本一致。对监测时间内的监测跨内出现的最大拉应变处传感器的波峰数及波峰值进行统计可得，峰值在0～20με、20～40με、40～60με、60～80με、80～100με、100～120με、120～140με的次数分别为115次、299次、116次、183次、186次、42次、1次，如图10所示。其中峰值为20με～40με间的波峰所占比例最大，约为31.74%，而大约一半左右的波峰峰值在60με以下。为研究桥梁在正常工作状态下的车流量，以3#梁跨中截面处传感器波峰数作为车流量大小的衡量指标，统计结果如图11所示，在所统计的时段内11点至12点期间车流量最大，出现的波峰数为85个，12点至13点期间车流量最小，出现的波峰数为45个。

图10 4#梁跨中截面应变峰值统计图图11 某时间段内的波长波峰个数

图12 4#梁跨中截面的典型位移时程曲线图图13 监测跨的变形纵向视图

4.2 变形监测与分析

根据共轭梁法，对所采数据进行动位移计算。监测跨跨中截面的典型位移时程曲线如图12所示，规定桥梁的下挠为负上挠为正，当结构上部有车辆通过时会发生上下波动。当车辆在该跨行驶时，在所监测的时间段内最大负挠度为8.49mm；当车辆在邻跨行驶时，最大挠度为2.38mm。基于分布式光纤传感技术所监测最大正挠度和最大负挠度与动位移计所监测的结果一致。通过对4个小时内监测跨跨中截面的竖向动位移进行统计可得：向下的动位移幅值一般比向上的动位移幅值大，与应变的监测结论一致（图8和图9）；在同一时刻，4#梁跨中处的位移比其它部位的位移大，4小时内该处发生的最大位移为8.49mm，方向向下，此刻相应的监测跨纵向变形分布见图13。

对出现的向下的位移峰值进行统计，峰值在1～2mm、2～3mm、3～4mm、4～5mm、5～6mm、6～7mm、7～8mm、8~9mm的次数分别为200次、154次、95次、117次、154次、64次、14次、1次，如图14所示。其中峰值为1～2mm间的波峰所占比例最大，约为25.03%，而大约一半左右的波峰峰值在4mm以下。同时，峰值为5~6mm的位移峰值所占比例约为19.27%，重车所占比例较大。

图16竖向动位移峰值统计图

5 结 语

本文研究了分布式长标距FBG传感技术在混凝土连续梁桥上的应用，传感器在梁底呈分布式布设。通过分布式FBG传感技术，可以精确得到在移动车辆荷载作用下结构的应变分布规律，在同一移动荷载作用下引起的监测跨跨中的正应变要大于所引起的负应变。基于所测得的分布式应变和共轭梁方法，可以得到桥梁结构在移动车辆荷载作用下的变形分布规律，在同一移动荷载作用下引起的监测跨跨中下挠变形是上挠变形的3倍以上。研究结果表明：长标距FBG传感技术可以有效监测结构的受力和变形状态，在桥梁结构健康监测中具有广泛的应用前景，并将为综合评价桥梁正常运行状况提供有效手段。

参考文献

李宏男，任亮. 结构健康监测光纤光栅传感技术[M]. 中国建筑工业出版社，2008.

张家坤. 光纤光栅传感技术在土木工程结构中的应用研究[D]. 北京: 北京交通大学, 2004.

吴智深, 杨才千, 李素贞等. 动静态分布传感技术及结构健康监测理论与设计体系[A]. 第二届结构工程新进展国际论坛特邀报告集[C]. 大连，2008.