土木工程设计导论

土木工程设计导论土木工程设计导论土木工程的历史与未来土木工程的历史与未来气壮山河的中国土木工程气壮山河的中国土木工程

本课程的目标、内容和学习方式本课程的目标、内容和学习方式

11 、土木工程、土木工程——开发、设计、建造、维护和管开发、设计、建造、维护和管理房地产、桥梁、道路理房地产、桥梁、道路……。。（（地上下地上下 ++ 外星球）外星球）

22 、土木工程的特点：、土木工程的特点： AA 特别重要特别重要 (( 关乎人民生命财产关乎人民生命财产安全安全 // 生活质量生活质量 ; ; 各国均单设“各国均单设“住房与城乡建设部住房与城乡建设部”” ,, 其它行业统设其它行业统设工业与信息工业与信息化部化部 ).

BB 是历久不衰的热门行业是历久不衰的热门行业 (( 既是经济繁荣的标志既是经济繁荣的标志 ,, 又是克又是克服经济衰退的最重要的首发推进剂服经济衰退的最重要的首发推进剂 ))

33 、历史上杰出的土木、历史上杰出的土木工程是传承人类文明的工程是传承人类文明的宝贵遗产，是国家和民宝贵遗产，是国家和民族的象征。族的象征。中国万里长城，埃及金字塔，古希腊和古罗马建筑—记载着光辉的历史。

杰出的现代土木工程杰出的现代土木工程是城市与国家兴旺发是城市与国家兴旺发达的标志。达的标志。

法国巴黎艾菲尔铁塔法国巴黎艾菲尔铁塔

重庆朝天门大桥— 世界第一拱 552 米

法国米约桥 ，桥柱高达 343 米，世界上最高的桥梁

苏通长江大桥， 1088 米，世界最长桥梁

上海浦东（夜上海）（夜上海）

上海环球金融中心 492 米

上 海 塔 ， 632米，楼层： 127层，预计峻工时间： 2013 年

上海塔、环球金融中心、金茂大厦 3 幢超高层标志性建筑，形成“品”字形的三足鼎立之势

CCTV 大楼

国家大剧院

施工中的鸟巢－钢结构

敢问路在何方敢问路在何方…………

立体交通，自然舒展，蜿蜒曲折，赏心悦目

百年强国梦，当惊世界殊百年强国梦，当惊世界殊（（三峡工程三峡工程 =2100/4200=2100/4200 万吨石油万吨石油 // 煤；煤； 1994 –1994 – 估估

900900 多亿，多亿， 2004 –2004 – 估估 30003000 亿元。亿元。 20092009 竣工。孙、毛、竣工。孙、毛、邓）邓）

美美国国纽纽约约世世贸贸中中心心

55 万人，万人，100100 万平米万平米

++地下商城地下商城＋地铁站＋地铁站

4 、未来的土木工程——挑战工程极限 挑战工程极限 （ Engineering the impossible ）

追求：更快 !!!

更高 !!!

更强 !!!

光荣与梦想光荣与梦想严酷现实严酷现实 ++

神圣职责神圣职责

更快：更快： 现在现在 33 年造一大桥，未来年造一大桥，未来 33 个月？个月？时间时间 == 金钱金钱

更高更高： ： 现在现在 500m500m 高建筑，未来高建筑，未来 4000m?4000m?(( 日本策划日本策划 X-X-

Seed 4000Seed 4000 巨塔巨塔 == 都市：都市： 800800 层生态城层生态城 ,, 含顶层滑雪场含顶层滑雪场 ,100,100 万人万人 , , 底层底层 6kM6kM22, , 初步预初步预算算 90009000 亿美元亿美元 == 入场费入场费 9090 万万 // 人人 )) 土地枯竭，土地枯竭，东京土地 50 万美元 / 平米 =95% 总造价 /—/— 立体天气预报立体天气预报

更强更强：：抗震；现在抗震；现在 5050 年寿命年寿命 // 未来未来 100~1000100~1000 年？年？（（资源、环境与能源，可持续发展资源、环境与能源，可持续发展 == 美国十大科技问题之一）美国十大科技问题之一）实现手段：实现手段：创新创新 ++ 国际化国际化——更先进的计算机更先进的计算机 ++ 设计方法设计方法 ++

数学数学 ++ 力学力学 ++ 机械电子技术机械电子技术 ++ 新材料新材料 ++ 管理等＋国际建设团队管理等＋国际建设团队（发展中国家尚不能独立建（发展中国家尚不能独立建 400m400m 以上高楼；上海金茂以上高楼；上海金茂 7777 部电梯部电梯 // 等电梯时等电梯时间间≤≤ 4545 秒秒 , , 1000m1000m 高香港千禧大厦容高香港千禧大厦容 88 万人万人 == 小城市、垂直交通需十几国小城市、垂直交通需十几国科技科技））未来土木工程未来土木工程 == 国际化国际化 ++ 多学科科技多学科科技≠土≠土 ++ 木木 ++ 民工民工

只有夕阳的只有夕阳的技术技术，没有夕阳的，没有夕阳的行业行业 == 长线专业长线专业

55 、、伟大的中国土木工程（机遇）伟大的中国土木工程（机遇）（世界最大的建设，年基建投资占 GDP 15—20%，不含房地产） 国家高速公路网国家高速公路网 =45000=45000 亿元 亿元 ??? 2030??? 2030 年 年 (( 美国美国 19841984 年年 88 万万 km), km), 中国现中国现 55 万万 (5(5 千万千万 /km)/km) ，， 79187918

计划计划 (7(7 放射放射 99 横横 1818 纵纵 ) ) 8.58.5 万万 kmkm ；各省市高速路？？；各省市高速路？？

国家中长期铁路网规划国家中长期铁路网规划 = 20000= 20000 亿元 亿元 ??????

铁路客运四横四纵铁路客运四横四纵——京深高铁京深高铁 300km/h, 300km/h, 2300km=2300km=22002200

亿 ？亿 ？ 京 沪 高 铁京 沪 高 铁 1305km=061305km=06 估估 13001300 亿亿 ,,0707 估估 22002200

亿亿 ,,350km/h;350km/h; 沿海铁路厦深段沿海铁路厦深段 501km=288501km=288 亿亿 , , 200km/h 200km/h

(2010(2010 年年 ),), 留提速条件留提速条件， 班， 班 // 小时小时 ??

# # 国家民用机场布局规划国家民用机场布局规划 = 4500= 4500 亿元 亿元 ??????

55 、、伟大的中国土木工程（机遇）续伟大的中国土木工程（机遇）续 国家国家 1212 大水电基地发展 规划 大水电基地发展 规划 2000020000 万亿 万亿 ??????

国家南水北调 国家南水北调 50005000 亿亿 (2000(2000 估估 ))??????——20502050 年年 全国年城乡房地产投资全国年城乡房地产投资 >>>>2000020000 万亿万亿 ((≥≥2020 亿平亿平

米米 ) ) 20062006 年城市年城市 55 亿平米亿平米 =16416=16416 亿元亿元 =8%GDP=8%GDP 。（。（ 0606

年政府卖地年政府卖地 70007000 亿。全国城镇户籍人均居住面积亿。全国城镇户籍人均居住面积 2727 平米）平米）

城市建设 城市建设 世界最大的北京首都机场 6000万人 / 年；为奥运场馆投资 100多亿 / 、交通＋环境交通＋环境 28002800 亿 亿 （（ 200200 元元 //

中国人）中国人）

5050 多大城市城轨估多大城市城轨估 80008000 亿元亿元 ? ? (( 广州广州 10001000 多亿多亿 . . 地铁地铁 55

亿元亿元 /km[/km[ 轻轨轻轨 33 亿亿 ]) ]) 。。 [2003[2003 计划珠三角城际铁路计划珠三角城际铁路 600km,1080600km,1080 亿 亿 20082008 改改 (( 含县含县 )) 三环八射三环八射 2020 条线 条线 2000km ??2000km ?? 亿亿 ]]

未来土木工程耗资主体未来土木工程耗资主体 - 既有建筑 / 路桥 / 水工检测与加固 ( 我国特别关注抗震 ) 。 ( 美国 10 大科技问题 /9 大热门行业之一 , 仅路桥 / 水工 $3200 亿 / 年 . 丹麦 加 固 : 新 建 6:1)

土木工程腾飞土木工程腾飞—现在全国年产水泥现在全国年产水泥 9.59.5 亿吨，用混亿吨，用混凝土量占全世界凝土量占全世界 40%40% ；；中国城市化中国城市化 40%40% 90%90%

（（中华民族伟大复兴的中华民族伟大复兴的百年壮丽画卷）百年壮丽画卷） 世界前世界前 500500 富豪中富豪中 60%60% 经营房地产。经营房地产。

（ 1979 年李嘉诚创先河—华商收购老牌

英资和纪黄埔 [ 谁能 / 谁敢 ] = 收和黄李嘉

诚气吞山河，撼商界中华人扬眉吐气）

6 、中国土木工程面临的挑战 ( 安全 + 资源 + 能源 + 环保 )

多自然灾害：多自然灾害：地震地震 (( 历史上死亡人数最多的历史上死亡人数最多的三大地震均在中国三大地震均在中国 +60+60％国土和％国土和 2/32/3 大城市须大城市须抗震设防抗震设防 ); ); 洪水洪水 ; ; 台风台风 ; ; 缺水缺水 -- 上海地面下上海地面下沉沉 2.7m.2.7m.

资源奇缺资源奇缺 （汕头东区 06规划填海 24平方公里 ; 台湾进口水泥 , 砂石 ?)

北京： 1000平方公里 ,1300万人 ,300万辆车。 迁出 500 万人或 -100 万车 ??

洛杉矶： 5700平方公里 ,1300万人 ,800万辆车 . 东京 2700 万人 , 700 万车 , 80% 人乘地铁

6 、中国土木工程面临的挑战 （续） 建筑能耗建筑能耗 :: 建造 + 使用 (400亿平米 )=全国16.7+30％， 95%的建筑单位面积能耗＝发达国家 3 倍。

环保环保 水 泥 产 粉 尘 1500 万 吨 / 年 ＝ 全 国55 ％ ,CO29 亿吨 / 年 ; 废砼 2 亿吨 / 年≈不可降解。

对策对策：大幅提高结构安全耐久性；上天（超高层建筑+ 高架路 + 轻轨 ), 入地（地下建筑 + 交通 , 东京地铁 50

米 , 伦敦 70 米、污水管网 25 米 );下海－漂浮城市 , 海啸 ! 研发节能材料 +改造高能耗建筑 ! 建设园林城市 (1公顷树年吸收 CO216吨 +SO20.3 吨 , 生氧 12吨 , 滞尘0.9 吨 ,蓄水 1500m3,减空气菌 29-65% ）

6 、中国土木工程面临的挑战 （续）大国乎？强国乎？大国乎？强国乎？•技术技术 // 学科交叉学科交叉 // 工程－社会大系统调控能力差工程－社会大系统调控能力差 ++ 自自负负 A A 设计建造维护标准低－设计建造维护标准低－抗灾能力、耐久性差抗灾能力、耐久性差

# 自诩“符合发展中国家经济条件” (四川震后重建 >1.2 万亿 ),而实际许多发展中国家均直接采用发达国家标准。我国规范地震作用取值比美国低 10~20%, 构件安全储备低 20~40%+ 施工质量 ??

# # 邢台 /唐山 /汶川按 6-7度设防 ; 实际烈度 10-11 (1976 年唐山地震死 24 万人，而 1985 年智利一城市类似地震仅死 150人 ) 。 03 年加美国加州 6.5级地震仅倒老建筑 40栋； 08 年攀枝花 6.1级倒损 53.2 万栋。 设防烈度提高 1 度只需 200 元 / 平米。

# 06 年广东普查出农村中小学 C 和 D 级危房 12000 多栋(1025 万学生 ) 。广东农村未强制实施抗震标准 (不抗震 ). # 应加强预防，提高设防标准 , 学校必须最抗震 ).

6 、中国土木工程面临的挑战 （续）大国乎？强国乎？大国乎？强国乎？

# # 路桥路桥 1010 年大修年大修 ;; 40%40%水库水库 (3(3 万多万多 ,99,99 年统计年统计 ))病险病险 . . 砼轨枕平均寿命 =14 年 <50 年

# # 1958-1985加拿大 4次提高耐久性标准， 1973 后 20 多年

发达国家 4-6次提高建筑热工标准 + 大规模节能改造；我国本世纪才开始微调。 发达国家已将太阳能 /风能与建筑结合

B B 多数超高层和大跨度建筑的设计合同被外国拿走；多数超高层和大跨度建筑的设计合同被外国拿走；新型桥梁结构全部跟踪国外新型桥梁结构全部跟踪国外 ..

CC 欠社会认知： 国家欠社会认知： 国家 973973开始未包含土木工程。开始未包含土木工程。而而房屋桥梁的检测加固＝提高安全性 (抗震 ) 耐久性 ＝美国 21 世纪 10 大科技问题之一 /9个热门行业之一。

6 、中国土木工程面临的挑战 （续）大国乎？强国乎？大国乎？强国乎？

教育水平教育水平：：目前（本科目前（本科 33 万万 ++专科专科 3.33.3 万）万） // 年年=0.16%×3800=0.16%×3800 万大军。 万大军。 没有文化的军队 没有文化的军队是是… … 。。 19781978 年全国有年全国有 2222个土木院系，个土木院系， 20002000 年达年达300300 多个，近年北大，中大多个，近年北大，中大

道德水准道德水准：部分官员＋开发商＋包工头＋技术人员为富不仁，贪污腐败，房价＝新大山

对策－大学要培养大批创新型、国际视野、多学科背景、善于沟通、职业道德和法律意识的工程师、企业家、官员（有勇于挑战工程极限的气慨，战胜腐败的决心，变土木工程强国的能力）。

“能力比专业知识更重要” = 国内外工程教育界共识。但 2004 年以前课程改革，都是先做出专业培养大纲，再配套能力要求＝ “以阶级斗争为纲来搞好经济建设 ”

（（背景： 背景： 1996 1996 美国工程与技术认证委员会（美国工程与技术认证委员会（ ABETABET ）的）的（（ Engineering Criteria 2000Engineering Criteria 2000 ）从传统的“规定工程专业）从传统的“规定工程专业应是什么样（如规模、大纲，实验条件）”，应是什么样（如规模、大纲，实验条件）”，转变成“评估转变成“评估工程教育的结果工程教育的结果 =11=11条能条能”。Learn to learn; learn to do; learn together; learn to be=能力为先的本科生培养目标）

7 7 基于基于 CDIOCDIO教育模式的“土木工程设计导论”教育模式的“土木工程设计导论”

7 7 土木工程设计导论（续）土木工程设计导论（续）

20042004 年年 MITMIT 和瑞典皇家理工学院等和瑞典皇家理工学院等以能力培养为目标的 CDIO教学大纲（压缩版） 4级、 17组、 73种能力

第 1级 理论知识（基础知识，核心工程基础知识，高等工程基础知识）

第 2级 个人职业技能和职业道德（自学能力、实践能力、系统思维…）

第 3级 人际交流与团队合作

（我国重视不够）

第 4级（最高级）

工程 - 社会大系统适应与调控能力（在企业和社会中构思－设计－实现－运作。我国缺失）

7 7 土木工程设计导论（续）土木工程设计导论（续） 各门课程 CDIO改革前后区别 [方向 / 路线 ( 目标 ) 是关键 ]

CDIO改革前 CDIO改革后目标与大纲

知识传承(在原方向改革可能 = 错+ 错 )

知识传承 + 对 CDIO 能力贡献 (填写能力大纲 ) (改变方向 )

内容与方法( 实现目标与大纲之手段 )

知识多 +授课多 +个人”参照”例题设计 / 实验 =

Spoonfeed= 多吃 + 胖+?? 生存能力

授课减 + 自学 +团队项目(例题作为参考之一”研发”产品 =Self-feed=喂的少( 瘦 ?)+个人寻食能力 +协作寻食能力 = 生存能力 !!

=学会做事 =反复 C-D-I-O, 强调过程

过程监控 批改书面作业为主 作业 +项目 C-D-I-O 各环节的评估与改进 (促自学 /做事能力 )

考核标准 考试 (应试 ?)+ 实验报告 ( 实验与报告规范否 )

考试 +项目报告 +个人报告 (个人 +协作 +CDIO) 能力 +知识

7 7 土木工程设计导论（续）土木工程设计导论（续）

本课程学习安排内容 学习方式 时间

1 土木工程的历史与未来；气壮山河的中国土木工土木工程的历史与未来；气壮山河的中国土木工程；本课程的目标、内容和学习方式程；本课程的目标、内容和学习方式

课堂讲授 1学时

2 对乌桥岛对乌桥岛（未来开发区）（未来开发区）的认识的认识 团队实地踏勘、调研+讨论

2周

3 道路交通工程知识入门道路交通工程知识入门 课堂讲授 1学时

4 建筑规划知识入门建筑规划知识入门 课堂讲授 1学时

5 建筑结构知识 入门建筑结构知识 入门 课堂讲授 1学时

6 ““我的梦中家园” 我的梦中家园” 构思构思 (( 建筑规划建筑规划 // 交通规划交通规划 //一栋建筑；一栋建筑；考虑工程－社会－环境－经济因素考虑工程－社会－环境－经济因素 ))

自学 +团队内研讨 2周

7 各团队交流设计主题，互相提出意见各团队交流设计主题，互相提出意见 团队间交流 2学时

8 参考不同意见，修改方案设计和论证参考不同意见，修改方案设计和论证 自学 +团队内研讨 1周

9 ““我的梦中家园”我的梦中家园”设计设计 团队内学习 /合作设计

5周

10 各团队各团队提交成果并展示提交成果并展示，接受老师和同学的，接受老师和同学的评议评议 团队间展示和答辩 2学时

7 7 土木工程设计导论（续）土木工程设计导论（续）

《土木工程设计导论》团队设计项目要求：同学们刚接触专业知识时就开始一个汕头市乌桥岛开发区的规划设计，并从中自选一栋建筑进行初步设计（含 C － D － I － O 全过程）。

7 7 土木工程设计导论（续）土木工程设计导论（续）

1 ）以汕头旧城乌桥岛重建为对象，以“我的梦中家园”为题，给定人口规模和市区经济结构等条件；

2 ）每 3名学生组成 1个团队，各自进行新区的规划，包括住宅、学校、商业区、行政中心的布局，并考虑交通流向、流量、道路和桥梁的建设等；

3 ）每队从自己的规划中自选一个工程项目，如一栋建筑或一座桥梁进行初步设计，确定它的主要尺寸、结构形式、建筑材料等。

既给同学们最大的创意空间，又促进养成自学（终身学习能力），训练交流能力和对社会和环境的关爱。主要要求设计合理性（不是正确和完美），无论设计的结果如何，同学们必须对其设计的合理性做出解释。

项目任务书下达后学生按小组以自学探讨为主的形式进行设计，各项目之间的有机联系可使同学们在不断的犯错、改正、提高中进行学习。

全面提升同学们的个人技能和职业道德 / 团队协作 / 工程 - 社会大系统适应与调控能力。 － The End