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土木匠程结构:艺术与科学的综合体

本文摘要:土木匠程是与军事工程并列的最古老的工程学科,因为考古学家发现寺庙的制作已有1.1万年的历史。古代的中东、中国、希腊、罗马,以及亚洲、非洲和美洲的种种文明,给我们留下了由砖石、木料、钢铁、混凝土和预应力混凝土等质料制作的良好的修建结构。工程学不但是一门艺术第一个正式的土木匠程学院——巴黎理工学院(Ecole Polytechnique),在1794年的法国大革命期间,教授及造就土木匠程方面的专业人才,并于1804年成为拿破仑统治下的军事学院。

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土木匠程是与军事工程并列的最古老的工程学科,因为考古学家发现寺庙的制作已有1.1万年的历史。古代的中东、中国、希腊、罗马,以及亚洲、非洲和美洲的种种文明,给我们留下了由砖石、木料、钢铁、混凝土和预应力混凝土等质料制作的良好的修建结构。工程学不但是一门艺术第一个正式的土木匠程学院——巴黎理工学院(Ecole Polytechnique),在1794年的法国大革命期间,教授及造就土木匠程方面的专业人才,并于1804年成为拿破仑统治下的军事学院。

在美国,伦斯勒学院(Rensselaer Institute)于1835年发表了第一个土木匠程学位。然而,直到20世纪40年月末,美国的大部门土木匠程师都是通过学徒制完成专业方面的培训。

东北部(伊利诺伊州)和中西部(俄亥俄州)地域的主要运河系统、横贯内陆的铁路(相关的桥梁和隧道)、沿主要河流的大坝和防洪系统、重要的公路桥梁和高架桥等,许多20世纪的基础设施,都是由土木匠程师制作和维护的。只管他们没有经由正规的学校培训,只是通过现场学习修建结构的艺术而成为掌握工程制作要领的工程师。第二次世界大战后,社会开始将工程学视为应用科学而不但是一门艺术,许多其他的工程领域,例如机械、航空航天、电气、盘算机、化学、质料、生物医学和情况工程等纷纷开设课程,吸引了一批又一批最优秀、最智慧的人投身到工程领域中。

都会化建设 多学科的综合运用北美的土木匠程教育项目,从最初的不到50个激增到20世纪的250多个。大多数这些项目都提供课程培训,培训在职人员,因为专业人员通常更专注于修建结构的计划、设计、建设、治理。事实上,在已往的几十年里,土木匠程师制作的桥梁,总跨度近两公里、总高度凌驾820米。此外,我们不得不赞赏和尊重美国州际公路体系的建设,以及欧洲和亚洲的高速铁路网络,这是20世纪的重大成就。

然而,在进入新的千禧年之后,土木和情况工程专业的主要教育事情者意识到,结业生未能满足这一行业日益增长的社会期望。今天,社会期望土木和情况工程师不仅要会设计、制作、运营和治理修建结构,还要明白治理自然情况和可连续性、预防或减轻包罗气候变化在内的多种都会灾害风险、掩护历史地标和基础设施、处置惩罚公共关系和债务,同时还需要关注成本效益,维护和更新都会基础设施和修建情况。在新千年,我们发现土木匠程师需要在都会计划,以及土地使用和运输计划的实施方面越发努力主动。

在基础设施全生命周期中的每个阶段举行决议,并需要认识到连续的都会化和治理麋集城区生活的庞大系统,尤其是差别基础设施与所建情况之间的交织、相互作用和相互依赖关系。大多数土木匠程师对经济和金融学、政治和社会科学,以及联邦、州、地方公共政策是如何影响全球互联的都会社会的宜居性、可连续性和可恢复性,都没有充实的相识。我们现在清楚地认识到,不能用疏散的课程方法来解决社会关注的问题。

然而不幸的是,这是大多数美国工程与技术认证委员会提供的教育泉源。只有在少数精英研究型大学提供的课程中,以工程案例和详细项目作为土木匠程教育的基础。

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因此,保持土木匠程师的专业相关性所面临的最重要的挑战,可能是将土木匠程教育和专业实践从分而治之的方式,转变为一种整体的、综合的方法。除非未来的土木匠程师掌握基础设施相互依存的系统性质,包罗与其交织在一起的自然、社会和工程要素,否则就不行能在人口麋集的都会地域维持、更新和可连续地运营这些基础设施。

除非土木匠程师对基础设施中的每一个元素和系统之间的庞大关系有足够的洞察力,否则我们无法期望一个康健互联的、充满经济活力的、理想宜居且具有可连续性和恢复力的都会社会。然而,具有这种洞察力的土木匠程师能够而且应该为基于量化指标和数据的基础设施政策,生命周期性能技术的接纳和资产治理做出孝敬。每一位具有前瞻性思维的市长或向导人都应该聘请一位及格的土木匠程师,作为治理都会修建情况和基础设施的照料。提高基础设施的恢复能力第二次世界大战后,土木匠程项目和专业人员数量的激增,使得土木匠程成为新千年的盛行趋势。

贝聿铭(Pei)、格里(Gehry)、卡拉特拉瓦(Calatrava)、福斯特(Foster)、皮亚诺(Piano)、里伯斯金(Libeskind)、哈迪德(Hadid)、约翰逊(Johnson)等修建大师,以及他们的工程互助同伴都正在脱离我们。特别是在20世纪80年月以后,信息技术和软件取代了却构分析、设计盘算和工程制图。大多数土木匠程教育课程开始教授规范和软件操作,而不是视察和学习少数几位大师如何设计和构建他们良好的修建作品。

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毫无疑问,盘算机、结构分析与设计软件,给少数的修建师和工程师带来了显著的优势。然而,当盘算机与软件操作为培训导向的课程相联合,再加上美国工程与技术认证委员会(ABET)和美领土木匠程师协会(ASCE)的宣传推广,广义上的土木匠程专业已经脱离了现实结构的构建。

例如制作历程实际上是如何实现的,其中的每一个施工阶段又是如何分工运转的,如果气候和土壤发生变化,又会如何影响其性能和耐久性。虽然有履历的设计大师可以解释其中的问题,可是最近几代被教授用软件举行工程实践的人开始相信软件的输出。

2002年,在威尔逊(美国加州大学伯克利分校名誉教授)写的书的第一页上,重申了通过学徒制,视察并向修建大师们学习的重要性。今天,我们许多的修建结构以及构建的系统,虽然是通过规范设计的,但这些系统在实用性和功效性、耐用性、可维护性、宁静性,特别是可恢复性方面并没有获得很好的体现。

富勒(Fuller)最近的一篇文章(201。


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