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气壮山河的中国土木工程本课程的目标、内容和学习方式1、土木工程——开发、设计、建造、维护和管理房地产、桥梁、道路…。（地上下+外星球）2、土木工程的特点：A特别重要(关乎人民生命财产安全/生活质量;各国均单设“住房与城乡建设部”,其它行业统设工业与信息化部).B是历久不衰的热门行业(既是经济繁荣的标志,又是克服经济衰退的最重要的首发推进剂)3、历史上杰出的土木工程是传承人类文明的宝贵遗产，是国家和民族的象征。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是城市与国家兴旺发达的标志。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）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……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（三峡工程=2100/4200万吨石油/煤；1994–估900多亿，2004–估3000亿元。2009竣工。孙、毛、邓）美国纽约世贸中心5万人，100万平米+地下商城＋地铁站4、未来的土木工程——挑战工程极限（Engineeringtheimpossible）追求：更快!!!更高!!!更强!!!光荣与梦想严酷现实+神圣职责更快：现在3年造一大桥，未来3个月？时间=金钱更高：现在500m高建筑，未来4000m?(日本策划X-Seed4000巨塔=都市：800层生态城,含顶层滑雪场,100万人,底层6kM2,初步预算9000亿美元=入场费90万/人)土地枯竭，东京土地50万美元/平米=95%总造价/—立体天气预报更强：抗震；现在50年寿命/未来100~1000年？（资源、环境与能源，可持续发展=美国十大科技问题之一）实现手段：创新+国际化—更先进的计算机+设计方法+数学+力学+机械电子技术+新材料+管理等＋国际建设团队（发展中国家尚不能独立建400m以上高楼；上海金茂77部电梯/等电梯时间≤45秒,1000m高香港千禧大厦容8万人=小城市、垂直交通需十几国科技）未来土木工程=国际化+多学科科技≠土+木+民工只有夕阳的技术，没有夕阳的行业=长线专业5、伟大的中国土木工程（机遇）（世界最大的建设，年基建投资占GDP15—20%，不含房地产）国家高速公路网=45000亿元???2030年(美国1984年8万km),中国现5万(5千万/km)，7918计划(7放射9横18纵)8.5万km；各省市高速路？？国家中长期铁路网规划=20000亿元???铁路客运四横四纵——京深高铁300km/h,2300km=2200亿？京沪高铁1305km=06估1300亿,07估2200亿,350km/h;沿海铁路厦深段501km=288亿,200km/h(2010年),留提速条件，班/小时?#国家民用机场布局规划=4500亿元???5、伟大的中国土木工程（机遇）续国家12大水电基地发展规划20000万亿???国家南水北调5000亿(2000估)???——2050年全国年城乡房地产投资20000万亿(≥20亿平米)2006年城市5亿平米=16416亿元=8%GDP。（06年政府卖地7000亿。全国城镇户籍人均居住面积27平米）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2800亿（200元/中国人）50多大城市城轨估8000亿元?(广州1000多亿.地铁5亿元/km[轻轨3亿])。[2003计划珠三角城际铁路600km,1080亿2008改(含县)三环八射20条线2000km??亿]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—现在全国年产水泥9.5亿吨，用混凝土量占全世界40%；中国城市化40%90%（中华民族伟大复兴的百年壮丽画卷）世界前500富豪中60%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：地震(历史上死亡人数最多的三大地震均在中国+60％国土和2/3大城市须抗震设防);洪水;台风;缺水-上海地面下沉2.7m.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：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？•技术/学科交叉/工程－社会大系统调控能力差+自负A设计建造维护标准低－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？#路桥10年大修;40%水库(3万多,99年统计)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.C欠社会认知：国家973开始未包含土木工程。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？教育水平：目前（本科3万+专科3.3万）/年=0.16%×3800万大军。没有文化的军队是…。1978年全国有22个土木院系，2000年达300多个，近年北大，中大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：1996美国工程与技术认证委员会（ABET）的（EngineeringCriteria2000）从传统的“规定工程专业应是什么样（如规模、大纲，实验条件）”，转变成“评估工程教育的结果=11条能”。Learntolearn;learntodo;learntogether;learntobe=能力为先的本科生培养目标）7基于CDIO教育模式的“土木工程设计导论”7土木工程设计导论（续）2004年MIT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（未来开发区）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课堂讲授1学时4建筑规划知识入门课堂讲授1学时5建筑结构知识入门课堂讲授1学时6“我的梦中家园”构思(建筑规划/交通规划/一栋建筑；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，互相提出意见团队间交流2学时8参考不同意见，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”设计团队内学习/合作设计5周10各团队提交成果并展示，接受老师和同学的评议团队间展示和答辩2学时7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。－TheEnd