（高等教育学专业论文）土木工程教育应对环境挑战的对策研究.pdf

摘要 y 2 了8 ， 高等教育作为一种社会活动，是适应社会和人的发展需要而产生的同时又反 过_ 柬诒社会和人的发展以巨大影晌。整个社会正在加速发展，特别是加入世贸组织 n 财产损失。纠正这样的局面仅靠制度、法律还不是最彻底的，应该从工程师职业 伦理道德上进行更多的思考。因此土木工程教育不但要教会学生做事，更要把教会 学生学会做人放在首要位置，为文明社会进步做贡献。 本文结合国内外土木工程教育的改革与发展针对上述四方面的严峻挑战提出 相应对策和建议为我国土木工程教育在新世纪发展提供借鉴和参考。 关键词：土木工程教育? 挑战；对策；信息化；全球化；可持续发展y 职业伦理道 德 黧鬻囊簇篓黧一 ， 寿 a b s t r a c t a saf u n c t i o no fs o c i e t y ，h i g h e re d u c a t i o nw a sd e s i g n e dt om e e tt h ed e m a n d so f s o c i e t y ，w h i c h a tt h es a m et i m ec a na f f e c t s o c i e t yi t s e l f t a l e n td e v e l o p i n gm u s tb e d e p e n d e do nt h ed e m a n d so fas o c i e t ye c o n o m y t o d a y se c o n o m i cm a r k e th a sb e e n d e v e l o p i n g i n t oam o r ea n dm o r e d e m a n d i n ge n v i r o n m e n t ，w h i c h l e a d sm o r e r e q u i r e m e n t so nt a l e n ts t a n d a r dl e v e l h e n c e ，i no r d e rt om e e tt h ec h m l e n g eo ft h ep r e s e n te c o n o m y - o r i e n t e ds o c i e t y ，i ti s n e c e s s a r yt h a tc i v i le n g i n e e r i n ge d u c a t i o nm a t c h e st h ed e m a n d so f a ne c o n o m y d r i v e n m a r k e t ，a c c o r d i n gt o c u r r e n tc i v i l e n g i n e e r i n g e d u c a t i o ni n c h i n a ，a n y w a y ，s o m e p r o b l e m ss t i l l r e m a i n sa tt h eb a s eo fc i v i le n g i n e e r i n ge d u c a t i o n t h em a j o rd e g r e eo f c i v i le n g i n e e r i n gi sd i v i d e di n t ot o od e t a i l e ds u b j e c t s ，w h i c hl e a d s ，a sac o n s e q u e n c e ， s t u d e n t st of e e lt h e yc a nn o te a s i l ym e e tt h er e q u i r e m e n t so ft h ej o be n v i r o n m e n t ，a n d ， c o n t e m p o r a r i l y ，t h ee m p l o y e r s t o p e r c e i v es t u d e n t s c a p a c i t i e s a sr a t h e r p o o r a n d u n p r o d u c t i v e i nt h i sp o i n t ，it h i n k ，t h er e f o r mo fc i v i le n g i n e e r i n ge d u c a t i o nm u s tb e d o n ea ss o o na sp o s s i b l e i nt h i sp a p e ra r ep r o p o s e d ，o nf o u rc o u n t e r m e a s u r e sr e l a t e dt o t h er e f o r mo fe d u c a t i o ni nc i v i le n g i n e e r i n g ，s o m ep o i n t so fv i e wa n ds o m es u g g e s t i o n s i nc o n s i d e r a t i o no fb o t ht h ep r e s e n ta n df u t u r es i t u a t i o n 1 ) t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nc i v i le n g i n e e r i n ge d u c a t i o na n di n f o r m a n i z a t i o n ； 2 ) t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nc i v i le n g i n e e r i n ge d u c a t i o na n dg l o b a l i z a t i o n ； 3 ) t h er e l a t i o n s h i p b e t w e e nc i v i l e n g i n e e r i n g e d u c a t i o na n ds u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n t ； 4 ) t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nc i v i le n g i n e e r i n ge d u c a t i o n a n dc i v i le n g i n e e r se t h i c s a l lo ft h e s ei d e a sw h i c hh a v et h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c ei nac e r t a i n d e g r e e ，m a ys u p p l yr e f e r e n c e st ot h er e g e n te d u c a t i o n r e f o r m k e y w o r d s ：c i v i le n g i n e e r i n ge d u c a t i o n ；c h a l l e n g e ；c o u n t e r m e a s u r e ；i n f o r m a n i z a t i o n ； g l o b a l i z a t i o n ；s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t ；c i v i le n g i n e e r se t h i c s 士术t 程教育应对环境挑战的对策研究 浙江大学硕士学位论文，2 0 0 第一章引论 一、严峻的环境挑战 现代科技的发展极大地促进了土木工程及其实现手段的发展。新型建材、现代化的 施工技术以及刨新性的设计方法不断涌现与之相适应的项目管理及监理制度逐步建 立。社会和用户的需求不断提高，要求土木工程师适应科技和社会的发展。加入wt0 后，我国科技和教育发展面临新的国内国际环境。新环境挑战要求新的对策。土木工程 本身的复杂性也在不断的加深与复杂，建筑与环境的互相协调更为当今所强调。这一切 变化使得社会对培养土木工程师的手段大学的土木工程教育提出了新的要求，要求 土木工程教育以新的姿态出现，迎接新的形势。 2 0 0 0 年1 0 月1 1 日江泽民同志曾经指出，科学技术是第一生产力，工程科技是第 一生产力中的最重要因素。2 0 0 1 年6 月2 2 日江泽民同志又指出，我们必须敏锐地把握 当今科学技术发展的大势，充分估计未来科学技术对人类社会的巨大意义，增强紧迫感 和忧患意识瞄准世界科技的先进水平紧密结合我国发展的实际要求，奋起直追，锐 意进取，努力开创我国科技事业蓬勃发展的的新局面。这些论断对我国高水平大学土木 工程教育的发展同样具有深刻的指导意义。 土、机、化、电是工程科技的四大基本领域，其中尤以土木工程的历史最悠久、范 围最广泛，与国计民生的关系最密切。按美国土木工程师协会( a s c e ) 的最新分类， 土木工程科技涉及1 4 个分支领域。它们是： 1 大气和空间( a i ra n ds p a c e ) 2 建筑系统( b u i l d i n gs y s t e m s ) 3 施工和材料( c o n s t r u c t i o na n dm a t e r i a l s ) 4 减灾( d i s a s t e rr e d u c t i o n ) 5 环境( e n v i r o n m e n t a l ) 6 教育( e d u c a t i o n a l ) 7 地球技术( g e o t e c h n o l o g y ) 8 管理( m a n a g e m e n t ) 9 海洋技术( m a r i t i m et e c h n o l o g y ) 1 0 发电( p o w e rg e n e r a t i o n ) 1 i 结构( s t r u c t u r a l ) 】2 交通( t r a n s p o r t a t i o n ) 13 市政规划( u r b a n p l a n n i n g ) 水资源( w a t e rr e s o u r c e ) 可以看出，土木工程科技的范畴在世纪之交实际上是大大拓宽并且加深了。这里以 新术语“地球技术”为例，它的英文g e o - t e c h n o l o g y 也是个新词汇。我们知道地质工 程有门学科叫g e o t e c h n o l o g y ，即大地构造学，传统的土术工程也有门学科叫 g e o t e c h n i c s ，即土工技术或土力学、土工学。现在的g e o t e c h n o l o g y 含义显然更加广 泛，囊括了所有与土、大地与地球相关的土木工程技术。其实。在我们这个星球的地下 2 0 公里到地上数千公里之间的海陆空，凡涉及结构性的装置和设施( s t r u c t u r a ld e v i c e s a n df a c i l i t i e s ) 都是今天土木工程科技的对象。 我们认为，在讨论土木工程教育及其改革的问题之前，必须要对土木工程科技的新 的疆界有一个新概念。这不仅是让我们打开眼界而且是要我们体会到在这片肥沃的土 壤上处处呈现着蓬勃生机，处处蕴藏着丰富宝藏。高水平大学应当是科技发展太势的推 动者和弄潮儿，必须用高水平的科研促进高水平的教学，这也是科研教学关系在高水平 大学的正确定位问题( 浙大土木系，2 0 0 1 ) 。 从理论上讲，任何一门学科的发展必然以正确的理论为先导以科学的理论为依 据。盲目发展、仓促教育改革会带来一系列的资源浪费，教育改革必须走在其它改革的 前面。由于教育具有滞后性的特点，所以探索具有科学性和实用的教育理论更为重要。 当今有关教育改革的文章满目都是，但是普遍围绕宏观大问题比如素质教育、通才教 育、成人教育等等。坦是涉及到某个具体的学科从微观上去透视去分析的却还不是研 究的丰流或热点。 传统的工程教育乃至教育是超然于其环境之外的，只教给它的学生如何从理论上解 决技术问题，有时也涉及生产的技术。学生只要考虑技术原理上的可行性，无须词及其 他牛产运作、经济抉择、政策偏好抉择、生态环境抉择似乎都不是工程份内的事。 这样的一种工程教育是“狭窄于技术的( n a r r o w l yt e c h n i c a l ) 教育”和“技术上狭窄的 ( t e c h n i c a l l yn a r r o w ) 教育”。此种情形如果以前还能过得去，现在则无论如何应付不 了面临的种种挑战。自8 0 年代跨进所谓信息时代以来，科学的研究在深入技术的复 杂性在增长工程的规模在扩大，人类活动的领域和方式已不再停留在“征服自然”的 初级水平上，而是到达在认识世界、改造世界的过程中谋求自身和自然协调发展的新阶 段。换言之，从内部讲工程教育的范畴在拓广、作用在扩大；从外部讲，工程教育的 环境诸因素对工程教育提出了更多更苛刻的要求和限制，亦即环境对系统的约束在不断 增加。 2 j = 术r 程救片应对环境挑战的对策研究 浙江大学硕士学位论文2 0 0 系统所受的约束是系统和环境相互作用的一种规定性。它通常分为两大类：一类是 构成环境的诸系统给予该系统的( 外部) 约束，一类是构成该系统的组织和结构给予的 ( 内部) 约束。传统上，人们习惯于首先从内部看问题着力解决内部约束所生的矛 盾，颇有些就事论事的味道。系统方式的策略正好相反它要求由外向内看问题，即首 先着力辨识系统外部的约束。 工程教育系统的外部约束有如下卡要来源：作为输入的人与社会需求和可利用的资 源两者之间反映着一种需要和可能的矛盾；作为输出的工程教育系统的“产品和服 务”包括工程人才、新的科学技术，以及表现非功能属性的“废弃物”等等。进入环 境“市场”的产品和服务并不与环境具有必然的相容性或一致性，“产”和“销”在数 量上利质量上的矛盾始终存在。 工程教育系统最直接的环境理所当然的是工程领域和教育领域，但它们存在于更大 的环境之中。“整个环境”可以用多种方法进行分类。例如b r i g h t 分类法给出五类一 技术的、经济的、社会的、政治的和生态的；m a r t i n o 分类法给出九类一技术的、经济 的、管理的、政治的、社会的、文化的、理性的、宗教伦理的和生态的。我们认为只 有完整地考虑诸环境因素的作用，才能在它们造成的约束条件下规划设计一个协调的工 程教育系统，才能造就出不仅会处删技术可行性问题而且能权衡经济可行性、社会可行 性、牛态可行性等问题的工程人才，也只有他们才能承担应对时代挑战的重任。 基于以上这些原因，本论文拟讨论与土木工程教育健康发展最为密切相关的四个方 面的问题： ( 1 ) 经济和技术的高速发展为土木工程科技提供了优良的发展环境。目前，土木 工程领域信息化与集成环境的研究与技术竞争已经在全球展开。土木工程信息化技术是 一种集多种工程科学与技术、企业管理与商业管理于一体的综合性、知识密集型产品， 而在我们这个传统观念仍然很深的土建行业中却往往是最最薄弱的环节。现在在设计院 中搞电的( 几乎都是搞强电的) ，对于弱电都知之不多。但是，恰恰就是这个弱电( 按传统 定义2 4 v 以下为弱电) ，体现了电予学的最新成就如计算机、控制、通讯、遥测遥 感、显示等等先进技术。到了搞建筑和结构的那里，对此方面几乎是连常识都很少。这 种现状，如何能使我们的土木建筑设计适应电子时代或者信息时代的要求呢? 本文就以 道路交通信息化为例说明土木工程应如何培养土木工程信息化方面人才培养。 ( 2 ) 我们培养出的土木工程师是为了整个社会的需要乃至世界的需要。我们已经 加入w t o ，将有更多的外资进入我国更多的经济领域人们会有更多的机会进入外企 工作。同时，国外资本的大量进入，与国内资本融合，使大多数领域都能增加就业。虽 然入世后对各行业就业状况的影响并不均衡。但针对建筑业是有着增加就业机会的前景 ( 建筑业：增加9 2 8 万人，增幅2 2 ) 。在这里我们不但要看到机遇同时也更应该 土木1 j ：程教育应对环境挑战的对簟研究浙江大学硕士学位论文，2 0 0 看到入世后建筑业面临的挑战为了给人才的国际流动创造条件，我们培养出来的土木 工程师必须要和世界接轨才能具有广泛的就业前景。而多年来我们沿袭前苏联的窄口 径教学方式钳制学生的知识面，难以适应变化多端的市场。而土木工程这一历史悠久的 专业尤其如此。因此我们有必要及时的调整我们的教学模式。 ( 3 ) 生态持续发展是基础、经济持续发展是条件、社会持续发展是目的，三者不可 分割。人类共同追求的应是串态一经济一社会复合系统的持续、稳定、健康发展。而众 所周知，h 前我们在管理地球资源利维持生态平衡方面做得很糟糕，人类不考虑持续发 展的掠夺性行为正把地球推向危险的处境。高等院校既要培养高科技人才为经济增长捉 供必要的条件，更要为可持续发展培养掌握一定环境保护知识，能自觉参与环境保护行 动的高素质、高技能人才。而土木工程的直接产品就是与周边环境休戚相关的建筑产 品，无论是建筑产品的设计，所处的地理位置，以及所用的建筑材料等都直接或间接地 对周边牛态环境产牛影响。所以把可持续发展理念整合进土木工程教育中有着重大的意 义。但是目前我国乃至大多数国家的土木工程系学生接受的都是传统的教育模式先进 行数学、物理、化学、工程科学等基础学习，然后进行技术训练，学习设计新的基础结 构或解决一些较难的问题，并不重视如何恢复环境和预防问题的发生。 ( 4 ) 根据一些设计单位以及施工单位的反馈，一般的应届生的上手能力还比不上专 科生乃至中专生，但是后劲足。这个现象让我们反思，目前的土木工程教育存在问题。 另外一方面，所谓的“豆腐渣工程”时有所闻，经多个“豆腐渣工程”的调查显示- 导 致“豆腐渣工程”的原因不仅仅是技术上的，更重要是一些腐败因素造成的。这不仅仅 需要整个社会从法制和制度上进行制约，建立健全一系列建筑物的安全保障体系。与建 筑质量相关的不仅是土木工程自身的技术与质量监控体系。在这里更有人的关系即相关 的技术人员是如何操作建筑质量保证体制的运转的。这就涉及到土木工程师的职业伦理 道德问题。我认为，本科生刚进入这- - n 行业的时候必须灌输职业道德，对其以后的工 作有着深远的影响。而目前土木工程的课程设霹中没有包括这项内容 二、国内外的研究现状 国外对土术工程教育进行过许多研究。美国乔治理工学院的s c h i n o w s k y 教授认 为，士木工程学牛应了解交叉学科知识的重要性，学土木的学生不但需要懂得土术还 需要懂得力学、机电、计算机乃至艺术知识。在本科阶段就应该亲临施工现场，了解整 个工程的各个环节和工种，从总体上把握各个环节的联系。这种做法使学牛的教育起到 了物化的作用，而且对土术相关的知识有比较深的了解，拓宽了专业知识面。伊利若斯 4 t 木l + 桂救育应埘环境挑战的埘最研究 浙江大学硕士学位论文2 0 0 l 大学的d a v i s 教授认为工程道德的教育是专业教育必要的组成部分，它帮助学生在处理 专业实践中的问题，正如在法律和医药方面一样具有道德和伦理的要求。德克萨斯大学 的m i c h a e l s p r i t c h a r d 哲学教授阐述了什么是工程伦理道德，为什么要在工程教育中强 调，怎么去教，什么时候应该出现在学生的教学中( d a v i s ，1 9 9 6 ) 。日本京都大学在 阐述它的土木工程理念时也认为，现行土木工程必须打破传统学科界限，集成更多的科 学和技术分支，努力在以下主题的典型领域做出贡献： 观察分析全球和地区的现象； 设计建筑装置和设施、创造建筑环境； 生成新的资源和能源并开发资源循环系统； 改善人的健康、保健和安全。减少环境风险： 保护全球环境： 预防自然灾害，增强基本设施生命线的安全性和可靠性： 探究建筑和区域环境的宗教、文化、历史，心理学和伦理学方面： 研究交通运输，后勤和通讯系统； 系统管理、信息加工和人工智能： 开发新材料和新技术： 按照这个理念日本京都大学土木工程在1 9 9 8 年完成了它的学科重组。京都大学的 本科土木工程教育原设4 个系：土木工程系、交通工程系、矿业科技系、环境和卫生工 程系。在该校完成“研究生院重点化”后，这4 个本科的学系撤消，在“工科研究牛 院”重新设置了4 个研究生层次的新系即土木工程系、土木工程系统系、地球资源工 程系，王 ：境工程系并与1 9 9 6 年先行完成学科重组的建筑学合作共建地球环境工程 系。原来的教师均隶属于工科研究生院的系和其他单位，原来本科4 个系的教育功能由 新命名的全球工程学群( 也称为学院) 承担。加上建筑学学群的建筑学和建筑系统系、 建筑学和功：境设计系，两个学群共7 个研究生系。京都大学的这种学科重组有两方面的 意义。一是它通过有机的整合拓宽了学科内涵、丰富了学科内涵。二是改变以本科办 学为丰的传统，在研究生教育和研究的水平线上兴办和发展学科。这两点对一流大学都 是决定性的( 浙大土木系2 0 0 1 ) 。 国内也有许多学者对土木工程教育进行了研究，提到了应该把可持续发展纳入到土 木工程教育中。针对我国实行的注册工程师制度，湖南大学土木学院的沈蒲生认为土木 工程教育应与国际接轨，除了要拓宽专业面之外还要培养土木工程专业人才的综合素 质和创新能力。武汉水利电力大学土建学院的卢亦炎认为我国应该实行注册工程师制 度，土木工程师应该具有与之相称的执业素质，对土木工程教育提出了新的要求( 卢亦 焱，2 0 0 0 。2 ) 。此外，同济大学的沈祖炎教授主持了一项跨世纪土木工程教育改革的 士本j j 程教育应对环境摊战的对策研究浙红大学硕士学位论文，2 0 0 1 大型研究，在他主编的挑战与突破( 同济大学出版杜1 9 9 9 年出版) 一书中详细介 绍了国内外土建类专业培养方案、教学内容体系调整和国内的教改实践。 可以看出土木工程专业人士已经意识到，为适应发展趋势，迫切需要对目前的土 木工程教育进行改革，但是很少涉及改革的宏观背景，对土木工程和土木工程教育的总 体太环境把握不够，对环境提出的严峻挑战认识不足。并且提出改革的都是木工程教 员，这些人员虽然从事土木工程实践，对按照目前教育模式培养的学生素质和知识结构 存在的问题深有体会，直接有着感性认识。但由于知识结构的局限| 生，他们往往不容易 做到以圈外人的眼光去看待圈内所发生的事情更难以站在教育理论的高度看待这个问 题，提出的措施似乎比较片面，可能存在“头痛医头，脚痛医脚”的毛病。 三、本文的思路和方法 本文之所以选择信息化、全球化、可持续发展、职业伦理道德四方面的挑战与对策 进行研究，是因为它们在土木工程教育中都有着举足轻重的作用，缺一不可。从系统观 念来看，它们又是互相联系，密不可分的。经济发展为信息科技的发展创造了条件，而 信息技术的发展又反过来带动了经济的全球化，经济的全球化又促进了信息技术以更加 迅猛的速度发展，因此它们之间的关系是互相促进，相辅相成。另外一方面经济的发 展使大片的工业区的开发成为可能工业的发展在促进经济更上一层楼的同时又带来了 一些新的问题，如过度开发，资源支配不合理等。这就引发了可持续发展的讨论。从长 远来看可持续发展能使经济保持稳步健康的增长，避免寅吃卯粮的恶果出现。当经济 与列i 境发展到一定程度能满足人们的基本需求的时候，人们就会要求更高层次的生活 质量。这当中也许会出现一批追求享受的人。假如他们没有本行业的职业伦理道德观 念，也许就会在实际的工程建设中发生为了谋求个人私利而偷工减料、偷粱换柱等违法 违规行为，这就是为什么最近几年豆腐渣工程频频发生的原因之一。这带来的恶果不但 只是经济上的损失，更有甚者会带来人员的伤亡! 因此，要使经济发展人们的职业伦 理道德的提高同样不容忽视。 人类牛 舌衣、食、住、行，缺一不可。而住和行，就和土术工程专业密不可分。改 善住、行的条件，提高住、行的质量，是跨世纪土木工程专业人才职责所在。e l i 于土木 工程专业有其特殊性始终以服务于工程实践为目标，所以土木工程人员所从事的工 作是与实际操作是休戚相关的。因此本文试图讨论和揭示环境挑战及其影响，以及它们 与土木工程教育的因果联系，在一定的理性分析上，提出的措施更多地注重它的可操作 性和应用性。 十术i ：程救圩应对环境挑战的埘策研究 祈江犬学硕士学位论文2 0 0 作为借鉴本文对欧美一些世界一流大学的教学计划进行了研究，试图从其改革与 发展动向中获得一些启发以制定我们自己的对策。发达国家著名大学的改革特点最为 显著的是以极大的热情调整学科布局开发跨学科领域二是不受专业目录、 学科目录的捆绑和限制，能积极响应现实环境的需要，对自己的目标和价值追求能 够及时现实定位。知识有两种，一是书本的知识，一是做事的知识( 梁肩超语) 。做事 就是解决现实世界需要解决的问题，做事的知识是要在做事( 解决问题) 的过程中才能 创造出来的。否则，玩的就是抽本的知识。2 0 世纪的特征是：人口激增而人们j c 寸牛活 质量的期求也在增加，工业技术的进步支持和提高了人类的生活质量，但是另一方面， 技术发展和全球工业化进程加剧了天然资源的耗费和生存环境的恶化。2 i 世纪的这些 问题和趋势依旧。可以说世界范围土木工程教育的改革就是针对这些问题和趋势进行 的。 本文的研究工作就是以世界一流大学的发展动向为背景并紧密结合我国土木教育面 临的这四大问题，进行了针对性的研究，同时运用了内容分析法、比较法、专家访谈法 以及统计分析，得出一些有用的结论。文中还以伯克利加州大学土木工程课程设置，以 及剑桥大学工程学院的课程设置为案例。分析了国外著名大学的土木工程教育特征。从 它们的课程设置和教学方案中可以明显地看出它们进行宽口径教学的特征。与此同时， 作者走访了我国工程教育和土木工程专家学者，倾听了他们对我国土木工程教育的看 法。在此基础上结合我国目前土木工程教育的特点和我国国情，提出了相应的对策建 议。 十小工程教育应耐环境挑战的对策研究 浙江大学硕士学位论文，2 0 0 第二章信息化的挑战与对策 经济和技术的高速发展为土木工程科技提供了优良的发展环境。同时新的优良的环 境对土木工程教育叉带来了新的挑战。当代世界经济日益知识化，科学技术日新月异， 科学技术的迅猛发展己成为推动生产力发展最有决定意义的因素，尤其是以微电了技术为 幕础的信息技术革命以及国际互联网络的形成，正在把世界经济融合成以全球为一体的” 网络经济”。网络的发展使资本可以灵活地在世界范围流动，世界成为”地球村”。同时为 经济全球化准备了极好的物质基础目前，土木工程领域信息化与集成环境的研究与技 术竞争已经在全球展开。土术工程信息化技术是一种集多种工程科学与技术、企业管理 与商业管理于一体的综合性、知识密集型产品。专家认为，随着全球网络化的到来，土 木工程信息化技术正向着网络化、集成化、智能化与西同化方向飞速发展。土木工程企 业的生命力在于保证工程质量和实现工程创新，而实现创新和高质量的关键，除了思想 和观念之外，最主要的技术保障，就是采用先进可靠的信息化技术。土木工程是一个传 统领域，面对这样个全新的挑战，在土木教学中就需要引入新的措施予以应对挑战。 一、土木信息化发展概况 我国是一个发展中的国家有大量繁重的基本建设任务。人口城市化已成为不可逆 的总趋势，而人口城市化的比例已成为衡量一个国家经济发展水平的一个重要指标。我 国目前的城市人口约占总人e 1 的2 6 4 左右：估计到2 0 0 0 年全国城市将发展到5 8 0 个左右，城市人口可达到3 3 。据统计资料，一个发展中国家的城市人口达到3 0 左右 时，整个国家的经济会有一个飞跃。依据这个规律我国在本世纪末将会出现国民经济 的大飞跃，预计到2 0 2 0 年，全国城市将会发展到1 1 0 0 个左右，城市人口可达到5 0 ( 肖自力，2 0 0 0 5 0 5 1 ) 。考虑到我国的总人数和四化建设的规模，应该说我们正 从事的是世界上晟大规模的基本建设，而且正处在一个经济大飞跃的前夕。这种发展将 为土木工程各学科提供优良的发展环境。这一优势，甚至西方国家目前也不具备。这一 大好形势为我国土木工程科技工作者提供了空前难得的向国际水平冲击的良好机遇，同 时，如何把握住世纪之交时土木工程学科的发展趋势，开创土木工程学科的新纪元，是 对我们这些跨世纪一代人的严峻挑战。 一- r 石一一一 三立型兰塑卫生生哇坠垫堕! 塑自墅塞 塑坚点堂堡主堂垡造塞：! 塑! 在上述形势下一开创土木工程高新技术的信息化与集成环境的新纪元的研究与技术 竞争已经开始谁先成功地掌握和运用土木工程高新技术的信息化与集成环境技术，谁 就能在国民经济支柱产业建筑业的国际竞争和土木工程学科的发展中取得优势。中 国工程院院士崔俊芝在“a u t o c a d 教育与发展”大型研讨会就明确指出要信息化每个 人，他说“未来的5 - 1 0 年我们国民经济各方面都将进入信息化。用高新技术改造传统 行业，尤其土术工程、机械制造、纺织、轻工业等行业，是非常重要的工作。怎么样才 能改造好改造快，第一是改造人。要使现在从事这些行业和未来即将从事这些行业的人 都能用现代的信息技术武装自己，才能实现真正的信息化。而现状是绝大多数工作的人 还不能掌握现代化信息技术。能够让更多的在职人员在工作过程中掌握现代技术。这是 为我国的信息化做出极大的贡献，做了件太好事。” 在我国的现代化建设中，建筑业越来越成为对国民经济发展起制约作用的支柱产 业。同时，随着社会和科技的发展，建筑物的规模、功能、造型和相应的建筑技术越来 越大型化、复杂化和多样化。所采用的新材料、新设备、新的结构技术和施工技术日新 月异，节能技术、信息控制技术、生态技术等日益与建筑相结合。建筑业和建筑物本身 正在成为许多新技术的复合载体。而超高层和超大跨度建筑、特大跨度桥梁及作为这些 超大型复杂结构核心问题的现代结构技术则是代表一个国家建筑科学技术发展水平的重 要标志。超高层、超大跨度建筑和特大跨度桥梁这些超大型复杂结构的设计和施工技术 含量高，具有结构形式丰富、设计与施工高度相互作用、设计和施工内业工作量大等特 点。信息化技术将给这些超大型复杂结构的设计和施工控制技术带来了新的内涵，将使 其变得比较容易方便和更加直观。同时不仅仅是比较容易，方便和更加直观，更让人 难以抗拒的诱惑力是“省钱! ”比如在土木工程行业中应用c a d 技术，一般可以收到 如下效果：首先可以缩短设计工期。由于计算处理速度快，并能不间断的工作，因而 可以大大地提高设计效率，从而缩短了设计工期，设计工期的缩短意味着建设成本的降 低，同时便于方案优化( 张跃，科技日报，) 。 在建筑系统工程中如项目管理系统、投标决策系统，在数学上可归纳为一定约束 条件下的优化模型，这种计算量往往十分巨大，模型也很复杂，人工难于求解，而运用 高速计算机可快速求出可行解。在复杂系统中，许多环节都具有随机性，我们可以在统 计的基础上将随机事件概率引入仿真系统中这样可以从仿真结果中得到相应的风险 评价( g o b e 1 9 9 6 ) 。 长期以来，人类一直与洪水、火灾、地震等自然灾害进行着坚持不懈的斗争。由于 自然灾害的原型重复实验几乎是不可能的，因而计算机仿真在这一领域的应用就更有意 义。目前已有不少抗灾、防灾的模拟仿真系统制作成功，例如洪水泛滥淹没区的洪水发 展过程演示系统。该系统预先存储了泛滥区的地形地貌和地物，有高程数据可确定等高 9 土木j 一程教育应对环境挑战的对策研究 浙江大学硕士学位论文2 0 0 1 线，只要输入洪水标准( 如百年一遇的洪水) 及预定河堤决口位置，计算机就可根据水 量、流速区域面积及高程数据算出不同时刻的淹没地区，并在显示器和大型屏幕上显示 出来。人们从屏幕上可以看到水势从低处向高处逐渐淹没的过程，这样对防洪规划以及 遭遇洪水时指导人员疏散是很有作用的( 汪成为1 9 9 6 ) 。又如在火灾方面，对森林火 灾的蔓延，建筑物中火灾的传播均己开发出相应的模拟仿真系统，这对消防工程起到了 很好的指导作用( 吴炜煜，1 9 9 5 ) 。 在室内装饰的其它方面如选择贴墙纸还是贴面砖，面砖、地砖的颜色、图案、分 隔形状的选择都是很繁的，传统的方法是做出缩小的实际模型，在实际的模型上进行实 验，这样做不仅费时、费钱而且其效果并不好。如果在计算机中输入实际房间的模型 再引入虚拟现实设备，一切就将变得简单轻松，设计者身处所需装饰的房间按照自己 的构思去装饰、修改，并且可以变换自己在房间中的位置，去观察装饰的效果，直到满 意为止，这样既节约了时间又节省了做模型的费用，其结果更可信。可以设想，在未 来的装饰工程中信息化模拟技术将会代替现有的实际模型而显示出其强大的生命力( 殷 建强，1 9 9 8 ) 。 作为土木工程科技工作者，我们看好这一新形势，并感受到信息时代对各个学科、 特别是对土木工程学科发展所带来的迅猛冲击。与其被动地等待信息革命的浪潮扑来， 不如因势利导、冲在信息革命浪潮的风口浪尖上，积极主动地推动中国土木工程的信息 化与集成化。我们应当抓住当前这一太好时机，投入人力和物力研究与开发土木工程 的高新技术，以促进我国土木工程学科和建筑业的发展。在这里我将重点介绍的智能交 通系统就是土木工程高新技术的实例之一。 二、智能交通及其发展 说到交通，大家并不陌生，我们每日出门工作，都要与地铁、公交车、出租车或者 是私人轿车、自行车打交道，这是最常用的交通工具。如果我们出远门我们有可能乘 啦火车、轮船、飞机，它们也是交通工具的一部分。也许大家有这种经历：乘车拥挤、 交通堵塞，耽误了大家宝贵的时间。这些交通不便给人们带来了巨大的压力。尽管每年 修路架桥，但道路的增长速度远远赶不上汽车的增长速度已经不堪重负。以前，堵车 仅限于胡同和普通街道，现在就是没有红绿灯的二环、三环也是走走停停。大量的车被 压在路上不仅仅使交通受阻、燃油的消耗增加，而且这些汽车排出的大量尾气也加重 了城市的大气污染。我国的许多大城市以至于世界上很多大城市都面临同样的问题。 o 一了嚣嚣一 士木工程教育应对环境挑战的对策研究浙江大学硕士学位论文2 0 0 随着世界经济与技术的发展，交通运输已经成为经济生活的重要方面，并对保证社 会经济体系的正常运转发挥着越来越大的作用。然而由于我国经济的快速发展以及机 动车保有量的激增和其它运输工具的快速增长使现有基础设施所能提供的交通供给能 力与我国现实和潜在巨大交通需求相比仍然严重短缺，交通拥挤仍然很严重运输效率 较低，城市交通堵塞和大气环境污染加剧，严重影响了我国城市经济的发展和人民的牛 活。谁也没有想到发展中的我国车和路的矛盾、交通和环境的矛盾会来得这么早以至 于大城市的市政府乃至中央政府都不得不对汽车应用采取一系列限制措施。同时，交通 是否拥培，已经成为今天住在大、中城市的居民每天都要关心的问题不f = l 我国如此， 即使美国如此发达的国家也被困于交通拥挤问题。美国从1 9 7 仁1 9 9 7 年，年车辆公里 数以7 7 的速度上升，可是同期道路建设里程的增长数却仅为2 ，在城市交通中的高 峰时期，5 4 的车处于拥挤状态。由于交通拥挤，人们每天消耗在上下班的时间比平时 平均多了1 5 小时。同时导致商业车辆在交通运输中延误，增加了运输成本。这些已经 成为了人们牛活的一部分，成为了社会经济正常运转的制约因素之一( 史其信， 1 9 9 6 ) 。 进入9 0 年代以来，世界上各国交通拥堵，交通事故和环境污染越来越影响着社会 经济发展利生活，虽然道路运输增长的需求可以靠提供更多的道路设施来满足，但是在 资源、环境矛盾越来越突出的今天，道路设施的增长将受到限制。一般说来，解决车和 路的矛盾，常用的有两个办法，一是控制需求，最直接的办法就是限制车辆的增加；二 是增j j n 供给，也就是修路。但是这话个办法都有其局限性，因为自古以来衣食住行是人 们生存和发展的四大要素，交通的发达程度是衡量一个国家现代化程度的标志之，所 以交通是社会发展利人民生活水平提高的基本条件，经济的发展必然带来出行的增加， 因此限制车辆的增加不是解决问题的好办法。所以长期以来，国外在车辆与路的矛盾中 无一例外的采取了增加供给，即大量修筑道路基础设施的办法。对于我国这样一个处于 发展中的国家来说，基础设施数量的缺口很大，因此在相当一段时间内我国交通运输增 长的需求主要还是靠提供更多的基础设施来满足，特别是建设完善的道路网络。在基础 设施快速发展的同时。我们不得不看到。尽管在全球的许多地方仍将建设更多的基础设 施，但随着经济与技术的发展，它已不是解决交通运输紧张的唯一办法，面对越来越拥 挤的交通，有限的资源和财力以及环境的压力建设更多的基础设施将受到限制( 陆化 普1 9 9 6 ) 。因此一味通过多修路来缓解交通运输矛盾是不现实的。只有引入智能交 通( i n t e l l i g c n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ) 的概念，充分利用和改造现有的道路设施，加强 车辆管理和调度，实现人、车、路的和谐统一，才能使问题迎刃而解。那么什么是智能 交通，它又给人们带来哪些交通便利呢? 十术 程教岢应对环境挑战的对策研究浙江大学硕士学位论文2 0 0 别的司机都在聚精会神地开着车而迈克尔先生却把手伸出窗外，得意地说“不 用扶方向盘”，车继续向前行驶，并绕过障碍物。车开到高速公路入口，迈克尔与导航 系统联系好了以后说“准备好了”，然后他这个司机在车上看杂志、喝饮料、听音乐， 悠哉悠哉。汽车则像离弦的箭，超过前面的车辆在高速公路上飞驰。这就是在召开的第 四届亚太地区智能运输系统( i t s ) 年会的展示台上，播出的一段典型智能交通控制系 统下的情景录像。如日本丰田及美国福特等汽车公司各自推出的行车控制系统，都能 够自动跟踪前方的汽车根据前方汽车的减速或加速自动调整车速从而将车距保持在 安全范围内。 美国伊顿公司推出的汽车用雷达具有在雾天、雨天、雪天以及黑暗和烟雾中探测目 标的功能，这一装置已经安装在部分商用卡车上。美国通用汽车公司生产的夜视系统使 用红外技术，能在黑夜里光线不足的情况下，探测到路上的人或动物以及即将迎面开来 的汽车，并把探测到的图象投射到安装在挡风玻璃上的一个小屏幕上驾车者只要看小 屏幕就能知道具体的路况了。这仅仅是i t s 中的一部分功能。根据国内外科学家 的研究、开发以及应用目前智能运输系统包括的范围大致如下： l 、先进的交通信息服务系统( a t i s ) 先进的交通信息服务系统是建立在完善的信息网络基础上的，交通参与者通过装备 在道路上、车上、换乘站上、停车场上以及气象中心的传感器和传输设备，可以向交通 信息中心提供各处的交通信息；该系统得到这些信息并通过处理后，实时向交通参与者 提供道路交通信息、公共交通信息、换乘信息、交通气象信息、停车场信息以及与出行 相关的其他信息：出行者根据这些信息确定自己的出行方式、选择路线。更进一步，当 车上装各了自动定位和导航系统时，该系统可以帮助驾驶员自动选择行使路线。 随着信息网络技术的发展，科学家们已经提出将a t i s 建立在因特网上- 并采用多 媒体技术，这将使a t i s 的服务功能大大加强，汽车将成为移动的信息中心和办公室。 2 、先进的交通管理系统( a t m s ) 这个系统有一部分与a t i s 共用信息采集、处理和传输系统，但是a t m s 主要是给 交通管理者使用的，它将对道路系统中的交通状况、交通事故、气象状况和交通环境进 行实时的监视，根据收集到的信息对交通进行控制，如：信号灯、发布诱导信息、道 路管制、事故处理与救援等。 3 、先进的公共交通系统( a p t s ) 这个系统的丰要目的是改善公共交通的效率( 包括：公共汽车、地铁、轻轨交通、 城郊铁路和城市间的公共汽车) 提供便捷、经济的、运量大的公交系统。 4 、先进的车辆控制系统( a v c s ) a v c s 目前还处于研究试验阶段，从当前的发展看可以分为两个层次： 土木j 一程教岢应对环境挑战的对策研究 浙虹l 大学硕士学位论文，2 0 0 一是车辆辅助安全驾驶系统，该系统有以下几个部分：车载传感器( 微波雷达、激 光雷达、摄像机、其他形式的传感器等) 、车载计算机和控制执行机构等行使中的车 辆通过车载的传感器测定出与前车、周围车辆以及与道路设施的距离和其他情况，车载 计算机进行处理，对驾驶员提出警告，在紧急情况下强制车辆制动。 二是自动驾驶系统，装备了这种系统的汽车也称为智能汽车，它在行使中可以做到 自动导向，自动检测和回避障碍物在智能公路上，能够在较高的速度下自动保持与前 车的距离。智能汽车在智能公路上使用才能发挥出全部功能，如果在普通公路上使用， 它仅仅是一辆装备了辅助安全驾驶系统的汽车。 5 、货运管理系统 这里的货运管理系统是指以高速道路网和信息管理系统为基础，利用物流理论进行 悄理的智能化的物流管理系统。综台利用卫星定位、地理信息系统、物流信息及网络技 术有效组织货物运输，提高货运效率。 6 、电子收费系统( e t c ) 公路收取通行费，是公路建设资金回收的重要渠道之一，但是随着交通量的增加， 收费站开始成为道路上新的瓶颈。电子收费系统就是为解决这个问题而开发的，使用者 可以在高速公路公司或银行预交一笔通行费，领到一张内部装有电子线路的通彳于忙，将 其安装在自己汽车的指定位置，这样当汽车通过收费站的不停车收费车道时，该车道上 安装的读取设备与车上的卡进行相互通信自动在预交帐户上将本次通行费扣除。在现 有的车道上安装电予不停车收费系统，可以使车道的通行能力提高3 5 倍。 7 、紧急救援系统( e m s ) 紧急救援系统是一个特殊的系统，它的基础是a t i s 、a t m s 和有关的救援机构和设 施，通过a t i s 和a t m s 将交通监控中心与职业的救援机构联成有机的整体，为道路使用 这提供车辆故障现场紧急处置、拖车