江苏富源广建设发展有限公司 江苏无锡 214000
摘要：随着工业化和城市化的发展，城市建设与其相关的土木工程事业呈现出前所未有的繁荣。而这种急速发展也对自然造成了不可避免的影响，相关环境问题也越来越受到大众的关注。本文主要探讨了实现土木工程结构的可持续发展所要面对的多项基本问题和解决的根本途径，从而为创建经济、环保、生态、可持续的新型发展模式提供理论和实践基础。
关键词：土木工程结构；可持续；技术途径
随着城市建设的发展，各项基础设施的建成在便捷大众生活的同时，也使得人类赖以生存和发展的环境受到了严峻挑战。无节制的土地开发，资源利用率低，生态环境破坏，此起彼伏的污染事故等等，环境问题已经从问题背景中跃入眼帘，成为当今最受关注的全球性问题之一。如何在进行土木工程建设的同时，兼顾生态环境与资源利用，处理好社会经济发展与自然环境保护的关系，实现人与自然的和谐相处，具有重大的研究意义。
1.土木工程相关概念
1.1土木工程的内涵
土木工程是各类工程设施的材料、技术活动及其对象的统称。既包括所相关硬软件设备，也包括所进行的技术活动，如前期的勘查探测、设计，中期的施工和后期的保养、维修等，同时也指工程建设的对象。土木工程建设所涵盖的应用范围很广，从建筑与城市规划、铁路铺设与桥梁搭建，到专业工程结构、给水排水、液压、环境工程等，几乎涉及了人类的农业活动、工业建设、科研、军事等生产生活的方方面面，是综合社会实用性、经济性和技术艺术性的领域。
1.2土木工程结构可持续性概念
从土木工程结构的设计理论由古至今的发展历程中我们可以看到，无论是注重弹塑性特点的设计理论，还是以安全稳健为核心的设计理论，甚至是从单一变量及目标控制设计发展到综合变量及目标的性能设计，再到后来的全寿命设计理论，都体现了人类对可持续性目标的追求。其中，结构全寿命设计理论是将可持续性诠释得最为到位的一种设计模式。土木工程结构可持续性概念不仅体现在涉及到初始的资本投入，服役时长，使用期间的维修和报废成本和之后的垃圾处理和再利用等问题上，更体现在如何优化土木工程结构建设整个系统上，使其减少自身的资源浪费，并将对环境的破坏将至到可接受的范围内，实现土木工程内涵范围中的可持续发展和外延涉及到的可持续发展，形成统一的土木工程结构可持续性设计理论，实现人与环境的和谐。
1.3土木工程可持续性的操作化定义
由于土木工程的可持续性主要包括服役时长，资源消耗量，及在建成之初、使用之中和报废之后的全寿命过程中对环境的影响，故土木工程可持续性的操作化定义可通过其投入使用期间单位时间消耗的相对资源来评价，但同时应与资源的可再生和可循环利用率，及在服役过程中产生的社会经济效益等变量相抵消。土木工程可持续性的另一个评价是对环境的影响，具体评估变量可以是类似报废过程中产生的建筑垃圾等，对环境影响的操作化指标也是评价涉及土木工程的可持续性的重要数据。
2.实现可持续土木工程结构的若干科学问题
2.1土木工程发展造成的相关环境问题
优良的土木建筑材料以及随之发展起来的设计理论和施工技术，都对土木工程的发展起到了关键性的作用，并为人类生活带来日新月异的变化。但光鲜的发展背后却带来了不容小觑的环境恶化和生态破坏。如城市建设工程活动加速了对自然环境的改造，大中型城市中高层数、大体积、重荷载、深地基的建筑物层出不穷，甚至空中和地下空间资源的开发与利用也进入了高速发展的时期，建筑施工引起的地面沉降、塌陷，空气、道路污染等等的环境问题日益凸显。交通工程建设用地范围的扩大，大量占用土地资源，填挖导致的地形地貌的改变、植被破坏，进而造成局部的生态环境的破坏，这些问题都亟待解决。
2.2结构材料、功能材料、以及可持续的结构体系相关现存问题
2.2.1土木工程材料
结构材料是土木工程结构创新的基础。目前，钢、混凝土、纤维复合材料、木竹是土木工程领域的主要结构材料。作为目前土木工程领域应用最广泛的结构材料，混凝土具有抗高压、抗高温，高弹性、可加工、耐久性等优异的性能，但制备过程却耗能巨大，并会对环境造成不良影响，故革新环保型混凝土制造技术是其面临的主要困境。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆钢结构良好的可持续性体现在其强度高、弹性高、可加工，可循环利用，耗能适当等优异的物理性能上，因此高性能钢材开发和利用也是个重大问题。而各种纤维复合材料因具有质轻、高强、良好的耐久性能而成为既有土木工程结构加固的新型选择材料，尤在恶劣环境中，将减少锈蚀，提高土木工程结构的使用寿命和可持续性。但目前纤维复合材料的弹性差、不耐高温，价格昂贵，不可再生和循环利用，因此 ，再生利用的环保纤维复合材料是发展可持续纤维复合材料的重要研究方向之一 。
2.2.2功能材料
在传统材料中加入功能材料，能够使其在保持原有基本性能不变的情况下 ，获得特殊功能。功能材料种类繁多，用途广泛，正形成一个规模宏大的高技术产业群，有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。如超导材料、微电子材料、能源转换及储能材料、生态环境材料及材料的分子、原子设计等。如何根据结构材料的基础特性，将其与合适的功能材料相结合，大胆创新研究智能土木工程材料，在掌握力、电磁、声光等物理变量及相互转化规律的基础上，优化制备工艺，进一步实现土木工程结构体系的可持续性，是其关键的科学问题。
2.2.3可持续的结构体系
木工程结构在长期使用中，会因多种自然灾害和环境因素而遭受侵蚀困扰，超出荷载力的疲劳使用进一步将造成工程结构损伤，甚至报废失效。不仅提高了成本，降低了利用率，也会带来巨大的建筑垃圾和资源耗费，继发的工程重建又会带来一系列问题。所以，发展新型的、具有黄金性能的长寿命结构体系问题已提上日程，而其中在整个工程结构体系中探索良好的服役耐力，即抗震、抗风、抗压、抗高温等性能，拓展其可修复性和循环利用性，发展综合、科学的可持续评价指标，是我们面临的最基础的挑战。
3.实现土木工程结构可持续发展的技术途径
3.1建立城市土木工程数据信息库
针对城市化发展所造成的若干环境问题，可以建立城市土木工程数据信息库，将信息化和人工智能全面的引入土木工程中，不仅可以随时掌握正在实施的具体工程过程信息和数据，更能够对已经建成并投入使用的工程进行实时数据监测，更系统、更全面、更及时地收集信息，对于将来可能造成的不良影响进行预测预防，减少环境的长期影响和破坏，从而节省后期维修、重建、废弃工程垃圾处理的成本。
3.2开发和推广节能降耗的新型建筑材料和技术工艺
随着科技发展，不断有高强轻质的新型材料涌现，工程材料向质量轻巧、耐久抗压，功能多样，环保绿色等方向发展。例如铝合金、镁合金和玻璃钢的应用，极端恶劣环境下的纤维复合材料、纤维混杂复合材料、纤维与钢材组合的复合材料的使用；绿色植物纤维复合材料的改性、制备工艺，纳米纤维复合材料的研究；掺加工业矿物以替代部分水泥以改善混凝土性能及低能耗绿色水泥制备技术；纳米材料背覆涂层使用，以形成致密表面结构，减少损伤，提高耐久性，延长使用寿命；对已有的建筑垃圾进行分拣、集中、再加工，并予以循环利用，如钢筋混凝土结构报废产生的建筑垃圾的再利用技术。以上所有对工程材料，功能材料的探索性创新，都是以可持续发展为基本原则。
3.3环保意识与可持续理念
首先，对土木工程设计、施工、后期维护中涉及的所有经营、管理、施工人员，强化保护环境工作中的责任与义务意识，以达成共识。并将环保理念贯穿到设计、建设、管理、保养维修等全过程。其次，在设计和施工中合理调节技术指标，减少对自然景观、生态环境的扰动和破坏，力争实现区域经济、生态环境的可持续发展战略。从技术上选择可靠的施工方案，提出相关的环境保护措施，减轻对现有地形、植被的破坏和自然水系水质的影响，减少高填深挖、占地，减少水土流失，增加绿化或还耕还林，对于部分地形复杂的山区不能满足现行规范的地段，通过技术论证和经济比较，选择最佳方案。真正做到因地制宜，慎重决策。
4.结语
可持续发展已经成为全人类面临的共同课题，在资源、能源和环境中实现可持续发展任重道远。而在人类活动中，要以资源和环境为主要出发点，创新结构可持续设计的理论，多学科、多角度、多融合，实现土木工程结构体系的可持续发展。
参考文献
[1]李惠，关新春，郭安薪，咸贵军，欧进萍.可持续土木工程结构的若干科学问题与实现技术途径[J].防灾减灾工程学报，2010，(S1)：387-393.
[2]许大军.浅析土木工程结构设计中存在的问题及措施[J].建材与装饰，2016，(19)：95-96.
[3]聂建国.结构创新与土木工程的可持续发展[J].中国公路，2017，(01)：66-68.
[4]金根.土木工程的结构与建筑节能技术分析[J].门窗，2014，(07)：198+200.
[5]蒋秀根.现代土木工程中的可持续发展战略[A].北京农业工程学会.国际农业论谈——2005北京都市农业工程科技创新与发展国际研讨会论文集[C].北京农业工程学会：，2005：8.
论文作者:邹波
论文发表刊物:《江苏科技报》2017年1期
论文发表时间:2017/9/21
标签：土木工程论文; 结构论文; 材料论文; 持续性论文; 可持续论文; 复合材料论文; 环境论文; 《江苏科技报》2017年1期论文;