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1、第一章 绪 论1.1 引言土木工程与人们的日常生活密不可分。随处可见的高楼大厦、四通八达的道路交通、姿态优美的各式桥梁，坚实如堡垒般的水利设施等，是我们生活不可缺少的一部分。进入新世纪后，在经济高速发展的形势下，我们又将迎来新的一次基础设施建设高潮。上个世纪末开启的三峡工程建设，主体工程在新世纪虽己建成，可相应的附属工程建设还是一个比较漫长的过程。尤其是2008年北京奥运会的成功申办，引发了北京及其周边地区乃至全国兴建体育场馆和相应基础设施的浪潮。经济建设的高速发展是一把双刃剑，它给我们带来了巨大财富的同时也引起了生态环境的恶化。中国经济的高速发展是以大规模的能源消耗为代价的，大片的草原和耕地
2、被开垦、大片森林被砍伐，储量有限的石油、煤炭等自然资源被开采等等，引发了江河流域大面积的水土流失，珍稀物种的消失、气候异常和空气的严重污染、矿产资源的匮乏等一系列严重问题。 上述情况不仅仅是我国经济发展和环境恶化的真实写照，也同样反映了发达国家在过去的发展过程中所遇到的和其他发展中国家现在所面临的问题。一系列环境问题的出现，使人类不得不回首以往走过的路，重新审视自己所作所为给子孙后代带来的影响，于是可持续发展的概念应运而生。1972年，在瑞典斯德哥尔摩召开的联合国人类与环境大会中，将“发展”由“单纯的经济增长”引申为“经济增长中的数量与质量的改善”，提醒人们应该关注人类与自然资源之间存在的问题
3、。直至1987年，布伦兰特报告中才正式提出“可持续发展”的概念、准则和行动纲领，并且迅速得到公认。1992年世界环发大会在巴西里约热内卢召开，各国首脑经过争论，最后通过了21世纪议程，可持续发展被列为各国今后发展的必选模式。自此，可持续发展成为了时代的最强音。 结合可持续发展的世界潮流，作为土木工程从业人员，我们应在大规模经济建设中，把可能出现的各种工程环境问题，如水资源减少、水质恶化、地面沉陷、水土流失、坍方、滑坡、建筑物融沉、开裂等诸多灾害，消灭或减轻在萌芽之中，使建设工程造福于人类，使生活环境得以持续发展和改善。因此，土木工程可持续发展问题成为一个很值得探讨和研究的问题。1.2 土木工程
4、的历史与现状土木工程是工程分科之一，是一个古老的学科。它是指采用工程材料如土、石、砖、木、混凝土、塑料和各种金属等修建房屋、道路、铁路、桥涵、隧洞、河、港、特种结构和市政卫生工程等等的生产活动和工程技术。随着工程建设和科学技术的发展，土木工程又逐渐分成一些专门学科，例如专门研究工程材料或建筑材料的分科，有关修建房屋建筑的建筑工程，有关修建路桥的交通工程，有关修建河、港、水坝、灌溉渠道的水利工程等等。真正的有历史记载的重大工程，应该是从秦朝李冰修筑都江堰开始。此外，秦始皇修建并在明代经过修缮的万里长城，气势磅礴雄伟，是世界上伟大的工程之一。隋朝李春建造的赵州桥，无论在材料使用、结构受力、艺术造型
5、和经济上都达到极高的成就，是世界上最早的敞肩式拱桥，1991年被美国土木工程师学会选为世界第12个土木工程里程碑。世界上第一座高层建筑为约建于公元120年的也门霍姆丹宫，20层，约高100米，它采用沙、细石和铅溶在一起砌石建成。我国战国时期已经有了邮驿，为驿马通行而开辟的驿道，秦始皇统一全国后修建驿道、直道，以加强全国陆路交通，这是我国大规模人工修建道路的开始。随着社会的发展，土木工程需要更好的材料，波特兰水泥诞生了，钢材在建筑中的应用也是19世纪中叶的事情。1872年在纽约建造了第一所钢筋混凝土房屋。钢材和混凝土两种材料在工程中的应用，使建造大跨度桥梁和高层建筑以及其他大型土木工程成为现实，
6、实现了土木工程领域的第一次飞跃。1928年预应力混凝土制造成功，实现了此领域的第二次飞跃。至此，世界土木工程进入了一个飞速发展的时期。 改革开放后，我国的经济建设突飞猛进，土木工程方面也得到了很大的发展。目前国内最高的高层建筑为1998年建成的上海金茂大厦（钢结构），高420米。它的建成彻底改变了我国高层建筑原来的落后面貌，在高层建筑造型的多样化上，在建筑多功能使用上，在结构的改革上，在新材料和新技术的采用上，在合理组织施工方面，在抗震分析、抗震控制试验研究和计算机程序应用上，均达到国际先进水平。我国最长的悬索桥是1999年建成的主跨为1385米的江阴桥，排名世界第五，使我国的悬索桥建设达到了
7、国际先进水平。我国已成为拥有斜拉桥最多的国家，在世界10大著名斜拉桥排名榜上，中国有6座，跨度在600米以上的斜拉桥世界上仅有6座，中国占了4座。1.3 可持续发展人类生存繁衍的历史可以说是人类社会同大自然相互作用、共同发展和不断进化的历史。远古时期，人类过着采集与狩猎的原始生活，此时人类只能被动地适应自然，远没有能力支配、改造、征服自然。这一时期，人与自然融为一体，和谐共处。当时人类智力水平比较低下，可持续发展思想尚未萌芽。农业文明人类历史上的一个重要转折，此时人类逐渐能够利用自身的力量去是改变自然、影响自然，以农业为基础的城市社会开始出现。这一时期，人与自然的关系发生了重要转变，人类为了获
8、取食物，大片的草原被开垦，大片森林被砍伐，但由于当时的人口密度小，人类生活方式以农牧为主，活动范围有很大的局限性，所以虽然不少地区环境不时遭到破坏，但整体上人类对自然界的破坏与冲击很小，人类仍然能与自然和谐共处。在这一阶段，可持续发展思想初见端倪，以我国的理论成果最具代表性。春秋战国时代，中国就有保护正处于产卵期的鸟兽鱼鳖的“永续利用”的思想和封山育林定期开禁的法令。西汉时期四时月令五十条是一份以诏书形式向全国颁布的法律。进入工业社会以后，人类与环境的关系发生了重大变化。“驾驭自然、做自然的主人”的思想扩散开来，鼓舞人们去征服自然。在这一时期，人类丌始了对大自然的大肆开发、掠夺与破坏。与此同时
9、，科学技术的迅猛发展带来的技术革新又为人类征服和改造自然提供了条件。社会的进步与文明，人均寿命的延长，人口出生率的增长，导致世界人口数量大幅度增加，加重了地球的承载负荷；城市数量不断增多、规模日益扩大，使矿产资源、森林资源、水资源等源源不断流入城市，而提供资源的地区环境退化，同时，城市环境恶化，垃圾堆积如山，空气烟雾弥漫，地下水资源被污染等等。到了本世纪30年代以后，人类在领略到工业革命带来的丰硕成果时，也认识大自然报复的威力，不断有环境恶化的事件发生。大面积森林被砍伐导致森林面积不断减少、大量矿产资源的开发导致土地严重退化、土地荒漠化面积不断扩大、生物多样性锐减、水土流失逐年加重、温室气体含
10、量不断增加、全球气候变化日趋明显等等。一系列环境问题的出现，使人类开始了不断地反思。1.4 土木工程中存在的可持续发展问题土木工程活动是人类作用于自然生态环境最重要的生产活动之一，也是消耗自然资源最大的生产活动之一。工程材料的生产、加工、运输与建成后维持功能必须的资源，以及工程在使用与拆除过程中产生的废弃物的处理和排放等都对生态环境产生极大影响。因此，土木工程作为国民经济的支柱产业，我们既要大力发展，以满足经济、社会发展的需要，又要注重环境保护、资源节约，推行可持续发展战略。1.4.1 土木工程材料的可持续发展问题众所周知，我国改革开放以后的经济建设的飞速发展是以高能耗和环境污染为代价的。我国
11、的钢材、水泥产量居世界领先水平，钢材自2002年居世界第一，水泥己连续19年居世界第一，现占世界总产量的40。大量低强度建筑材料的生产和使用使得我国的矿产资源被大量消耗，生态环境遭到了严重破坏。上述一系列问题的出现，就要求我们在土木工程材料方面采取一定的改革措施，以符合可持续发展的宗旨。高强度混凝土、高性能混凝土、轻质混凝土和绿色混凝土、智能化混凝土以及高强度钢材将成为未来工程材料的发展方向。1.4.2 土木工程设计阶段的可持续发展问题对于一项大的土木工程，一般要经过初步设计、技术设计和施工图设计三个阶段。初步设计阶段主要是对工程提出可行性论证，并进行选址，做出规划，提出最佳方案。对其中的个体
12、工程，例如对某一建筑物或构筑物，应根据建设任务，通过调查研究，综合考虑其功能要求、投资数额、材料供应、环境及地质水文条件、结构和构造、设备、动力及施工等因素，做出初步设计，其内容应包括拟建工程的方案图、说明书和概算。技术设计的内容为协调编制拟建工程各自有关工种的图纸、说明书和概算。在初步设计和技术设计的文件经过送审并批准后，作为进行施工图设计必备的依据，进行施工图设计，内容包括确定全部工程的尺寸、材料、结构、构造，设备等掘此施工的图纸、说明书、计算书和预算书。 纵观土木工程设计的三个阶段可以发现，其中的各个环节都可能涉及到可持续发展的问题。初步设计阶段，如何根据建设任务，进行全面的调查研究，协
13、调好各种功能的要求，在一定的投资数额范围内将结构作的更好，在尽可能多得使用新型绿色高性能工程材料的前提下做到材料的供求平衡，详细了解工程建设范围内所有可能涉及的环境及地质水文问题，预见后续工作可能发生的结构，设备、动力及施工等各方面的问题，最终确定拟建工程的具体方案；技术设计阶段，如何协调各有关工种之间的关系，使各工种之间能够密切配合，协调编制出拟建工程所需的各有关工种的相关文件；施工图设计阶段，新研究成果所带来的现有规范落后的问题要求我们及时对现有规范进行统筹修订，并研究开发优化设计软件，积极开展优化设计工作，以使工程结构真正的达到“安全、经济”。1.4.3 土木工程施工阶段的可持续发展问题
14、施工阶段的主要工作概括来说就是做好施工准备工作和进行工程施工。施工准备工作的内容是：取得工程施工的法律依据，调查研究各种与工程施工有关的原始资料，施工条件及建设单位的要求，掌握工程的特点及关键，统筹合理地安排施工力量和施工现场，从计划、技术、物资、资金、劳力、设备、组织、现场以及外部施工环境等方面为拟建工程的顺利施工建立一切必要的条件，并对施工中可能发生的各种风险和变化进行预测并作好应变准备。在施工准备工作一切就绪后，在设计图纸和相关合同文件的约束下，就可进行工程施工，在施工进行过程中，对施工进度、成本、质量与安全进行控制，同时不断的对预先制定的相关组织设计文件进行校正，最终完成整个工程的施工
15、，交付使用。在施工过程中，不可避免的会给生态系统带来破坏和不利的影响。例如：施工运输会与工地附近或经过工地的交通发生冲突；设备的运转会造成噪声污染；施工中挖掘和干扰工地地面土壤暴露之后更容易受天气的影响，造成大气粉尘污染；建造和拆除所产生的废弃物占填埋废物总量的较大比重等等。此外，施工阶段的安全问题也不容忽视，工程施工人员管理不规范、施工人员自作主张不严格按照安全要求进行施工等因素导致不应该发生的严重事故在实践中屡次发生。而具有可持续发展思想的施工过程，可针对工程建设对周围的生态环境产生的各种负面影响，并根据现场的情况，积极地选择与采取适当的措施，尽可能地减小和消灭这些不利影响，并采用科学的管
16、理方式加强对工程施工人员的管理，努力提高施工人员的安全意识，使施工过程中可能产生的事故消灭在萌芽状态之中。1.4.4 木工程使用与拆除阶段的可持续发展问题土木工程投入使用后，将消耗大量的能源，产生大量的废弃物，外界人为和自然因素对结构的性能不断产生影响，结构的使用寿命也在不断减少，最后达到结构生命的终结。因此，在这一过程中，我们如何做好降低人为的能源消耗、提高资源的利用率、创造良好的使用环境、应对自然因素影响的工程腐蚀现象、做好土木工程结构的健康监测工作、加强结构的维护保养，延长结构的生命周期等工作，对于土木工程可持续发展战略来说，具有明显而深远的意义。土木工程生命终结后，要对其进行报废拆除。
17、在结构的报废和拆除阶段，均会产生大量的粉尘、噪声和振动，对周围环境产生巨大的影响，同时还会产生大量的废弃物。因此，在这一过程中，如何制定周密的拆除计划、控制建筑拆除对环境的影响，对拆除废弃物进行综合利用，对土木工程可持续发展战略来说，同样具有明显而深远的意义。1.5 研究土木工程可持续发展的目的和意义土木工程对国家的经济建设和人民生活的影响非常明显。而可持续发展作为世纪最受全世界人们关注的话题涉及到人们日常生活的各个领域，因此，土木工程可持续发展的目的和意义理所当然就成为了大家关注的焦点。笔者认为，研究该问题的主要目的和意义主要有以下几点：一、研究土木工程材料的可持续发展问题，重视土木工程绿色
18、、高性能材料的研发工作，及时地将研发结果推广应用到实际工程中去，这样可以减少在原材料采用、生产制造、使用过程、废料处理过程中对地球环境的不利影响，对人类的生存和健康起到有利的作用，从长远的观点看，有利于子孙后代的可持续发展。二、研究土木工程设计阶段的可持续发展问题，对今后的设计工作具有极大的指导作用。指导我们日后的初步设计工作在一定的投资数额范围内能更好地满足各种功能的要求、采用的材料更环保，工程建造中和建造后与周围的环境条件更适应；技术设计阶段，能够协调好多方面因素影响下的建筑、结构、施工三者的关系，使三者能够密切配合，相互协调；重视施工图设计阶段所涉及的几大现有规范的统筹修订工作，重视优化
19、设计软件的研究开发，以及优化设计工作在实际工程中的开展，以便工程结构真正的达到“安全、经济”。三、研究土木工程施工阶段的可持续发展，可以指导施工过程中，如何根据现场的情况，积极地选择与采取适当的措施，减小不可避免的因素给生态系统带来的破坏和不利影响，减少给周围环境造成不便和麻烦，并采用科学的管理方式加强对工程施工人员的管理和提高施工人员的安全意识，使土木工程施工过程做到可持续发展。四、研究土木工程使用及拆除阶段的可持续发展，可以指导工程的维护和加固工作，使结构的使用寿命延长、减少各种不可预知因素引起的结构破坏所带来的人身和财产损失，对工程结构建好投入使用后的健康度进行跟踪监测，积累数据，为今后
20、的设计、旋工以及维护工作提供参考，拆除工作制定周密的计划和对废弃物进行综合利用，可减少工人的劳动强度，提高工作效率，减小不利因素对环境的影响。对土木工程可持续发展的上述几个方面进行系统的研究，并将研究成果中的可持续发展思想贯穿到土木工程材料、设计、施工、使用以及拆除的过程之中去，不断地营造出名副其实的“绿色工程”，对我们国家乃至整个人类社会的可持续发展贡献力量！第二章 可持续发展的概念与内涵2.1 可持续发展的概念从来没有哪一个概念像可持续发展概念那样，在全球范围内有如此广泛的探讨和各式各样的定义与解释。它的概念作为可持续发展理论与实践的核心，人类的认识在特定的社会、经济、文化和自然背景条件下
21、经历了一个漫长的过程。可持续发展的概念源于生态学，最初应用于林业和渔业，指的是对于资源的一种管理战略：如何仅将全部资源中合理的一部分加以收获，使得资源不受破坏，而新成长的资源数量足以弥补所收获的数量。经济学家由此提出了可持续发展产量的概念，这是对可持续性进行正式分析的开始。很快，这一词汇被用于农业、工矿和生物圈，而且不限于考虑一种资源的情形。2.2 可持续发展的内涵 不同的学者对可持续发展概念的理解千差万别，但不可否认，其目的是为了寻求环境和自然资源可承受的、生态和经济可协调的持续发展模式，从而形成了当前理论界的经济发展观、回归自然观、人本主义发展观、社会发展观、生态发展观、协调发展观等几种观
22、点。 综合上述几种观点以及可持续发展的概念可以看出，“可持续发展”主要涉及到两个方面的概念，一是“可持续”，二是“发展”。下面，我们就分别从这两个方面对可持续发展的概念进行阐述，并最终揭示可持续发展的内涵。2.2.1 可持续性郝尔曼戴利认为可持续性需满足三个条件：一是使用可再生资源的速度不超过其再生速度；二是使用不可再生资源的速度不超过其可再生替代物的开发速度；三是污染物的排放速度不超过环境的自净容量。摩翰穆纳辛格则认为，可持续性应该是一种稳定的生态系统，这种系统不随时间衰退，是一个可以无限的保持永恒存在的状态。经济学家则强调经济的可持续性，认为可持续发展是维持经济福利的生态基础，或者认为可持
23、续性是在维持动态服务和自然质量的约束条件下，经济发展净收益的最大化。另外有的学者从人类学的角度作了高度概括地总结，认为可持续性是动态的、人类的经济体系同更大的、动态的、但通常变化较慢的生态系统之间的一种关系。在此关系下，人类生命可以无限延续；人类个体可以充分发展；人类文化可以发展。但是为了不破坏生命支持系统的多样性、复杂性及其功能，人类活动的影响应该保持在一定范围之内。其他解释还有，可持续性是指留给后代人不少于当代入所拥有的机会：可持续性是指使用一种有机生态系统或其他可再生资源在其可再生能力的范围内。 综合以上观点，可以说人们已经认识到可持续性牵涉到生物地球物理的、经济的、社会的、文化的、政治
24、的等各种复杂因素的相互作用。因此，要给可持续性一个精确的定义是相当困难的。2.2.2 发展发展这种人为改变环境的行动以使环境能够更有效地满足人类的需求，既是必须的，但又必须立足于自然界的可再生资源能够无限期满足我们当代人和后代人的需求以及对于不可再生资源的谨慎节约使用上。对我国以及大多数发展中国家，发展的内涵应至少包括四个方面：经济发展、社会发展、资源环境发展和生态发展。2.2.3 可持续发展可持续发展的涵义理解因人而异。但归纳起来，有以下三点应该是一致的：(1)既然是发展，那么必然要有经济的增长，生活质量的提高和社会的进步；(2)发展不以牺牲环境为代价，要实现经济、环境与资源协调一致发展；（
25、3）社会经济发展应与生态发展相协调一致，社会经济的发展应以生态承载能力为基础。第三章 土木工程材料的可持续发展3.1 引言土木工程材料是指土木工程中使用的各种材料及其制品，它是一切土木工程的物质基础。所有的建筑物、桥梁、道路等都是由各种不同的材料经设计、施工建造而成的，它在我国的现代化建设中占有极其重要的地位。因此，正确选择和合理使用土木工程材料，对整个土木工程的安全、实用、美观、耐久及造价有着重大的意义。人们开始对新的建筑材料进行研发，寻找既能满足材料性能的要求，又不破坏环境，而且还能够改善环境的“可持续发展”材料。“绿色材料”是在1988年国际材料学科研讨会上首次提出的，随后在1992年联
26、合国召开了环境与发展大会，并于1994年设立了“可持续产品开发”工作组。各国纷纷制定了“绿色建材”的性能标准。国内的土木工程材料的技术工作者们也致力于新材料的开发，并取得了一系列的研究成果。下面，我们就从传统的土木工程材料说起，进而引申到工程材料的可持续发展战略研究。 3.2 土木工程材料发展现状 土木工程材料可按不同原则进行分类。根据材料的来源分，可分为天然材料及人造材料；根据其功能分，可分为结构材料、装饰材料、防水材料、绝热材料等。随着人类的进步和社会的发展，更有效地利用地球有限的资源，全面改善及迅速扩大人类工作与生存空间势在必行，未来土木工程必将需要在各种苛刻的环境条件下，实现多功能化，
27、甚至智能化，满足愈来愈高的安全、舒适、美观、耐久的要求，土木工程材料在原材料、生产工艺、性能及产品型式诸方面均将面临可持续发展和人类文明进步的严酷挑战。今后，在原材料方面，要最大限度地节约有限的资源，充分利用再生资源及工农业废料；在生产工艺方面，要大力引进现代技术，改造或淘汰陈旧设备，降低原材料及能源消耗，减少环境污染：在性能方面，要力求轻质、高强、耐久、多功能及结构功能（智能）一体化；在产品型式方面，要积极发展预制技术，逐步提高构件化、单元化的水平。当前具有自感知、自调节、自修复能力的土木工程材料的开发研制以及各种机敏或智能材料在土木工程中应用的研究正在蓬勃开展。3.3 生态建材3.3.1
28、生态建材的特性及定义不同的研究者对生态建材有不同的理解，一般认为，生态建材应具有以下三大特性：一、生态建材应具有先进性，它既可以拓展人类的生活领域，又能为人类开拓更广阔的活动空间；二、生态建材应具有环境协调性，它既能减少对环境的污染危害，从社会持久发展及进步的观点出发，使人类的活动范围和外部环境尽可能协调，又在其制造过程中最低限度地消耗物质与能源，使废弃物的产生和回收处理达到最小，产生的废弃物能被处理、回收和再生利用，并且这一过程不产生污染； 三、生态建材应具有舒适性，它既能创造一个与大自然和谐的健康生活环境，又能使人类在更加美好、舒适的环境中生活。综合具备上述三种特性的建筑材料就构成了生态建
29、材。也就是说，具有上述特征的建筑材料或工艺技术可称为“生态建材”或“建筑材料的生态环境化技术”。3.3.2 生态建材研究的意义生态建材研究的意义主要有以下两点：传统建材的创新与生态环境的改善已刻不容缓。生态建材追求的不仅是具有先进的使用性能，而且是从材料的制造、使用、废弃直到再生的整个生命周期中必须具备与生态环境的协调性及舒适性。因此生态建材实质上就是赋予传统建材优异的环境协调性和舒适性的建筑材料，或者指那些直接具有净化和修复环境功能的新型建材。树立可持续发展的生态建材观第一，重视对生态经济的研究和实践，开发和应用可持续发展技术，为实施可持续发展战略提供理论基础、经济模式和技术支持。发展知识经
30、济和生态经济（也称循环经济）是世纪之交人类社会的两大趋势。前者要求加强经济过程中智力资源对物质资源的代替，实现经济活动向知识化转化，其主要技术载体是以信息技术和生物技术为主导的高新技术：后者要求以环境友好的方式利用自然资源和环境容量，实现经济活动的生态化转向，其技术载体就是可持续发展技术，或称生态环境无害化技术、生态环境友好技术。可见生态经济本质上是一种循环经济，是相对于传统的线性经济而言的，它旨在建立一种以物质循环流动为特征的经济，从而实现可持续发展所要求的环境与经济双赢，即在资源环境不退化甚至得到改善的情况下实现经济持续增长的战略目标。发展生态经济是当前可持续发展建设中的一项紧迫任务，也是
31、建设生态城市的重要途径。要按照生态经济原理来布置新产业，尤其是高新技术产业（知识经济也存在着“生态”问题）和第三产业，调整淘汰老产业，逐步减少人类对环境的“污染足迹”。第二，树立生态环境资本意识，依托市场，搞好资本运营，探索实施可持续发展战略新途径。由自然资源、生命系统和生态环境所组成的自然资本，是一个国家、地区或城市的整体实力或综合竞争力的重要内容之一。生态环境是资本，良好的生态环境是现代经济发展的一种重要的资本。实施可持续发展战略的过程，就是不断地积累、优化、运作生态环境资本，使之不断良性循环的过程。生态环境资本的提出给可持续发展实践拓宽了思路，尤其是对山区经济的发展有着重要的指导作用，其
32、主要表现在探索解决环境问题的市场运作方法、扶持培养一批环保企业家、通过生态环境资本运营解决实施可持续发展战略财力投入不足等几个方面。 第三，开发生态建材是实施可持续发展战略的重要组成部分。当前“住宅装修污染人居生态环境”的现象屡有发生，生态住宅已经称为人们关注的热点。解决传统建材的生态环境化问题迫在眉睫，开发生态建材是可持续发展的需要。然而，迄今为止的传统建材生产使用废弃的过程，可以说是一种将大量资源提前取出来，再将大量废弃物排回到环境中去的恶性循环过程。因此，提出生态建材（或称绿色建材、环境建材、健康建材）的概念，要求材料科学工作者要在观念上发生根本的转变。树立可持续发展的生态建材观，就要求
33、在建筑材料的设计、制造中首先要从人类社会的长远利益出发，以满足人类社会的可持续发展为最终目标。在这个大前提下，考虑与建筑材料的生产、使用、废弃密切相关的自然资源和生态环境问题，即如何从建筑材料的设计、制造阶段就考虑到材料的再生循环利用，如何定量地评价建筑材料生命周期中的环境负荷并进而减小之，如何在建筑材料使用后尽可能完全地对材料和物质进行再利用和再循环利用，以便使材料的生产、使用过程和地球生物圈达到尽可能协调的程度，从根本上解决资源益短缺，大量废弃物造成生态环境日益恶化等问题，以保证人类社会的可持续发展。 3.3.3 生态建材的研究进展生态建材研究的目的是寻找在加工、制造、使用和再生产过程中具
34、有最低环境负荷的人类所需材料，以满足人类生存和发展的需要。在理论上反思和总结人类在争取生存和发展过程中所开发的建筑材料的合理性和科学性，进而将建筑材料的开发、制备、加工、使用和再生过程的材料的环境负荷与材料的性能和功能及环境的承受能力统一于一体，力求二者相互协调。这种思想的实质是要求人们在使用建筑材料时要达到人、地和谐发展。 随着全球环境意识的不断提高，材料的研究也日益重视其与环境的协调关系。西方的一些学者提出了建立“绿色材料和工艺”，并开发出有益于健康的良性环境材料和工艺，最大限度地对自然资源进行循环利用并开发副产品，使之具有与大自然相互平衡的能力。这是西方人对环境科学认识上的进步。20世纪
35、80年代以来，他们把材料科学定义为关于材料组成与结构、制备与加工、性质及使用性能之间相互关系的知识开发及应用的科学，并用组成与结构、性质、使用性能及合成与加工等要素来概括其内容及相互关系。第四章 土木工程设计阶段的可持续发展4.1 初步设计阶段的可持续发展初步设计作为工程的概念设计阶段，其设计方案对环境的关注程度直接影响了工程实体在施工、运行与最终拆除的各个阶段对环境的影响。在保证工程安全性、便利性、舒适性、经济性的基础上，在工程规划设计的各个环节引入环境概念，是一个涉及多学科的复杂的系统工程。规划设计时须结合当地生态、地理、人文环境特征，收集有关气候、水资源、土地使用、交通、基础设施、能源系
36、统、人文环境等资料，力求做到工程与周围的生态、人文环境的有机结合，增加人类的舒适和健康，最大限度提高能源和材料的使用效率，做到可持续发展。也就是说，把可持续发展的概念引入土木工程的初步设计阶段，为土木工程提供了新的设计准则和方法。归纳起来，土木工程设计准则和方法主要包括以下五个方面： 工程与自然共生 应用减轻环境负荷的节能新技术 循环再生型工程 创造健康、舒适的使用环境 使工程融入历史与地域的人文环境4.2 技术设计阶段的可持续发展在工程的初步设计阶段，已根据各项目方案对环境的影响关系、影响程度和影响重要度来评价与权衡，并综合评价其他的经济性、高效性等有关方面，然后根据各自的权重，最终选择最佳
37、的工程方案，即项目的立项阶段完成。接下来要做的工作是如何将工程方案实现的问题。一个工程由“理想”变为“现实”，除前期的建筑规划和后期的工程施工外，岩土工程、结构工程（包括桥梁与隧道工程）、防灾减灾工程及防护工程、市政工程、供热、供燃气、通风及空调工程等各方面设计图纸的初步拟定、各工种之间的宏观调配是必不可少的。上述工作的内容和性质各不相同，这就要求我们协调好它们之间的关系，在下一阶段工作进行之前拟定好各部分工作的相关文件，为下一步进入施工图设计阶段做好准备，这一系列的工作就要在技术设计阶段完成。技术设计阶段一般仅出现在大型的土木工程项目中，因为大型项目中的建设过程复杂，建设分工也比较详细，为了
38、更好地利用资源，在指定工期内完成工程，这就要求各工序间要统筹安排，各工种间要协调作业。也就是说，技术设计阶段的主要工作是协调好各有关工种之间的关系，使各工种之间能够密切配合，编制出拟建工程所需的各有关工种的相关文件。该阶段在整个工程中起到了承上启下的作用，具体工作体现在以下几个方面 岩土工程相关文件的拟定 结构工程相关文件的拟定 防灾减灾工程及防护工程相关文件的拟定 市政工程相关文件的拟定 供热、供燃气、通风与空调工程相关文件的拟定 环境管理相关文件的拟定上述几个方面的工作仅仅是要求在技术设计阶段进行了解和规划的众多工作中的一部分，对此我们不再一一列举。这里我们想要强调的是，对于一项大型土木工
39、程而言，这一阶段的工作必不可少，做好该阶段的工作，可以避免后续工作中遇到一些措手不及的问题，或是即使遇到问题也能够做到有所准备、及时作出反应，从而顺利完成整个工程，缩短时间，减少不必要的环境污染，真正做到可持续发展。 4.3 施工图设计阶段的可持续发展施工图设计阶段的工作主要是确定全部工程的尺寸、材料、结构、构造、设备等，据此绘制指导施工的图纸、说明书、计算书和预算等。因此，施工图设计阶段的工作比较复杂和精细，材料的选择、结构的合理布置、构造措施的采用、设备的具体安放等。土木工程设计过程中，规范具有举足轻重的作用。在国内，土木工程的各种规范、规程是工程设计、施工人员必须遵循的相关法律、法规；在
40、国外，规范对工程的约束作用相对国内较小，但是一旦工程相关合同中表明要参考某规范，相应地，该规范对工程的设计、施工也具有一定的指导作用。由此可以看出，我国规范在土木工程行业中具有极为重要意义，根据最新研究成果及时更新相关规范的工作势在必行。通常来说，我国的规范大约十年修订一次，这种更新速度对于科学技术和基础设施建设飞速发展的现状来说，是非常缓慢的，不利于可持续发展战略目标的实现。因此，我们要根据最新研究成果，及时更新相关规范，以便很好地利用它对工程的设计进行准确的指导，使土木工程设计更好地做到可持续发展。第五章 土木工程施工阶段的可持续发展5.1 施工阶段可持续发展的原则 施工阶段的可持续发展是
41、可持续发展思想在工程施工中应用的主要体现，是可持续发展施工技术的综合应用。它并不仅仅是指在工程施工中实施封闭施工，没有尘土飞扬，没有噪声扰民，在工地四周栽花、种草，实施定时洒水等这些内容，还包括了其它大量的内容。它同设计阶段一样，涉及到可持续发展的各个方面，如生态与环境保护、资源与能源的利用、社会经济的发展等。5.2 我国施工阶段可持续发展现状随着可持续发展战略在我国推广，土木工程行业的可持续发展也越来越受到社会各界的重视，绿色工程设计、绿色工程施工作为在土木工程落实可持续发展战略的重要手段，已经为众多的业内人士所了解。但需要说明的是，绿色施工虽然与可持续发展密切相关，但在其实际的推行中，存在
42、深度、广度不足，系统化、规范化差，口头赞同多、实际行动少等现象，绿色施工的作用并不明显，亟待进一步加强与完善。当前承包商以及建设单位为了满足政府及大众对文明施工、环境保护及减少噪音的要求，为了提高企业自身形象，一般均会采取一定的技术来降低施工噪音、减少施工扰民、减少环境污染等，尤其在政府要求严格、大众环保意识较强的城市进行施工时，这些措施一般会比较有效。但是，大多数承包商在采取这些绿色施工技术时是比较被动、消极的，对绿色施工的理解也是比较单一的，还不能够积极主动的运用适当的技术、科学的管理方法以系统的思维模式、规范的操作方式从事绿色施工。5.3 推进我国施工阶段可持续发展的具体做法针对我国施工
43、阶段可持续发展的现状，对其中的一些不足之处要进行改进，具体做法有以下几点：提高全社会的“绿色施工”意识积极探索解决经济性障碍的可行性办法建立系统、科学的绿色施工法规和制度体系加强施工阶段可靠性研究，建立“绿色施工”评价体系第六章 土木工程使用阶段与拆除阶段的可持续发展6.1 使用阶段的可持续发展问题前面我们已经提到，在使用阶段，结构将消耗大量的能源，产生大量的废弃物，外界人为和自然因素对结构的性能不断产生影响，结构的使用年限在不断减少，最后达到结构生命的终结。因此，在这一阶段，主要涉及的可持续发展问题有：能源消耗和资源的利用问题、使用环境质量问题、自然因素影响下工程的腐蚀问题、使用阶段的可靠度
44、评估问题、结构的健康监测问题、结构维护保养以延长结构的使用年限问题等。6.2 拆除阶段可持续发展问题前面我们已经提及，工程结构在达到了结构设计的正常使用年限之后，它的继续使用就不甚安全了，当然，如果在使用阶段采取了相应的维护措施，可以使结构的使用寿命得到一定的延长。但是，不论一个多么坚实的土木工程结构物，最终都要有报废与拆除的一天，这也是土木工程从业人员不得不面对的一个问题。在结构的报废和拆除阶段，均会产生大量的粉尘、噪声和振动，对周围环境产生巨大的影响，同时还会产生大量的废弃物。因此，在这一过程中，如何制定周密的拆除计划、控制建筑拆除对环境的影响，对拆除废弃物进行综合利用，是我们需要关心的问
45、题。第七章 主要结论和展望 由于种种客观原因，笔者仅在参考了有限的相关文献基础上，结合本身的知识结构和理论水平，对土木工程可持续发展战略问题提出自己的一些看法，其中必定存在许多不足和有待进一步研究的地方，比如：结合日后的理论与实践对可持续发展的概念和内涵提出创新的观点；采用新方法和新技术不断开发新型生态建材并对其推广应用；制定完整的战略计划，加速新的科研成果向土木工程相关规范的转化，使其能够更好的为工程设计和施工服务；大力发展土木工程的健康监测工作，进一步加强结构的维护和保养，减少结构使用和拆除阶段的污染，对拆除废弃物形成系统地回收和再利用工程等等，这些都是需要将来进行深入研究的工作。 上述工作的开展，要求我们具有广阔的知识面，了解土木学科与其他各学科之间的相互渗透，不断更新现有知识结构，将可持续发展的理念时刻贯穿到工作和学习过程中，不断发现问题、解决问题，使土木工程造福于人类，使整个社会的经济、环境得以持续发展，这是当代土木工程从业人员必须面对的现实乃至毕生责任！
