1、第一章 工 程 概 述第一节第一节 工程基本概念工程基本概念第二节第二节 现代工程系统现代工程系统第三节第三节 工程项目的生命周期和基本建设程序工程项目的生命周期和基本建设程序第四节第四节 现代工程的实施方式现代工程的实施方式【本章提要】本章主要介绍工程的基本概念、现代工程系统、工程项目的生命周期和基本建设程序以及现代工程的实施方式，使学生对工程有一个基本的了解。一、工程的概念 1.工程的定义“工程(Engineering)”一词在辞海中有两层含义：其一是指将自然科学的原理应用到工农业生产而形成的各学科的总称，如土木工程、水利工程、冶金工程、机电工程、化学工程、海洋工程、生物工程等。第一节第一
2、节 工程基本概念工程基本概念这些学科是应用数学、物理学、化学、生物学等基础科学的原理，结合在科学实验和生产实践中所积累的技术经验而发展出来的。例如，土木工程就是把数学、物理学、化学等基础科学知识，力学、材料等技术科学知识，以及土木工程方面的工程技术知识综合运用到人们生产、生活实践中，用于研究、设计、修筑各种建筑物和构筑物的各学科的总称。在此含义下，“工程”的主要内容包括对于工程的勘测、设计、施工，原材料的选择研究，设备和产品的设计制造，工艺和施工方法的研究等。工程的另一层含义是指具体的施工建设项目。例如，全世界最大的水利枢纽工程三峡工程，是治理和开发长江的关键性工程，具有防洪、发电、航运等综合
3、效益；又如，我国西部大开发的标志性工程西气东输工程，从新疆塔里木向上海、浙江等东部地区供气，构筑了横贯我国西东的天然气供气系统。在社会经济高速发展的今天，“工程”的概念已经广泛运用于各行各业，频繁出现在我们的视野里。概括起来说，工程是一种科学应用，是把科学原理转化为新产品的创造性活动，而这种创造性活动是通过各种项目的实施由各种类型的工程技术人员来完成的。在社会活动和日常生活中，“工程”一词往往还多了另外一层含义，即指重要和复杂的计划、事业、方案和大型活动等，如我国青少年发展基金会发起并组织实施的一项为青少年成长服务的社会公益事业“希望工程”；我国政府为保障蔬菜副食品供给，满足广大群众生活需要的
4、“菜篮子工程”，以及意为“面向21世纪，重点建设100所左右的高等学校和一批重点学科”的“科教兴国211工程”等经济和社会发展工程。2.广义的工程在现代社会，符合上述“工程”定义的事物是十分普遍的。“工程”是一个十分广泛的概念，只要是人们为了某种目的，进行设计和计划，解决某些问题，改进某些事物等，都是“工程”。所以人类社会到处都有“工程”。(1)传统意义上的工程的概念包括建造房屋、大坝、铁路、桥梁，制造设备、船舶，开发新的武器，革新技术等。(2)由于人们生活和探索领域的扩展，不断有新的科学技术和知识被发现和应用，从而开辟出许多新的工程领域，如近代出现的航天工程、空间探索工程、基因(如生物克隆)
5、工程、食品工程、微电子工程、软件工程等。(3)在社会领域，人们也经常用“工程”一词描述一些事务和事物，例如“扶贫工程”、“211工程”、“阳光工程”、“333工程”、“民心工程”、“经济普查工程”、“健康工程”、“菜篮子工程”等。另外，在许多场合，领导人在提到某些社会问题时常常说，这个问题的解决是一个复杂的“系统工程”。3.狭义的工程工程的定义虽然非常广泛，但工程管理专业所研究的对象还是比较传统的“工程”范围。工程管理的理论和方法应用最成熟的是土木建筑工程、水利工程和军事工程领域。而工程管理专业的学生也主要在土木建筑工程和水利工程等领域就业。所以工程管理专业所指的“工程”，主要是针对土木建筑工
6、程与水利工程，是狭义的工程的概念。在本书中如果没有特别说明，则“工程”一词就是指狭义的工程。4.工程的三个方面归纳上面的各种定义，从工程技术和工程管理专业的角度来说，“工程”一词主要有如下三方面的意义：(1)工程是人类为了实现认识自然、改造自然、利用自然的目的，应用科学技术创造的、具有一定使用功能或实现价值要求的技术系统。工程的产品或带来的成果都必须有使用(功能)价值或经济价值，如一幢建筑物、一条公路等；也有一些工程的产品具有很大的文化价值，如埃及的金字塔、天安门广场的人民英雄纪念碑。工程技术系统通常可以用一定的功能(如产品的产量或服务能力)要求、实物工程量、质量、技术标准等指标表达。例如：一
7、定生产能力(产量)的某种产品的生产流水线。一定生产能力的车间或工厂。一定长度和等级的公路。一定发电量的火力发电站，或核电站。具有某种功能的新产品。某种新型号的武器系统。一定规模的医院。一定规模学生容量的大学校区。一定规模的住宅小区。解决某个问题的技术创新、技术改造方案或系统等。在这个意义上，工程是一个人造的技术系统，是解决问题、实现目标的依托。人造的技术系统是工程最核心的内容，一般人们所用的“工程”一词，也主要是指这个技术系统。(2)工程是人们为了达到一定的目的，应用相关科学技术和知识，充分利用自然资源获得上述技术系统的活动。这些活动通常包括：工程的论证与决策、规划、勘察与设计、施工、运行和维
8、护，还可能包括新型产品与装备的开发、制造和生产过程，以及技术创新、技术革新、更新改造、产品或产业转型过程等。在这个意义上，“工程”又包括“工程项目”的概念。(3)工程科学。工程科学是人们为了解决生产和社会中出现的问题，将科学知识、技术或经验用以设计产品，建造各种工程设施、生产机器或材料的科学技术。工程科学研究的对象包括相关工程所应用的材料、设备和所进行的勘察设计、施工、制造、维修及相应的管理等技术，按照工程的类别和相关的知识体系又分为许多工程学科(专业)。综上所述，“工程”包括了“工程技术系统”、“工程的建造过程(即工程项目)”和“工程科学”三个方面的含义。在实际生活中，“工程”一词在不同的地
9、方使用，会有不同的意义。二、工程的作用工程的作用主要有如下七个方面。(1)工程是人类开发自然，改造自然的物质基础。工程是人类为了解决一定的社会、经济和生活问题而建造的，具有一定功能或价值的系统。如三峡工程是为了解决我国长江上游的防洪、发电、航运问题而建造的；有些工程具有文化或历史价值，如天安门广场上的人民英雄纪念碑。人类为了改变自己的生活环境，探索未知世界，一直在进行着各种各样的工程。这似乎是人类社会的一个基本“职能”。从最简单的房屋建筑到复杂的宇宙探索，工程改变了人类的生活，增强了人类认识自然和改造自然的能力。人们通过工程改善自己的生存环境，提高物质生活水平。例如：通过建筑房屋为人们提供舒适
10、的住宅条件，能够为人们挡风避雨；汽车制造厂生产出小轿车，改善了人们的出行条件。再如：人们需要通过石油开采工程和发电厂建设工程提供生活、工作所需的能源，需要通过信息工程建设提供通信服务设施。人们认识自然，进行科学研究，探索未知世界，必须借助工程所提供的平台。例如：人类通过建造的正负离子对撞机、大型空间站、宇宙探索装置等，逐渐认识了大至外层宇宙空间的宏观世界，小到基本粒子的微观世界。人们通过工程改造自然，使之有利于自己，降低自然的负面影响。例如：我们的祖先曾经过着日出而作、日落而息、靠天吃饭的原始生活，但随着现代水利、电力、通信等技术的发展，现代人的生存条件得到了极大的改善，同时人类对自然的依赖性
11、也大大降低了。工程为人们社会文化生活，特别是精神生活，提供所需要的场所，丰富了人们的物质和文化生活。人类历史上建造的各种庙宇、祭坛、教堂、宫殿、纪念馆、大会堂、运动场、园林、图书馆、剧场等都是人们文化生活的场所。例如：近年建成的奥运场馆、世博会馆、世园会馆等都丰富了人们的物质和文化生活。工程发展到现在，已经深入到了人们生产和生活的各个方面，人们的衣食住行都离不开工程，如土木工程、食品工程、电子工程、纺织工程、交通工程等。人们通过工程改变着自然，改变着地球的面貌，提升了自己的能力，也改变了自己的物质生活，丰富了自己的精神文化生活。(2)工程是人类文明的体现和文明传承的载体。工程是人类运用自己所掌
12、握的科学技术知识开发自然和改造自然的产物，是人类生存、发展历史过程中的基本实践活动，也是人类在地球上生活、进行科学研究和探索留下的重要痕迹。它标志着社会的科学技术发展水平和文明程度，同时也是历史的见证，记载了历史上大量的经济、文化、科学技术的信息。例如：人们通过对大量古建筑遗址或古代陵墓的考察，可以了解当时的政治、经济、军事状况，科学技术发展水平和人们的社会生活情形。因此通过对历史上工程(特别是建筑、工程材料和工程结构)的分析和研究，我们可以清晰地了解到科学技术发展的轨迹。在古代，土木工程所用的材料最早只是天然材料，如泥土、木材、砾石、石材以及混合材料(如加草筋泥)等。这在龙山文化遗址上可以看
13、到(图1-1)。后来在工程中有了用泥土烧制的砖头和瓦，以及一些陶制品。我国著名的万里长城，就是秦代在魏、燕、赵三国夯土筑城的基础上进一步修筑和贯通的，主要采用夯土、砖和石料。2000多年以来，木材和秦砖汉瓦是我国建筑的主要材料。如建于公元14世纪，历经明清两代的北京故宫，如图1-2所示，是世界上现存最大、最完整的古代木结构宫殿建筑群。图1-1 龙山文化遗址 图1-2 北京故宫 工程是人类认识自然和改造自然传承的载体，是人类文化和文明的传承载体。工程是人类智慧和经验的结晶，反映着人类文明和历史的变迁。人类的科学技术和知识的大量内容是通过工程传承的。任何时代，工程是所有已经取得的科学技术的体现，同
14、时科学技术研究和探索又都是在工程的基础上进行的。例如：现代科学家进行基本粒子研究所用的仪器和设施就代表人类已经获得的基本粒子科学知识的全部；在人们所进行的航天工程中，就用到人类所积累的所有天文学、数学、物理学、化学、材料科学、空气动力学等各方面的尖端科学知识。在人类历史发展的长河中，建筑工程是文化艺术的一部分。工程从一开始就和艺术融为一体。现在发现的许多原始人留下的岩石壁画，就可能是最久远的室内装潢艺术。人类开始建造房屋(“构木为巢”)的时候，就开始了艺术创作。早期的人们就试图在房屋木结构上雕刻，通过建筑工程表现美感、技巧、精神和思想。经过长期的发展，建筑已成为凝固的音乐，永恒的诗歌。一座优美
15、的建筑带给我们的不仅只有使用功能，而且有视觉上的审美享受，同时也让我们从中看到所处时代的印记和所属民族的特质。不同国度(民族)的建筑或一个国度不同时期的建筑，都表现了不同国度(民族)，不同时期人们的文化、智慧和精神。(3)工程是科学技术发展的动力。工程科学是科学技术的重要组成部分。工程建设和工程科学的发展为整个科学技术的发展提供了强大的动力。即使在现代，科学技术要转化成直接的生产力，仍然离不开工程这一关键环节。工程要应用科学知识解决实际问题。在各种不同种类的工程建设和发展过程中，逐渐形成了一门门工程学科。工程技术和学科的建立和发展与整个科学技术的发展是相辅相成的。在工程中会遇到许多新的问题，出
16、现新的现象，人们研究解决这些问题，就获得了新的科学知识。特别在现代，大型和特大型的高科技工程又是研究和探索科学知识的过程。工程专家(或工程师)要应用科学知识建造工程，以解决社会经济和文化发展过程中出现的问题，为人类造福。如我国的古代建筑赵州桥、埃及的金字塔，都是在当时数学知识和几何知识不甚发达时期修建的，但那时的工程专家(即工匠们)利用丰富的经验和精湛的手艺建造了无与伦比的工程。又如，2000多年前建造的都江堰工程就利用了弯道流体力学的方法取水排沙，而这种方法直到现代社会仍然是水力学研究的前沿问题。现代社会，科学家需要依托工程所提供的条件进行科学研究。科学家常常需要设计新的科学实验设备或模拟装
17、置，它们本身又是工程。我国的最新一代核聚变实验装置“EAST”(Experimental Advanced Superconducting Tokamak)，见图1-3，俗称“人造太阳”,本身就是一个非常复杂的工程系统。科学家为大型工程提供具有可靠性和适用性的理论分析和实验模拟。例如：在新的大型结构的应用中，首先制作模型在实验室里进行模拟试验，如力学实验、荷载试验、地震试验等。现在几乎所有的复杂的高科技工程都有这个过程，如图1-4所示。图1-3 我国的最新一代核聚变实验装置 图1-4 人工模拟水利工程模型在一些大型工程中，如我国的“两弹一星”工程、奥运工程，以及最近的“载人航天”工程等，都有工
18、程技术和科学研究的高度结合。工程需要进行大量的科学模拟实验，以解决工程中的新问题。同时科学家利用工程提供的工具和平台进行科学试验和研究，以发现新的科学知识。再如，城市轨道交通工程建设涉及车站建设、隧道挖掘、轨道铺设、车辆制造、信息通信系统建设等活动，几乎涉及现代土木工程、电子信息工程、机电设备工程等所有高新技术领域。(4)工程是社会发展的动力。工程作为社会经济和文化发展的动力，在人类历史进程中，一直被视做直接的生产力。具体体现在如下几方面：工程建设促进了城市化的发展。城市化，即人口向城市集中，是现代社会的特征之一。在城市化过程中，需要建设大量的房屋工程和城市基础设施工程。工程是社会经济、文化发
19、展的依托。国民经济各部门的发展、科学的进步、国防力量的提升、人民物质和文化生活水平的提高都依赖工程所提供的平台。例如：信息产业的发展需要生产通信产品的工厂和相关通信设施；交通业发展需要建设高速公路、铁路、机场、码头；食品工业和第三产业发展需要工厂及相关设施；国防力量的提升需要大量的国防设施，还需要进行国防科学技术研究基地建设；教育发展需要建大量的新校区、大学城，需要教室、图书馆、实验室、宿舍、运动场(馆)、办公楼等。所以，工程是工业、农业、国防、教育、交通等各行各业发展的基础。国民经济的各个部门都要有基本的设施，都离不开工程。近三十年来，我国经济高速发展，国家繁荣，一个重要的特征就是，我们建设
20、了和正在建设着大量的工程。工程是国家现代化建设程度的标志。随着我国国民经济的快速增长，固定资产投资额逐年提高，工程建设作为固定资产投资转化为生产能力的必经环节，其产值也大幅度增加。固定资产投资中既包括生产性投资，也包括生活消费性投资。我国整个社会固定资产投资总额中约有60%是工程建设投资。以2011年为例，全社会固定资产投资311485亿元，其中建筑安装工程占到200196亿元，另外还有与建筑工程相关的约1万亿元的设备、器具采购。近几年我国社会固定资产投资与建筑安装工程的总额和比例见表1-1。(5)工程相关产业，特别是建筑业，是国民经济的重要行业。工程建设是由工程相关产业(主要是建筑业)完成的
21、。建筑业直接通过工程建设完成建筑业产值，获取利润，提供税收，对国民经济发展作出了很大的贡献。我国社会各领域投资的增加促进了我国建筑业的发展。近年来，我国建筑业增加值不断创历史新高。表1-1 我国社会固定资产投资与建筑安装工程情况表在国家统计局发布的中国统计年鉴中，2011年我国国内生产总值全部为472 881.6亿元人民币，其中建筑业增加值为31 942.7亿元人民币。建筑业已成为国民经济的支柱产业之一。近几年来，建筑业增加值占国内生产总值的比例见表1-2。在国家统计局发布的中国统计年鉴国内生产总值统计中，产业增加值指数从高到低依次为工业、建筑业、交通运输仓储邮电通信业及批发和零售贸易餐饮业等
22、四大产业。表1-2 建筑业增加值占国内生产总值比例(6)工程相关产业也是解决劳动力就业的主要途径。建筑业历来是劳动密集型产业，吸纳了大量的劳动力。2011年建筑业全行业从业人员数量约为3 852.5万人(尚不包括大量的临时性劳务人员)，占到全社会从业人员数量的4.9%。其中大多数建筑工人来自农村。所以建筑业为缓解我国就业压力，特别是为解决农村剩余劳动力转移等问题作出了很大贡献。(7)工程建设消耗大量的自然和社会资源，拉动了整个国民经济的发展。工程建设是将社会资源整合后形成生产能力和固定资产的最基础的环节，在整个国民经济的资源配置中发挥着重要的枢纽作用。工程建设的发展会带动国家经济各个行业的发展
23、。三、我国古代工程早期的人类，没有房屋居住，没有出行工具和道路，自然灾害频繁，过着风餐露宿、茹毛饮血的生活。但是，随着人类社会的发展，人们在长期的劳动实践中积累了科学知识，进而利用科学知识进行生产活动，达到了开发自然、改造自然的目的。历史上的工程最典型的和主要的是土木建筑工程和水利工程，主要包括房屋工程(如皇宫、庙宇、住宅等)、城市建设、军事工程(如城墙、兵站等)、道路桥梁工程、水利工程(如运河、沟渠等)、园林工程、陵墓工程等。这些工程又都是当时社会的政治、军事、经济、宗教、文化活动的一部分，体现着当时社会生产力的发展水平。1.房屋工程人类早期是没有房屋的，他们居住在山洞，以最原始的方式御寒保
24、暖，遮风挡雨。后来，人类学会了使用简单的工具，利用大自然中的各种材料，动手建造更符合自己喜好的、更为舒适的居住场所。早期人们采用的多为天然材料，如木材、石材等，搭建各种棚屋。“构木为巢”是最原始的“房屋建筑工程”。易经中也有“上古穴居而野处，后世圣人易之以宫室，上栋下宇，以避风雨”的记载。我国两千五百多年前就形成了以木结构作为主要构架，以青砖作墙，以碧瓦作为上盖的“梁柱式房屋建筑”形式。这是我国房屋建筑的主要形式，是从古代人的“构木为巢”传承下来的。这种建筑结构的特点是取材容易。在古代，我国森林资源丰富，似乎取之不竭；同时，木材易于制作构件，易于雕刻和艺术化处理，可以雕梁画栋、“钩心斗角”。所
25、以我国古代木建筑使用十分广泛，在建筑方式和工艺方面也达到了很高的水平。但木建筑的广泛使用会伤及山林和水土，如由于“阿房出”，导致“蜀山兀”。木建筑也易被兵火殃及。翻开中国历史，三千多年，朝代更替，社会动荡不安，战争连绵不断，其中无数的建筑被焚毁，可以说是一片火光！2.城市建设当人类发展到了新石器时代的后期，以农业作为主要生产方式时，就形成了比较稳定的劳动集体，产生了固定的集聚地。人们集中居住是为了抗御自然，防止其他部落和野兽的入侵，提高自己的生存能力，同时逐渐社会化，满足精神生活要求。史记记载，舜由于其德行高尚，人们都愿意居住在他的周围，所以“一年所居成聚，二年成邑，三年成都”。这样就需要进行
26、集中固定的居民点的建设。按照防御的要求，在居民点周围挖壕沟或建墙，或建栅栏。这些都是带有防御性的军事工程，逐渐形成城市的雏形。同时在商业和手工业出现后就有了交易和集市。在我国古代，“城”是以武装保护的土地，即有防御性的构筑物，而“市”就是交易场所。在我国历史上，秦代的咸阳、汉长安，唐代长安、宋代梁城(开封)、元大都(北京)、唐代的长安城(图1-5)均是当时世界上最大的、最先进的城市之一。图1-5 唐代长安城图社会的发展使城市的功能发生了变化，城市不仅能作为人们的集聚地，为人们提供居住条件、生活服务设施和公共建筑，而且也成为了社会的政治中心、经济中心、金融中心和交通中心。3.军事工程早期的人们出
27、于保护自己领地的目的，在居住点、城市，甚至国境线上修建壕沟、城墙等防御工事。这是古代最为重要的，也是最为庞大的国家工程。墨子认为，国有七大患，第一就是“城郭沟池不可守而治宫室”，即国防工程没有做好，就做华丽的皇宫。明朝朱元璋在登基前，接受谋臣朱升的三条建议，第一就是“高筑墙”。古代主要的军事工程是城墙。我国长城修筑的历史可上溯到公元前9世纪的西周时期，周王朝为了防御北方游牧民族俨狁的袭击，曾建筑连续排列的城堡“列城”以作防御工事。到了公元前7、8世纪的春秋战国时期，列国诸侯为了争霸和各自的防守需要，在自己的边境上修筑起长城。最早建筑的是公元前7世纪的楚长城，其后齐、韩、魏、赵、燕、秦、中山等大
28、小诸侯国家都相继修筑长城以自卫。由于当时的生产力发展水平不高和国力不强，这些长城都自成体系、互不连贯，且工程规模较小，式样各不相同，长度也较短，从几百公里到一二千公里不等。人们称之为“先秦长城”。公元前221年，秦始皇并灭了六国诸侯，统一了天下。秦为了巩固国家的安全，防御北方强大匈奴游牧民族的侵扰，便大修长城。在原来燕、赵、秦部分北方长城的基础上，增筑扩建了很多部分，完成“西起临洮，东止辽东，蜿蜒一万余里”的长城，如图1-6所示。从此便有了万里长城的称号。长城绵延万里，是由城墙、敌楼、关城、墩堡、营城、卫所、镇城烽火台等多种防御工事所组成的一个完整的防御工程体系。图1-6 万里长城在两千多年的
29、长城修筑过程中人们积累了丰富的经验。在布局上，秦始皇修筑万里长城时就总结了“因地形，用险制塞”的经验，两千多年来一直被人们沿用，同时也成为军事布防上的重要依据。在建筑材料和建筑结构上，以“就地取材、因材施用”的原则，创造了多种结构方法，有夯土、块石片石、砖石混合等结构；在沙漠中还利用了红柳枝条、芦苇与砂粒层层铺筑的结构，可称得上是“巧夺天工”的创造。4.交通工程在古代，人们一般都临河而居，扎木筏或“刳木为舟”作为交通工具。这也是最早的造船工程。后来，随着陆上交通需要的增加，人们经过长期实践，修建了道路，也就开始有了道路工程。这些道路像一条条纽带，把散落在不同地方的人们连接在了一起，也使得人们的
30、居住地从河边扩大到了内陆。秦朝建设的驰道和秦直道是历史上著名的道路工程。公元前212年至公元前210年，秦始皇统一六国后，以国都咸阳为中心，修筑了通向原六国首都的驰道。秦直道是秦始皇为抵御匈奴势力南侵而建造的具有战略意义的国防工程，是中国最早的高速公路。为快速反击和抵御北方匈奴侵扰，秦始皇命大将蒙恬率师督军，役使百万军工，一面镇守边关，一面修筑军事要道。仅仅用了两年半，修建起一条长约700公里，由陕西淳化云阳郡通向包头九原郡的秦直道(图1-7)。司马迁在史记蒙恬传中写道：“吾适北边，自直道归，行观蒙恬所为秦筑长城亭障，堑山堙谷通直道。”秦直道把京卫和边防连接起来。一旦边事告急，秦始皇的铁骑凭借
31、这一通道从咸阳三天三夜就可抵达阴山脚下的塞外国境。这是当时连通中原和北方的一条主要交通干线，它对于巩固边防，促进内地和北方的经济、文化联系起到了十分重要的作用。在秦直道上每隔约30公里就有一个宫殿建筑，整个秦直道上共有26座。它们与现代高速公路上的服务区类似。秦直道遗迹的路面宽在20多米到40多米之间，路基夯土层一般由黑土、黄土、白灰和沙子相间夯实，与现代公路地基处理工艺几乎相同。由于河流、山涧横亘在道路之间，道路起初是不连续的。伴随着道路的发展，桥梁建设也逐渐兴起，桥梁可以跨越河流、山涧，为道路的通达创造了条件。据史籍记载，秦始皇为了沟通渭河两岸的富室，兴建了一座咸阳渭河桥，这是世界上最早和
32、跨度最大的木结构桥梁。在隋代修建了世界著名的空腹式单孔圆弧石拱桥赵州桥(图1-8)，净跨度达37.02米。图1-7 秦直道 图1-8 赵州桥5.水利工程在古代，人类生存还受到洪涝和干旱威胁。我国是农业大国，水利工程历来就是人们抵御洪水、解决农业灌溉问题和发展运输的重要设施。中国古代流传着“大禹治水”的故事，述说的就是“全国性”的水利工程。公元前5世纪至公元前4世纪，在我国河北的临漳，西门豹主持修筑了引漳灌邺工程。公元前3世纪中叶，我国战国时期的秦国蜀郡太守李冰及其子在四川主持修建了都江堰，解决了围堰、防洪、灌溉以及水陆交通问题，该工程被誉为世界上最早的综合性大型水利工程。公元前237年，秦王采
33、纳韩国水利专家郑国的建议，开凿了郑国渠。郑国渠灌溉面积达18万hm2，是我国古代最大的一条灌溉渠道。在我国历史上，都江堰和大运河工程是最著名的两个水利工程。(1)都江堰最“长寿”，最具有可持续发展能力，最符合科学发展观的工程。都江堰建于公元前3世纪，位于四川成都平原西部的岷江上，是迄今为止全世界年代最久，且唯一仍发挥作用的宏大水利工程。截至1998年，都江堰灌溉面积达到66.87万hm2，为四川50多个大、中城市提供了工业和生活用水，而且集防洪、灌溉、运输、发电、水产养殖、旅游及城乡工业、生活用水为一体，是世界上水资源利用的最佳典范。都江堰水利工程以独特的水利建筑规划艺术创造了与自然和谐共存的
34、典范。它充分利用当地西北高、东南低的地理条件，并根据江河出山口处特殊的地形、水脉、水势，乘势利导，利用高低落差，无坝引水，自流灌溉，使堤防、分水、泄洪、排沙、控流相互依存，共为体系，保证了防洪、灌溉、水运和社会用水综合效益的充分发挥，变害为利，使人、地、水三者高度协调统一，如图1-9所示。图1-9 都江堰水利工程都江堰的工程布局和“深淘滩、低作堰”，“乘势利导、因时制宜”，“遇湾截角、逢正抽心”等治水方略，使古堰2000多年来持续发展，这些治水方略至今仍是治水的基本方法。都江堰工程蕴藏着极其巨大的科学价值。它虽然建于两千多年前，但它所蕴含的系统工程学、流体力学等科学方法，在今天仍然是处在科学技
35、术前沿的课题。图1-10 大运河(2)大运河世界上最长的运河。大运河，如图1-10所示，北起北京，南达杭州，流经北京、河北、天津、山东、江苏、浙江六个省市，沟通了海河、黄河、淮河、长江、钱塘江五大水系，全长1794公里，是巴拿马运河的21倍，是苏伊士运河的10倍。大运河从公元前486年开始开凿，成于隋朝。在唐宋时期河运就十分繁荣，在元代人们又将它取直，在明清时期又进行了大规模的疏通。它在我国历史上作为南北交通的大动脉，曾起过巨大作用。今天，大运河作为南水北调的主要路径，仍然焕发出青春的活力。6.园林工程我国的园林是具有丰富文化和艺术内涵的工程，苏州古典园林是其典型代表。苏州古典园林的历史可上溯
36、至公元前6世纪春秋时期吴王的园囿，私家园林最早见于历史记载的东晋(4世纪)的辟疆园，后来历代造园都十分兴盛。明清时期，苏州成为中国最繁华的地区，私家园林遍布古城内外。1618世纪苏州园林进入全盛时期，有园林200余处，使苏州有“人间天堂”的美誉。苏州古典园林以其意境深远、构筑精致、艺术高雅、文化内涵丰富著称。7.陵墓工程陵墓指帝王诸侯的坟墓，现多指领袖或先烈的坟地，亦泛指坟墓。我国古代帝王的陵墓有以下三种基本布局方式：1)以陵山为主体的布局方式以陵山为主体的布局方式以秦始皇陵为代表，其封土为覆斗状，周围建城垣，背衬骊山，轮廓简洁，气象巍峨，创造出纪念性气氛，如图1-11所示。图1-11 秦始皇
37、陵2)以神道贯穿全局的轴线布局方式这种布局重点强调正面神道。如唐代高宗乾陵，以山峰为陵山主体，前面布置阙门、石象生、碑刻、华表等组成神道，神道前再建阙楼，借神道上起伏、开合的空间变化，衬托陵墓建筑的宏伟气势。3)建筑群组的布局方式明清的陵墓都是选择群山环绕的封闭性环境作为陵区，将各帝陵协调地布置在一处。在神道上增设牌坊、大红门、碑亭等，将建筑与环境密切结合在一起，创造出庄严肃穆的环境。四、我国现代工程1.我国现代工程建设概况中华人民共和国成立后，我国很快就进入历史上少有的大规模建设时期，有大型的水利工程(如治理淮河、黄河、长江)、交通工程(如青藏公路)、工业工程、国防工程等。由苏联帮助的156
38、项重点工程，以及北京的十大建筑、成昆铁路等都是当时具有标志性的建筑。人民大会堂，如图1-12所示，是纪念建国十周年的首都十大建筑之一，位于北京市天安门广场西侧。人民大会堂完全由中国工程技术人员自行设计、施工，于1958年10月动工，仅用了10个多月的时间就建成了，在1959年国庆节时投入使用。图1-12 人民大会堂从20世纪80年代初以来，我国进入了历史上规模最大的，在世界历史上也是罕见的工程建设时期。我国是建筑工程大国，各个领域都有许多大型和特大型工程。(1)钢铁工程。在钢铁工业方面有宝山钢铁厂，它是我国改革开放以后第一个最大的建设工程。宝山钢铁厂于1978年12月23日动工兴建，第一期工程
39、于1986年9月建成投产，第二期工程于1991年6月建成投产。宝山钢铁厂是新中国成立以来建设规模最大的钢铁联合企业，2005年7月，宝山钢铁厂被财富杂志评为2004年度世界500强企业第309位，成为中国竞争性行业和制造业中首批名列世界500强的企业。(2)水利工程。在水利工程方面，近几十年来有葛洲坝工程、鲁布革工程、小浪底工程、二滩水电站、三峡水利工程、南水北调工程等。(3)核电工程。在核电工程方面，目前已经运行的有大亚湾核电站、秦山核电站等；在建的有秦山核电站二期工程、秦山核电站三期工程、大亚湾核电站(岭澳)二期工程和连云港田湾核电站等。(4)铁路工程。铁路工程最大的有京九铁路、青藏铁路工
40、程。青藏铁路于1957年开始勘测修筑，1960年西宁至海晏段建成通车。20世纪70年代中期，青藏铁路又继续施工修建，1979年铺轨至格尔木市。2001年2月8日，国务院批准建设青藏铁路二期。青藏铁路二期为格尔木至拉萨段，全长1118公里，途经多年冻土地段550多公里，海拔4000米以上的地段965公里，最高点为海拔5072米的唐古拉山口。建成后青藏铁路成为世界上海拔最高和最长的高原铁路。(5)化工工程。在20世纪70年代我国就投资建设仪征化纤、扬子石化等，最近的化工工程有扬子巴斯夫石化工程、广东茂名石油化工工程、福建石油化工工程等。(6)桥梁工程。近十几年来，我国在长江上兴建了许多大桥。现在仅
41、江苏段除了原来的南京长江大桥外，还有南京长江二桥、南京长江三桥、润扬长江大桥、苏通长江大桥、江阴长江大桥等。(7)地铁工程。我国城市地铁从无到有，已建及在建城市轨道交通工程(地铁或轻轨)的城市有北京、上海、广州、深圳、南京、武汉、重庆、大连、哈尔滨、长春、青岛、成都、沈阳、苏州、西安、杭州、郑州、无锡等几十个大城市。(8)高速公路工程。中国高速公路从零起步，经过二十多年的建设，到2009年6月，已达6.5万公里，高速公路总里程位居世界第二。这些工程无论在规模方面还是工程技术的先进性方面都是当代一流的。2.现代工程的特点(1)工程规模大，难度高。现代工程规模大，工程的技术难度高。我国近几十年来许
42、多工程都不断创造工程领域的世界之最。最典型的是三峡工程，它的许多指标都突破了我国和世界水利工程的纪录。以三峡工程为例，该工程的静态概算(1993年5月价格水平)为900.9亿元，分三期建设，总工期为18年。在水利工程史上，创造了很多世界之最：三峡水库总库容3.931010 m3，防洪库容2.1151010 m，水库调洪可削减洪峰流量达每秒2.71043.3104 m3，是世界上防洪效益最为显著、最大的水利工程。三峡工程包括两岸非溢流坝在内，总长2335 m。泄流坝段483 m，水电站机组70万kW26台，双线5级船闸以及垂直升船机，是世界上建筑规模最大的水利工程。三峡工程主体建筑物土石方挖填量
43、约1.0283108 m，混凝土浇筑量2.794107 m，钢材59.3万吨(金属结构件安装占25.65万吨)，土石方填筑3.198 107 m，钢筋46.30万吨，是世界上工程量最大的水利工程。三峡工程深水围堰最大水深60 m，土石方月填筑量1.7106 m，混凝土月灌筑量4.5105 m3，碾压混凝土最大月浇筑量3.8105 m，各项月工程量都突破世界纪录，是施工强度最大的工程。三峡工程截流流量9010m/s，施工导流最大洪峰流量79 000m/s，是世界水利工程施工期流量最大的工程。三峡工程泄洪闸最大泄洪能力1105 m/s，是世界上泄洪能力最大的泄洪闸。三峡工程的双线五级、总水头113
44、m的船闸，是世界上级数最多、总水头最高的内河船闸。三峡升船机的有效尺寸为120m18m3.5m，总重11800t，最大升程113m，过船吨位8000t，是世界上规模最大、难度最高的升船机。三峡工程水库移民最终超过百万，是世界上水库移民最多、最为艰巨的移民建设工程。(2)在工程中应用现代高科技。任何时代的重大工程都是当时科学技术应用的典范，都体现了当时科学知识的最高水平，是当时高科技的结晶。在近50年来，科学技术高速发展，新的科学技术不断被应用于工程领域，推动了工程领域的发展。现代科学技术已渗透到了工程的各个方面。工程材料越来越向轻质化、高强化发展。过去，人们使用C20C40的混凝土，而现在通过
45、掺硅粉、外加剂等各种技术措施，C50C75的混凝土已得到广泛的应用。1989年美国西雅图建成的56层、高226m的双联合广场大厦，其中4根3.05m的钢管柱中灌注的现场浇捣混凝土高达C120。此外，高强的合金、高分子材料、智能材料以及其他新型材料在工程中也得到越来越广泛的应用。新型的大跨结构形式。以桥梁结构为例，在秦朝建造渭河大桥时的跨距一般在10 m左右，隋代赵州桥跨度达37m。最近建成的银川艾倚河景观水道斜拉桥，如图1-13所示，桥长206米，宽60米，高28.8米，是目前数据可查的世界上单幅最宽的矮塔斜拉桥。图1-13 艾倚河景观水道斜拉桥 智能化技术和信息技术在工程中的应用。智能建筑是
46、现代通信技术、计算机技术、自动控制技术、图形显示技术、大规模集成技术、微电子技术、信息网络技术在现代工程和工程管理系统中的综合应用。建筑智能化赋予建筑新的意义：它不仅仅是遮风避雨的场所，而且是具有一定“生命”特征的物体。传统的梁柱板是建筑的骨骼，再配上计算机控制管理中心，网络通信系统和各种传感器、探头、工作站等，就赋予建筑一定的“头脑”和“神经系统”。高效率的信息传递速度和建筑自动化运行管理系统为人们提供更加人性化、舒适、高效率、节能、符合生态要求的生活和工作环境。现代智能化的工程有智能学校、智能住宅小区、智能图书馆、智能医院、智能工厂、智能车站、智能飞机场、智能物流中心等。建筑工程越来越追求
47、工业化、装配化。人们力求推行工业化的生产方式，在工厂中成批地生产房屋、桥梁的各种构配件、组合体等，然后运到现场装配。计算机技术在工程建设中的广泛使用。人们应用计算机进行计算机辅助设计、辅助制图、现场管理、网络分析、结构优化以及智能化运行管理，并将工程专家的个体知识和经验加以集中和系统化，构成专家系统。许多复杂的工程过去不能分析，也难以模拟，现在由于先进的数学理论，再加上计算机技术，使以往存在的问题也逐步得到了解决。现在结构较为复杂的工程在设计过程中均可作计算机模拟分析。工程向新的科技领域发展。人们目前正在积极地探索和建设特殊环境下的工程，如深海油田工程(见图1-14)、航天工程(见图1-15)
48、、极地工程等，将来还要在月球上建筑工程。图1-14 深海油田工程 图1-15 航天工程(3)高度复杂性、专业化和综合性。现代工程是一个复杂的、多功能、多专业综合的系统。现代工程功能的多样化。以人们生活最密切的公共建筑和住宅建筑为例，它们已不再是徒具四壁的房屋了，而同时要求提供采暖、通风、采光、给水、排水、供电、供热、供气、收视、通信、计算机联网、报警、远程控制等功能，是一个复杂的系统工程。现代工程建设早已超出了原来意义上的挖土盖房、铺路架桥等传统土木工程技术的范围，而需要将其与材料、电子、通信、能源、信息等高科技紧密结合起来，从而呈现出各种专业技术相互渗透、相互支持、相互促进的局面。工程的功能
49、要求高。如今，人们对建筑有更高的要求，如使用方便、舒适、高效率、节能、生态条件等。现代工业建筑物往往要求恒温、恒湿、防振、防腐蚀、防辐射、防火、防爆、防磁、防尘、耐高(低)温，并向大跨度、灵活的空间布置方向发展，如制药车间、电脑芯片的制造车间等。这就导致了一个工程的建设所需要的工程专业越来越多，而且各种工程专业都是高度专业化的。现代工程技术上的多样性并不是各种技术的简单相加，而是一种基于特定规律或规则的、面向特定目标的各种相关技术的有序集成。如目前集监控和管理功能为一体的智能建筑，就是现代建筑技术(Architecture)与现代信息技术相结合的产物，是四种技术(有时简称4C)，即现代计算机技
50、术(Computer)、现代控制技术(Control)、现代通信技术(Communication)和现代图像显示技术(CRT)集成后所打造的现代化工程。技术具有高度的复杂性。如前所述，现代工程往往应用多种高科技技术，要面临很多前所未有的技术难题。同时，由于功能多样化的要求，需要解决多专业的集成技术问题。工程建设过程的参加单位众多。工程的组织系统十分复杂，包括各参与主体，如政府组织、社会团体、贷款机构、科研机构、工程管理公司、材料和设备供应商、工程承包商、设计单位等。例如三峡工程在施工高峰期有上万人在工程上工作，他们之间沟通十分困难。另外，现代工程的复杂性还体现在：现代工程的对象不仅包括传统意义
