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土木工程(civil engineering),在中國大陸原先翻譯為「公民建」(公用與民用建築),是指一切和土、木有關的基礎建設的計劃、建造和維修。現時一般的土木工作項目包括:能源、水利及交通設施等。過去曾經將一切非軍事用途的民用工程項目,歸入本類,但隨着工程科學日益廣闊,不少原來屬於土木工程範圍的內容都已經獨立成科。

土木工程乃以提高國民之生活品質,促進國民之公共福祉為目的,進而改造國土,整治環境及防治災害發生的一種公共工程。又因食衣住行乃國民生活之四大需要,並與國民之福祉息息相關,故土木工程亦為直接或間接地解決民生四大問題之基本建設工程。

古代

古代土木工程的歷史跨度大致可以化分為從舊石器時代到17世紀中葉。這一時期的土木工程十分原始,建築材料主要使用石塊、土坯、草筋等自然材料,建築工具也是十分簡陋的、錘、、鏟等手工工具,修建設施主要依靠經驗,沒有什麼系統的理論。當時中國的代表作則有大禹治水李冰父子所興建的都江堰[1],以及萬里長城

近代

近代土木工程的歷史跨度,一般認為是從17世紀中葉到第二次世界大戰前後,共計300餘年。這一時期,土木工程逐漸成為一門獨立學科。1638年意大利學者伽利略發表了《關於兩門新科學的對話》,首次用公式表達了梁的設計理論。1687年牛頓總結出力學三大定律,為土木工程奠定了力學分析的基礎。隨後在材料力學和彈性力學的基礎上,法國的納維於1825年建立了土木工程中結構設計的容許應力法。從此,土木工程便有了比較系統的理論指導[2]

材料方面,1824年波特蘭水泥的發明以及1867年鋼筋混凝土開始應用是土木工程史上的歷史性事件。由於混凝土及鋼材的大規模生產得以實現,使得土木工程師可以運用這些材料建造巨型和複雜的工程設施。

現代

第二次世界大戰之後的科學技術的迅速發展,使得土木工程可以以現代科學技術為依託進一步發展。最重要的土木材料及建築材料:混凝土和鋼材都有較大的發展,強度成倍提高,可靠性,耐久性等其他性能也有了很大改善。

合成材料的不斷研製,拓寬了施工中可以使用的材料的種類,而且在性能上也比過去的傳統材料更為優良、輕質、高強度新材料的應用使得很多過去難以實現的結構可以實現。

計算機的數值分析使過去因手工難以計算而被迫粗略簡化的計算可轉變為較精確的計算分析。例如:藉助有限元素法計算軟件,可輕易地求解出以前人力難以完成的複雜超靜定結構的內力和位移計算。結構力學與有限元素法的不斷發展,使得人們可以方便且精確的做出結構的受力和形變的計算,使得設計工作大大簡化。而電腦輔助設計(CAD)的應用,將設計人員從繁重的手工設計中解放出來。更多建築工程機械的使用,使得施工自動化程度程度大幅提高。

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參考文獻

  1. 公元前3376年 大禹誕生都江堰,華夏經緯,2005-7-13
  2. 二級建造師之近代土木工程 ,搜狐,2018-01-30