(一)高性能可持续土木结构工程将成为未来发展的主旋律
近年来,随着我国土木工程建设规模空前扩大,资源能源消耗大、环境污染严重、使用寿命短、安全可靠性低、抗灾能力弱等问题已成为我国土木结构工程领域面临的重大挑战,严重制约着我国经济社会的可持续发展。面向2035年土木结构工程所暴露的问题,将从结构的安全性转移到工程结构的耐久性、使用寿命、抗灾能力以及危及地球生态的资源能源与环境等。因此,土木结构工程技术未来将以全寿命设计理论及方法为主要突破口,重点发展高性能结构工程,实现土木结构工程领域的可持续发展。高性能结构工程针对不同工程结构在不同环境或使用要求下对其性能的不同要求,应具有不同的性能特点和表现形式,例如,面向2035年我国亟须在大型立体城市集群构建、深海工程建设、新型能源开发利用、战略物资储备、军事防护设施革新等领域取得颠覆性突破,这些领域中的土木结构工程具有巨型化、复杂化、超高化、系统化的突出特征,因此对高性能可持续结构工程提出了更综合且更复杂的性能需求。
(二)提升抵御多重灾害的能力是未来土木结构工程科技发展的重要任务
土木工程推动了人类社会的文明进步,同时也给人类带来了灾害。土木工程是灾害的主要载体,而土木工程手段则是防灾减灾的主要手段。全球地震、台风、洪水等自然灾害频发,爆炸、火灾、武器打击等人为灾害危机潜伏,这些都对土木工程结构的综合防灾减灾提出了更深层次的需求。一方面,土木工程结构抗震技术一直是研究热点,预计未来仍将成为重点的攻关方向,从过去的安全单一原则设计法,到现在普遍接受的基于性能的设计法,未来将向可恢复功能乃至可控的目标迈进,工程结构的抗震设计理念仍有广阔的革新空间;另一方面,某一灾害引起的次生灾害以及多灾种的耦合作用,将对土木工程结构的防灾减灾技术提出全新的挑战,多灾种的物理模型以及全球气候灾变条件下土木工程结构的灾变模拟与控制将成为该方向的主要难题。
(三)劳动力紧缺逼迫土木结构工程产业不断转型升级(www.daowen.com)
面向2035年世界经济社会发展的总体趋势是:老龄化问题日益突出、劳动力持续减少、人力资本显著提高,这些趋势将对土木结构工程产业形态产生极其深远的影响。传统的土木结构工程产业模式将愈发无所适从,破解难题的核心在于提升土木结构工程产业的劳动生产率。随着劳动力价格的不断攀升,劳动力缺口将逼迫土木结构工程产业持续转型升级,向工业化和智能化方向发展。预计到2035年,传统土木结构工程行业分散的、低水平的、低效率的手工业生产方式将完全被现代化、智能化、柔性化的制造、运输、安装和科学管理的生产方式所取代。同时,劳动生产率将大幅提升,建设速度将显著加快,工程成本将逐步降低,工程质量将更易控制。
(四)多学科交叉与多领域协作助推土木结构工程技术创新
土木结构工程技术是一项古老的传统工程技术,其大规模、粗放式、以消耗大量人力资源为特征的运作模式将愈发与世界经济社会的发展模式和需求格格不入,未来土木工程产业结构必将发生翻天覆地的变化,并将以崭新的面貌展现在世人面前。面向2035年,土木结构工程技术将表现出显著的精细化与智能化特征,多学科的交叉融合将为古老的土木结构工程技术注入新的活力。先进材料科学与土木结构工程的有机融合,或将引发高性能土木结构工程材料的革命;先进自动化技术、信息技术、机械技术与土木结构工程的有机融合,将实现土木结构工程建造过程的自动化与智能化,土木结构工程工业化程度将显著提升;先进控制技术、机械技术、电子技术、网络技术与土木结构工程的有机融合,将推动精细化土木结构工程试验方法和健康监测技术的深度发展;先进计算技术、软件工程技术、基础力学的发展与土木结构工程的有机融合,将为土木结构工程的高性能计算注入新的活力。此外,土木结构工程技术不再局限于在传统建筑、桥梁、隧道等领域,在和清洁能源、海洋工程、国防工程等新兴领域的广泛合作中,将催生出一系列全新的技术增长点,将成为面向2035年土木结构工程科技进步的不竭动力。
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