土木工程在经历了设计、施工阶段之后就可以投入使用了。我们常常以“百年大计”来称谓一项工程，可见相对于设计、施工阶段而言，结构的运行、使用过程是一个更为漫长的过程，它所具有的明显而深远的意义就不言而喻了。在这段极长的时间里，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，对于土木工程使用阶段的可持续发展战略来说，具有明显而深远的意义。

此外，工程结构在投入使用后的一段很长的时期内，是充分发挥它的价值的过程。一般说来，在达到了结构的设计基准期之后，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上木工程结构物，最终都将要有报废与拆除的一天，这也是我们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，对土木工程拆除阶段的可持续发展战略来说，具有明显而深远的意义。

下面，我们就基于上述内容，分别对土木工程使用阶段与拆除阶段的可持续发展问题进行深入讨论。

（一）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。下面，我们就分别对上述几点问题进行阐述。

1．能源消耗和资源的利用问题

土木工程使用阶段的耗能问题，以建筑物为例，通常是指在使用过程中所消耗的能源，包括照明、采暖、空调、电梯、热水供应、炊事、家用电器以及办公设备等所消耗的能源。

我国能源紧缺，而且能源的利用率低，例如：我国建筑能耗的平均能源利用率约为30%，是发达国家的1/3 左右。

就一幢典型的50年使用年限的办公建筑而言，其能源花费大约占总消费的34。因此必须对工程节能高度重视，促进传统能源的可持续利用。具体做法有如下两种：

（1）提高能源效率和资源利用率。

工程使用过程中，提高能源效率的方法有：根据自然条件，尽量采用自然通风和天然采光，减少空调使用和照明；利用自然光，降低过高的照度标准，限制使用时间和提高照明效率；尽量多使用高效建筑供能用能系统及设备，限制低效供能用能设备的使用，例如：通过新的高效HVAC（采暖、通风和空调）技术—人体传感器、变速驱动、自动通风控制、高效热交换器和高效电机等，调整加热和冷却而减少能源消耗。

工程使用过程中，提高资源利用率的方法有：节约用水、循环用水；减少“初始废物”，如尽量减少将产生废物较多的产品带入建筑物；应减少工程结构在运行过程中产生的废物，如纸张、玻璃及其他物件；对产生的废物进行综合利用，使废物的产生量降到最低。

（2）积极开发利用新能源和可再生能源。

现阶段可开发利用的新能源和可再生能源有：地热能、太阳能、风能、生物质能等

在建筑中可利用中低温地热采暖和利用地源热泵系统开发新型环保空调设备；应用太阳能热水系统和太阳能光伏发电技术；利用风能发电：利用动物粪便或秸秆气化制成沼气做燃料。

积极开发利用新能源和可再生能源具有重大意义：可代替或少用资源有限、不可再生的石化能源；可减少使用石化能源所产生的污染物的排放量，减轻大气污染，保护生态环境；可解决边远偏僻无电、缺能农村基本生活用电；可提高城乡居民的生活质量和住宅的舒适度，并使建筑物造型新颖别致，体现“以人为本”的建筑理念。因此，新能源和可再生能源的应用前景非常广阔。

2．使用环境质量问题

结构在使用过程中，结构本身及外界的空气、噪声以及垃圾等存在着对使用者和周边环境的污染问题，这些通称为使用环境的质量问题。对于一个绿色建筑而言，除了要提供健康的室内空气，还要对热、冷和湿度进行控制，要有一个安静的声环境，这一切对于使用者的健康、舒适性和工作效率是非常必要的。

空气污染包括结构在使用过程中产生的废气和有害气体。使用者应尽量避免将易产生废气和危害性气体的物品带入建筑；一旦带入，应及时采取应对措施，使可能带来的伤害降至最低。

噪声污染包括日常交流时产生的噪声和工作设备运转过程中产生的噪声。在工作过程中，建筑的使用者应尽量减少制造不必要的噪声，使工作环境保持卫生；减少不必要使用的工作设备的开启，既可以节省能源，又避免了设备运转产生噪声。

建筑使用过程中产生的垃圾必将对建筑本身和周边环境产生污染。节约资源，避免浪费固然是必须要做的工作，对污染进行防治才是根本。使用阶段产生的废水，应通过污水处理厂处理后进行合理的分配后用于市政杂用、景观用水和生态修复等。垃圾应进行分类回收，回收后送入垃圾中转站进行再利用、填埋或焚烧。

3．自然因素影响下工程的腐蚀问题

目前世界上的基础设施以钢筋混凝土结构和钢结构为主。钢筋的腐蚀排在影响混凝土耐久性的首位，而钢结构更是依靠防腐蚀措施维持其使用寿命。文献中用大量的实例证明，建筑与基础设施腐蚀对国民经济的影响是非常巨大的，腐蚀破坏引发的安全隐患，特别是以桥梁为代表的基础设施腐蚀破坏对经济的影响，已经成为当今世界突出的问题。2003年出版的《中国腐蚀调查报告》一书表明，我国年腐蚀损失约为5000 亿元（600 亿美元），占我国GPD 的6%，其中，直接损失与间接损失约各占一半。上述腐蚀损失，虽然不能完全避免，但其中30% ～50%是可以避免和挽回的。因此，做好防腐蚀工作，是土木工程使用阶段可持续发展战略必不可少的一个环节。

对待基础设施腐蚀与耐久性的问题，提到战略高度去认识和重视并不过分。对建筑、基础设施防腐蚀破坏的战略、策略，首先应该从对其认识和重视开始。作为防止、减缓基础设施腐蚀的战略途径，至少应该有两个层面。其一是国家政策、策略、政令、法律、法规层面上，其中“以人为本”的教育和管理是最重要的；其二是技术层面上，包括腐蚀防护方面的规程规范、施工技术、新技术新材料的研究开发与应用等。

4．结构使用阶段的可靠度评估问题(www.daowen.com)

结构在使用过程中，在使用环境、自然环境及材料内部因素的作用下，结构的性能会逐步劣化，其结果是结构的抗力减小，在规定的时间内和规定的条件下结构完成预定功能的能力降低，即可靠度不断降低。系统掌握结构使用阶段的可靠度评估涉及的问题，有利于对结构使用情况的掌握，方便进行合理的维护和加固改造。该阶段中的可靠度评估主要体现在以下几个方面：

（1）在论述结构性能劣化原因的基础上，提出简便易行且形式上与现行的统一标准方法相协调的考虑抗力随时间变化的可靠度分析方法，这一方法可用于结构的可靠度设计，也可用于已有结构的可靠度评估。

（2）维修是延长老化结构使用寿命的一种有效方法，当结构使用功能改变或结构存在设计和施工错误时，根据鉴定情况，也可能需要加固。结构加固后的工作特点是存在应变滞后现象。

（3）大气环境下钢筋锈蚀是钢筋混凝土结构耐久性失效的主要形式之一。钢筋锈蚀的前提条件是混凝土碳化，两者都与环境条件、设计和施工条件及材料性能有关。研究不同环境条件下，钢筋锈蚀程度对结构可靠度影响，成为结构使用阶段可靠度分析的一个研究方向。

（4）疲劳破坏是承受反复荷载作用的结构的破坏形式之一。对于在腐蚀环境中工作的钢筋混凝土结构，腐蚀不仅使钢筋的有效截面面积减少，同时钢筋表面的锈坑还会引起钢筋的应力集中，从而大大降低构件的抗疲劳能力。腐蚀环境下承受反复荷载作用的钢筋混凝土结构存在着腐蚀（物理、化学作用）和交变应力（力学作用）两种损伤。在分析两种损伤特点的基础上，提出腐蚀环境下钢筋混凝土结构疲劳可靠度的分析方法，为使用阶段的疲劳破坏引起的可靠度评估的新研究方向。

（5）结构的经济优化设计还应包括结构使用中的维修（护）费用。传统的结构经济优化设一计概念是使结构的初始建造费用与结构倒塌损失的期望值最小。然而近年来的工程实践却表明，由于结构的耐久性问题，许多结构未达到设计使用期就要进行大修，有的维修费用已经超过了初始建造费用。在这种情况下，结构的经济优化设计的内涵发生了变化，即结构优化设计的目标中还应包括结构使用中的维修（护）费用，设计安全度高，初始费用大，维护费用小；反之设计安全度低，初始费用小，维护费用大。因此，存在一个结构设计与维护的协调问题。分析不同耐久性条件下结构的经济优化设计问题，提出结构设计与维护协调的分析方法，从而澄清结构使用中正常维护的意义。

由此可以看出，结构使用阶段的可靠度评估问题，涉及的面比较广泛，对该问题进行深入的研究，有利于对结构使用情况进行掌握，从而确定合理的维护和加固改造措施，对土木工程使用阶段的可持续发展战略而言，具有重要意义。

5．结构的健康监测问题

结构的健康监测是指利用现场的无损传感技术和结构系统的特性分析（包括结构的响应），以达到检测结构损伤或退化的一些变化。检测已有建筑物或桥梁等结构在正常使用状态或遭受灾害（如地震、台风或爆炸等）后的健康状况，对结构的维护和及时加固以及对人们生命财产的营救有很大的作用。因此，鉴定结构物的健康状态是一件极具意义的工作。现在，土木工程结构的健康监测已经成为土木工程学科研究和发展的一个重要领域。结构长期健康监测系统能够对结构从设计、施工、竣工后投入使用一直到结构的整个使用年限的运行状态进行监测和评估。这里我们仅讨论结构使用阶段的健康监测问题。

结构损伤检测方法基本上就可以分为3 大类，即动力指纹分析法、模型修正与系统识别法和神经网络法。

近些年来，基于振动的损伤检测技术无论在学术上或是在实际应用研究中都取得了长足的进步，但是对于高层建筑、桥梁等复杂土木工程结构的损伤，还有许多问题有待进一步的研究和解决。现有的土木工程健康监测和损伤检测的技术和方法，相当一部分是从航空、航天和机械结构“移植”而来的，因此，必须注意的是它们与土木工程在实际中是不同的学科，相同的技术和方法在由一个学科引入另一个学科领域的时候要注意其适用性。目前，在土木工程结构损伤检测中主要存在模型误差、测量噪声、测量数据的不完整性、环境的影响、损伤识别方法的不完整性以及结构动力特性对局部损伤的敏感性较低等问题。

因此，土木结构的健康监测和损伤检测研究还有待进一步的发展，主要研究的内容可能集中在：土木工程结构的模型修正方法、结构健康监测的信息处理技术以及传感器的优化布置技术等方面。努力做好这些方面的研究工作，对土木工程使用阶段的可持续发展有重要意义。

6．结构维护保养以延长结构的生命周期问题

加强结构的维护保养，是延长结构生命周期的重要手段。一些发达国家的工程结构使用年限较长，其根本原因是在保证主体工程质量的前提下，坚持每5 ～10年对结构进行一次全面的修缮和保养（维修保养费用一般由产权所有者支付），对其外部和内部破损部分进行彻底维修，使主体结构尤其是受力部分始终处于良好的工作状态，有利于延长结构的使用年限。根据发达国家的经验，在现有科技和建材发展水平的基础上，只要在确保工程施工质量的前提下，坚持定期修缮，则将结构的使用寿命延长一倍以是完全可行的。这样，不仅可获得数倍于维修资金的效益，更主要的是可避免大量的资源浪费，改善结构生态属性，保护生态环境。

需要进行加固及改造的结构工程有以下几种情况：已有建筑物的耐久性，使用不当，管理不当，年久失修，结构有损伤破坏，不能满足目前使用要求或安全度不足时，需要进行维修和加固；由于灾害性事件（如地震、水灾、火灾、风灾和爆炸等）的影响，结构产生开裂和破坏时，需要对原结构进行维修和加固；当对建筑物进行改建、扩建、加层，或装修中需对结构构件布置有所改变而影响原结构受力体系时，需对原结构进行维修和加固。

在目前工程界，针对钢筋混凝土结构或构件，通常采用的维修加固方法主要分为以下几种：加大截面加固法、外包钢加固法、预应力加固法、改变传力途径加固法、外部粘钢加固法、植筋技术等。

同济大学朱伯龙教授曾经指出：21 世纪是修补的世纪，这绝非危言耸听。结构的维修和加固改造技术已成为现代土木工程技术中极其重要、最具活力的新兴技术分支。总体而言，做好结构的维护保养以延长结构的使用年限的工作，是可持续发展战略必不可少的一个环节。

（二）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题。

结构的拆除工程实质上与结构的施工过程相类似，也要制定周密的拆除计划，做好组织设计。其内容包括：拆除施工时间的确定，拆除方案和具体步骤的制定，拆除需用材料及器械的调配以及拆卸物的处理等等。

结构的拆除工程施工过程中对环境的影响与结构建设施工过程中对环境的影响类似，唯一不同的地方就是，拆除过程中较多的用到爆破方法。爆破时产生的噪声污染非常大，因此要做好相应的对策。现在比较通用两种方法：一是采用爆破拆除结构的计算机仿真技术，利用该技术制定合理的爆破方案，使爆破产生的污染和所需的人工、材料、设备等降至最少；二是尽量采用无声破碎剂进行拆除，这种方法在满足工期的条件下，对行车交通的干扰降到最低，对周围建筑物几乎不产生任何影响，还可以克服炸药爆破拆除的许多困难，减少劳动强度，提高安全保障。

结构经鉴定其寿命达到“终点”时，将会变成废弃物。这些废弃物实际上完全可转化为再生资源和再生产品，如其中的混凝土块经破碎和筛分后可用作不同规格的骨料，用作铁路的道碴和公路的路基等，筛分下来的“砂”也是很好的利水材料，可用作路基找平层，或城市下水道管沟的回填料；而废旧的钢筋头、铁丝、螺丝、螺帽等金属则可回炉熔炼成再生金属材料；破碎的木头可制成纸浆等。总之，建筑废弃物绝大多数是可以变废为宝和再生利用的，这些再生资源可进入市场而获得一定的经济效益。建筑废弃物的回收处理应考虑纳入建筑施工企业的工作范畴，既可充分发挥其相关设备的作用，也可解决劳动力使用不均衡等问题，对建筑产品实施循环经济，回收利用建筑废弃物，将其转化为再生资源和再生产品是完全可行的。

从上述内容可以看出，周密的拆除计划的制定、控制建筑拆除对环境的影响、对拆除废弃物进行综合利用，对土木工程拆除阶段的可持续发展战略来说，具有明显而深远的意义，重视这一部分工作是很必要的。