建筑技术进步需要打破专业樊篱

1、建筑技术进步需要打破专 业樊篱 摘要： 当前专业樊篱存在的现状 影响 着混凝土技术的 进步和结构工程的质量，乃至整个土木工程结构的耐久性。 划分过细的专业培养出的人才缺少与工程有关的知识和知识 相互之间的渗透。建筑技术需要具备“ 准确地认识和决策 ” 的 “通识能力 “ 的人才。专业樊篱的存在是历史 造成的， 打通专业樊篱是历史 发展 的需要。 关键词： 建筑技术进步 一、专业的樊篱 当前土 木建筑工程领域专业隔离的现状先举一个实例。有一座商业 大厦（现今，这样的建筑物并不是个别的），建筑师按要求 将底层设计成大空间，故柱子少而间距大，不需要大开间的 上部 20 几层商业楼则要增加柱子。从力学

2、上来说，任何结 构物的死荷载与活荷载都由墙、柱或墩、桩等支撑构件传递 给基础（可以有不同形式），最终再由基础传递给地基。地 基是上部结构的 “根”。墙或柱等传递垂直荷载的构件是必 须“生根 ”的。由于建筑设计是最先满足业主需要的（功 能、视觉）环节，长期形成建筑设计说了算的惯例。适应因 现代 人类活动需要而出现的底层大开间、大跨度的高层建 筑，结构设计发明了转换梁来承受上部无法“ 生根 ”的柱 子。该转换梁实际上起上部柱子的 “基础 ”作用。本实例中 的结构工程师就是这样 “遵”建筑师的 “命 ”而采用了转换 梁。因 “负担很重 ” ，该转换梁被设计成断面为高 3.5m 、 宽 2.5m 的庞

3、然大物 （ 虽然在结构上这也是梁 ）。梁内配置一 根工字梁，工字梁上下各三层30钢筋，钢筋净间距只有 几毫M （见图1所示）。建筑师认为，如何实现我的设计， 是结构设计的事；而结构工程师也不考虑这样的断面和配筋 如何施工。施工单位将这种密集的钢筋骨架绑扎完毕后，不 知如何才能让石子最小粒径也有 5mm 的混凝土通过只有 56mm的钢筋间隙。最后由混凝土专家勉强用不需震捣的 自密实混凝土来解决。说 “勉强 ” ，是因为即使不需震捣的 混凝土从梁的侧面工字梁腹板的位置靠泵压灌入模板，密集 的钢筋仍然无法被混凝土很好地包裹，只能进去一些砂浆。 至于上下表面的保护层，则只能从外面抹上去，其密实性与 均

4、匀性就不能不令人生疑了。同一领域中专业划分过细之 后，逐渐形成专业的樊篱，造成从建筑设计、结构设计、设 备设计到施工和材料各专业形成了 “指令 ” 的阶梯，这个 “指令”就是你 “要配合我 ”,“满足我的要求 ”。各专业 之间没有相互沟通，没有相互了解，没有相互交流，缺少相 互支持与合作。长期以来，建筑设计着重点是满足功能和视 觉的要求；结构设计要按照建筑设计着重从强度上保证安全 性；施工则保证设计的实现；对材料的要求，由施工者说了 算。各行其是，一级管一级。实际上处在一定环境中的结构 工程，在正常情况下，几乎没有因承载力不足而破坏的，原 因主要在材料和施工。以混凝土结构为例，过去在混凝土强

5、度不高，技术较简单的情况下，尽管对不懂材料的设计和施 工通常没有明显的影响，也还是出现过因材料和设计不匹配 而发生 问题 。如 1971 年我国当时的机械 工业 部颁布了一 项规定，禁止在湿热环境下使用高铝水泥。这一规定的出台 源于盛产高铝水泥的南方某城市一项工程事故。当时设计人 员只知道高铝水泥早期强度高，并不知道它只有温度在 25 C以下才能稳定，超过 25 C的潮湿环境中则会因水化物 结晶转化而强度急剧下降。该城市常年气候湿润，四季温 暖。在结构主体浇筑混凝土数日后，所有混凝土表面用手就 能抠掉。类似的错误后来在北京也出现过，在用含膨胀组分 的浇筑水泥灌注预制梁、柱节点时，使用了电热法加

6、速硬 化，结果所灌注的混凝土成了 “豆腐渣 ”。更早的例子如在 钢筋或预应力混凝土中使用氯化钙做早强剂等。这些都是因 为设计和施工人员只认强度而不了解材料其他物理、化学性 质所致。而对于 “ 用膨胀剂防裂为什么有时反而裂得更厉 害？ ”“ 掺用合成纤维就能防裂吗？ ”这样一些问题，则恐 怕连材料工程师也不能正确地解答。在现今混凝土材料更加 复杂、混凝土结构耐久性问题日益突出的情况下，“ 结构设 计人员不了解混凝土，就不是一个真正完全的设计师 ” 2 。 由于专业的樊篱和传统观念的影响，从业主开始，对结 构物主要就要求承载力，对材料就要求强度；而施工方在加 速资金周转的利益驱动下，也迫使混凝土早

7、期强度不断提 高。混凝土主要原材料水泥和骨料的生产也就应市场的需求 而变化。 100 多年来水泥生产技术的发展，主要体现在其活 性不断提高、强度发展加快。而加快强度发展速率主要靠增 加水泥熟料矿物中 C 3 A 和 C 3 S 的含量和粉磨细度。由图 2 可见，由于专业的隔离，水泥的使用者和水泥生产者都不 知道这样的技术措施除提高混凝土强度发展速率外，会带来 什么负面影响；而 目前 粗骨料质量越来越差的原因，也与 用户对强度的要求有关。在现有绝大多数落后的骨料生产技 术条件下，岩石强度越高，破碎后的粒形越差，针、片状颗 粒也越多，以致公称连续级配的石子实际上几乎没有5 10mm 颗粒存在，这是

8、目前混凝土用水量和胶凝材料用量居 高不下的主要原因。但是只要有人买，石子生产商绝不会顾 及对混凝土品质的影响。图 2 专业的樊篱造成的后果示意现 状正如 Nevill 所述： “一个人当然不可能具备所有必要的知 识，因此设计者可以简单地咨询材料专家，然而，除少数特 例外，大多数结构工程师对混凝土的行为都缺乏必要的了 解；材料专家又多是一些纯粹的 科学 家，对结构的问题缺 乏了解，结果他们不知道什么问题要回答，而设计人也不知 道要问些什么 ” 2 。工程中出现问题时，不知怎样才能找 到真正的原因和怎样从根本上来解决。 不仅如此，国内新兴的房地产商也参与打造了这种专业 樊篱。为了某种防范需要，有个

9、不成文的规定：水泥由业主 （甲方）供应。而业主对混凝土和水泥的了解更少，更不知 道为避免混凝土早期开裂影响耐久性，除了强度之外，水泥 应具有哪些品质。二 、打通专业樊篱是 时代 的要求 分工 是人类生活和生产的需要，显然任何个人都不能靠自己独立 的活动满足自身的全部需要，必须借助于他人的劳动和产 品。最早形成分工的因素是不同的性别、年龄、能力以及所 处环境条件的差异，这就是在生产力低下原始 自然 经济 社会 的自然分工。随着生产发展和商品出现，生产和劳动 的分工逐渐发展成社会分工。随着生产的发展，历史上发生 过三次社会大分工：第一次是畜牧业和农业的分离；第二次 是私有制出现后农业和手工业相分离

10、；第三次是商人阶层出 现后城乡分工。随着生产的发展，社会分工也不断发展，逐 渐形成了各个行业。工业革命促使行业精细分工，同时带来 工业时代的分科 教育 。教育的分科越来越细，来源于二次 世界大战后航天技术的兴起，使美国向培养顶尖科学家的 “ 精英教育 ”发展。当前的行业或专业的分科应当说是教育 造成的 。最早 ，在美国 ，工程只 分成军 事工程 (military engineering) 和民用工程 (civil engineering) ；后来，民用工 程如机械、电气、化学等逐渐分出去，最后只剩下土木工 程，就沿用了原来民用工程 (civil engineering) 的名称，因此 现今土

11、木工程包括房屋、道路、铁路、运输管道、隧道、桥 梁、航道、堤坝、洞库、港口、机场、电站、海上采油平 台、给水与排水等所有需要 “ 大兴土木 ”的工程。随着科学 技术的发展，又逐渐出现许多新兴学科。前苏联教育的分科 则比欧美国家更细。 1952 年，我国高校院系调整主要是 “学苏 ”的结果。在院系调整以前，土木系的学生毕业后可 从事土木工程的任何工作，具备很宽的知识面；院系调整 后，把土木、水利分开，土木工程则划分成结构、建造 (construction ，或称施工 )、道路与桥梁、给水与排水、暖房 与通风、工程测量等专业。由于在工程中发现建筑材料和制 品对于土木工程的重要性，在 1958 年增

12、设了建筑材料专 业，这也是 “学苏 ”的结果。 分工是 科技 和生产发展所必须的，精细分工有助于学 科的深入。但是客观 规律 往往是过犹不及。当科技和生产 发展到更复杂的程度时，精细分工造成的知识面狭窄和知识 的缺陷就凸现出来。越是复杂的科学技术，越需要学科的交 叉；越是学科交叉，越是能产生出创新的技术和产品。因此 打通专业樊篱是当今时代的要求。 划分过细的专业培养出的人才缺少什么？在我国 10 年 浩劫使教育处于停顿状态的年代，美国的教育从 20 世纪 70 年代以后开始返回 “ 注重社会化 应用 ” ，开始重视工程教 育。近些年来，国内有些著名大学工民建专业毕业的学生， 擅长于数学、外语和

13、 计算 机，却在毕业时还不知道房子是 怎么盖起来的。他们到设计院里去做设计，认为只要会用计 算机软件就能从事 “设计 ”了。建筑材料专业培养的学生， 则力学基础不如 “ 工民建 ” 的，物理化学基础又不如 “材料 科学”的，更不知道房子是怎样盖起来了。 他们缺少 的是工程的知识，缺少一切与工程有关的知识和相互之间的 知识的渗透。更重要的是 “ 准确地认识和决策 ” 的“通识 能力 ”1 。他们在面对工程中的问题时，常常忘记了已经 学过的最基本的道理，而被一些人云亦云的思维方式所左 右。就好像已有的学识被那些思维 方法 蒙住了。例如对 “大掺量矿物掺和料会降低混凝土 p H 值” 的担心，就是忘

14、 记了在中学就学过的什么是 p H 值 3 。 为什么过去专业隔离造成的问题并没有像现在这样突出 呢？这就是因为 “知识经济时代更要注重的不是 知识爆 炸，而是 知识换代 ” 1 。现代科学技术和生产的 发展，越来越需要不仅使各工科专业知识的交叉和渗透，甚 至也需要文科和理科这两个传统上认为是风马牛不相干的学 科交叉和渗透，更何况密切相关的土木工程大系统内部中的 各个专业 ! 如果道路设计者懂得如何布设现今比过去复杂得 多的地下管线（上下水、电、暖、通讯、煤气等），能与相 应专业交叉合作，就不会发生道路常见“大开膛 ” 的现象 了。在建筑工程中，混凝土材料及其原料的生产发生了很大 变化，设计人

15、员和施工人员并没有关心，他们的知识和观念 还是很久以前得到的，技术措施还是基于那时对材料的了 解。因此他们就不理解为什么过去只有水工的大体积混凝土 结构才需要控制温升，而现在厚度只有 30cm 的墙也需要控 制温度 3 ？他们也不理解，既然在钢筋混凝土中混凝土承 受压应力，那么在楼板设计中取消了受压区的架立钢筋会造 成什么后果？墙的构造筋放在主筋内侧会出现什么后果？反 之，由于缺少结构的知识，混凝土生产者常常在工程中出现 问题时无法回答用户提出的质疑；由于不懂水泥，当他们遇 到 “泡在水里的混凝土也会开裂 ” 的现象时也无法解释。 现代科技需要专业之间的密切合作，进而知识的相互交 叉。电视中曾

16、播放过一个节目，叙述一位腿部残疾的运动员 在世界残疾人运动会上创下 100m 短跑 11 秒 3 的成绩，他 所用的假肢是由三个国家的科技人员共同完成的，因为该项 技术涉及生物、力学、 电子 、机械和材料等专业。跨学科 研究 是科学本质的必然表现，也是当代科学的新特征 4 。 不仅本学科各专业需要交叉、渗透，合作和融合，而且自然 科学与社会科学的结合也是必然的，且意义更加重大的。众 所周知的画家达芬奇同时也是个数学家，集自然科学知识和 社会科学知识于一身。近代科学先驱者培根和迪卡尔是首先 在科学观和方法论上取得了突破，才推动了科学的进展；经 济学家运用自然科学的 理论 和方法获得了创新的成果，

17、如 数学家和经济学家合作创立的对策论、乔治斯库洛根的熵 定律与经济过程等等。可以说，时代需要人的知识结构重 组。学科交叉是当代科学不可阻挡的强大潮流，正在摧毁几 百年来形成的科学知识结构，也冲击着人们头脑中的科学专 业化观念 4 。三、我们应该做什么，能够做什么和怎么 做？ 混凝土技术是进行结构设计的基本知识 2 材料是工 程的基础。不同材料有不同的设计 理论 和 方法 ，以及不同 的施工方法；设计和施工方法必须跟随材料的变化或更新而 变化或更新。土木工程中所有的专业或工程实体都与材料有 关，任何材料和技术都会有利有弊，有得有失。工程中的主 要 问题 是如何处理使用材料时所遇到的各种相互矛盾的

18、因 素，取利弃弊，进而创造条件化弊为利，最大限度地做到得 多失少。其中作为结构材料的混凝土则是用量最大宗的、与 结构安全性和耐久性最密切相关的材料。一方面，当前土工 程技术人员在学校里所学的混凝土知识只是皮毛 5 ；另一 方面，现在高校很多有关混凝土材料教材的 内容 ，除了标 准以外基本上多年没有更新，知识和观念都已陈旧。如 Mehta 说： “ 缺乏混凝土技术的整体论 教育 、缺乏 研究 和实践的整体观是造成近来几个重要工程工程延误，付出高 昂代价的主导原因。 从 Gerwick 和 Idorn 俩人（他们都与混 凝土业联系密切）和我来往的通信表明： 缺乏经验的设计 师制订的不符合实际的规程

19、常常是一个出问题的原因 ” 6 。混凝土是一种能用简单技术制作的复杂体系，用于处 在环境复杂条件下的结构，绝不仅仅是通过 计算 就能保证 承载安全的，一旦丧失耐久性，就危害结构的安全。而结构 的耐久性主要就涉及混凝土材料。不能脱离耐久性考虑混凝 土结构的安全性。因此结构设计人员应当具备这样的复杂体 系的知识，并不断更新。 重视继续教育 曾任教育部长的何东昌说过：人一生只 有 20% 的知识是在学校取得的。由于人对 自然 的认识是不 断 发展 的，知识需要不断更新。王宏甲在他的书中说道： “ 终身 学习 是以个人自主的姿态开拓心灵容纳世界的能 力，是以不断更新的知识保卫我们生活的边疆 ” 1 。

20、终身 学习，在口头上无人反对，但是人们往往不自觉地对自己不 理解或不熟悉的事物产生不同程度的抗拒，而且，在当前商 业竞争激烈的情况下，往往也造成 企业 和个人的短期行 为。事实证明，由那些短期行为所取得的效果常常不能补偿 它所带来的长期的损失。 我国自实行了注册工程师 （ 结构、监理等 ）资格 考试 制 度，最近将举办注册建造师认证考试，这对促进技术人员的 继续学习会起到积极作用。考前辅导是进行继续教育的好机 会，希望注意不要把这宝贵的学习时间用来进行 “ 应试教 育” 。有远见的企业家应当把人力培训放在重要的位置，爱 护和鼓励那些暂时不够应试资格的技术人员学习的积极性， 并且能为他们创造条件

21、。 目前 重视对员工培训的企业太 少，老板们总担心经过培训的员工留不住，担心它们水平提 高了就会 “跳槽 ”。有的时候，员工在工作中遇到问题时， 需要查阅一些资料，这应该属于工作的一部分，但是往往遭 到阻拦。今年 5 月的环球时报发表了一篇关于美国通用 电气公司培训工作的报道，其中说道： “ 美国通用电气公司 认为：为员工提供良好的培训是企业留住人才最好的方式。 因为只有员工感到自己在企业里不断进步、受到重视、能体 现自己的价值，他们才愿意留下 ” 。这是关于凝聚力和人力 培训相互关系的辩证法。美国通用电气公司各层次的管理人 员，包括最高层的，都是自己培训出来的，而且他们也为其 他企业培训或输

22、送人才，其结果是他们的实力 影响 遍及全 世界。 “必须为那些负责设计和施工混凝土结构的人们提供充 分的受教育机会。很显然，如果我们想要明天的材料 科学 家和工程师们能应对本文所描述的挑战（作者注：即所引用 文献 中关于自然资源的保护、工程材料的耐久性和环境污 染混凝土耐久性科学、质量保证和服务寿命预测实验方 法，以及混凝土技术教育中存在的不足之处等），就必须在 让他们掌握扎实的基础理论同时，还有足够的 现代 混凝土 加工技术的实验室和现场经验。 ” 4 首先是要有正确的思维方法 正确的技术决策取决于正 确的观念 , 正确的观念取决于正确的思维方法。采用正确的 思维方法学习，才能正确地认识并运

23、用客观 规律 。现在从 各种渠道得到的信息量是很大的，公开发表的论文真有铺天 盖地之势；专家也多得很。但是因为每个人都有他们自己知 识和实践范围、环境、条件和 历史 ，对某一件事物或问 题，有的有共识，有的却会见仁见智。如果没有正确的思维 方法，可能从不同来源的信息得到互相矛盾的结论，而无所 适从；如果看书、听讲时自己提不出问题，则就不能算作学 习。带着问题学，学了发现问题，才能真正学好，否则就是 人云亦云的盲从。最高层次的思维方法就是哲学。运用辩 证法，具体问题具体 分析，才是正确的思维方法。存在的 不一定都合理，外国的不一定都先进，专家权威不一定都正 确。 贵在主动 土木工程是一个涉及知识

24、面宽，内涵广泛、 门类众多、构成复杂的多分支综合体系，具有很强的综合 性。建造一项大型的土木工程设施一般要经过规划、可行性 论证、勘察、设计和施工等程序，需要运用工程测量、工程 地质勘察、水文地质勘察、土力学、工程力学、工程结构、 工程设计、建筑材料、建筑设备、工程机械、建筑管理、建 筑经济 等学科和施工技术、施工组织等领域的知识，以及 电子计算机、工程实验和力学测试等技术。就绝大多数人 来说，我们并不需要，也不可能通晓土木工程所有专业知识 和技术，但是至少要建立在很多情况下会涉及到跨专业问题 的理念。例如设计者、施工者和混凝土技术人员时常会遇到 需要了解工程所在地区土质和地下水的情况。 具有

25、丰富的跨专业知识的专门人才在历史上有，现实也 存在，这并不是可望而不可及。关键在是否有一种内在的需 要，尤其是同一领域。古埃及第一个金字塔是在公元前 2630 年，由当时第三王朝大臣英霍泰普 (Inhotap) 设计并主 持建造的。他同时是建筑师和工程师 7 。罗马时期索菲亚 大教堂的设计者希腊人恩塞缪斯 (Anthemius) 是当时 ( 公元 537 年 )最伟大的建筑师和工程师，同时还是几何学家和物 理学 家 6 。成为巴黎象征的艾菲尔铁塔 (1889 年 )，其建 筑、结构设计和施工主持人，是承担过 20 年钢结构设计与 施工的法国工程师艾菲尔 (G.Eiffel) 6 。 20 世纪 50 年代和 60 年代，就有不少人从 工业 与民用建筑专业毕业后从事建 筑设计，或建筑学专业毕业后从事结构设计、施