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米（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以下才能稳定，超过25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510mm颗粒存在，这是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；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 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，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