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| 內容簡介： |
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《中国工程科技2035发展战略·土木、水利与建筑领域报告》在系统分析世界科技发展大贵的基础上，紧密结合中国建设社会主义现代化国家的战略与需求，对土木、水利与建筑领域工程科技发展战略进行了深入研究，提出了面向2035年的中国土木、水利与建筑领域工程科技发展战略目标、重点任务与发展路径；分析了该领域工程科技关键技术、重要共性技术、重要颠覆性技术，提出了重大工程、重大工程科技专项建议，并对需要重点部署的基础研究方向提出了政策建议。
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目录总序/i前言/ix第一章 面向2035 年的世界工程科技发展趋势前瞻/1第一节 本领域工程科技国际先进水平与前沿问题综述/1第二节 面向2035 年本领域工程科技发展趋势及影响/31第二章 国家经济社会发展对领域工程科技的需求/51第一节 2035 年本领域相关的经济社会发展情景/ 领域工程科技与产业特征/51第二节 需要解决的重大问题及其对工程科技的需求/62第三章 本领域我国工程科技技术预见结果与发展能力分析/74第一节 技术预见工作开展/74第二节 技术预见结果分析/81第三节 本领域工程科技发展的制约因素/103第四章 发展思路与战略目标/117第一节 发展思路/117第二节 战略目标/126第三节 本领域工程科技发展的总体架构/142第五章 工程科技重点任务与发展路径/155第一节 城市与建筑领域重点任务/155第二节 土木工程领域重点任务/159第三节 水利与水资源领域重点任务/167第四节 城市水安全领域重点任务/171第五节 测绘与区域发展领域重点任务/176第六节 交通工程领域重点任务/181第七节 智慧城市领域重点任务/189第八节 面向2035 年我国工程科技发展需要优先开展的基础研究方向/195第六章 重大工程/203第七章 重大工程科技专项/209第八章 措施与政策建议/214参考文献/231关键词索引/235
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第一章 面向2035年的世界工程科技发展趋势前瞻 第一节 本领域工程科技国际先进水平与前沿问题综述 一、本领域工程科技国际先进水平 1.世界城镇化进程，特别是以中国为代表的发展中国家的城镇化进程和城镇发展对建筑学科提出了空前的挑战 20世纪城市发展迅速。据联合国资料，2000年，全球人口为60.6亿，城镇化水平为47.2%，城镇人口为28.6亿。2007年，世界上有一半人口生活在城镇，人类社会真正进入“城市世纪”（United Nations，2001；王建国，2005）。到2030年，全世界城镇人口预计为49.8亿，约为全球预计总人口82.7亿的60.2%（许学强等，2009）。如何应对快速城镇化、贫困、资源与环境等方面的挑战将在很大程度上决定世界的未来（赵培红和孙久文，2011）。 中国城市化进程从20世纪80年代起逐渐加快。到2002年年底，全国共有设市城市660座，其中特大城市48座，大城市65座，中等城市222座，小城市325座。全国有建制镇20600个。1978～2002年，城镇化率年均增长0.88个百分点；1980～2000年GDP翻两番，有关研究预测2001～2020年GDP还将翻两番，预计总体上城镇化平均增速会达到年均1个百分点，为此，年均需要新增就业岗位830万个，住房3～4亿m2，建设用地1800km2，生活用水14亿m3，建筑耗能64亿kW？h，以及土地开发资金2700～3600亿元，作为国家支柱产业的建筑行业所面临的挑战****（王建国，2005）。 中国城市化进程也存在突出的问题。党的十九大报告提出了“加快生态文明体制改革，建设美丽中国”的目标（习近平，2017），而城镇化的发展模式与生态文明建设密切相关。城市如何克服粗放型的发展模式（如片面地用“以人定地”方式确定城市发展规模，盲目做大做强等），应对超出控制的发展和变化状况，并使其能在地区社会经济、人口、环境和城乡协调可持续发展的框架内良性运作，保护好地域的自然和文化特色，是当今中国城市化和规划建设中遇到的*重要的科学问题（王建国，2005）。 （1）基于对急速消耗的自然资源和可持续发展思想的深刻理解而引发的对城市与建筑设计中生态技术运用的关注。作为国际建筑界基于“可持续发展”认识前提的专业应对策略，被动式和低能耗的绿色建筑设计与城市设计得到广泛关注。这一领域，美国在绿色建筑标准研究方面取得了突出成果并产生世界性的影响，欧洲则在实验性生态建筑和技术方面研究领先（王建国，2005）。该领域的主要发展趋势包括：注重基于可再生能源和要素利用的被动式建筑设计；多元和多样性的生态技术探索，如适宜技术、中间技术、低技术、软技术以及在建筑中的组合应用；相关的评估、检测、鼓励技术政策、行业技术标准的研究和制定等。 （2）以信息数字技术为代表的建筑学科科技平台的创新。建立在以数字技术为代表的各种新技术基础之上的信息化城市，其空间设计方法有两个主要发展趋势：其一，发展新型城市空间，并依托科技进步逐渐更新现有城市空间和活动组织方式；其二，丰富和发展建筑学科，形**的设计理论与方法及其所依托的数字科技创新平台。这种技术平台将大大提高人们对城市空间的理解能力，加深并拓展空间研究的深度和广度，实现规划设计方案在现实空间中的完全和实时虚拟，对设计方案及其结果进行精确数据分析和预测。近年来，世界上还出现了两类以数字技术为基础的新的建筑形态发展趋势。一类以弗兰克.盖里（Frank Gehry）为代表，在这种趋势中，设计者强调的是施工和建造过程的数字化。另一类以本.凡.伯克尔（Ben Van Berkel）、FOA（Foreign Office Architects）、伯纳德？凯诗（Bernard Cache）和格雷格？林（Greg Lynn）为代表，他们不仅强调施工和建造过程的数字化，他们的设计过程也数字化了（王建国，2005）。从世界范围看，这一领域目前已经成为建筑学科*具成长性的学术前沿领域，并将深刻影响建筑学科的未来发展。 （3）现代城市设计和城市公共空间环境优化。现代城市设计近20年的学科发展主要体现在**理论与方法的完善深化、基于可持续发展思想的学科拓展、结合城市公共空间环境建设的实践创新和数字技术应用等方面。具体发展趋势包括：研究城市设计与建筑设计及城市规划的关系，讨论城市设计作为一门*立学科的概念、理论和方法体系；基于全球环境变迁而考虑的绿色城市设计研究；实践方面主要探讨城镇公共空间环境设计的方法、城市特色的研究、城市历史文化的继承和拓展、城市设计运作管理机制以及结合具体工程型项目的设计优化；数字信息技术的应用和城市设计技术操作过程科学性的改善；基于新型人-环境-资源关系的“理想城市”模式的追求和探索（王建国，2005）。 （4）全球化背景下城市和建筑设计的地域化与历史文化遗产保护。自20世纪50年代后期起，城市和建筑文化的地域特色问题一直是建筑界讨论、研究和实践的主题，也是实现人类社会可持续发展的重要内容（Cohen，1999）。相比发达国家，中国虽然经济发展滞后，但目前城市特色缺失这一问题已经非常普遍而严重，说“特色危机”并非危言耸听。不仅是新建筑，历史建筑也被普遍看作人类文明演进的文化载体。中国是世界上历史文化遗存*丰富的国家之一，加强对历史文化遗产的保护，使城市在体现时代精神的同时富有传统特色，是建设现代化城市进程中必然要面临的重要课题（王建国，2005）。从发展看，这一领域的主要科技问题是地域性的城镇环境特色和历史遗产保护技术的现代化。 （5）建筑学概念、原则和规律等属性的界定及其与时俱进、跨学科研究领域的成长和开拓。建筑学中社会人文科学和工程科学技术的相关性及其范围边界问题是**研究课题之一。这是因为，建筑兼具人文社会科学和工程技术科学的属性，同时有鲜明的民族和地域特征，因而其研究具有显著的复杂性和系统特征。为此，建筑学发展将进一步拓宽视野，加强与各种人文学科的交流与融合。社会学、人类学、经济学、地理学及文化传播理论与方法在城市和建筑设计研究中得到了日益广泛的借鉴及应用，已经构成建筑学科基础理论的重要部分。在此背景下，建筑学科逐渐摆脱原有专业知识和技术领域的局限而开始进行新的开拓，并呈现出研究视野从局部地域日益走向全球化的世界的局面，在重视本土化建筑及技术特色的同时，日益从单一学科走向复合学科，从单纯技术领域走向人文社会与技术科学并举（王建国，2005）。 2.世界各国土木工程技术特色鲜明，新型结构体系不断涌现，大型复杂结构建造技术显著进步，结构全生命设计理念广泛认同，结构抗震试验、计算和设计技术日臻完善 土木结构工程技术的发展和本国的基本国情与发展阶段密切相关，因此世界各国土木结构工程技术的发展各具特色，理念也各有差异，例如，日本由于长期遭受地震灾害的威胁，在抗震技术方面发展迅猛，****，并且其总体技术风格和发展路径与美国又颇有差异，在世界上*树一帜。从2015年英国教育组织Quacquarelli Symonds（QS）颁布的世界学科排名可以看到，土木结构工程学科排名前十位的高校中，欧洲和美国高校各占3席，中国高校占2席，日本和新加坡高校各占1席。因此，除了欧美发达国家和日本这些传统工程科技强国外，中国近年来在土木结构工程领域所取得的科技成就同样也在一定程度上反映了本领域的国际先进水平。党的十九大报告指出，近五年来，我国高速铁路（简称高铁）、公路、桥梁、港口、机场等基础设施建设快速推进，而且这些基础设施建设项目有力地促进了一系列土木工程新技术的研发与应用，使中国在大型复杂结构建造技术，结构抗震试验、计算和设计技术等方面取得了重要突破。 （1）中国大规模基础设施建设促进结构体系的不断创新和大型复杂结构建造技术的不断进步。中国经历了****的大规模基础设施建设，为我国土木结构工程的科技创新提供了前所未有的机遇。我国自主研发了以钢-混凝土组合结构、大跨空间结构、预应力结构等为代表的系列结构新技术综合指标，居于世界先进水平，在节约资源、提高安全、改善居住品质、减少劳动用工等方面优势显著。我国在大型复杂结构和超高层建筑结构设计、分析与施工关键技术方面取得了一系列具有自主知识产权及国际先进水平的核心技术成果，在材料、设计、施工、运维等方面解决了一系列关键的技术难题（中国工程院土木、水利与建筑工程学部，2012），实现了技术极限与传统认知的不断突破，有力地保障了中国重大标志性工程的高水平建设。 （2）土木工程结构可靠性、耐久性及全生命设计理念得到初步实现，并得到广泛认同。土木工程结构的可靠度理论和方法取得了重要进展（赵国藩等，2000），在可靠性数学（李继华，1988）的基础上，逐步发展了适用于土木工程结构的可靠度设计理论体系，对全面提升土木工程结构的安全可靠性起到了至关重要的作用。随着社会经济的快速发展，可持续发展已成为全球性的重大挑战。在这一背景下，倡导注重结构耐久性进而发展为全生命周期设计理论，综合考虑工程结构设计、施工、运营和管理的各个环节，该方向目前已成为国内外*活跃、*前沿的研究领域之一，是国内外学者普遍关注的焦点和研究热点。 （3）基于性能的抗震设计方法得到应用，抗震试验技术不断革新，大规模结构地震灾变模拟得到推广。土木工程结构抗震是近年来本领域进展*快的方向之一。在美国联邦应急管理署（Federal Emergency Management Agency，FEMA）和美国国家科学基金会（National Science Foundation，NSF）的联合资助下，美国科学家和工程师提出了基于性能的抗震设计思想（Applied Technology Council，1997；汪梦甫和周锡元，2003），这标志着结构抗震设计方法迈向了新的高度。美国发起的地震工程模拟网络（network for earthquake engineering simulation，NEES）计划以及日本建造的世界最大规模振动台E-Defense强有力地推动了结构抗震试验技术的进步。振动台试验和拟动力试验作为当今世界*重要的结构抗震试验方法，已被国内外学者广泛接受。在此基础上发展起来的在线混合试验（Pan et al.，2015）等新型试验技术，在揭示复杂结构体系地震灾变机理方面也取得了满意的效果。此外，高性能计算手段的逐步成熟有力地推动了工程结构抗震分析和设计不断向精细化的方向发展。 3.发达国家水资源利用效率普遍高于我国，并形成了较为完善的水资源综合调控和保护修复体系，但重大水工程建设方面我国处于国际先进水平 （1）在综合节水方面，发达国家水资源利用效率普遍高于我国。国外已经发展推广了第五代高效灌溉技术，灌溉水利用率能够达到85%以上，工业节水领域的水资源重复利用率达到90%以上，城市管网漏损率降到6%以下，污水处理回用率达到80%以上。与国际先进水平相比，我国存在差距。一是农业节水方面，在集合多水源调度、高效输配水、水肥一体化智能施配等成套技术，关键节水设备研发，精准灌溉、智能化灌溉等方面与国际先进水平尚有差距；二是工业节水方面，在高用水行业节水技术、工艺和设备研发与应用推广，工业水循环利用，工业园区节水模式等方面有待加强；三是区域节水方面，在结构节水和管理节水、城市输水管网漏损控制技术、雨水和再生水利用等非常规水资源利用方面有待加强。 （2）在水资源综合调控方向，国外形成了以水量水质联合调控为基础、水资源配置与实时调度相耦合的技术支撑系统。部分先进国家已经实现了由供水管理向需水管理的转变。与国际先进水平相比，我国一是基础理论方法方面，在水循环多过程耦合、尺度匹配、不确定性分析、城镇化影响、气候变化应对、生态环境流量、变化环境下地下水演化与调控、学科交叉研究等方面尚比较薄弱；二是水资源调配技术方面，当前我国的总体发展水平较高，但在面向跨区域调水工程的优化配置、水库
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