建筑技术进步需要打破专业樊篱廉慧珍 覃维祖清华大学土木水利学院　　今后，一生中只从事一种职业的人越来越少，……今天专家是高级人才的代称，未来各领域的顶尖人才将更多地表现为那些善于打通专业樊篱、学科壁垒的“通才”。通识教育之重要不仅在于拓宽知识面，更在于培养通识能力，这是比综合能力更高级的认识力。大成功首先得益于准确地认识和决策，再运用综合能力去实施才会取胜。 ──王宏甲：《中国新教育风暴》[1] [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。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φ30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5～6mm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c3a和c3s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。 　　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ph值”的担心，就是忘记了在中学就学过的什么是ph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？　　o　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项目延误，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。　　o　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]。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。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试验方法，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试验室和现场经验。”[4] 　　o　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。　　o　贵在主动土木工程是一个涉及知识面宽，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、工程试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、施工的。现在建筑材料方向培养的研究生也有其他专业的生源，这在一定程度上可以扰动已有的专业樊篱。但是从实际工程来说，建筑工程本来就是一项大的系统工程，各专业都不能缺少。打通专业樊篱，各专业都应当主动，主动向相邻专业请教、学习，主动配合，知己知彼。有条件时，主动造就自己成为以我为主，通晓全土木工程知识的人才。参考文献 [1]王宏甲，中国新教育风暴，北京出版社，2004年8月； [2]a.neville，concrete technology ── an essential element of structural design. concrete international, july, 1998. [3]廉慧珍，思维方法和观念的转变比技术更重要，之一： 传统思维和从众思维对混凝土技术进步的影响，《商品混凝土》2004年第2期； [4]金吾伦，当代科学的新特征，中国青年报，1999年5月16日，第3版； [5] p. k. mehta，concrete technology for sustainable development──an overview of essential principles. international symposium on sustainable development of cement and concrete industry, october, 1998, ottawa.. [6] p. k. mehta，concrete technology at the crossroads── problems and opportunities. concrete technology, past, present and future. aci sp144-1(1994). [7]罗福午，土木工程史话：做整体结合建筑结构施工的建设者，《建筑技术》第33卷第8期，2002年8月。