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工程“铁三角” ——从《超级工程》看 机械、材料、信息工程的关系 班级：卓越机械1201 姓名：张 修 硕 学号：120800223 工程“铁三角” ——从《超级工程》看机械、材料、信息工程的关系 班级：卓越机械1201 姓名：张修硕 学号：120800223 摘要：本文从《超级工程》中的案例出发，讨论机械工程、材料科学与工程、信息技术与工程三门工程学科在工程领域的关系，并探讨三门学科在未来的发展趋势。 机械工程，建立在牛顿经典力学基础上的机械学科，引领两次工业革命的浪潮，不断将人类从繁琐的劳动方式中解放出来，成为推动人类生产力进步的巨大动力。 材料科学，工程领域的后起之秀，第三次科技革命的先锋学科，被认为是本世纪最具发展潜力的工程学科。 信息技术，开启第三次科技革命的钥匙，彻底改变了人们的生产模式、思考方式和生活习惯，人类因此迎来了知识大爆炸的信息时代。 我们已经进入一个崭新的历史阶段，过去以某一工程学科为轴心带动工程技术进步的发展模式已经不再适用了，取而代之的是多门工程学科协同进步，共同发展的新模式。在这种新模式下，不同学科之间通过借助彼此的必威体育精装版进展共同创造更为广大的发展空间，从而最大限度地发挥各自的价值。 机械工程、材料科学、信息技术，这三门曾经在不同历史时期引领时代浪潮的工程学科，成为今天工程建设的中流砥柱。 如果把工程比作一个完整的工作电路，那么机械工程就像电源，为工程建设提供技术支持和设计构思；材料科学就像电闸，电闸决定电路的通断，而工程设计能否付诸实施，往往取决于是否具备性能合适的材料；信息技术好比导线，联系不同学科，实现资源共享，为不同领域间的交流与融合提供平台。 对于完整工作电路来说，电源、电闸和导线都是不可或缺的电器元件，而对于工程建设来说，机械工程、材料科学、信息技术也是三足鼎立的关系，共同为工程建设提供支持。因此我把它们比作工程“铁三角”。 下面我以《超级工程》中的两个实例——港珠澳大桥和上海中心大厦的建设为蓝本，发掘机械、材料、信息三门学科之间的深层联系。 在工程建设中，相似的问题出现在不同的环节中，工程师可以从不同的工程学科出发寻求解决方案。 港珠澳大桥的建造面临着诸多挑战，其中，自然震动是最让人头疼的一个。首先，大桥的桥墩必须具备很高的抗震能力——海洋土木工程不但受到来自地震的威胁，更要应对地震可能在海域引发的余波和海啸。为解决这一问题，工程师采用高阻尼橡胶作为大桥支座材料，从而实现耗散地震能量的目的。 同样是为了解决自然震动给桥梁带来的威胁，同济大学在寻找解决涡振问题的方法时，采用风洞模型模拟台风状态下的大气环境，根据实验数据调节桥梁的结构设计，如增设溢流板等。在解决涡振问题中，工程师采用的是机械设计的手段，同样可以实现减震的效果。 面对类似的问题，从不同的学科出发可以得到不同的改造思路。这时，选择合适的出发点是至关重要的。桥墩在结构上几乎没有可以调整的空间，因此工程师选择从材料入手解决问题；而解决涡振问题时，由于没有合适的建材可以代替钢板，因此工程师选择从机械设计出发，直接修改桥梁设计。 从一门学科出发，综合其他学科的研究方法和成果将会获得更为宽广的创新空间。在前面提到的高阻尼橡胶耗散地震能量的例子中，工程师采用先进的结构分析软件寻找最佳减震方案，而这种软件的开发就应用到机械和信息技术的知识。以新材料为核心，辅以科学的机械设计和强大的信息分析工具，从而使工程组能够在大桥开工之前完成整个减震方案的设计。在这个过程中，材料是工程创新的中心，机械设计起到优化方案的作用，而信息技术则为机械设计提供了可靠的功能平台。 现在我们把目光转移到工程整体，分析在整个设计和施工过程中机械、材料和信息之间的关系。 上海中心大厦建造过程中，其惊人的高度是推进工程建设的不可抗阻力之一。为了解决这一难题，工程师们从不同的领域出发，从不同的角度切入问题。 高度给施工带来巨大的安全隐患。为了保障工人的安全，机械工程师设计了与钢筋混凝土核心筒相配套的超级工具——钢平台。然而随着大厦建设的推进，工程师又面临着如何提升钢平台的新问题。他们从攀岩运动中受到启发，将钢平台的内外支架固定在着力孔中，在人工控制下自己“爬升”上去。就这样，由高度引发的安全难题被彻底解开了。 高度还使混凝土的输送变得异常困难。常规的混凝土不能自由流动，需要借助高压泵的推动才能向上输送；然而高压泵又增加了管道堵塞的风险。工程师针对这一问题的策略是将管道堵塞的罪魁祸首——针片状石子“整形”成精品石子，实际上是采用自密实混凝土代替传统材料作为建材。新材料的出现使这个问题以最简单的方式迎刃而解。 高度留给工程师们的最后一个难题是庞大的数据处理和人脑难以想象的复杂模型。BIM（建筑信息模型）系统把设计、施工、设备、材料