泰尔弗特.pdf

泰尔福特泰尔福特与土木工程教育与土木工程教育泰尔福特的计算手稿泰尔福特的计算手稿1土木工程学之父土木工程学之父托马斯托马斯泰尔福特泰尔福特Thomas TelfordThomas Telford1757183417571834泰尔福特泰尔福特是苏格兰邓弗里是苏格兰邓弗里斯郡一个牧羊人的儿子，靠他斯郡一个牧羊人的儿子，靠他自己的努力和决心，成为了世自己的努力和决心，成为了世界顶尖的土木工程师。界顶尖的土木工程师。通过一系列公路、桥梁、港口、通过一系列公路、桥梁、港口、教堂、运河等工程的建设，他教堂、运河等工程的建设，他使得“使得“国家前进了至少国家前进了至少100100年年”。”。晚年担任晚年担任第一所土木工程学校第一所土木工程学校的校长的校长，并被后世称为（，并被后世称为（土木土木工程学之父工程学之父）。）。2 童年童年父亲是个牧羊人，兼做刻墓碑的工作。泰尔福特父亲是个牧羊人，兼做刻墓碑的工作。泰尔福特出生三出生三个个月月后后，父，父亲亲病故病故。靠其母帮佣为生，家境贫穷。靠其母帮佣为生，家境贫穷。读小学时课余替人放羊，兼学刻墓碑，屡受师傅虐待。读小学时课余替人放羊，兼学刻墓碑，屡受师傅虐待。学习石匠学习石匠后来跟工头后来跟工头Andrew ThomsonAndrew Thomson学石匠。学石匠。17781778年他第一次负责工程，在年他第一次负责工程，在兰荷姆郡的依斯克河建造了一座石桥。兰荷姆郡的依斯克河建造了一座石桥。3泰尔福德初期所建跨越迪河的石桥泰尔福德初期所建跨越迪河的石桥4 工程学习工程学习17801780年，他前往伦敦，师从当时英国最杰出的两位建筑师罗伯特年，他前往伦敦，师从当时英国最杰出的两位建筑师罗伯特.亚当亚当（Robert AdamRobert Adam）与威廉与威廉钱伯斯爵士（钱伯斯爵士（Sir William ChambersSir William Chambers）学习，到他）学习，到他们的建筑事务所中当学徒。二年后，他升任建筑师，担任普茨茅斯海军军们的建筑事务所中当学徒。二年后，他升任建筑师，担任普茨茅斯海军军港的建筑总监，也接下不少设计建造伦敦豪宅的工程。港的建筑总监，也接下不少设计建造伦敦豪宅的工程。工作之余，他到医学院旁听化学课程。他写道：工作之余，他到医学院旁听化学课程。他写道：（我为建筑而狂热，周围的同学修化学是想了解人体，我却想知道快干水我为建筑而狂热，周围的同学修化学是想了解人体，我却想知道快干水泥固化的原理。泥固化的原理。）他经常去各大学旁听，到牛津大学旁听，他深刻地思考：（他经常去各大学旁听，到牛津大学旁听，他深刻地思考：（什么样的什么样的工程最具人道关怀，并能够帮助贫苦的百姓？工程最具人道关怀，并能够帮助贫苦的百姓？）他决定转向公共工程。）他决定转向公共工程。5第一个大工程第一个大工程-爱斯米尔运河爱斯米尔运河爱斯米尔的周遭是一大片经常滞水的沼泽地，要在这片乏人居住的爱斯米尔的周遭是一大片经常滞水的沼泽地，要在这片乏人居住的沼泽地建一条运河，是项艰巨的工程。沼泽地建一条运河，是项艰巨的工程。他在工程各阶段期间，他在工程各阶段期间，分别分别进行进行（工程材料试验工程材料试验）与与（水工模型试水工模型试验验），这深深影响日后土木工程学的发展。，这深深影响日后土木工程学的发展。他提出他提出：（：（土木工程不仅是经验的传承，更是建立在试验与研究的土木工程不仅是经验的传承，更是建立在试验与研究的两大基础上。两大基础上。）为此，他的工程队都设有自己的实验人员与实验室。为此，他的工程队都设有自己的实验人员与实验室。6泰尔福德所建的爱斯米尔运河，运河建在桥上，河床高于地面泰尔福德所建的爱斯米尔运河，运河建在桥上，河床高于地面7第二个大工程第二个大工程北苏格兰高地公路北苏格兰高地公路苏格兰北部高地的交通非常不便，崇山峻岭，深谷交错。苏格兰北部高地的交通非常不便，崇山峻岭，深谷交错。18011801年，英年，英国政府决定在此建造一公路网，道路全长约国政府决定在此建造一公路网，道路全长约1,5001,500公里，途中要穿越公里，途中要穿越1,2001,200条条溪流。溪流。泰尔福德泰尔福德认为建造这些道路，可以改善家乡父老的生活。认为建造这些道路，可以改善家乡父老的生活。北苏格兰高地北苏格兰高地8他他在书中在书中写道：写道：（我的心中有一股不止息的热忱，每当获得一个工程建设我的心中有一股不止息的热忱，每当获得一个工程建设的机会，我就像孩子获得宝藏般地兴奋。的机会，我就像孩子获得宝藏般地兴奋。）（）（过去许多人认为苏格兰高地过去许多人认为苏格兰高地限制了工程师发挥的空间，但是愈大的困难，我愈想去克服。道路能使当限制了工程师发挥的空间，但是愈大的困难，我愈想去克服。道路能使当地的粮食顺利输送至港口销售，改善他们的生活是我的责任。地的粮食顺利输送至港口销售，改善他们的生活是我的责任。）他认为建造山地道路最重要的在于地基稳固，排水通畅与坡度控制。他认为建造山地道路最重要的在于地基稳固，排水通畅与坡度控制。他采用古罗马道路的建筑法，去除易滑的路面后，在地面铺上他采用古罗马道路的建筑法，去除易滑的路面后，在地面铺上1818 2222公分深公分深的岩石，上面再铺的岩石，上面再铺1010公分深的砾石，砾石层上又铺公分深的砾石，砾石层上又铺6 6公分深的小砾石，最后公分深的小砾石，最后又铺上又铺上3.83.8公分深的卵石为路面。道路的中央线略高，以利雨水流入路边的公分深的卵石为路面。道路的中央线略高，以利雨水流入路边的排水沟，马路采用排水沟，马路采用1 1比比3030的坡度建造。他的工程队有的坡度建造。他的工程队有3,2003,200个工人，采用四轮个工人，采用四轮班制，以十八年的时间，为苏格兰高地开建四通八达的道路。班制，以十八年的时间，为苏格兰高地开建四通八达的道路。918031803年，泰尔福德接受年，泰尔福德接受了了加利多尼安运河的监造总工程师一职。这条加利多尼安运河的监造总工程师一职。这条运河东接北海，西通大西洋，所经路线是景色优美的苏格兰大纵谷，后来运河东接北海，西通大西洋，所经路线是景色优美的苏格兰大纵谷，后来有欧洲最美丽运河的美誉。但是工程的进行非常困难，主要的原因是有欧洲最美丽运河的美誉。但是工程的进行非常困难，主要的原因是英国政府要求三桅大船能够航行此运河，所以运河水深英国政府要求三桅大船能够航行此运河，所以运河水深1515公尺，采用公尺，采用梯形断面，渠顶梯形断面，渠顶3030公尺宽，底部公尺宽，底部6 6公尺宽。公尺宽。第三个大工程第三个大工程加利多尼安运河加利多尼安运河过去曾有杰出的科学家过去曾有杰出的科学家（蒸汽机的发明者蒸汽机的发明者）詹姆斯詹姆斯瓦特瓦特（James Watt,James Watt,17361736-18191819）与著名的工程师（伦敦铁桥的建造者）与著名的工程师（伦敦铁桥的建造者）约翰约翰伦尼伦尼（John John Rennie,1761Rennie,1761-18211821）尝试开挖，但都失败，失败的关键在于要引北海之水进）尝试开挖，但都失败，失败的关键在于要引北海之水进入河道，需要有一个强而稳固的引水口，才能抵抗北海的大浪。入河道，需要有一个强而稳固的引水口，才能抵抗北海的大浪。10泰尔福德先用二年的时间，仔细地测量运河预定路线，并且计算所需泰尔福德先用二年的时间，仔细地测量运河预定路线，并且计算所需要的人力、材料与费用要的人力、材料与费用。工程一开始，他请工程一开始，他请瓦特瓦特与与伦尼伦尼担任咨询顾问，并担任咨询顾问，并且聘请且聘请三位大学教授三位大学教授帮他复核工程设计与演算。他首先浚深北海的弗特罗帮他复核工程设计与演算。他首先浚深北海的弗特罗斯港，将港口底下斯港，将港口底下2020公尺深的淤泥全都清除，并做一道公尺深的淤泥全都清除，并做一道400400公尺长的引水渠公尺长的引水渠道推向深海，再以大块岩石筑成一道引水的水门，直接从深海取水，光是道推向深海，再以大块岩石筑成一道引水的水门，直接从深海取水，光是这一渠道工程就花费一年的时间。这一渠道工程就花费一年的时间。而后他将工程分成十四个区段，将而后他将工程分成十四个区段，将1,4001,400个工人分成十四个工程小队分个工人分成十四个工程小队分头进行，并召集各工程队的负责工程师定期讨论。头进行，并召集各工程队的负责工程师定期讨论。他为工人盖的临时房子有一流的家具与设备，并且特聘一流厨师提供他为工人盖的临时房子有一流的家具与设备，并且特聘一流厨师提供一流的饮食。一流的饮食。11泰尔福德开凿的加利多尼安运河泰尔福德开凿的加利多尼安运河12利物浦的西方，有一个凸出的海岬名叫荷利海德，这是英格兰与爱尔兰利物浦的西方，有一个凸出的海岬名叫荷利海德，这是英格兰与爱尔兰最接近的地方。最接近的地方。18111811年，英国政府决定兴建一条公路，能够自荷利海德，经年，英国政府决定兴建一条公路，能够自荷利海德，经过威尔过威尔士士接到伦敦，成为伦敦前往荷利海德港的驿马车道。同年，泰尔福德接到伦敦，成为伦敦前往荷利海德港的驿马车道。同年，泰尔福德接受此一任务。接受此一任务。他认为这个工程最困难的地方，在于由威尔他认为这个工程最困难的地方，在于由威尔士士到荷利海德时，需横越狭到荷利海德时，需横越狭长的麦奈海峡，由于水流急速，没有办法建造桥墩横越。他决定建造一座吊长的麦奈海峡，由于水流急速，没有办法建造桥墩横越。他决定建造一座吊桥横越，他做了桥横越，他做了200200次以上的实验，确定用每平方公分承受次以上的实验，确定用每平方公分承受1.711.71吨力量的钢吨力量的钢索来负荷桥重。为了安全，他建议加倍以每平方公分索来负荷桥重。为了安全，他建议加倍以每平方公分3.423.42吨的负荷去建造。吨的负荷去建造。第四个大工程第四个大工程麦（梅）奈吊桥麦（梅）奈吊桥18191819年年开工开工，他立刻调来，他立刻调来300300个最有经验的工人，采购个最有经验的工人，采购2,8102,810吨最好的钢吨最好的钢材，建造这一条当时世界上最长的吊桥，工程的成功获得举世的赞扬。材，建造这一条当时世界上最长的吊桥，工程的成功获得举世的赞扬。131415泰尔福德所建的麦奈吊桥泰尔福德所建的麦奈吊桥16当时当时世界上世界上已有不少土木工程的已有不少土木工程的先进先进知识知识：法国科学家帕利西（法国科学家帕利西（Bernard Palissy,1509Bernard Palissy,1509-15901590）成立（）成立（水土保持学水土保持学）。）。意大利医生圣托力欧（意大利医生圣托力欧（Santoris,1561Santoris,1561-16361636）制造出第一支）制造出第一支流速测定仪流速测定仪。罗马圣本笃修道院修道士卡斯提里（罗马圣本笃修道院修道士卡斯提里（Benedetto Castelli,1577Benedetto Castelli,1577-16441644）提出（）提出（水流连续性法则），开启了（水流连续性法则），开启了（水力学水力学）与）与（水资源工程学）（水资源工程学）。法国经济学家佩罗（法国经济学家佩罗（Pierre Perrault 1608Pierre Perrault 1608-16801680），以水文计算开启了（），以水文计算开启了（水文水文学学）。）。法国科学家马里欧第（法国科学家马里欧第（Edme Mariotte,1620Edme Mariotte,1620-16841684）首先提出（）首先提出（虹吸原理虹吸原理），后来虹吸管又称为马里欧第管。，后来虹吸管又称为马里欧第管。法国科学家帕斯卡（法国科学家帕斯卡（Blaise Pascal,1623Blaise Pascal,1623-16621662）开启了（）开启了（流体静力学流体静力学）。）。瑞士科学家伯努力（瑞士科学家伯努力（Daniel Bernoulli,1700Daniel Bernoulli,1700-17821782）开启了（）开启了（流体动力学流体动力学）。）。土木工程各学科的起源土木工程各学科的起源17 英国弃法从工的斯密顿（英国弃法从工的斯密顿（John Smeaton,1724John Smeaton,1724-17921792）用水泥建立第一座灯）用水泥建立第一座灯塔，他在塔，他在17711771年成立世界上第一个（土木工程师学会），年成立世界上第一个（土木工程师学会），并将这工程取名并将这工程取名为为土木（土木（civilcivil），），为的是区分工程不是只为战争，而是为了和平、为了居为的是区分工程不是只为战争，而是为了和平、为了居民与为了促进公共建设，他将从事这种工作的人称为民与为了促进公共建设，他将从事这种工作的人称为工程师（工程师（engineersengineers），工程师的原意是解决问题的人。虽然有土木工程师学会，但是仍然缺乏，工程师的原意是解决问题的人。虽然有土木工程师学会，但是仍然缺乏专门培育土木工程师的学校。专门培育土木工程师的学校。18法国人最早将土木工程的知识用来教育学生，法国人最早将土木工程的知识用来教育学生，17161716年法国的陆军首先年法国的陆军首先开设开设（工兵学校工兵学校），教育士兵搭桥铺路。，教育士兵搭桥铺路。17461746年法国皇家在巴黎成立年法国皇家在巴黎成立（桥桥梁与高速道路学院梁与高速道路学院）教育学生，这所学校后来出了一些著名的工程师，如教育学生，这所学校后来出了一些著名的工程师，如研究渠道水流阻力的哲塞（研究渠道水流阻力的哲塞（Antoine Cheyz,1718Antoine Cheyz,1718-17981798）、研究自来水管设计）、研究自来水管设计原理的杜波埃特（原理的杜波埃特（Pierre LouisGeorge Du Buat,1734Pierre LouisGeorge Du Buat,1734-18091809）等。）等。早期的工程教育，较注重经验的传授，缺乏数理的演算。早期的工程教育，较注重经验的传授，缺乏数理的演算。18201820年年1 1月月2525日，泰尔福德招聚学生，成立了第一所土木工程师学校（日，泰尔福德招聚学生，成立了第一所土木工程师学校（土木工程师学院土木工程师学院）。这是最早的土木工程学系科，不是先有系科才去招收学生，而是先有）。这是最早的土木工程学系科，不是先有系科才去招收学生，而是先有求知若渴的学生，才成立这个系科。他认为土木工程的教育，不止在经验求知若渴的学生，才成立这个系科。他认为土木工程的教育，不止在经验的传承，更需要成为一门精确的科学，为此他将物理机械论与数学放入土的传承，更需要成为一门精确的科学，为此他将物理机械论与数学放入土木工程的课程中。木工程的课程中。第一所土木工程学校第一所土木工程学校19有人问他：有人问他：什么样的人适合当土木工程师呢？什么样的人适合当土木工程师呢？他答道：这个世界上永远是要收的庄稼多，作工的人少。不是没有人，而他答道：这个世界上永远是要收的庄稼多，作工的人少。不是没有人，而是符合资格的人少。成为工程师的首要资格是这个人是符合资格的人少。成为工程师的首要资格是这个人值得信任值得信任，其次是，其次是有有求知的态度求知的态度以及以及容易与人相处的气质容易与人相处的气质。年轻人不用去分辨自己是适合做建。年轻人不用去分辨自己是适合做建筑师，还是大地测量员？初学者只需一般工程的知识，不需要具备特殊的筑师，还是大地测量员？初学者只需一般工程的知识，不需要具备特殊的技术。到了职场，很快就能学得特殊的技术，所以年轻人不用去思考自己技术。到了职场，很快就能学得特殊的技术，所以年轻人不用去思考自己适合哪种工作，而是要适合哪种工作，而是要竭力成为所有工作的最佳人选竭力成为所有工作的最佳人选。关于工程师的资格关于工程师的资格20他晚年将一生所赚的钱，为苏格兰高地的孩子设立奖学金，鼓励贫穷他晚年将一生所赚的钱，为苏格兰高地的孩子设立奖学金，鼓励贫穷家庭的小孩上大学，又为高地的居民设立图书馆，鼓励他们念书。最后，家庭的小孩上大学，又为高地的居民设立图书馆，鼓励他们念书。最后，在一八二四年至一八三四年间，他在高地设计建造了四十二间的教堂。在一八二四年至一八三四年间，他在高地设计建造了四十二间的教堂。一八三四年九月二日，他病逝，葬于威斯敏斯特修道院。他的工作彷一八三四年九月二日，他病逝，葬于威斯敏斯特修道院。他的工作彷佛结束了，他的影响力却不断地扩散出去。佛结束了，他的影响力却不断地扩散出去。18381838年伦敦国王大学开始有土木工程学的课程。年伦敦国王大学开始有土木工程学的课程。18401840年苏格兰格拉斯哥大学（年苏格兰格拉斯哥大学（University ofGlasgowUniversity ofGlasgow）成立第一个土木工）成立第一个土木工程学系程学系 而后各大学纷纷仿效。从此培育出成千上万的土木工程师，踏着泰尔福而后各大学纷纷仿效。从此培育出成千上万的土木工程师，踏着泰尔福德的脚步，不断地往前进。德的脚步，不断地往前进。土木工程学系科的普及土木工程学系科的普及21