《结构工程与工程哲学》从自然、科学、技术、哲学、经济、历史、艺术等多个视角，结合63个典型工程案例，概括了结构工程的科学技术要点，剖析了结构工程的本质和特征，指出了工程观念、工程方法、工程思维对结构工程实践活动的统筹作用，揭示了结构工程创新、结构工程演化的基本规律，阐明了结构工程的四大支柱亦即结构材料、结构体系、结构理论与施工方法的相互作用机制，挖掘了工程大师的思想方法及历史贡献，剖析了结构工程的未来挑战，内容横跨认识论、实践论、工程技术与结构艺术等多个维度，以便在结构工程实践与工程哲学之间的鸿沟上搭建一座“桥梁”，从工程观念、技术方法、力学行为、经济指标等角度将结构工程创新演化的底层技术逻辑展现出来，从而帮助结构工程师更好地认识工程、思考工程、启迪工程智慧，走向结构工程创新实践的新天地。

第1章　多视角下的结构工程
　　一般而言，工程是人们按照特定目的，有组织地利用各种资源与相关要素构建人工存在物的实践过程及其结果的总和。工程实践活动既受自然条件、经济发展、社会环境、历史文化等因素的制约，也需要科学理论、技术方法、工程经验的支撑和指导，有些时候还具有艺术特质，是一个非常复杂的非线性耦合及迭代过程。同时，工程实践活动处在自然、科学、经济、技术、艺术、社会的交叉点上，有多个观察思考的切入角度。本章将结合结构工程的发展历程，简要论述结构工程的内涵，揭示科学、技术和工程的分野及其相互作用机制，厘清科学、技术和工程内涵，剖析研究范式转换对科学研究与技术开发的推动作用，阐明从科学、技术、艺术、哲学等多个视角认识工程和思考工程的价值意义。
　　1.1关于工程
　　1.1.1工程的内涵
　　工程就是以某种预想的目标为依据，应用相关科学理论和技术手段，通过有组织地对自然界物质和能量进行合理利用改造以实现预期价值的“人工过程”。工程*主要的特点就是目标性和复杂性。没有明确的目标，谈不上工程；没有产出或产出为相对简单、单一的产品，一般也不称为工程。工程实践活动的内涵可以概括为“一个对象、两种手段和三个阶段”，一个对象指改造对象的过程和结果，两种手段指技术手段和管理手段，三个阶段即策划阶段、实施阶段和使用阶段。
　　工程具有明确的目标和价值追求、显著的产业/行业经济属性，是在特定的自然、经济、社会、技术、文化等条件约束下，同体异质的技术要素和非技术要素如政治、资本、社会、伦理、管理等的集成与整合。在规划、设计或实施层面，工程也被称为工程实践或工程实践活动，很多时候并未进行严格的区分。工程实践活动作为一种利用自然、有组织有目的改造自然的“人工过程”，是推动经济社会发展、造福人类的主要力量，是现实的、直接的生产力，是一个地区乃至国家竞争力的集中展现，是创新活动的主战场。从价值工程角度来看，工程实践活动是以专业化的技术知识体系为载体、以工程方法和管理手段为依托、以自然条件资源为约束的集成与建构，从而达成某种目的的创造性建构过程。
　　1.1.2工程的外延
　　纵观人类发展历史，从石器时代起至今，工程实践活动就一直是人类生活生产的一部分。构木为巢、掘土为穴、夯土为墙，就是*早的房屋工程；落木为梁、砌石为拱、挂藤越溪，就是简易的桥梁工程；开井采矿、制陶冶铜，就是矿冶工程的发端；采麻织布、采桑养蚕，就是早期的纺织工程；等等。“工程”一词古已有之，在我国始于南北朝，多指土木建筑工程。《新唐书 魏知古传》所言的“会造金仙、玉真观，虽盛夏，工程严促”，比较直接地揭示了工程建设与时令的关系。西方出现“工程”一词则要到14世纪末，开始是指军事设施的建造活动，包括兵器制造、防御工事等，常和machine一词相连，意指机器或装备的制造。**次工业革命之后，随着民用市场规模的不断扩大、新的机械装置的发明创造，“工程”这一概念的含义也逐渐泛化并逐步扩展到房屋建筑、道路桥梁、采矿冶金、机械装备、机械船舶等许多领域。
　　在工程领域壮大发展过程中，工程师逐渐从传统的工匠中分离开来。**次工业革命后，工程实践活动空前活跃，英国市场需要大量具有专门技能的人员从事运河、码头、铁路、桥梁的建造，以及从事船舶、机械、车辆等装备的制造，这类人便被称为工程师。有据可考的**个自称工程师的是英国人约翰 斯密顿（John　Smeaton），他在1759年采用石材、波特兰水泥建成了当时极具挑战的英吉利海峡的埃迪斯通（Eddystone）灯塔，这是自罗马火山灰水泥（pozzolanic　cement）之后的**种人工材料，后来他又建造了多座桥梁和码头，以及数十个水车和风车等当时颇具技术挑战的工程项目。从1768年起，他开始称自己为民用工程师（civilengineer），大意是界定自己是从事民用建筑工程的专业技术人员，以便在工作性质上与西方传统的兵器制造、防御工事建造的“军事工程师”（military　engineer）相区分，从而能够顺利地被建筑市场所接受。相应地，这一类人员的工作领域—土木建筑工程便逐渐地被称为civil　engineering。
　　到了19世纪中叶，现代工程的雏形和主要类别已经基本确立，主要类别如表1-1所示。此后，随着第二次工业革命、第三次工业革命的成果不断向纵深发展、向生产生活领域渗透，工程的疆界急剧扩大，工程纪录不断刷新，逐渐形成了狭义和广义的两种“工程”概念。狭义的“工程”是指一群人通过有组织的活动，构建具有预期使用价值的人造产品的过程及结果，逐渐隐含了产品制造的含义。所谓产品（product），是指被人们使用和消费并能满足人们某种需求的任何东西，一般包括有形物品、无形服务或它们的组合。产品是工程实践活动的主要成果，是行业产业*主要的纽带，也是商品社会、市场经济的基础元素之一。但在有些时候，“工程”一词也用于指具体的工程项目（project），人们对此并没有进行严谨的区分。简单来说，凡是造物活动及其结果都可以视为“工程”，其中一些“工程”以产品的方式在市场上流通。与此同时，“工程”一词也被延伸引用于社会领域，形成了广义的“工程”概念，广义的“工程”是指由一群人为达到某种目的、在一段较长时间内进行协作活动并不一定产出实物的过程，如各种各样的社会工程。
　　进入近现代社会，随着国际贸易的发展、工程规模的扩张、技术的迭代进步，工程价值作用的凸显，工程的实施方式、组织形态产生了深刻的变革，逐渐衍生出产业这一新的组织业态。所谓产业，一般是指建立在同类产品、专业技术、工程系统或服务模式基础上的行业性生产或社会服务的业态，由同类或相近的工程知识、专业体系、技术规则、组织实体、运行模式等通过相互组织集合而成的，如纺织业、建筑业、采矿业、通信业等。产业有些时候也被称为行业，并没有进行严格的区分。产业是一种专门的、中观的经济系统，是国家或区域的核心竞争力。产业/行业发展演化具有自身*特的组织逻辑、影响因素与成长规律，主要目标是达成相应的经济效益与社会效益。工程项目是产业*基本的单元，也是产业持续发展、迭代升级的载体和阶梯。
　　1.1.3关于土木工程
　　在众多的工程领域之中，土木工程是一个古老而现代的工程领域，占据了人类“衣食住行”四大基本需求的相当部分，几千年以来都是经济社会发展的物质基础，长期广受社会各界关注。在漫长的工程演化的过程中，有时候人们所说的工程往往就是指土木工程，以至到今天在一些场合仍存在以土木工程泛指工程领域的现象。
　　在我国，按照国务院学位委员会的定义：“土木工程（civil　engineering）是建造各类工程设施的科学技术的统称。它既指工程建设的对象，即建造在地上、地下、水中的各种工程设施，也指所应用的材料、设备和所进行的勘测、设计、施工、保养、维修等专业技术”。土木工程是工业化和城市化进程*重要的物质载体，是诸多工程领域中体量*大、从业人员*多的领域，也是*具有文化传承、艺术价值的工程领域，很长时间以来都是城市乃至国家综合实力与发展水平的标志。根据建造对象不同，土木工程又可以细分为结构工程、桥梁工程、道路工程、隧道工程、地下工程、防灾减灾及防护工程等。土木工程的科学基础是工程力学和材料科学，与土木工程具有相同或相近科学基础的工程领域还有水利工程、港航工程、近海工程等。
　　以土木工程为核心的建筑业多数时候都是国民经济的支柱产业，是开发和吸纳劳动力资源的重要平台，由于它投入大、带动的行业多，对国民经济的发展具有举足轻重的作用，在不同国家的不同历史时期都发挥了重要而*特的作用。以我国为例，根据国家统计局对各行业2024年GDP核算数据，建筑业增加值达89949.3亿元、占GDP的6.67%，大体与**产业（农林牧渔业96612.9亿元）相当，建筑业从业人数为5117.2万人，仅少于制造业从业人数10481.4万人与批发与零售业5325.8万人。如果考虑与建筑业密切相关的房地产业，其2024年的增加值为84565.2亿元，建筑业、房地产业二者增加值相加，占GDP的比重接近13%，是名副其实的支柱行业。欧美一些发达国家的相关统计结果表明：在工业化城市化进程中，建筑业占GDP比例也多在5%～7%，持续时间常常超过20年，进入工业化中后期，这一比例会有所下降，但建筑业仍是国民经济的支柱产业之一。另一方面，建筑业是消耗自然资源*大的行业，也是碳排放量*大的行业。中国建筑节能协会和重庆大学联合发布的《2024中国建筑与城市基础设施碳排放研究报告》表明：我国建筑业消耗了全球一半左右的钢材和水泥，房屋建筑全过程（不含公路、铁路、地下铁道、发电站等基础设施）能耗占国家全部能耗的44.7%，已经成为我国能耗*大的行业。
　　近40年来，我国正在进行人类历史上*大规模的土木工程实践活动，形成了强大的工程设计与施工能力，取得了****的成就，目前已经迈入工程强国的行列。就建设规模而言，截至2024年底，我国城市率约为67%，累计建成约800多亿m2的各类建筑物、110.81万座公路桥梁、20多万座铁路桥梁、3.26万km长的公路隧道、1.22万km的地下铁道，为8亿人从农村向城市迁移提供了坚实的生产生活条件。就建设成就而言，我国工程界创造出钢管混凝土、多塔悬索桥、空间网格结构等工程创新成果，全世界跨径超过400m的桥梁、高度超过250m的高层建筑约有一半以上在我国；在国际桥梁与结构工程协会（International　Association　for　Bridge　and　Structural　Engineering，IABSE）评出的杰出结构奖中，约有1/4的工程项目在我国，我国企业走出国门、参与建设的国外工程获奖项目也为数不少（参见附表1）。我国土木工程虽然取得了巨大的成就，但就建设品质而言，由于建设规模大、建设速度快、建设时期比较集中等各种因素的影响，工程项目的建设品质仍不能令人满意，在技术创新、工程创新方面仍有很大的提升空间，与传统工程强国如美国、德国、日本、英国、法国、瑞士、丹麦相比还存在一些差距，主要体现在以下五个方面。
　　一是表现在技术开发上，原始性、颠覆性的技术创新与工程创新还不够多，有重大创新、国际影响的工程项目数量还相对比较少，与我国土木工程实践活动的体量不太相称。
　　二是表现在创新机制上，能够将科学研究、技术开发、工程应用、市场推广融为一体，并相互促进的创新生态尚未形成，处在国际土木工程技术前沿、工程业务链顶端的设计咨询单位数量明显偏少。
　　三是表现在领军人物上，催生新技术和新方法、具有国际影响的工程大师数量偏少，不少重大工程项目的方案设计仍由国外建筑师主导，后发劣势比较明显，标准和规范的国际化之路也刚刚起步，与工程创新、技术创新及全球扩散的需求相去甚远。
　　四是表现在工程建设质量上，重建设、轻管养，重施工图设计、轻结构方案构思，重建设投资、轻全寿命成本控制，重分析计算、轻细部构造等现象普遍存在，导致工程建设运维的质量难以令人满意。
　　五是表现在工程观念上，部分工程项目经济性能指标难以令人满意、材料用量偏高、使用性能不佳、耐久性能堪忧、工程品质不高；一些结构工程项目没能很好地兼顾功能性、经济性与艺术性，存在顾此失彼的现象；名为创新、实则怪异，在受力上不合理、经济上不划算、为创新而创新的工程项目数量偏多，占比偏高；等等，不一而足。探究这些现象背后深层次的原因，则是一些结构工程师的工程观念、价值导向存在一定程度的偏差。
　　1.2关于结构工程
　　1.2.1结构工程的内涵
　　结构工程是土木工程中*主要的分支，是一门运用力学方法对各种人工结构物（构筑物）进行研究、设计和分析，并通过对材料性能、结构体系力学性能的高效利用，在安全、经济、合理的前提下，达到抵抗自然界各类作用的学科。广义的结构工程是指地球表面或浅表地壳内的一切人工构筑物，包括水利工程、地下工程及防护工程等；狭义的结构工程在国际上主要是

目录
序一
序二
前言
第1章 多视角下的结构工程 1
1.1 关于工程 1
1.1.1 工程的内涵 1
1.1.2 工程的外延 1
1.1.3 关于土木工程 3
1.2 关于结构工程 5
1.2.1 结构工程的内涵 5
1.2.2 结构工程的要素 6
1.3 结构工程的发展历程 7
1.3.1 古代结构工程 7
1.3.2 近代结构工程 15
1.3.3 现代结构工程 31
1.4 科学、技术和工程的分野 40
1.4.1 科学革命的兴起 40
1.4.2 哲学视域中的科学、技术和工程 47
1.4.3 科学、技术和工程的内涵 49
1.5 结构理论研究和技术开发的范式进阶 55
1.5.1 范式的内涵与价值 56
1.5.2 **范式：实验科学 58
1.5.3 第二范式：理论科学 60
1.5.4 第三范式：计算科学 61
1.5.5 第四范式：数据科学 63
1.6 认识结构工程的几个视角 70
1.6.1 科学视角 70
1.6.2 技术视角 71
1.6.3 艺术视角 72
1.6.4 哲学视角 74
参考文献 82
第2章 结构工程的科学技术概要 84
2.1 结构荷载学 85
2.2 结构设计方法 89
2.2.1 发展历程 89
2.2.2 极限状态设计法 92
2.2.3 极限状态设计法存在的不足 93
2.3 结构体系 97
2.3.1 结构体系的划分方式 97
2.3.2 高层建筑结构 103
2.3.3 大跨建筑结构 114
2.3.4 桥梁结构 130
2.4 结构理论 138
2.4.1 结构（构件）设计理论 138
2.4.2 结构防震理论 145
2.4.3 结构抗风理论与试验手段 154
2.5 结构材料 157
2.5.1 高性能混凝土 158
2.5.2 高性能钢材 160
2.5.3 纤维增强复合材料 161
2.6 施工方法 171
2.6.1 施工方法概述 171
2.6.2 高层建筑结构施工方法 173
2.6.3 大跨建筑结构施工方法 174
2.6.4 桥梁结构施工方法 184
参考文献 195
第3章 结构工程的本质和特征 198
3.1 工程与哲学 198
3.2 工程本质 200
3.3 工程观念 213
3.3.1 工程观念的内涵 215
3.3.2 工程观念的落实 222
3.4 工程方法 231
3.4.1 科学、技术和工程的方法 231
3.4.2 工程方法的主要特征 233
3.5 工程思维 241
3.5.1 思维方式及其主要特点 242
3.5.2 工程思维的基本特点 245
3.5.3 工程思维、科学思维和技术思维的联系与区别 255
3.5.4 工程创新思维 261
3.6 工程与工程师 268
3.6.1 工程师的由来和作用 269
3.6.2 工程师的职业特征 270
3.6.3 工程师的社会地位 274
3.6.4 结构工程师与建筑师 277
3.7 工程教育 289
3.7.1 高等工程教育的发展历程 290
3.7.2 未来工程对工程人才的要求 294
3.7.3 高等工程教育回归工程之路 295
参考文献 299
第4章 结构工程的设计 302
4.1 关于设计 303
4.1.1 设计的内涵 303
4.1.2 设计的历史沿革 304
4.1.3 工程设计 306
4.2 结构工程设计的特点和准则 317
4.2.1 结构工程设计的主要特点 318
4.2.2 结构工程设计的若干准则 323
4.3 结构工程的概念设计 344
4.3.1 概念设计的内涵与价值 345
4.3.2 概念设计的任务内容 348
4.3.3 概念设计的基本流程 350
4.4 结构工程设计中的若干冲突 353
4.4.1 安全性与经济性 354
4.4.2 规范性与创新性 362
4.4.3 总体构思与细部设计 368
4.4.4 初步估算与详细分析 372
4.4.5 设计创新与工程缺陷 374
4.5 工程事故对工程设计的启迪 384
4.5.1 技术内部要素的平衡协同 388
4.5.2 非技术因素风险的排查化解 393
4.5.3 工程背后科学问题的挖掘提练 404
参考文献 412
第5章 结构工程的创新 414
5.1 关于创新 414
5.1.1 创新的内涵与外延 414
5.1.2 技术创新与工程创新 418
5.2 结构工程创新的应然性与实然性 428
5.2.1 结构工程创新的应然性 428
5.2.2 结构工程创新的实然性 431
5.2.3 “不成功”工程创新的一般原因分析 434
5.3 结构工程的创新载体 452
5.3.1 结构体系的创新 452
5.3.2 结构材料的创新 479
5.3.3 施工方法的创新 487
5.4 结构工程的创新机制 500
5.4.1 结构工程创新机制的简要剖析 501
5.4.2 结构工程创新群体的特质 505
5.5 结构工程的演化 518
5.5.1 关于工程演化 518
5.5.2 结构工程的演化要素 521
5.5.3 结构工程的演化动力 531
5.5.4 结构工程的演化机制 534
参考文献 547
第6章 结构工程的未来挑战 549
6.1 现代结构工程的发展趋势 550
6.2 未来结构工程面临的挑战 558
6.2.1 观念层面的挑战 558
6.2.2 科学层面的挑战 562
6.2.3 技术层面的挑战 565
参考文献 581
附录：IABSE杰出结构奖 583
全书案例目录*
案例1-1 石拱结构的起源与发展—“经验性技术”的漫长进阶之路 9
案例1-2 “铁钢时代”结构工程的开端—从依赖经验转向依靠科学 20
案例1-3 英国伦敦水晶宫—装配式结构的萌芽 27
案例1-4 现代斜拉桥的诞生与发展—技术自我进化机制的迭代作用 35
案例1-5 英国不列颠尼亚桥的模型试验—科学理论指导工程实践的开端 44
案例1-6 大跨径悬索桥抗风对策的探索—经验性技术与科学发现的对垒 50
案例1-7 有限元法60年—计算科学及CAE软件对结构工程的推动作用 66
案例1-8 技术与艺术的矛盾统一体—圣地亚哥 卡拉特拉瓦代表性作品赏析 76
案例2-1 荷载科学性与社会性的妥协—关于结构抗震设防标准的两点讨论 86
案例2-2 小半径*线连续梁变形的释放与约束—设计思想如何顺应结构的受力机理 94
案例2-3 从纽约帝国大厦到香港中银大厦—高层建筑结构的抗侧力体系的迭代演化 108
案例2-4 从罗马体育馆到亚特兰大乔治亚穹顶—现代大跨建筑结构形式演化的几个典型切片 119
案例2-5 张弦结构—一种刚柔相济的大跨建筑结构形式 124
案例2-6 从4E原则来看不同桥梁结构体系的经济适用跨径—技术内在规律的外部体现 134
案例2-7 几座钢箱梁桥的屈*失稳—工程事故对设计计算理论的推动作用 141
案例2-8 结构抗震体系的保险丝—林同炎、邓文中对可牺牲性构件的演绎 149
案例2-9 混凝土性能改良改进的百年历程回顾—技术内部因素整体统筹作用的启示 163
案例2-10 钢管混凝土的发展—材料开发与结构形式及施工方法相互作用的典范 168
案例2-11 悉尼歌剧院—结构艺术性与施工可实现性的冲突及其解决之道 177
案例2-12 万州长江大桥—施工方法对大跨径拱桥建设的制约与促进作用 187
案例2-13 广州丫髻沙大桥—大跨径桥梁转体施工的里程碑 193
案例3-1 从几种新型桥梁结构名称的争论与演变说起—基于工程本质的抽象 206
案例3-2 从*柱墩连续梁倾覆来看工程的稳健性—基于工程事故的反思 211
案例3-3 法属留尼旺岛普莱支流河大桥—践行工程系统观的典范 220
案例3-4 近70年来我国结构工程设计原则的演变—工程观念落实的一个缩影 223
案例3-5 装配式混凝土结构的困局—基于工程观念的思考和认识 227
案例3-6 如何应对混凝土结构徐变的不确定性—基于科学方法、技术方法与工程方法的比较 237
案例3-7 工程思维的样式剖析—结构工程实践活动中几种典型思维方式的探讨 249
案例3-8 工程思维与技术思维融合的样板—德国法兰克福银行大厦结构设计方案剖析 257
案例3-9 工程创新思维的样本解剖—荷兰鹿特丹伊拉斯穆斯大桥的方案构思要点 265
案例3-10 20世纪*伟大的30位结构工程大师及其主要贡献—基于历史的沉淀 281
案例3-11 从几座人行景观桥梁说起—兼论建筑师与桥梁工程师着眼点的差异 284
案例3-12 高等工程教育的典范—浅析苏黎世联邦理工学院的办学传统 298
案例4-1 建筑设计的本质是什么—技术性与艺术性如何兼容统筹 308
案例4-2 瑞士阳光桥—一座融技术性与艺术性为一体的桥梁 312
案例4-3 若干座体育场结构材料用量比较—结构形式对经济指标的决定性作用 319
案例4-4 结构设计的真实性与适用性—基于我国若干座城市桥梁实例的反思 334
案例4-5 结构的强健性—基于工程事故的反思批判 340
案例4-6 若干座大跨径公路拱桥的经济指标对比—概念设计决定工程品质 350
案例4-7 重庆菜园坝长江大桥的概念设计—创造性与艺术性高度协同的典范 352
案例4-8 开创大跨径悬索桥抗风新纪元的英国塞文桥—一座安全性与经济性协调不当的“病”桥 357
案例4-9 拱肋面外稳定解决途径的创新—规范性、创新性与艺术性融合的工程实践探索 365
案例4-10 浙江嘉绍大桥细部构造的创新—兼论细部构造对总体构思的关键支撑作用 370
案例4-11 深圳赛格大厦的异常振动事件—工程隐患是如何演化为工程事故的 375
案例4-12 预应力混凝土箱梁桥底板崩裂—游走在“不知”与“不为”之间的多发事故 387
案例4-13 拉索的防护构造工艺的改良与迭代—基于工程经验教训的累积 391
案例4-14 正交异性板在中国的改良实践—工程隐患多源性的综合化解 395
案例4-15 船舶撞击桥梁事故的防范—基于工程系统观念的考量和反思 396
案例4-16 纽约花旗集团大厦隐患的消除—如何有效化解工程风险 407
案例5-1 现代桥梁工程创新成果简况表—基于工程历史尺度的积淀 424
案例5-2 城市交通综合体—现代结构工程创新的新天地 435
案例5-3 希腊里翁-安蒂里翁大桥—当代结构工程创新的典范 442
案例5-4 广州塔—当代结构工程艺术与技术创新融合的典范 456
案例5-5 建筑工程与桥梁工程结构形式的相互借鉴—基于三个典型工程案例的剖析 465
案例5-6 常泰长江大桥—结构体系改进的新模板 472
案例5