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龙驭球， 崔京浩， 袁驷， 陆新征
龙驭球，崔京浩，袁 驷，陆新征
(清华大学土木工程系，北京 100084)
摘 要：该文讨论实现“中华民族伟大复兴的中国梦”力学应起和所起的作用。全文共分9个部分：1) 力学；2) 科技；3) 土木；4) 水利；5) 交通；6) 能源；7) 一带一路；8) 兴军强军；9) 结论。比较详尽地阐述了中国建国后特别是改革开放以后与力学有关的国民经济的重大发展。我们四人均先后任职《工程力学》主编，诚以此文献给2017年10月胜利召开的第十九次全国党代表大会。今年(2018年)又适逢钱学森先生1958年所做的“争取力学工作大跃进”报告第60个年头，这个报告促进并加强了力学在国民经济各个领域的强大作用，愿以此文兼及纪念。
关键词：力学；科技；基础设施；能源；一带一路；兴军强军
经典力学又称牛顿力学，是物理学中发展最早的一个分支，它以牛顿的万有引力和三大运动定律为基础，研究宏观世界和低速状态下物体机械运动规律的科学。
机械运动是物质运动最基本的形式。物质在时间空间中的位置变化，包括移动、转动、流动、变形、振动、波动、扩散等，而平衡或静止则是其中的特殊情况。
力是物质间的一种相互作用，机械运动静止或运动状态的变化是由这种相互作用引起的。
古代人们在生产劳动中就应用了杠杆、螺旋、滑轮、斜面等简单机械，从而促进了静力学的发展。
阿基米德(约公元前287年～公元前212年)的浮力原理提出于公元前200多年。这些知识尚属力学科学的萌芽，但在力学发展史中占有重要的地位。
16世纪，资本主义生产方式开始兴起，海外贸易和对外扩张刺激了航海的发展，引发了对天体进行系统观测的迫切要求。
与此同时，以伽利略(1564年～1642年)为代表的物理学家对力学开展了广泛研究，得到了自由落体定律。
随后，牛顿(1642年～1727年)把天体的运动规律和地面上的实验研究成果加以综合，建立了牛顿三大运动定律和万有引力定律，形成比较完整的经典力学体系。以后经过伯努利(1700年～1782年)、拉格朗日(1736年～1813年)、达朗贝尔(1717年～1783年)等的推广和完善，取得了广泛的应用并发展出了流体力学、弹性力学和分析力学等分支。
到了 18世纪，经典力学已经相当成熟，成了自然科学特别是物理学的主导和领先学科。直到20世纪初叶爱因斯坦的相对论提出之前，经典力学近乎是唯一强势的自然科学。
所谓“基础学科”，可以概括为人们通常说的“数理化天地生”。数学很多分支学科的发展大都是为了表述力学行为而出现和发展的，典型的就是微积分的发明和完善。至于物理学甚至可以说是起源于力学，至今工科大学物理的前三章仍然是静力学、运动学和动力学。随着人类对自然的认识日益深化和科技的高速发展，上述六大基础学科中相继诞生了许多力学分支，如天体力学、地质力学、生物力学、数学力学、物理力学等，可见力学对基础学科的发展是举足轻重的。全面地说力学促进了基础学科的发展，同样基础科学又推动了力学的进步。图1形象地给出力学在自然科学发展中的重大作用，有人说力学对物理学和数学发展贡献最大，甚至发挥了相当大的推动作用，这话不无道理；反过来力学的成长和壮大又得益于其他学科的促进和渗透，特别是物理和数学。如相对论就是在牛顿力学无法表述物质运动接近光速时的运动规律，而量子力学则是当牛顿力学用于解释原子、质子等微粒运动碰到障碍而应运而生的。图1中还显示了力学覆盖面最广、拓展延伸功能最强的特点，如热运动、地壳板块运动、化学上的催化裂化、以及医疗上的推拿和牵引几乎无一不包含力学行为。
图1 力学在自然科学发展中的重大作用
Fig.1 The significant role of mechanics in the development of natural science
早在 17世纪牛顿经典力学，就精确地预言了绕地球飞行、进入太阳系飞行以及超出太阳系进入宇宙飞行的三个宇宙速度，分别称为第一、第二和第三宇航速度，它们分别是 7.9 km/s、11.2 km/s、16.7 km/s。这个力学理论上的预言直到20世纪50年代才初步实现。为了实现这个力学理论上的预言，人们在燃料、材料、信息、生物等各个学科进行了深入的研究和探讨，而在工业制造业等国民经济等重大领域同样付出了大量的辛勤的创造性的劳动并取得了重大的乃至突破性的发展和建树之后才实现的。从力学理论上的预言到变成人类生活的现实，竟经历了长达300年的时间，这个事实充分说明力学对基础科学和技术科学有着巨大的推动作用和引领作用。
表1给出了不同时代科学技术的发展与力学的关系，可以看出在科学理论上经历了 17世纪牛顿力学的建立到 20世纪信息论、系统论的诞生，而在技术层面上则先后经历了蒸汽机、电磁、核能和电脑、宇航等不同的发展阶段。
如果从力学效应上分析，表1还显示了无论哪个阶段和技术层面几乎都体现了力学在理论上和技术上的重要性。就以第二阶段的电力应用和普及来看，发电机是转子在定子内旋转而发电的装置。产生发电的这种转动无论采用蒸汽、水力、风力、核能，总之是设法制造或构成一个产生转动的力学行为才行，这是首端。而在尾端常称为电动机，仍然是一个将电能转换成旋转的力学能的过程，然后才能实现制造业常用的钻机、切削、机床、锻压等以力学效应来实现的工业流程。至于第三阶段的核能开发和利用，也同样可以找到力学在其中的重要性。
表1 不同时代科学、技术的发展与力学的关系
Table 1 The relationship between the development of science/technology and mechanics in different periods
现在我们可以理直气壮地说力学在基础学科中是非常重要的，甚至可以说它其实就是基础学科的一部分，而且是极重要的一部分，我把它称之为“物理学的发端和基础”或者说“力学的强势和早熟引领物理学发展”这些定位应该说是基本符合事实的。
我们称“渗入”是因为早期中国的力学乃至整个近代科学并不是主动学习引进的而是“渗入”进来的。
文献记载和考古发现，我国在力学知识的应用上如都江堰水利工程、赵州桥的建造等也算得上比较辉煌的成果，但中国传统的文化内涵使其始终没有向着普遍的定量的规律发展。
最早以“理论”形式传入中国的应属意大利著名的传教士利玛窦(Matteo Ricci，1552年～1610年)，他于明朝万历年间(1582年)来华传教，带来了一些西方比较先进的科学思想。中国虽有少数人关心，但绝大部分是与天文学和历法有关的内容，鲜有关于称得上力学理论和实用方法的发展与记载。
1840年鸦片战争之后，以李鸿章、曾国藩等为首的开展了“师夷长技以制夷”的洋务运动，这项工作对推动中国力学和工业的发展乃至人才的培养都起了积极作用。自 1871年，如先后派出由容闳带领的4批总数120人的赴美留学生，其中就有后来做出重大贡献的詹天佑等人。
1911年辛亥革命推翻了帝制继而以民主和科学为宗旨的五四运动创造了良好的政治文化氛围，一大批公派、家派出国留学的人员日益增多。学习的专业也日益广泛，涉及与力学有关的如航海、土木、采矿、机械、纺织、天文等众多的领域。其中不少人学成归来，报效祖国，最值得称道的是早在1949年以前学成归国的周培源和钱伟长两位先生。
从辛亥革命到解放以前，中国已先后成立了一批现代大学，如天津的北洋大学，北京的辅仁、燕京大学、清华大学，上海的交通大学、同济大学，杭州的浙江大学，其中有的成立的很早，如北洋大学、燕京大学等早在清末辛亥革命前就成立了。
在 1949年新中国成立以前，力学及近代科学在中国已经呈现了一派“兴起”的劲头，仅此而已。快速而带有规模性的大发展还是建国以后的事。
1949年中华人民共和国成立了，当时面临着一个百业待举、百废待兴，各行各业都处在一个大恢复、大发展、大建设阶段。那个年代政府内阁各部的设置，都是按行业划分的，如纺织部、冶金部、化工部、石油部、煤炭部、轻工业部、机械工业部……(这些部在1978年改革开放之后都相继取消了)。相应地在教育上也有一大批对口的按行业命名的学院，如纺织学院、钢铁学院、化工学院、轻工业学院、矿业学院。这些学院在培养目标、专业设置和教学安排上也都围绕着行业的需求来界定，并据此组织教学，也就是常说的解放初期的学苏模式。
这个模式的特点是工科院校大量增加，而几乎所有的工科院校力学是最重要基础课之一，一时出现了力学人才荒，很多工科院校缺乏力学教师。更为严重的是当时国家大量的基础建设项目，由于力学的基础性和对各种工业技术的主导性和普适性，更显示了力学人才的紧缺。加之新兴的中华人民共和国又面临着一个国防安全的问题，需要研制飞机、舰艇乃至导弹和核爆炸，这更需要力学人才了。
解放时留在大陆的力学人才为数有限，建国后经过外交途径的交涉和斡旋，1955年10月18日，钱学森一家平安回国。这期间先后回国的还有郭永怀、王仁、陈宗基等 10几位力学名流，当然还有一些力学与工程界的学者，但总体上是呈现人才不足的状况。
按照建国初期力学人才的紧缺情况，靠常规大学的力学专业培养是远远不够的，而且每年招生人数有限，按照4年制计算，第一批1952年招考的学生要到 1956年才毕业。必须破例突击培养力学人才。
1957年2月，钱学森、周培源、钱伟长、郭永怀等著名力学家创建清华大学力学研究班，专门培养高级力学研究人才。设固体力学与流体力学两个班，每年招生120名，学制两年。论文的研究工作约一年半到两年半。力学班连续办了三届，共招收学员309人。这个力学班就是后人戏称的“力学黄埔”。
学员毕业后大部分派到工科院校、科学院和军工部门，在这些战线上他们发挥了重要的作用，其中许多人陆续成长为技术科学部门、工业部门、军工部门的骨干和领导。
“力学黄埔”的建立和成功充分显示了力学的基础性、普适性和对工程技术的主导作用，此后在中国学科分类上将力学归入技术科学的范畴，列入机械、土木等技术科学之首，强化了力学在技术科学中的指导作用。
力学的发展历程和轨迹一直是物理学发展成熟最早的一个分支，而且与国民经济各行各业联系最为紧密。1955年钱学森回国之后一直倡导力学应归入技术科学，1958年8月，中国力学学会召开常务理事会，钱学森作了“争取力学工作大跃进”的报告(2018年是第60个年头了)，从航空、运输、机械制造、水利、土木建筑、化学工业、冶金工业、石油工业和农业9个方面，提出了力学的科学研究方向和任务。请大家注意，这9个方面几乎囊括了当时国民经济恢复时期主战场的各个领域。
图2示意性地给出了力学在国民经济各领域的重大作用的示意图，从土木水利到电气通讯，从地质气象到机械冶金，力学几乎无处不在。
图2 力学在国民经济中地位和作用
Fig.2 The role of mechanics in national economy
图3给出了一个力学与国民经济各行各业的关系框图，左端是力学的各个分枝，右端是国民经济的各个行业，尽管“分支”和“行业”都不全，也没有必要搞全，仅就罗列的这些已足可以说一句：“几乎每一个行业都离不开力学”，而且力学在这些行业中都是举足轻重的。
图3 力学与国民经济各行业的关系框图
Fig.3 The relationship between mechanics and various disciplines of national economy
图4形象地给出力学各分支学科与工业行业各分支行业的密如蛛网的关系。这个“网”让人们看到了几乎任何一个力学分支在每一个工业行业中都能发挥作用，换言之，任何一个工业行业对每一个力学分支都有需求，以比较“偏远”的爆炸力学为例，无论土木、水利、国防、矿山等都需要它的参与与指导。
如前所述，自钱学森关于“技术科学”的思想引入力学学科之后，从某种意义上将力学从“天地生数理化”的基础科学中“升华”出来，图1既显示了物理学起步于力学又形象地给出了这种升华，因而扩大并加强了它在技术科学以及工程技术领域的主导作用。这个庞大的领域今天看来远不只是当年钱学森讲的航空、运输、机械、水利、土木、化工、冶金、石油、农业9个方面，尚应包括信息材料、生物、航天、国防、能源、环保、医学等众多的领域。我们可以说国民经济的各个行业都和力学有着这样那样的联系，而且许多领域中力学是起主导乃至指导作用的。
《工程力学》期刊之所以稿源丰富，一个重要的原因就在于此。
图4 力学各分支学科与其他学科和行业关系
Fig.4 The relationship of mechanics with other disciplines and industries
“科技”是一个包容性极大的范畴，且是与时俱进的，这里只介绍当今的高科技的产业。
新中国建立不久，就面临着美苏两个超级大国的军事冷战的威胁，我国只能迎头赶上，1964年10月16日第一颗原子弹爆炸成功，1966年10月27日第一颗装有核弹头的地对地导弹发射成功，1967年又引爆了第一颗氢弹(核聚变反应，其破坏力达到裂变反应的5倍)，1970年4月24日我国第一颗高唱东方红的人造地球卫星发射成功，2016年人大决定每年的4月24日定为“中国航天日”，这些成就除裂变和聚变不属于经典力范畴的内容，但它形成的冲击波其运行规律与传统的爆炸并无多大差别，至于卫星升空则一定要达到经典力学界定第一宇宙速度(7.9 km/s)才行。
之后由于众所周知的原因，航天工程暂停了，直到2003年10月15日，我国的杨利伟乘坐神舟五号飞上太空绕地球飞行2天后，于10月17日安全返回，圆了中国人民的航天梦。2005年10月12日神舟六号发射，航天员费俊龙、聂海胜乘坐神舟六号飞船再次飞上太空，并且遨游太空5天、完成一系列太空实验后17日4时32分，神舟六号飞船着陆。2008年9月25日翟志刚等三人乘神舟七号绕地球飞行三天，其间翟志刚还出舱行走。图5给出了神舟七号的发射现场。
图5 2008年9月25日神舟七号在酒泉发射成功[5]
Fig.5 The successful launch of ‘Shenzhou-7’ Spacecraft from Jiuquan on Sep. 25, 2008
2016年10月17日，景海鹏、陈冬乘神舟十一号飞船升空，2天后与我国此前已发射的天宫二号空间实验室对接，在太空飞行了 33天开展了多项有科学价值的技术实验，之后安全返回。
请注意按照我国的传统文化，航天运行的名为“神舟”，奔月的名为“嫦娥”，发射火箭简称为“长征”，空间站目前称为“天宫”，空间实验室今后可能与国际接轨，亦名为“空间站”，但中国文化的“天宫”二字可能保留为“天宫实验站”，运送补给的货运飞船则名为“天舟”。2017年4月21日中国的天舟号在海南卫星发射中心升空，为天宫二号对接输送推进剂等补给物资。使我国成为第三个掌握此项技术的国家。
2017年9月17日16时15分，在经过近5个月飞行后，天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室完成分离。之后又在太空开展了一些拓展试验。一周以后进入大气层烧毁。
在探月方面我国早在2001年10月21日就发射了嫦娥一号，经过4次变轨，进入月球轨道发回大量有价值的信息图片，完成任务后实施撞月。2010年10月10日发射了嫦娥二号，2013年12月14日，中国嫦娥三号实现月球软着陆，这是中国首次以月球车实现着陆和巡视的月球软着陆。
需要说明的是航天探月工程，我国起步较晚，其实早在 1961年前苏联就把宇航员加加林送入太空，继而是美国从1969年7月～1972年12月，美国“阿波罗计划”共发射了7艘载人登月飞船，其中“阿波罗13”号因故障中途返回，其余6次都成功登月，并有 12人在月球表面着陆，带回 386 kg月球岩石。之后载人登月归于寂静，美国开始热衷于登陆火星。
与卫星发射有关的一项新技术是全球卫星导航系统，世界上第一个全球卫星导航系统是美国在20世纪70年代开发的全球定位系统(GPS)，是当时美国实现其全球战略的重要高科技手段。为打破美国的垄断，俄罗斯从苏联时期就开始研制自己的全球卫星导航系统“格洛纳斯”。2002年，欧盟开启了伽利略全球卫星导航计划，中国、以色列、印度、乌克兰等国参与了该计划。
中国必须建设具有自主知识产权的全球卫星导航系统——北斗卫星导航系统，2000年首次发射2颗，截止2016年末已发射20余颗，该系统已覆盖以亚太地区为主的50多个国家，见图6。北斗系统2016年底获国家科技进步特等奖，2017年11月5日19时45分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，以“一箭双星”方式成功发射第二十四颗、第二十五颗北斗导航卫星。这两颗卫星属于中国地球轨道卫星，是我国北斗三号第一颗、第二颗组网卫星，开启了北斗卫星导航系统全球组网的新时代。这次北斗三号全球组网卫星首次发射，将稳步推动北斗三号系统建设，加快北斗系统尽早服务全球，造福全人类。北斗三号在北斗二号性能的基础上，将进一步提升1倍～2倍的定位精度，达到2.5 m～ 5 m的水平。到2018年底前后，将发射 18颗北斗三号组网卫星，覆盖“一带一路”沿线国家；到2020年左右，完成30多颗组网卫星发射，实现全球服务能力。
图6 北斗服务示意图[6]
Fig.6 The service network of Beidou Navigation Satellite System[6]
据介绍，目前北斗导航芯片模块销量已突破3000万片，高精度板卡和天线销量已占据国内市场30%和90%的市场份额，并输出到70余个国家和地区，其中“一带一路”沿线国家和地区 30余个，应用于智能手机和其他消费类产品的国产芯片或IP核数量接近2200万。
与通讯卫星有关的高科技，这几年我国有了长足的发展，如2017年9月全球首颗量子科学实验卫星成功发射，首次实星地量子通讯骨干网“京沪干线”完成了最后调试，这项工作展示了我国在量子信息与量子科技前沿领域的巨大突破。
航天探月卫星导航，离不开把它们送上太空的火箭，我国自主研发运载火箭已先后经历了数代，以2016年披露的长征五号火箭为例，该火箭20层楼高，箭体直径 5 m，近地轨道运载能力达 25 t，是我国 2016年以前最大推力的液氧煤油发动机，也是最大推力的氢氧发动机，总重800多吨，其中90%是零下252℃的液氢和零下183℃的液氧，起飞质量 878 t，尾部火焰温度 3000℃，如隔热不当，液氢可能消耗殆尽。火箭的可靠性最高0.98。
2017年4月在海南发射场发射“天舟”的则是长征七号，远较长征五号更为壮观，其助推器长27 m，采用我国目前最先进的高压补燃液氧煤油发动机，并且采用6台并联起飞工作，起飞推力达到700余吨。凭借着强大的动力，长征七号运载能力达到了现役火箭的 1.5倍，见图 7，实现了我国火箭的跨越式发展。此外，液氧和煤油燃烧后产生的二氧化碳和水，不会对环境造成污染。
图7 长征七号运载火箭从海上转运至海南文昌发射基地[7]
Fig.7 ‘Changzheng-7’ Rocket at the Hainan Wenchang Launching Base[7]
过去5年，我国长征系列运载火箭进入高密度发射期，累计完成 80余次发射任务，年发射次数增幅超过22%。面对如此高密度的发射，航天科技对标国际先进管理方式，一方面将发射场周期缩短30%，产品交付周期缩短40%；另一方面确保产品质量可靠性不断提升，发射成功率达到95.6%，成本平均下降近20%。
我国先后已建有多个发射基地，早期有西昌、酒泉、西安，2016年在海南岛建设一个规模更大些的发射基地，其主要原因是从运输角度来考虑，以长征五号为例，其直径有5米，高100多米，超高超长，在内陆建发射场运输上不行，只有通过海运方式解决。海南发射场地理位置靠近赤道，纬度比较低。用相同的燃料可以将地球同步轨道航天器推得更远，载荷更大，运载效率更高。三是射向更宽，因为在海边，射向可以在90°～185°，比内陆有优势。四就是安全性好，它的残骸落在海上，可以控制。
海南发射场年发射能力可达10发～12发，随着国内外地球同步卫星发射任务的增多，长期经济效益将十分显著。此外，这个发射场建成，将使我国航天发射场布局更加优化。
说到建设海南文昌发射基地，其实它本身就是一项高科技，首先海南雨多气温高，常常达45℃，相对湿度接近 100%，还要抵御一年数度的台风袭击，加之由于海南地区渗水严重，供火箭升空的喷射烈焰深达几十米的导流槽，槽周竟加设了 1300余根止水幕桩，这些困难在西昌、酒泉等大陆地区建设时均未遇到。
南极大陆的面积约为 1380多万平方千米，自20世纪中叶全球范围掀起了一股南极考察热，表面上是一项科学研究，但骨子里是谁都不愿意点破的内心秘密，即对南极大陆瓜分主权领域以及今后资源开发的需要，至少是一个展示国家实力的表现。建国后由于众所周知的原因对南极考察我们没有采取任何行动，改革开放后，1985年我们首次进行了南极考察活动并于当年2月建立了中国第一个南极观测点长城站，此后1989年2月26日又建成中山站，2009年1月建成昆仑站，2014年2月建成泰山站，见图 8。其中除中山站处于南极大陆边缘外，其余三站均在南极大陆之中，尤以昆仑站位置最优。2017年11月我国已派出“雪龙”号赴南极考察，任务之一就是为我国第五个南极考察站选址，届时我们将会有第五个考察站。
昆仑站位于南极大陆冰穹 A地区。海拔高度4093 m，建筑面积经扩建之后为 558 m2，可供 15人～20人夏季考察。
冰穹 A地区是南极内陆冰盖最高点，冰盖很厚，最高点的冰盖厚度约有3000 m，获取的冰芯能反映100万年～150万年的环境气候变化信息。对天文观测而言，冰穹A地区也是地球表面上的绝佳位置，视觉度非常好、低温、海拔高，几乎可媲美太空天文观测站。
图8 中国南极科考站分布图
Fig.8 The distribution of Chinese research stations in Antarctica
南极各站采用特种钢压制而成的型钢，不仅强度高，而且耐低温。在低温状态下长期工作，钢材不会发生脆断和开裂，在结构上可保证绝对安全。同时，在南极建站，墙体等维护结构必须有极好的热工性能即要求这种材料导热系统极低，室内采暖不至过多过快地耗散，这无疑对热力学及土木建筑材料提出了很高的要求。
世界上共有28个国家在南极建立了53个科学考察站，绝大多数考察站都建在南极边缘地区，只有美国、俄罗斯、日本、法国、意大利和德国6个国家在南极内陆地区建立了5个内陆科考站。
中国的昆仑站，是目前南极所有科学考察站中海拔最高的一个，这标志着我国已成功跻身国际极地考察的“第一方阵”。
截止到2017年6月我国已陆续赴南极考察33次之多，已经初步建立了一支门类齐全、体系完备、基本稳定的科研队伍，在南极冰川学、空间科学、生物生态、气候变化科学等领域取得一批突破性成果，对整个南极的总体认识也在迅速加深。目前正计划在南纬 78°左右观测条件最好的罗斯海西岸建设第五座南极考察站。南极昆仑站调用有多台巡天望远镜，北京时间2017年8月18日21时10分起，中国南极巡天AST3合作团队利用正在中国南极昆仑站运行的第二台望远镜AST3-2对由紫金山天文台追踪到的 GW170817引力波事件开展了有效的观测。
我国还有一项举世瞩目的高科技工程，即2016年底落成的被誉为中国天眼的500 m口径球面射电望远镜，简称FAST。见图9。
图9 FAST全景[8]
Fig.9 The global view of FAST[8]
FAST是中国保持领先的天文工程，开创了建造巨型射电望远镜的新模式，具有独立自主知识产权，被认为将在未来 10年～20年内保持世界一流地位。
在此之前，世界上保持领先的射电望远镜，一个是德国400 m直径的“埃菲尔斯伯格”，一个是美国300 m直径的“阿雷西博”，而FAST灵敏度将比“埃菲尔斯伯格”提高约 10倍；与“阿雷西博”相比，其综合性能亦提高10倍。
口径突破百米当年已是射电望远镜的极限，建造如此巨大的射电望远镜国际上没有先例，而500 m口径的结构要实现毫米级精度，也是前所未有。
在平地上建百米以上的射电望远镜，巨大的自重就会造成形变，一阵风也会让它变形。所以科学家们决定选择在洼地里建造。请读者注意，风和地震在工程中多称侧向力，除了在选址上要考虑之外，一系列的力学分析和防范措施都离不开力学。
前后总共考察了400多个洼地，经过反复比较论证，最终选定了贵州省平塘县克度镇金科村的大窝凼洼地。
FAST体现了我国高技术创新能力。它将在基础研究众多领域，例如宇宙大尺度物理学、物质深层次结构和规律等方面提供发现和突破的机遇，也将在日地环境研究、国家安全等方面发挥不可替代的作用。其建设将推动众多高科技领域的发展，提高原始创新能力、集成创新能力和引进消化吸收再创新能力。
中国科学院国家天文台2017年11月10日召开新闻发布会宣布，被誉为“中国天眼”的 500 m口径球面射电望远镜(FAST)经过一年紧张调试，已实现指向、跟踪、漂移扫描等多种观测模式的顺利运行，并确认了多颗新发现的脉冲星。这是我国天文望远镜首次发现脉冲星。
“中国天眼”团组利用位于贵州师范大学的早期科学中心进行数据处理，探测到数十个优质脉冲星候选体，经国际合作，并进行后随观测认证，目前已通过系统认证6颗脉冲星。其中2颗新发现的脉冲星，距离地球分别约4100光年和约1.6万光年，另外4颗还有待测量。
搜寻和发现射电脉冲星是“中国天眼”核心科学目标，新发现脉冲星，开启了中国射电波段大科学装置系统产生原创发现的激越时代。
2017年10月人民日报披露建于广州的中国散裂中子源(CSNS)首次打靶已成功，它位于 13 m～18 m深的地下隧道内，这项高科技源自1998年6月德国一辆城际快车意外出轨，经英国散裂中子源检测发现车轮内部存在老化的裂痕。
事实上，无论是高铁的轮轨，还是飞机的涡轮、机翼，里面都有应力，它决定了高铁和飞机使用寿命和安全性。但是，这个应力看不到、摸不着，对它的了解是避免灾难发生的关键。现在科学家已经可以在散裂中子源上测量研究轮轨和机翼的剩余应力，优化机械加工工艺，使高铁和飞机变得更安全舒适。
还有，在新型清洁能源可燃冰的开发利用中，散裂中子源高压下的中子衍射技术可用来研究可燃气体甲烷水合物的形成机制和稳定条件，其研究成果将为安全、高效地开采和利用可燃冰提供科学依据。
目前，世界上正在运行脉冲式散裂中子源的国家主要有英国、美国和日本。中国散裂中子源建成后将成为发展中国家的第一台散裂中子源，跻身世界四大脉冲散裂中子源行列，从而大幅提升我国基础研究和高技术的水平。
虽然中子如此微小，但产生强中子束的散裂中子源却是异常庞大的装置，是各种高、精、尖设备组成的整体。
散裂中子源与反应堆内的核装置完全不同，不需要核原料，没有链式核反应，对环境的影响比核电反应堆要小得多，且只要加速器一停机，造成环境影响的主要辐射源即消失，因为加速器是通过电子器件自动控制起停的，一旦出现故障，可以在几毫秒内关闭加速器。倘若发生地震等自然灾害，散裂中子源机器便停止运转，辐射场立即消失。经反复论证研究，散裂中子源是比较清洁的射线装置。
2017年6月在德国法兰克福举行的全球超级计算大学公布新一期全球超级计算机500强榜单，使用中国自主芯片研制的“神威·太湖之光”第三次出现在全球超算 500强榜单榜首的位置，以每秒12.5亿亿次(1016)的峰值计算能力、每秒9.3亿亿次的持续计算能力实现“三连冠”。我国“天河二号”紧随其后，瑞士超算“代恩特峰”因性能升级跃升至第三，并将美国老牌机器“泰坦”挤出前三，其余十强系统排名并没有太大变化。
超算领域有一项“戈登贝尔奖”用于表彰超算应用的项目和单位，“神威·太湖之光”由于它的高性能计算早在2016年已获此殊荣，2017年再次获得“戈登贝尔奖”。
纵观数学发展的历史，许多都是力学引发的，如微积分、复变函数等等，且计算机方法和计算速度经常是一个“梗阻”，当计算机发明之后，这个梗阻就基本上解决了，大概许多人都知道我国第一颗卫星发射时，郭永怀这些老一辈的力学家是如何用“算盘”昼夜拨打的。现在再返回来看图 1，应该看出一点力学的引领作用了吧。
党的十九大报告提出“加快建设创新型国家”，明确“创新是引领发展的第一动力，是建设现代化经济体系的战略支撑”。而创新首先是人才。
1955年钱学森回国之后，毛泽东接见他说“美国不放你回来是因为您能顶5个师，现在回来了我说你能顶 10个师”，这段话彰显了人才对科技强国的极端重要性。
近年来我国突出“高精尖缺”导向，国家“千人计划”、“万人计划”累计引进、培养、支持9500余名海内外高层次人才。留学人员年度出国与回国人数比例从 2006年前的 3.15∶1下降到 2016年1.26∶1，近80%留学人员完成学业选择回国发展，且呈现加速回流态势。
除了科技人才之外，还需要大批的高技能人才，党的十八大以来，中央高度重视高技能人才队伍建设工作，高技能人才的社会地位不断提升。目前，我国已拥有高技能人才4791万人。
近年来，技能劳动者的求人倍率(岗位/待业人员)一直在1.5以上，高级技工的求人倍率更达到2以上的水平。培养高技能人才，解决人才结构性矛盾，最根本、最有效的举措就是广泛开展职业培训。目前，国家层面已建设476个高技能人才培训基地、594个技能大师工作室；实施技师培训项目，中央财政累计投入资金20.5亿元，高技能人才培养能力得到较大提升。
2010年，我国加入世界技能组织后，先后参加了三届世界技能大赛。2015年在第四十三届世界技能大赛上，我国获得5枚金牌，实现金牌零的突破。
我国在校生总规模位居世界第一，高校数量世界第二。
新世纪以来，中国高等教育实现跨越式发展，2015年在校生规模达3700万人，位居世界第一；各类高校2852所，位居世界第二；毛入学率40%，高于全球平均水平。这意味着我国每10个18岁～22岁的年轻人就有4个能够接受高等教育。高等教育发展与国民经济发展基本同步，并适度超前。一些重点建设高校和科技创新成果的影响力大幅提升，全国哲学社会科学领域85%以上的科研成果集中在高校，在国家自然科学“三大奖项”中高校获奖数量占据2/3以上，高校在国家创新体系中的地位日益凸显。
教育要从儿童抓起，学前三年毛入园率75%，达到中高收入国家平均水平；九年义务教育巩固率93%，普及程度超过高收入国家平均水平；高中阶段毛入学率达到87%。如今，我国具有全球竞争力的人才制度体系正在开成，专业技术人才队伍建设成绩斐然，千万专业技术人才正为全面建成小康社会和实现中华民族伟大复兴的中国梦，汇聚强有力的人才和智力支撑。
据中国科学院发布的《2016研究前沿》报告，在180个国际热点和新兴前沿中，我国在30个研究前沿表现卓越，仅次于美国。中国科学技术发展战略研究院发布的《国家创新指数报告2016-2017》显示，我国创新指数排名提升至全球第十七位，是唯一进入前 20位的发展中国家。从研发投入变化看，从2000年～2015年，美国研发投入占全球比重由41.5%下降到34.6%，日本由21.9%下降到9.9%，我国则从1.7%上升到15.6%，居世界第二位。据“全球创新 1000强”调查结果，我国是仅次于美国的全球第二大重要研发活动地。从国际合作角度看，我国已成为世界第四大科研合作国，全球发表的多作者科技论文中超过一半有中国科学家的贡献。高技术产业发展水平是衡量国家创新竞争力的重要指标。2012年，在世界500强企业的高技术企业中，我国只有1家企业入围，到2016年有11家企业入围，超过日本的6家，与美国19家的相对差距也明显缩小。在全球互联网企业 10强中，我国企业占据4席。
这些重大创新成就，体现我国快速崛起的科技实力和创新能力，彰显世界科技发展的中国贡献。
在创新战略导向方面，推动我国科技创新与经济社会发展的关系实现了从“面向、依靠、服务”到“融合、支撑、引领”的历史性转变。科技进步贡献率由2012年50%提高至2016年的56.2%，科技创新与经济社会发展水乳交融、互联共进的创新型经济新格局逐步形成。发展高技术产业是实施创新驱动发展战略的核心抓手。在很多高技术领域，科学、技术与产业交叉渗透融合。如人工智能领域，基础理论、前沿技术、集成应用等创新链的不同环节已融为一体。《中国制造2025》规划的新一代信息技术产业等十大重点领域也都强调技术突破与产业融通融合，全面提升制造业整体水平。在这一创新战略导向的支撑引领下，我国高技术产业经历了前所未有的“战略上升期”，高技术产业增加值占制造业增加值的比重从 1999年的 6.23%提高到2016年 16.52%。开展集成电路制造、移动通信、新一代高铁、新能源汽车、核电技术、数控技术等高技术攻关和应用示范工程，有力带动了传统产业转型升级和战略性新兴产业发展，推动我国重要产业向全球价值链中高端攀升，为塑造引领型发展积蓄新动能。
从研发投入看，作为全球第二大研发经费投入国，2016年我国全社会研发支出达15677亿元；科技人员总数量超过 8000万人，全时研发人员 380万人年，约占全球总量的31%，居世界首位。从创新主体看，在国际公认的衡量基础研究影响力的“自然指数”排行榜上，中国科学院连续 5年综合排名全球第一，多所中国大学跻身全球大学50强；一些中国企业的创新能力也迅速提升。这些都表明，我国科技发展已经站在新的历史起点上，科技创新能力正从量的积累向质的飞跃转变、从点的突破向系统能力提升转变，具备了从科技大国迈向科技强国的重要基础。
无论从专利申请量、科技进步贡献率，研发人员总量及新产品的销售等方面都有明显的提升和进步，见图10。与此同时也大大提升了中国在世界经济中的地位和作用，见图11。
图10 我国科技创新驱动的提升进步
Fig.10 The progress of scientific innovation-driven development strategy in China
图11 2008年以来欧洲、中国、全球GDP增速(数据来源：IMF《世界经济展望》)
Fig.11 The GDP increase ratio of China, EU and the world since 2008 (data from IMF, World Economic Outlook)
“土木”是个很大的领域，本节只介绍房屋与特种结构，水利、交通等有关内容，下面单节介绍。
中国最早而又称得上近代大型场馆的应属1959年建国10周年而建的10大建筑，其中尤以人民大会堂为最。
会堂可容纳万人同堂开会，故又称“万人大会堂”，见图12。按照当时技术水平和经济实力建这样一个大会堂实属不易。从结构上看它的建筑难点是容纳万人，中间又不能有柱子，以免遮挡视线，上面两层环形眺台的荷载怎么传到基础上，还有那个几十米宽敞口的主席台，其顶部荷载又是怎么传到基础上去的？清华大学土木系师生当年参加过人民大会堂的科研工作，知道这个主席台是靠一根高达9 m的高梁将荷载通过柱传到基础上的。要知道高梁不同于一般结构力学的受弯梁，其分析计算是相当复杂的，特别是在那个没有计算机的年代。
图12 人民大会堂会场全景
Fig.12 The inside view of The Great Hall of the People
随着改革开放的深入——2008年北京首次举办奥运会，北京建了一批奥运场馆，最具特色的应属国家体育场鸟巢[9]。见图13。
图13 北京“鸟巢”全面竣工后的外景
Fig.13 The outside view of the Beijing ‘Bird Nest’
鸟巢由 24榀门式桁架围绕首都体育场内部碗状看台区旋转而成，其中 22榀贯通或基本贯通。结构组件相互支撑，形成网状构架，组成体育场整体的“鸟巢”造型。鸟巢结构平面呈椭圆形，长轴332.3 m，短轴 296.4 m。建筑顶面为鞍形曲面，最高点高度68.5 m，最低点高度40.1 m。屋盖顶部的洞口尺寸是185.3 m×12.75 m。屋盖支承在24根桁架柱之上，柱距为37.9 m。主看台采用钢筋混凝土框架剪力墙结构，与钢结构完全分开。
国家体育场钢结构的设计问题除了结构及构件静力、承载力校核外，主要是结构的抗震设计及抗震设计指标的确定。体育场的基本构件呈箱形截面形式，由4块板焊接而成。出于建筑效果的要求，其主桁架的截面尺寸最大为1200 mm×1200 mm，次桁架的截面尺寸为1000 mm×1000 mm和1200 mm×1200mm，以保证主次桁架在建筑视觉上基本协调。
“鸟巢”在建设过程中，经过了一次号称“瘦身”的改动。原设计鸟巢上方有一个巨大的可以开启的顶盖，这个顶盖从使用上来看，只是为了开幕式碰上下雨时挡雨用的，而比赛过程中是一定要打开的。考虑到比赛时的使用功能，同时也为了降低造价，中国工程院发起了几乎全国有关学者的讨论，最后决定取消顶盖，使设计用钢量8万多吨降为 4.2万吨，造价由招标时的 40亿元人民币降为31亿元，这个“瘦身”改动受到业内人士的普遍欢迎和认可，也得了中央发改委的大力支持。
比鸟巢提前一年落成的国家大剧院[10]，座落在人民大会堂东侧，是一个规模很大，设施齐全国际一流大剧院。总占地面积11.89万平方米，总建筑面积约16.5万平方米，地下附属设施6万平方米。总投资31亿元。
工程于2001年12月13日开工，2007年9月建成。图14为国家大剧院外观图。
图14 国家大剧院外观图
Fig.14 The outside view of National Centre for the Performing Arts
国家大剧院主体建筑由外部围护钢结构壳体和内部2416个坐席的歌剧院、2017个坐席的音乐厅、1040个坐席的戏剧院、公共大厅及配套用房组成，国家大剧院内部立面图见图15。外部转护钢结构壳体呈半椭球形，其平面投影东西向长轴212.20 m，南北向屋面短轴 143.64 m，建筑物高度为46.285 m，基础埋深的最深部分达到32.5 m。椭球形屋面主要采用 0.4 mm的钛金属板饰面，中部为渐开式玻璃幕墙。椭球壳体外环绕人工湖，湖面面积达35500 m2，各种通道和入口都设在水面下。国家大剧院60%的建筑在地下，地下的高度约有10层楼高。
图15 国家大剧院内部立面图
Fig.15 The section view of National Centre for the Performing Arts
2010年5月～10月，上海市举办了著名的世界博览会，是世博会问世以来第一次在中国举办。各国都建设了各自的场馆，作为东道主的中国馆独具特色，见图 16。中国馆高 63 m，层叠出挑，宛如一个中国味十足的大型城市雕塑，体现中国馆的标志性。
图16 上海世博会中国馆[11]
Fig.16 The China Pavilion of Shanghai World Expo[11]
图17 上海世博会演艺中心
Fig.17 The Perform Center of Shanghai World Expo
“东方之冠，鼎盛中华，天下粮仓，富庶百姓。”中国传统建筑的斗拱造型，深深浅浅的渐变“中国红”，独特的建筑语言表达了中国文化的精神气质。此与同时还兴建了又一个独具匠心的演艺中心，见图17，该中心呈飞碟状，从不同角度审视，它会呈现不同形态。白天熠熠生辉，恰似“时空飞梭”；夜晚则梦幻迷离，恍如“浮游都市”。演艺中心的舞台可进行三维组合，为国内首创。根据演出需要和观众容量，观众席可在4000座、8000座、12000座和18000座中任意变换。
2016年9月4日～5日，在我国杭州举行第十一次领导人峰会。所谓峰会始于 2008年国际金融危机时，首次在华盛顿举行，主要成员以当时的美、英、法、德、日、意、加，号称7国集团为主的国家领导人，以后逐渐扩大为包括七国集团、金砖五国以及澳大利亚、墨西哥、土耳其等另外7个国家，总数19个国家另加一个欧盟，构成20个成员单位，且多数是最高领导人出席。2008年～2015年先后在不同的城市举行过10次峰会，2016年中国接任主席国在杭州举办第 11次峰会，此前用了将近一年的时间召开协调人会议，财经会议，专业部长会议和各种配套活动，期间在中国20个城市举办了66场会议，为准备这个会议，在土木建筑、环境等方面均做了大量增建，改进与提升，其中最值得土木结构工程关注的应属在杭州新建的 G20峰会主会场——杭州国际博览中心，见图18。该博览中心是目前国内最大世界第二的单体建筑，单从这幢建筑的使用功能就可以领悟出其中该有多少力学问题。
图18 G20峰会主会场
Fig.18 The main venue of G20 summit
2012年 8月在伦敦举行了继北京之后的奥运会，它的主场馆是一幢长方形、乳白色薄膜材料覆盖的篮球馆，见图19。在蓝天白云的映衬和明媚阳光的照耀下，像一块巨大的奶油蛋糕，故俗称“伦敦碗”，格外吸引眼球。那看上去柔软、轻盈的外层材料，使整个篮球馆线条简洁、明快。这里举行了奥运会及残奥会的篮球、手球、轮椅篮球和轮椅橄榄球等赛事。
图19 2012年8月举办的伦敦奥运主场馆
Fig.19 The main stadium of 2012 London Olympic Game
伦敦奥运场馆是世界上修建过的最大临时体育设施。它的壮观的篮球馆高35 m，长115 m，1000 t重的钢结构框上包裹着 20000 m2德国造可循环PVC薄膜材料，1.2万个观众座椅，电梯、卫生间、贵宾室等设施一应俱全。然而，所有这些在赛事结束后都要被拆除，从奥运园内消失得无影无踪，而在其他适宜地点重新使用。
在历史上伦敦已经举办过奥运会，原有的场馆多有闲置，“临时场馆”更重要的是伦敦奥组委与承办局在打造可持续发展的绿色奥运设计规划中实施的一个新理念。首先要尽可能多地就地取材，要避免或减少使用那些不可替代、不可再生和不可循环使用的材料。尽量使用可再生、可循环的替代建筑材料，在伦敦奥运园的总体设计时，从最初对整个奥运园场地的土地调查、土壤污染净化，直到临时场馆的设计上，都得到认真的落实。这是一个值得认真思考并学习的建筑设计理念。
1) 建筑设计理念
建筑设计理念是一个比较难以下结论的题目，因为很多人都在争论或发表看法，尤其在学术界，各种观点应有尽有。“鸟巢”符合东方的建筑美学吗？为什么偏偏外国人(鸟巢的建筑设计方案是瑞士建筑师投标命中的)设计的就能中标？再联系奥运会前夕竣工的国家大剧院，意见就更多了，它也是外国人设计的(法国设计师安德鲁的方案)，而且在天安门广场旁边，与天安门、故宫这些传统的独具特色的中国皇家大屋顶建筑如此不协调。众说纷纭，挺热闹，也挺有意思。笔者是学结构的，不是建筑师，不懂建筑学，无力更无权对这些观点和意见发表看法，这里只想提供一份人民网组织的网友评选结果，上述那些非议颇大的建筑竟然都选上了，真可谓“仁者见仁，智者见智”，见图20。如果联系 2012年的伦敦奥运会主场馆的设计理念，不仅有利于消除分歧，更重要的是对这种为了一次大型活动而建设的高标准设施，在大型活动结束之后如何让它继续使用，把“伦敦碗”拆除易地使用是很正确的设计建设理念。我国举办了一次奥运会至今鸟巢也没有得到公认的合理使用，更不用说回收问题了。
2) 宜居城市
1976年，联合国召开了首届人居大会，提出“以持续发展的方式提供住房、基础设施服务”，相继成立了联合国人居委员会(CHS)和联合国人类住区委员会(UNCHS)。1989年开始创立全球最高规格的“联合国人居环境奖”。获该奖项的中国城市至今已有10余个。
图20 2008年11月人民网网友评选的结果图示(人民日报)
Fig.20 The voting result of people.com.cn(from People’s Daily, November, 2008)
2005年1月，国务院批复北京城市总体规划，首次出现宜居城市的概念。2007年5月建设部通过《宜居城市科学评价标准》。
《宜居城市科学评价标准》由社会文明度、经济富裕度、环境优美度、资源承载度、生活便宜度、公共安全度和综合评价七大部分构成，涉及 23个子项、74个具体指标。在100分总分中，生态环境指标占比重最大，其次为城市住房、市政设施和城市交通。空气质量、人均可分配收入、平均寿命、政务公开、就业率及流动人口就业服务等都成为重要的评分指标。简单地说，宜居城市和城市规模无关，重点是看居住在这座城市里百姓的幸福指数。
2015年开始的新建和正建的北京副中心及雄安新区就努力贯彻了这个城市建筑理念。
1) 城市集约度的要求
工业革命以后，世界上已经出现了许多相当规模的城市，到了近代，百万人口甚至千万人口的大城市差不多遍布全球了。人这么多要近距离活动，首先想到的自然是向高处发展。
2) 材料的变革和进步
1824年英国的波特兰发明了水泥，不久后1956年又生产出第一炉转炉炼钢。材料的革命为高层建筑奠定了基础。
3) 力学分析和结构体系的发展
计算机的发明解决了复杂的结构体系的力学分析。美国的营造大师Khan相继创造了各种筒体结构体系，并做了分析，示于图 21给出了不同体系的适用高度。
图21 不同结构体系的适用高度
Fig.21 The applicable height of different structural systems
4) 高强度混凝土的应用
C50以上的混凝土常称为高强混凝土，但实际使用中高达C80也不罕见。
5) 消能隔震技术的发明和作用
高层建筑最重要的问题之一是对侧向荷载的敏感和由此带来的风险，而侧向荷载主要是地震和风荷载，因而必须进行结构控制。
结构控制可以分为主动控制、被动控制，实际工程中应用最多的是被动控制。
被动控制包括基础隔震、消能减振(震)和吸能减振(震)。
基础隔震是在建筑结构的底部和基础之间安装隔震装置，核电站的基础常采用这个措施，用以减小上部结构地震反应。
消能减振(震)是在结构中设置消能装置(也称阻尼器)消耗风或地震输入的能量。减小结构反应的阻尼器可以分为两大类：一种是速度相关型阻尼器，如黏滞阻尼器和黏弹性阻尼器，一种是和位移相关型阻尼器，如软钢阻尼器、铅钢阻尼器等。
据悉 1973年建成的纽约世贸中心大厦共安装了2万个黏弹性阻尼器，阻尼器安装在建筑周边的柱与楼盖的桁架楼之间。实测结果表明，阻尼器具有减小风振的作用。已建成的许多高层建筑都安装了黏弹性阻尼器，目的均是减小风振反应。
黏滞阻尼墙具有良好的减振(震)性能。黏滞阻尼墙由一块固定在上层楼面的内钢板和两块固定在下层楼面的外钢板、内外钢板之间充填的黏滞材料组成。风或地震作用下，内外钢板之间的黏滞材料产生阻尼，达到消能减振(震)的目的。1995年阪神地震后，日本已有 20多幢高层建筑安装了黏滞阻尼墙，其中最高建筑达43层。
高层建筑是人类文明进程中生产和生活需求的产物，是城市现代化的标志。近代高层建筑在经历了百余年的发展后，如今已遍及世界各地。
这里我们只给出截止到2010年世界最高的10幢高楼(塔)，见图22，中国占了5幢。中国是新兴市场国家，这种迅速崛起的高层建筑热自然与经济的腾飞有直接关系，然而，随着全球高于100 m的建筑越来越多，其负面效应日益突显，人们开始对高层建筑特别是超高层建筑有了越来越多的质疑。
图22 世界著名高楼(塔)模型照片(缪加玉 金玉澄 制作并拍摄)
Fig.22 The photo of the models of the famous tall towers in the world (by Miao Jiayu, Jin Yucheng)
普遍观点认为，摩天大楼存在种种弊病——巨额的投资和运营成本，高于普通建筑的危险度，难以维系的生态环境质量等。上海金茂大厦做过一次实验：请一群身强力壮的消防队员从 85层楼往下跑，结果最快跑出大厦的一个队员花了35 min。而对于普通上班族来说，一旦有火灾等突发事件，逃生的希望究竟能有多大？还有隐性危害，比如地面沉降等。据媒体报道，上海浦东区陆面下沉现象日益严重，陆家嘴金融区地面一年下沉了3 cm。
超高层建筑体现了力学分析和技术上的突破与进展。
世界上著名的宜居城市，很多并没有摩天大楼，比如苏黎世。城市的本质是生活和工作的平台，建筑只是物质载体。一座城市的品质不在于“高”，而在于是否宜居，因此，对“最高”“超高”不应盲目追求。
贫困是全球性问题，2015年联合国公布全球还有7亿极端贫困人口，其中一半生活在撒哈拉以南的非洲地区，1/3在南亚。并赞赏中国在脱贫问题上卓越成就，按现行国家农村贫困标准测算，全国农村贫困人口多达9899万人，党的十八大～十九大，即2012年～2016年4年间，我国农村累计脱贫5564万人，平均每年脱贫1391万人，贫困发生率从2012年底的10.2%下降到2016年底的4.5%，贫困地区农村居民人均收入年均增长 10.7%。见图 23。到2020年，中国现行标准下的农村贫困人口将全部脱贫，这意味着中国绝对贫困问题得到历史性解决，提前10年实现联合国2030年可持续发展议程确定的减贫目标。
图23 2012年～2016年5年间中国脱贫的进展
Fig.23 The poverty reduction of China between 2012 to 2016
中国历史上就有“故土难移”的文化传统，电影《老井》问世之后，美国人惊奇地问：“这地方没有水为什么不搬走，还世世代代住在这里”。刚建国二百多年、文化多元且人口仅有中国1/5的美国对我们这样一个“文明古国”的历史传统的困惑，也可以理解。但我们自己却需要清醒。我国已制定了一个重大的民生工程即《农村扶贫开发纲要(21011-2020年)》，其中包括14个片区680个县，它们是六盘山区、秦巴山区、武陵山区、乌蒙山区、滇桂黔石漠化区、滇西边境山区、大兴安岭南麓山区、燕山-太行山区、吕梁山区、大别山区、罗霄山区、西藏、四海藏区、新疆南疆三地州。这 14个片区作为特殊困难的新阶段扶贫攻坚主战场，其中仅陕南的泰巴山区和陕北的部分地区计划 2020年移民279.2万人，是三峡移民总量的两倍，总投资1200亿元左右。2011年初，宁夏亮出了生态移民的大手笔：投资105亿元，用5年时间，将中南部地区极度贫困的35万人安置到近水、沿路、靠城、打工近、上学近、就医近、具备小村合并、大村扩容的区域，让农民靠特色种养、劳务输出、商贸经营、道路运输来摆脱贫困。2012年年底，宁夏已投资26.7亿元开发整治土地8.9万亩，建成移民新村75个、住房2万套，3万移民人住新家。
2012年底，沧源启动“幸福佤乡工程”，当地群众依靠政府补助4万元、及农行贴息贷款等，根据各家情况建起了60 m2、80 m2、120 m2的新房。同时，沧源配套完善公共基础设施，强化人居环境优化、绿化、亮化建设，完善村庄服务功能。见图24。
图24 沧源佤族自治县的部分新房
Fig.24 New houses at Wa Autonomous County in Cangyuan
2012年年底，住建部披露，西藏地区已建成2万套保障性住房，“十二五”末将建成4.3万套。
扶贫搬迁地区多为生态条件很差，不宜居住的地区，由国家出面统筹解决。我国还有一个收入很低的阶层，多为农民和进城打工的流动民工，他们无力购买商品房也要靠国家资助和保障。2008年全球金融危机时，国务院出台了一个扩大内需保增长的措施，把“加快建设保障性安居工程”列于首位。2008年，全国对廉租房的投资已经超过了2007年底之前累计投资的总和。2009年～2011年，全国共建200万套廉租房和400万套经济适用房，同时完成约220万户林业、农垦和矿区的棚户区改造。总投资超过9000亿元。
加快保障性安居工程的建设，既是保障民生的需求，也是拉动内需的有效手段。每年 3000亿元的住房保障投资，对建材、钢铁、建筑、装修、家电等上下游产业投资的拉动作用，经估算约为6000亿元，并能创造200万～300万个就业机会。
2017年十九大期间人民日报披露，2013年～2016年全国共建成城镇保障性安居工程住房、棚户区改造和公租房2485万套。
新中国成立后，为尽快实现我国从农业国向工业国的转变，在一些资源富集地区“因矿设市”、“因厂设区”，逐步形成了职工集聚的城镇。当时大家住工棚、住简易房，在十分简陋的生活条件下，开展了大规模资源开采和加工，提供了大量的煤炭、原油、铁矿石、木材和其他基础产品，为建立我国独立完整的工业体系、推进国民经济发展做出重要贡献。
经过长期开发，不少资源型城市和矿区资源逐步枯竭，普遍出现了接续产业跟不上、就业困难、生态环境严重破坏、社会保障负担重等问题，与其他城市的发展差距拉大，很多独立工矿区人均财力不及全国平均水平的 1/5。资源枯竭城市及工矿区的居民其中相当一部分还住在棚户区，成为我国城市内部二元结构的集中反映。
以大同为例，多年来，煤都大同在为全国输送了 23亿吨优质廉价动力煤的同时，也聚集了大规模简易简陋的工矿棚户区。“夏天不挡雨、冬天不御寒、晴天尘土飞、雨天满街泥”是棚户区百姓的生活现状。2008年以来，大同市政府把棚户区改造作为改善民生的第一要务，集中财力物力，投资130多亿元，组织开展棚户区改造大决战。图 25给出了改造前后的对比图。
图25 大同市矿区棚户区新旧对比
Fig.25 The comparison of Datong squatter settlement
我国是水资源大国，西部喜马拉雅山脉山体异常高大险峻，强烈的地壳运动使它变成今日的“地球第三极”，世界上14座海拔8000 m以上的高峰，就有5座分布在珠峰保护区内。这些高入天际的群峰成为冰雪之域——外围送的冰川面积达 2.86万平方千米，年融冰量超过310亿立方米，号称亚洲水塔，在西藏面积超过1 km2的湖泊多达816个。
我国的长江、黄河、金沙江、雅砻江等，大都直接间接地来自这些冰川、喜马拉雅山脉的北部。处于青海的巴颜喀拉山一带，则是我国长江黄河的发源地。
全球淡水资源总量为46.7万亿立方米，中国有2.8万亿立方米，占全球水资源的6%，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大居世界第四，但我国人口众多占世界22%，人均淡水占有量在世界上排第109位，是12个严重缺水国之一。全国657个城市有300多个缺水，天津、大连、青岛、上海、深圳等城市更属于极度缺水地区。这些城市和地区大都处于我国的北部和东部沿海。
2017年7月水利部公布了2016年中国水资源公报，由于全面推行河长制，执行严格水资源管理、推进节水型社会和水生态文明建设，公报显示：2016年全国用水总量中，地表水源供水量 4912.4亿立方米，占供水总量的81.3%；地下水源供水量1057.0亿立方米，占供水总量的17.5%；其他水源供水量70.8亿立方米，占供水总量的1.2%。与2015年相比，地表水源供水量减少57.1亿立方米，地下水源供水量减少12.2亿立方米，其他水源供水量减少6.3亿立方米。
2016年全国生活用水821.3亿立方米，占用水总量的13.6%；工业用水1308.0亿立方米，占用水总量的21.6%；农业用水3768.0亿立方米，占用水总量的62.4%；人工生态环境补水142.6亿立方米，占用水总量的2.4%。与2015年相比，农业用水量减少84.2亿立方米，工业用水量减少26.8亿立方米，生活用水量及人工生态环境补水量分别增加28.1亿立方米和19.9亿立方米。
公报还显示，2016年全国万元国内生产总值(当年价)用水量81 m3，万元工业增加值(当年价)用水量52.8 m3，农田灌溉水有效利用系娄0.542。按可比价计算，万元国内生产总值用水量和万元工业增加值用水量分别比2015年下降7.2%和7.6%。
2016年对全国 23.5万千米的河流水质状况进行了评价，I类～III类水河流长度占76.9%；评价湖泊118个，I类～III类水质个数占23.7%，富营养个数占78.6%；评价水库943座，I类～III类水质座数占87.5%，富营养座数占28.8%；评价全国重要江河湖泊水功能区4028个，达标率73.4%；评价省界断面544个，I类～III类水质断面占67.1%。
与此同时2017年8月环保部根据2017年上半年国控地表水监测网数据，全国水环境质量呈改善趋势，细节如下：
2017年上半年，全国地表水水质优良(I类～III类)水体比例为70.0%(2017年目标为68.3%)，同比上升1.2个百分点；丧失使用功能(劣于V类)水体比例为8.8%(2017年目标为8.4%)，同比下降1.7个百分点。此外，全国共有 27个断面水质下降，部分地区完成 2017年水质目标难度较大，要加大治理力度。
笔者的结论是喜忧参半。
我国北部和东部的黄淮流域有以下一组数据：
① 人口4.38亿，占全国人口的35%，其中城镇1.4亿，占31%；
② 生产总值3.1万亿元，工业产值4.5万亿元，分别占全国生产总值和工业产值的35%和31%；
③ 耕地7亿亩，灌溉3.38亿亩，占全国42%；
④ 年人均综合用水量 307 m3，低于全国的年人均综合用水量(438 m3)；
⑤ 年入海缺水 97亿立方米(黄河在小浪底水库建成前已连续20多年断流)。
无论人口，国内生产总值还是耕地面积等都占全国1/3左右，而亩均水资源和人均水资源却只占全国的1/5，严重影响了这个地区的发展，更何况，该地区还有一个首都北京。
如此重要的地区严重缺水，而长江流域年均径流9600亿立方米，其中入海流量9024亿立方米，占94%，这么多的水白白地浪费，而北方缺水又如此严重，所以早在 1952年毛泽东就说过，“南方水多，北方水少，借点水来也是可以的”。
就工程的技术难度大概南水北调[12]是相当典型了，它是一项举世罕见的伟大的土木水利工程，而土木水利工程的两大支柱就是力学和材料。图26给出了南水北调工程的总平面图。该工程分东线、中线、西线三条线，按 2000年物价指数估算约需投入5000亿元，2050年全部竣工后自长江流域向我国北方总调水达448亿立方米，可谓一项改天换地的伟大壮举。图27是继图26之后有关部门披露的更多详尽的图示，该图明显扩大了西线的输送范围，但进入青海后基本上是针对黄河流域的疏竣。
图28给出了东线的纵剖面图，自扬州至天津，全长1857 km，要经过十三级提水，总扬程65 m，然后穿越黄河才开始自流至天津。图 29为中线的纵剖面图，自丹江口至北京团城湖，全长1432 km，穿越大小河流 686条，跨越或穿越交叉建筑(如铁路、大型交通枢纽和高速公路等)1774座、沿途有许多恶劣的地质条件，如经过膨胀土347 km，黄土245 km，软黏土19 km，采矿区64 km。西线(见图 30)自西藏长江上游的雅砻江东至青海的曲贾进入黄河，全长304 km，基本是在我国西南地区崇山峻岭之间靠开挖隧洞来实现的。隧洞总长达288 km，占西线全长的95%，为了保证足够的水量和落差，沿途还要修建多个高坝水库，有的坝高超过 300 m，这在世界建坝史上也是少见的，特别是在高原、高寒和强震带修建这种高坝更属罕见。需要说明的是图 30给出的是自雅砻江进入黄河贾曲的断面图，进入黄河以后的供水路线可详见图 27左侧方框内的说明。
图26 南水北调工程总平面图[1]
Fig.26 The planar view of the South-to-North Water Diversion Project[1]
图27 南水北调工程总平面图[2]
Fig.27 The planar view of the South-to-North Water Diversion Project[2]
图28 南水北调东线工程输水干线纵断面示意图[13]
Fig.28 The elevation of the East Route of the South-to-North Water Diversion Project[13]
图29 南水北调中线工程输水干线纵断面示意图
Fig.29 The elevation of the Central Route of the South-to-North Water Diversion Project
图30 南水北调西线工程输水干线纵断面示意图
Fig.30 The elevation of the West Route of the South-to-North Water Diversion Project
现在我们可以欣喜的告诉读者，截止到2017年中期南水北调东中线累计向北方调水 100亿立方米，惠及京津冀豫苏鲁等省份33个地级市，超过1亿人受益，也为沿线地区的生态修复提供了支撑，济南的泉城及山东的南四湖的美景又回来了，北京地下水位回升接近 0.5 m，密云水库的库容已上升为20亿立方米，创近20年来的新高。
为了保证中线调水的畅通，对汉江中下游水资源进行调整并同时将丹江口水库大坝由原来的高度 162 m加高到 167 m。2017年 10月已蓄水至164 m，以后可蓄至167 m，可望稳定的保证中线输水。其中“汉江水资源调控工程”获 2017年菲迪克特别优秀奖。我国是水利工程大国和强国，2017年获菲迪克特别优秀奖的水利工程还有曹娥江大闸枢纽工程，河北张河湾抽水蓄能电站，澜沧江糯扎渡水电站，杨州瘦西湖隧道工程等项目。1
我国国土辽阔，西部地区又有巨大冰川，加之南方降雨量大，为我国实现南水北调创造良好的条件，可是全球大部分国家都不具备这个条件，对他们来说，海水淡化就成了唯一的办法，如以色列以及西亚一些大陆国家。截止到 2016年末全球已有160多个国家使用淡化海水，中国也不例外。
海洋中蕴藏着丰富的淡水，其总量约占海水的97%，有13.3亿立方千米，是巨大而稳定的淡水储库。淡水经过阳光照射后蒸发，通过雨露云霜雾的形式变为淡水，在地球表面重新汇聚成江河湖海。
大自然的水循环其实就是海水淡化的过程。海水淡化技术与自然界中淡水生成机理是一样的。
海水淡化的方法主要分为热法和膜法。截至2014年，全球脱盐产业累计建设产能8520万吨/天，其中59%为海水淡化，国际上已商业化应用的技术主要包括反渗透、多级闪蒸、低温多效三种，占总产能的比例分别为65%、21%和7%。
多级闪蒸和低温多效都属于热法。热法的历史可以追溯到公元前 1400年，那时海边居民便懂得在锅内把海水加热到沸腾，海水蒸发变成水蒸气，而盐分则留在锅底成为垢，水蒸气遇冷成为蒸馏水，获得可饮用的淡水——这就是今天热法海水淡化的“老祖宗”。“因为需要大量热能，所以热法装置要挨着电厂建造”。
反渗透法就是膜法，用膜对水分子进行筛选。让海水经过有很多小孔的膜，水分子能过去，但其他盐分和钙镁等物质过不去，过去的就是纯净的水。膜法有电能就可工作，所以就用得更广。
淡化水是高品质的饮用水，可以与自然界的淡水相媲美。一些专家指出，淡化水各项水质指标均达到甚至优于我国《生活饮用水卫生标准》，众多国外居民长期饮用海水淡化水也进一步证明淡化水的安全性。针对淡化水缺乏微量元素的争议，专家认为这是完全没有必要的，因为人体所需的营养物质和微量元素可以从各类膳食的摄入中得到补充。
发展海水淡化技术是世界各国的共识。目前，国际上海水淡化技术日趋成熟，已形成产业，增长速度和应用领域日益扩大。除最先利用海水淡化的阿联酋、科威特等中东石油国家外，北非、欧洲、中北美洲、东南亚一带国家海水淡化应用程度也很高，尤其在中东和一些岛屿地区，海水淡化水已成为基本水源，沙特、阿联酋、马尔代夫等一些国家则几乎完全依赖淡化海水。
当前我国海水淡化行业正处于规模化应用的关键时期。我国已在沿海多地建成多个海水淡化项目，主要用于工业和生活用水。根据《2015年全国海水利用报告》，截至 2015年底，全国已建成海水淡化工程产水规模 100.88万吨/日。其中，海岛地区海水淡化工程规模为11.43万吨/日，主要分布在浙江、山东、辽宁和海南的一些岛屿。图 31给出了一幅我国曹妃甸海水淡化有限公司生产车间。
图31 曹妃甸海水淡化有限公司生产车间
Fig.31 The seawater desalination plant in Caofeidian
开源节流，是解决水资源短缺的一贯思路。根据有关部门的规划，到 2020年，即使南水北调东线一、二、三期工程，中线一、二期工程全部建成，并考虑部分海水利用后，我国沿海地区年缺水量仍将达到214亿立方米。
除了推行节水措施、提高利用效率、开展跨流域调水有效利用与代替以外，向大海要水“喝”。海水淡化作为水资源的开源增量技术，具有“不淹地、不移民、不争水、不受气候变化影响”的特点，能稳定供水、应急供水和战略性供水，是解决沿海水资源短缺问题的重要途径。更何况我国有很多地区是无法用“调水”的方法来解决缺水问题的。2015年 12月，新疆和田地下水改良项目示范工程落成产水，采用海水淡化技术处理地下苦咸水，供水覆盖约6000人。我国苦咸水分布面积为160万平方公里，在西部地区有 2000多万人饮水困难且饮用的水质不安全。海水淡化技术能够改善这种局面。
三峡工程是一项集防洪、发电、蓄水、供水、通航等诸多效益于一身的巨大型水利工程。
三峡工程，最早由孙中山先生 1919年在《建国方略·实业计划》中提出来的设想，经过 70余年，尤其是新中国建国 40余年来的反复讨论并经过多项基础性研究之后，终于在 1992年由我国全国人民代表大会通过列入国民经济和社会发展十年规划，由国务院组织实施。它是我国目前最大的水利工程，也是世界上最大的水利枢纽工程之一。1994年开工，2008年竣工，工期14年，总投资1800亿人民币。
三峡拦江大坝是常规型的混凝土重力坝，最大坝高175 m，坝顶高程185 m(吴淞基面以上)，坝长2335 m，底宽115 m，顶宽40m，混凝土用量2643万平方米，用钢50万吨～60万吨，总水库容量393亿立方米，其中防洪库容221.5亿立方米，能有效地控制长江上游暴雨形成的洪水，见图32。对荆江地区防洪起重要的决定性作用。2012年汛期成功抵御4次超过5000 m3/s的洪峰。经受住了建库以来71200 m3/s最大洪峰的考验。
图32 三峡水库防洪库容示意图[14]
Fig.32 The flood control capacity of the Three-Gorges Reservoir[14]
三峡水电站规模巨大，装机32台，每台容量70万千瓦，总容量 2240万千瓦，年发电 1000亿千瓦·时，居世界水电第一位。可供电华中、华东，少部分送川东。每年可替代原煤5000万吨，相当于10座大亚湾核电站。2017年3月人民日报披露三峡电站运行4年累计发电量突破1万亿千瓦·时。
三峡通航建筑物为永久梯级船闸，双线，5级梯级船闸，闸室有效尺寸 280 m×34 m×5 m，其最大工作水头和最大输水量超过国内外已建工程的水平。可通过5000万吨级轮船，改善航道约650 km。图 33是三峡工程鸟瞰的全景，右边是通航的五级船闸，中间是大坝包括泄洪和发电站。
图33 三峡工程鸟瞰的全景
Fig.33 The bird view of the Three-Gorges Dam
三峡还大大提升了长江的货运量，仅 2015年过闸货运总量1.11亿吨，是三峡工程蓄水前该河段年最高货运量的6倍，2017年5月人民日报披露三峡船闸累计运行12.81万次、通过船舶73.9万艘次，旅客118.12万人次，货运量10.01亿吨，大大改善和提高了长江这条黄金水道功能，由于五级船闸过坝时间太长，约3小时左右，建坝时就在坝址上加设了一个以“齿轮齿条爬升”的三峡升船机，该升船机已于2016年11月正式运行，自坝底升至坝内水面仅用半小时，该升船机是目前全球最大的升船机。
三峡有两个值得高度关注的问题：一是地质灾害，我国西南地区特别是三峡上游地区，库区两岸崩滑体2490处，大小泥石流90多条，仅1998年宜昌―江津19个县市发生地质灾害涉及513个村，受灾人口8万，损失6.1亿；第二个值得关注问题就是库区水质污染问题，大都低于 III级有的甚至达到V级，近年有较大的改善。
黄河小浪底水利枢纽工程位于河南洛阳市以北40 km黄河中游最后一段峡谷的出口处，坝址以上控制流域面积69.4万平方千米，占黄河流域面积的92.3%，总库容126.5亿立方米，其中长期有效库容51亿立方米，淤水库容75.5亿立方米，可以有效控制水流量。小浪底水利枢纽土建工程由拦河主坝、泄洪排沙系统和引水发电系统三部分组成。其一拦河主坝是一座坝顶长1667 m，坝底宽864 m，最大高度154 m的壤土斜心墙堆石坝，总填筑方量5185万方，在全国首屈一指，名列世界前八位；其二泄洪排沙系统包括进口引渠、泄洪洞、排沙洞、明流洞；另有1条灌溉洞、1条溢洪道和1条非常溢洪道组成，出水口消力塘总宽 356 m，底部总长210 m，深25 m，是目前世界上最大的出水口建筑物；其三引水发电系统由1座长251.5 m、宽26.2 m、高61.44 m的地下厂房和6条直径为7.8 m的引水发电洞。其中地下厂房是目前国内跨度和高度最大的地下厂房之一。小浪底水利枢纽工程规模宏大，地质条件复杂，水沙条件特殊，运用要求严格，被中外水利专家称为世界上最复杂、最具挑战性的水利工程之一。
小浪底工程是集“防洪、防凌、减淤，兼顾供水，灌溉和发电”于一体的综合性大型水利工程，1994年开工，2001年完工，工期7年，工程难度极大。最值得称道的是在不足1 km2的单面山体内，上下左右，纵横交错地开挖出108个洞室，构建了世界上地下洞群最密集的水利工程。小浪底的建成可以说是实现了黄河由“害河”变为“利河”的伟大创举。
1) 防洪——下游防洪标准由几十年一遇提高至千年一遇。小浪底水库总库容126.5亿立方米，控制了黄河几乎100%的泥沙和91%的径流量，大大减轻了黄河下游的防洪压力。如遇千年一遇洪水，通过小浪底水库拦蓄调节，可使下游洪峰流量从22000 m3/s削减至1000 m3/s，将黄河下游防洪标准从不足60年一遇提高至千年一遇。2003年8月的秋雨，如果没有小浪底的调蓄，黄河下游河道流量将达到6000 m3/s，滩区100多万户将受淹。
2010年7月～8月黄河中上游普降大雨，小浪底水库在8月份连续三次泄洪，图34为2010年8月18日泄洪的壮观景色。
图34 小浪底水库一年三泄洪，为黄河减压
Fig.34 Xiaolangdi Reservoir discharges flood three times every years
2) 防凌——黄河地处北方冬季都是要结冰。建国后每年都要由解放军协助爆破炸凌，小浪底水库作用之一就是解除下游凌汛威胁，让下游人民高枕无忧。
3) 抗旱、供水——让黄河告别断流。自20世纪70年代以来黄河有22次断流，举世震惊，严重影响下游地区经济的发展和人民的日常生活，小浪底投入运营以来，截止到 2007年底，累计下泄水量 1807亿立方米，每年利用水库调节平均增加供水40亿立方米以上，截止到2016年已连续16年实现黄河不断流。
4) 减淤——2000年～2006年，小浪底水库进行了9次调水调沙，使黄河下游主槽全面冲刷，主槽过流能力从1800 m3/s提高到3500 m3/s，约6亿吨泥沙被冲入海，2010年6月～7月利用上游大量来水进行了一次大规模排沙，详见图35。
5) 发电——自2001年竣工至2008年8月底，小浪底水电站累计发电354.18亿度，相当于节约标准煤约1175.8万吨，减少排放二氧化碳3233.5万吨、二氧化硫22.08万吨。
图35 黄河小浪底工程排沙出库
Fig.35 Xiaolangdi Reservoir drains sands
“害河”变成了“利河”，以占全国2%的河川径流，支撑着全国12%的人口和15%的耕地的发展，引黄灌溉面积从解放前夕的 1200万亩增长到今天的1.1亿亩，增加90%，灌溉效益达4000多亿元。
小浪底水库的建成促进了黄河开始实施水量科学统一调度，黄河流域平均GDP耗水定额从1997年560 m3/万元降至2003年的309 m3/万元，降幅达45%。“十五”期间下游供水量比“九五”期间增加了57亿立方米，初步遏制了下游生态恶化的趋势。
治理黄河，既要治水，也要治沙。2002年以来，运用小浪底水库，连续8年调水调沙，将5亿多吨泥沙输入大海，有效延缓了黄河下游淤积，扭转了黄河下游河床逐年抬高的局面。
在调水调沙大流量过程中，还成功进行了黄河三角洲生态调水暨刁口河流路恢复过水试验。截至目前，刁口河累计进水 2309万立方米。遥感数据对比显示，河口湿地水面积增加6.84万亩。
2016年末人民日报报导随着黄河上游小浪底、龙羊峡、刘家峡等总库容600亿立方米水利枢纽的建设，创造性地开展调水、调沙，使黄河下游主槽过流能力从1800 m3/s提高到4200 m3/s，根本改变了黄河三年两决口的局面，解放后 70年来，黄河实现伏秋大汛不决口，流域灌溉面积增长 10倍，年供水量达535亿立方米，干流连续17年不断流，母亲河维持了奔流不息的健康生命。黄河以占全国2%的河川径流量，养育了全国12%的人口，灌溉了15%的耕地，创造了全国14%的国内生产总值，为流域经济社会发展提供了动力源泉。
我国是水电大国，截止到2016年底共装机3.3亿千瓦。
溪洛渡水电站位于四川和云南交界的长江上游、金沙江干流上，拱坝、坝高 285.5 m，居世界特高拱坝的前列，四条泄洪洞左右对称，总泄洪能力为16700 m3/s，过流面流速50 m/s均为世界之最。地下主厂房最大跨度31.9 m，高751 m。最大装机容量1386万千瓦，相当于三峡电站的65%左右。建坝初期就考虑了生态保护，投资 4000万元，对金沙江下游河段水生生物进行生态补偿，并建有 4座生活污水处理厂。图36和图37分别给出了该电站的鸟瞰图和水电站电力外送图，该电站于 2016年9月26日被国际上评为“菲迪克2016年工程项目杰出奖”。
图36 鸟瞰溪洛渡[15]
Fig.36 Bird view of Xiluodu Dam[15]
图37 溪洛渡水电站电力外送
Fig.37 The electric power transmission of the Xiluodu Reservoir
2017年7月传来喜讯，我国在四川和云南交界处金沙江上的白鹤滩已开工建设一座总装机规模10600万千瓦，仅次于三峡的第二大水电站，该站采用坝高300 m的混凝土双曲拱坝，见图38。
图38 白鹤滩水电站拱坝之一隅(建成后效果图)
Fig.38 The computer graphic of Baihetan Dam
该电站正常蓄水位 825 m，防洪限制水位785 m。据规划，水电站大坝将于2021年5月下旬蓄水，同年首批机组投产发电，全部机组将于2022年底建成投产。建成后多年平均发电量将达624.43亿千瓦·时。每年节约标准煤 1968万吨，减少二氧化碳排放5160万吨，减少烟尘排放22万吨。地下洞室群是白鹤滩水电站攻克的一个难关。据了解，地下洞室数量众多，且相互交错，洞室开挖量达2500亿立方米，其中电站厂房洞长438 m，顶拱跨度34 m，高88.7 m，为世界已建跨度最大地下厂房；8个圆筒式尾水调压室直径 43 m～48 m，为世界已建跨度最大调压室。
长江，被誉为黄金水道，是世界上运输最繁忙的河流，沿线地区拥有占全国40%的钢铁、石化企业，其能源、原材料等主要依靠水运完成。长江下游的长三角地区外贸进出口额的 95%以上通过水运完成。
改革开放以来，虽然长三角地区船舶载重总吨位比整个欧洲的内河运力规模还要大，但全长约为莱茵河3倍的长江干线，其货运量却不到莱茵河的1/10。
原因是“长江入海口的‘拦门沙’”，每年4.8亿吨泥沙不断在入海口淤积，形成了长达约 60 km的混浊浅滩，严重影响了海上来船进入腹地。
早在 1958年以来，国家先后组织数以百计的专家和学者，对长江口航道治理的自然条件做深入研究。
直到 1992年，“长江口拦门沙航道演变规律与深水航道整治方案研究”被列入国家“八五”科技攻关项目。
作为国家重大基础设施项目，长江口深水航道治理工程将长江“黄金水道”与上海“国际金融、贸易中心”两大国家战略紧密相连，见图39。
图39 长江口深水航道整治工程示意图
Fig.39 The deep route project at the Yangtze River mouth
打通长江出海通道，使航道水深达到12.5 m，激活南京以下10多个港口、252个万吨级泊位。上海的“江海联运”优势得以进一步放大。
1998年1月，长江口深水航道治理一期工程正式开工。
整个工程是从河口挖出3.2亿立方米的淤泥，这么巨大的挖掘量，如果按1 m3连续堆放可绕地球8圈。与此同时还要长江下游北槽段修筑11座丁坝，依次横卧堤坝内两侧用于呵护航道，引导江水抵挡流沙。
12.5 m的深水航道，大大提高了长江口的航道通过能力。20世纪末的长江口，吃水大于9 m的船舶每天只能通行12艘，2008年这一数字翻了4倍，5万吨以上的船舶更是从无到有，突破13艘。此外，一期工程航道水深从7 m增深到二期工程的12.5 m后，船舶平均每航次可多装载50%～110%，提升了大型船舶的营运水平。
随着一期、二期工程的相继完工，2002年～2009年，仅大宗散货、石油及制成品、集装箱等三大货种运输船舶因运输费节约、中转费节约和中转损失减少产生的直接经济效益就达729.83亿元，相当于工程总投资的5倍。
长江口深水航道治理工程更带动了长江沿线港口及航运的快速发展。据上海海事大学水运经济研究所研究成果表明，2006年长江口深水航道治理工程对整个长江流域的经济增长带动贡献达 2019亿元，占直接影响区域经济总量的7.3%。长江黄金水道运输量一跃成为世界第一。
长江口深水航道治理工程还保障了上海国际航运中心的形成，有利于“一带一路”海上丝绸之路的发展。
这项工程曾获得詹天佑土木工程大奖和国家优质金质奖。
最后需要提及的是：
深水航道治理是一个旷日持久的浩大工程。美国的密西西比河获得13.7 m的水深，用了150多年；英国的莫塞河获得13.6 m的水深，用了45年。
中国治理这条 12.5 m水深的航道只用了 12年，比密西西比河和莫塞河虽然浅些，但却快了许多年。
公元前256年，时任秦国蜀郡太守李冰与其子主持修建的四川都江堰水利工程历时8年，将岷江分为外江和内江，外江排涝，内江灌溉，分水岭的头部形似“鱼嘴”，与“宝瓶口”、“飞沙堰”并称为都江堰的三大水利工程，见图40。
都江堰造福万代，泽惠千秋，发挥了巨大的社会经济效益，灌区现已达到6个地区，36个县(市)实灌1000多万亩，成为2000多万人民生产生活须臾不可离去的“母亲河”。
图40 都江堰鱼嘴分流简图
Fig.40 The planar view of the Dujiangyan ‘fish mouth’
2014年被联合国批准列入世界文化遗产名录的“中国大运河遗产”，该项工程它涉及8个省(直辖市)、132个遗产点和43段河道，主要包括京杭运河、隋唐运河和浙东运河三部分，地跨北京、天津、河北、山东、江苏、浙江、河南和安徽8个省(直辖市)。大运河遗产的建设年代包括春秋、战国、汉、隋、唐、宋、元、明、清、近代，展现了大运河自春秋时期(公元前 3世纪)吴国开渠创建、历经隋唐至明清持续扩建，前后历经 2000余年，时间空间跨度之大世所罕见。直到今天还是中国唯一南北航向的水运通道。见图41。
图41 中国大运河遗产
Fig.41 The Grant Canal of China
坎儿井是极具中国特色的水资源开发和利用的水利灌溉工程。
史称“火州”的吐鲁番干旱少雨，多年平均降水量16.5 mm，蒸发量却高达3000 mm。这里四周高山环绕，地势北高南低。盆地绿洲用水主要依靠从北部的博格达山和西部的喀拉乌成山引取。而这些水源除了在夏季能以地表水的形式流向下游绿洲，但沿途大部分都蒸发了，一部分则深入地下，形成潜流。
人们利用地面的坡度巧妙地创造了坎儿井，在地下顺着山势开挖暗渠，引地下潜流灌溉农田。由于坎儿井处于地下，不因炎热、狂风而使水分大量蒸发，它流量稳定，保证了自流灌溉。
坎儿井，是一种古老的地下水利工程，早在《史记》中便有记载，时称“井渠”(这个名称似乎更符合实际)，现主要分布在新疆天山山脉东部的吐鲁番及哈密盆地，其中尤以吐鲁番为多。
坎儿井由暗渠、明渠、竖井和涝坝组成，详见图42。竖井是为开挖暗渠所建，供人员出入及运出挖渠弃土。竖井口径约为 60 cm，深三四十米，最深的有 80 m～100 m不等。暗渠呈尖拱形或方形，长约几百米到十几公里不等。
图42 坎儿井的构造和输水简图
Fig.42 The structure of karez
据新疆坎儿井研究会披露，建国后陆续修复加固了该项工程，目前新疆遗存的坎儿井共1540条，主要集中在吐鲁番。加固后的坎儿井出水量比过去平均增加了30%左右，给当地居民的生产、生活带来很大益处。
统计显示，吐鲁番的坎儿井年径流总量达1.786亿立方米，灌溉面积约 13万亩，约占全市水资源总量的8%、灌溉面积的7%。
“目前，吐鲁番的坎儿井有1108条。各级政府和广大群众已经意识到保护坎儿井的重要性”。截至2016年，加固工程已开展了五期，先后投资9317万元，对全疆164条坎儿井进行了保护加固——共加固竖井1.57万个，掏捞清淤明渠、暗渠714 km。其中，吐鲁番市保护加固坎儿井130条，加固竖井1.37万个，掏捞清淤明渠、暗渠近650 km。今明两年，还将实施第六期工程。
截止到2016年末我国高铁总里程已超过2.2万千米，居世界之最，计划十三五末(2020年)将达到或超过3万千米，基本上覆盖全国的大中小城市，早在 2014年人民日报就披露中国铁路网关于四纵四横的规划，示于图43。
图43 “四纵四横”高速铁路网(《人民日报》2014.5)
Fig.43 The high-speed train network of China(from People’s Daily, May, 2014)
1) 京沪高铁
京沪高铁全长1318 km，起自北京南站，止于上海虹桥站，设计时速350 km，项目总投资2209.4亿元，是世界上一次建成线路最长、标准最高的高铁，也是新中国成立以来一次投资规模最大的建设项目，图44为其站点示意图。
图44 京沪高铁站点示意
Fig.44 Railway stations along the Beijing-Shanghai High-Speed Train
京沪高铁全线为新建双线，在全长1318 km的线路中，桥梁长度约 1140 km，占 86.5%，基本上是高架高铁。全线共需生产和架设长 32 m、重达900 t的无砟箱型桥梁近3万孔，有效减少建设用地，减少与公路的交叉道口，还同时解决了华北和长江中下游平原地区大面积软土地基下陷等重大技术难题，以保障高铁的行车安全。全线总浇筑高标准混凝土6000万立方米超过三峡大坝混凝土用量的2倍，用钢500万吨，相当于120个国家体育馆鸟巢的用钢量。这3万孔高架桥梁的生产和架设，是京沪高铁土建施工的关键性工程。
京沪高铁要跨越淮河、黄河和长江，其中跨越长江的南京大胜关大桥难度最大。该桥是目前世界高速铁路时速最高、跨度最大、荷载最大的钢桁拱桥。
京沪高铁于2008年4月18日全线开工建设，2011年6月30日建成正式通车，共设24个车站，从开工到运营历时3年零2个月。是世界上一次建成线路里程最长的高速铁路。
2) 哈大高铁
“四纵”中的第3项哈尔滨、大连段，常简称为“哈大高铁”，是世界上第一条投入运营的新建高寒地区长大高速铁路，适应环境温度-40℃～+40℃，同时增强了抗风、沙、雨、雪、雾等恶劣天气能力。
哈大高铁北起黑龙江省哈尔滨市，南至辽宁省大连市，纵贯东北三省，运营里程921 km，全线共设哈尔滨西、长春西、沈阳、大连北等24个车站。
该线 2007年 8月23日正式开工建设，时速350 km，2012年9月通车。全程行驶时间约为3.5 h，比原来缩短6 h。
由于车辆的原因，我国已建的高铁大都经常以300 km/h的时速行驶，2017年初我国自主研发的复兴号列车组，率先在以350 km/h的时速在京沪高铁上正常运营，很快南京以南的各条高铁均采用复兴号，均已达到350 km/h的速度，以后将逐渐推广至各条高速线路，与此同时，2017年中期，人民日报披露我国正在建设一张全国县城，基本覆盖的“八纵八横”高铁网，届时基本可以实现县县有高铁，大大改善我国边远小县的交通状况，事实上属于“八纵八横”的高铁线路有的已经建成通车了，如2017年7月通车的宝兰高铁起自陕西宝鸡经天水定西直至兰州，见图 45，全长 401 km，沿线地质地貌复杂，建设难度极大。全线桥隧密集，桥隧比在90%以上，可以称为中国施工难度最大的高铁之一。其中，陕西境内将近46 km，设有隧道13座，桥梁15座，桥隧总长44.57 km，占线路总长的97%；甘肃境内355千米，桥梁81座，隧道232千米，桥隧比例高达91.6%。
图45 宝兰高铁沿线图
Fig.45 Baoji-Lanzhou High-Speed Train
石鼓山隧道，是从宝鸡南车站开出后遇到的第一个隧道。隧道全长4.3 km，地形起伏大，隧道最大埋深 133 m，最小埋深只有 3 m。其中高难度的五级围岩、六级围岩达到 1300 m，占隧道总长的30%，地层当中含有大量的沙和地下水，是全国唯一一座高风险土质隧道。
继2017年7月宝兰高铁开通运营后，历时9年建设的兰渝铁路也在2017年国庆前夕全线贯通。
属于国家中长期铁路网规划中“八纵八横”之一的京兰高铁，其呼乌段(呼和浩特至乌兰察布)全长286 km，也已于2017年国庆前夕正式开通，开启了内蒙古进入高铁时代。
自兰州至新疆乌鲁木齐的高速铁路，此前早已通车，该线所遇到的困难尤为特殊，如风沙太大以致在列车通过风区的路段不得不加设地面人工隧道使列车从隧道内通过，这条兰州至新疆的高速铁路也获菲迪克2017年工程项目杰出奖。
在高铁建设上中国还有一条独具特色的海南环岛高铁，全长653 km，将沿海12个县和几十个城镇连成一片，实现了令人惬意的“早晨海口看日出，中午儋州尝薏粑，下午三亚来潜水，晚上博鳌去喝茶”，它是全球首条环岛高铁，旅客在车上可以实现3小时环岛旅行。
青藏铁路和宜万铁路两条铁路都是难度很大，改革开放之后终于建成的两条战略通道。
1) 青藏铁路
早在100多年前，中国民主革命的先驱孙中山先生就立下修建青藏铁路的志向，并写进了他的救国强国蓝图——《建国方略》。
1958年，青藏铁路一期工程——西宁至格尔木段动工兴建。此后的几十年里，限于经济实力和高原、冻土等技术难题，工程两上两下，格尔木成为这条新兴之路的暂时休止符。
21世纪之初，2001年6月29日，二期工程格尔木至拉萨段(格拉段)正式开工。工程全长1142 km，投资262亿元。2005年10月12日，世界上海拔最高、线路最长的高原冻土铁路——青藏铁路铺轨全线贯通。2006年7月1日连同一期线路总长1956 km的高原铁路正式通车。
青藏铁路是世界上海拔最高、线路最长、自然条件最艰苦的高原铁路，其中格尔木至拉萨段位于青藏高原腹地，全长 1142 km的线路中经过海拔4000 m以上的地段就有 960 km，占线路全长的84%，穿越多年连续冻土里程达550 km，翻越唐古拉山的铁路最高点海拔 5072 m，并创造了 100 km的世界高原冻土铁路最高时速。在解决冻土路基难题上，采用的片石通风路基、热棒技术、通风管路基、片碎石护坡等措施，均能起到“恒温”作用。而在受全球变暖影响的“高危”地段，则采取了造价更高的“以桥代路”的措施，桥桩穿越冻土层而直接打在坚实的地层，最大限度避免冻土的影响。美国冻土专家马克斯曾感叹：“青藏铁路证明，中国在冻土筑路技术上，真正走在了世界前头。”
图46为羊八井大峡谷地段高耸的桥墩。图47是上海开往拉萨的列车经唐古拉山下雄姿。
青藏铁路建成通车，对于青、藏两省区加快经济社会发展，改善各族群众生活，促进民族团结和巩固祖国边防，都具有十分重大的意义。在 2005年10月青藏铁路试运行时，就陆续有200余辆载着大米、面粉、煤炭、钢材、化肥等援藏物资的列车平稳抵达拉萨，把全国人民的温暖情谊送到藏族同胞的手中。
青藏铁路的通车运营，有力推进了西藏经济结构优化、质量提升、动力转换。2005年西藏 GDP仅为248.8亿元，而2015年GDP达到1026.4亿元，突破了千亿大关，增速位居全国第一，是通车前的4倍。2015年农村居民人均可支配收入8244元，也是通车前的4倍；城镇居民人均可支配收入 2.5万元，是通车前的3倍。西藏旅游迎来了“井喷式”发展，来西藏的国内外游客人数已突破 2000万人次，旅游收入达到280亿元。
“十三五”期间，西藏将努力扩大路网覆盖面，加强对外通道建设，加快形成路网骨架。争取到2030年基本实现西藏“两纵两横、五出区、三出境”。其中，两纵指青藏线、玉权昌都线；两横指新藏滇藏线、狮泉河那曲昌都川藏线；五条出区线指新藏、青藏、川藏、滇藏、玉昌；三条出境线：吉隆、亚东、普兰。这是一个宏伟的干线路网总体思路和发展目标。
青藏铁路成套技术荣获国家科技进步一等奖。
图46 青藏线上高高的桥墩耸立在羊八井大峡谷中(中国广播网)
Fig.46 The tall piers of the Qinghai-Tibet Railway in Yangbaijing Valley (from www.cnr.cn)
图47 上海开往拉萨的列车从唐古拉山下经过
Fig.47 A train from Shanghai to Lhasa traveling through the Tanggula Mountains
2) 宜万铁路
修建铁路碰到的力学问题，施工难度可与青藏铁路相比的大概应属宜万铁路了。
“蜀道难，难于上青天”。
全程仅 377 km的宜万铁路，因工程难度高，屡建屡止，从筹建到通车竟历经百年，堪称命途多舛。2010年12月22日，这条我国铁路史上修建难度最大、单位造价最高、历时最长的山区铁路终于通车了，见图48。
宜万铁路的前身是川汉铁路。1909年，在詹天佑的主持下，项目开建。然而由于技术高难、资金浩大，再加上时局不稳，这条铁路从宜昌往秭归仅修了20多千米就被迫停工。
新中国成立后，经过反复勘测研究，2003年宜万铁路终于重新启动。全长 377 km的宜万铁路总投资225.7亿元，2010年宜万铁路正式开通运营。通车后，武汉到重庆的铁路运行时间缩短为8 h左右，比以前节约10 h。
图48 难度最大单位造价最高的宜万铁路
Fig.48 The most difficult and expensive Yichang-Wanzhou Railway
宜万铁路横穿整个“山奇大、沟奇深，无一处平坦”的鄂西武陵区，桥隧相加占74%，为世界铁路之最，堪称云中筑路。平均每千米耗资约 6000万元，单位造价相当于青藏铁路的两倍。
宜万铁路共有隧道159座，桥梁253座，被誉为“铁路桥隧博物馆”。其中，长达10528 m的齐岳山隧道，历经6年才打通，平均一天仅能前进5 m，堪称铁路隧道技术的制高点。
云中架桥也是一难。宜万铁路桥墩平均高度达到50 m，墩高超过100 m的桥梁5座，渡口河特大桥主墩高度128 m，相当于40多层楼的高度，为世界铁路桥梁墩高之最。
宜昌至万州铁路的建成，打通了川渝地区长江铁路大通道，填补了陇海线和浙赣线之间 700 km无横向铁路和鄂渝湘黔边区无铁路的空白。成为沿线地区经济发展新引擎。仅2011年1月～10月，恩施苗族自治州招商引资实际到资74.24亿元，同比增长46.71%。外贸出口14778.16万美元，同比增长161.84%。
这条铁路和长江航运一起，形成长江沿线的黄金运输通道，构成川渝地区人员货物出川、通江达海的快速通道。
2016年底，中国中车宣布启动时速600 km高速磁浮铁路项目研究，将于2020年交付首台样车，并计划在山东建成一条高速磁浮试验铁路。磁浮技术是指利用电磁感应原理，以直线电机驱动车辆，使列车克服重力悬浮或吸浮于轨道运行的一种技术。由于列车悬浮于轨道，不产生轮轨摩擦，只受空气阻力影响，高速磁浮列车的时速是既有高铁的2倍，与飞机差不多，因此被喻为“贴地飞行”。
20世纪末，约31 km的德国埃姆斯兰磁浮试验线、约19 km的日本山梨磁浮试验线相继建成，高达400 km～500 km的列车时速震惊世界。
1990年，当时的铁道部提交了《京沪高速铁路线路方案构想报告》。中国高铁是采用轮轨技术，还是采用磁浮技术，引起了激烈争论。2004年1月，国务院常务会议批准京沪高速铁路采用轮轨技术。原因有三：一是磁浮列车没有进入商业运营，技术上还有待深化研究。二是磁浮技术的造价要比轮轨高。三是它与中国既有铁路体系兼容性差。“比如说修了北京至上海磁浮铁路，那么从上海到东北或到西北去的旅客，必须要换乘别的轮轨技术列车才能到达，这就给旅客带来不便，也会因此丢失一部分客流”。2006年起，中国铁路迎来了历史上的“黄金十年”，投资规模、建设规模屡创历史新高。中国铁路的高速轮轨技术跨入世界先进行列。就在人们似乎已经遗忘磁浮的时候，2016年5月6日，中国首条拥有完全自主知识产权的中低速磁浮铁路——长沙磁浮快线正式通车。这条线路全长18.5 km，总投资46亿元，最高时速100 km。运营近半年，效果很好。见图49。
图49 长沙南站至黄花机场全长18.5 km的中低速磁悬浮列车
Fig.49 The moderate-low speed Maglev train from Changshanan station to Huanghua Airport (18.5 km)
在北京，连接石景山与门头沟的 S1磁浮线目前正在加紧修建。见图50。长沙磁浮快线通车后，全国 20多个城市派人来考察。不少城市的建设意愿还是比较强烈。目前在国内规划、兴建的磁浮交通系统都属于中低速磁浮系统，运行时速不超过100 km。日本东部开通的丘陵线、韩国仁川机场线也属于这种城市轨交系统。请读者注意由于城市轨交站点多，一般 1000 m左右就设一站，故车速不能太快，一般以85 km/h～100 km/h为宜。
图50 北京首列S1线磁悬浮列车(自门头沟区到石景山区)
Fig.50 The first Maglev train in Beijing (From Mentougou to Shijingshan)
与地铁轮轨制相比，中低速磁浮铁路具有下列优势：
1) 能耗更低。以长沙磁浮运营数据为例，其吨公里综合能耗为 1.9 kW·h，比同等长度的城轨耗电低 0.2 kW·h。因为磁浮列车达到一定速度后便开始惰性运行，不像城轨始终需要动力牵引，因此能耗反而不大。
2) 噪音更小。地铁运行产生的噪声一般达 80分贝，而磁浮列车约为 60分贝，比普通人打电话的声音还小。
3) 工期更短，造价更低。修相同距离磁浮线的工期，不足地铁的一半。地铁爬坡度为3.5%，转弯半径为250 m，而磁浮列车爬坡度为7%，转弯半径最小为50 m，这就意味着磁浮修建时可少受地形影响，减少工程量。
至于辐射安全问题，磁浮列车车辆内电磁辐射的安全限值和地铁同一标准。距离磁浮线1 m的辐射，低于家用电磁炉、电吹风机的辐射；距离磁浮线5 m辐射值，比接听手机时的辐射还低。用于市内交通的低速磁悬浮已经得到世界各国的公认。
目前，我国正启动高速磁悬浮的研发，既是储备技术能力，也是培育市场。
其中时速 600 km磁浮项目由中车四方股份公司牵头，要建设一条具有一定长度的高速磁浮试验线并研制一列高速磁浮试验列车，与国外同类高速磁浮相比，我国的悬浮能耗将降低35%、电磁铁温升降低40℃、单位有效载荷车辆减重6%以上。预计样车将在 2020年 6月左右面世。另一条时速400 km跨国联运高速列车项目，将研究“一带一路”沿线国家不同轨距、不同电压制式、不同环境温度、不同技术标准、不同信号控制的运用需求，按照统一的技术平台、不同的技术路线研制具有产品平台特征的时速400 km跨国联运高速列车。
20世纪90年代以来高速公路成为我国运营里程和运输量增长最快的交通设施之一。2011年已高达8.49万千米，仅次于美国居世界第二位。五年之后2016年中国的高速公路已跃至13万千米，居全球第一。
如果说始建于20世纪40年代的“艾森豪威尔州际与国防公路系统”是推动美国40年来经济持续繁荣的发动机，那么，更加全面、完善、系统的中国国家高速公路网，已承载起推动我国社会经济飞速前进的滚滚车轮，释放出中国发展的无穷潜力。
1) 高速公路的特点
高速公路是全封闭立体交叉的，具有如下特点。
① 为提供汽车高速行驶的各种必要条件而专门建设的公路，其行车速度在60 km/h～140 km/h。
② 效率高，安全，可靠度高。车速高，自然效率就高。全封闭保证了它的安全性和可靠度。
③ 克服了铁路运输的不能离轨行驶，既可以送货上门，又保留了近代高速铁路“高速”的优点，已被公认为是促进国家经济发展的重要交通方式。
④ 高速公路行车快效率高，全封闭，又必须保证它的安全性和可靠度，因此很少有在高速公路上设置红绿灯的。解决的办法就是立体交叉。见图 51。
图51 黄河三角洲地区公路、港口、航运立体交通网络
Fig.51 The highway, port and airport network of the Yellow River Delta
2) 京新高速
2017年全线通车的北京至新疆乌鲁木齐的京新高速，总长1300 km，该公路穿越三大沙漠500 km的无人区和缺水区，这条高速路环境之恶劣施工条件之困难，很难用文字一一叙述，这里附上一张人民日报提供的图52，请读者自己去体味吧。
图52 建设京新高速困难图示
Fig.52 The difficulties of Beijing-Xinjiang Highway
3) 共玉高速
自青海省共和至玉树这段高速是国家高速G0613西宁至丽江公路在青海境内的重要路段，是青、藏、川、滇藏区的黄金旅游的重要路段。共玉高速公路作为在青藏高原多年冻土区建设的首条高速公路，被称为高海拔、高寒、高速“三高”公路。路线全线穿越冻土区，其中穿越多年冻土区里程长达227 km，占路线总长的36%。在多年冻土区进行路基、隧道、桥涵施工，不可避免地会引发冻土消融，这在全国乃至世界都没有技术先例。我国依托40年冻土研究成果，攻克了一系列技术难题，实现了隧道冻融防治有据、有效，为快速施工提供了科学依据。
该段高速已于2017年8月正式通车。
川藏公路不是高速公路，但是中国筑路史上最早且工程最艰巨的一条公路，是新中国成立后最早开始修建的具有国防意义的公路，经多年不断延伸和增建，目前分南北两线。它始于四川成都，经雅安、康定，在新都桥分为南北两线：北线(属 317国道)经甘孜、德格、进入西藏昌都、邦达；南线(属318国道)经雅江、理塘、巴塘，进入西藏芒康，后在邦达与北线会合，再经八宿、波密、林芝到拉萨。
北线全长 2412 km，沿途最高点是主峰海拔6180 m的雀儿山，用隧道穿越，隧道长度竟长达7079 m；南线总长2149 km，途经海拔4700 m的理塘。南北两线间有昌都到邦达的公路相连。南线因路途短且海拔低，所以由川藏公路进藏多行南线。沿川藏公路进藏，进藏途中从东到西依次翻越二郎山、雀儿山、色季拉山等14座海拔在5000 m左右的险峻高山，跨越大渡河、金沙江、怒江、澜沧江等汹涌湍急的江河，路途艰辛且多危险，但一路景色壮丽，有雪山、原始森林、草原、冰川、峡谷和大江大河。
这条从成都平原一直延伸到喜马拉雅山脚下的川藏公路(见图 53)最早是当年 10万筑路大军用“每前进一千米就有一名战士倒下”的巨大代价，从落差数千米的悬崖绝壁上一米一米艰难“抠筑”而成，被中外地质学家称为“世界上最危险之路”。它是连接雪域边陲西藏和内地战略运输的大通道。
图53 川藏公路
Fig.53 Sichuan-Tibet Highway
为了保卫和维护这条高原战略通道，成都军区专门成立了成都军区“川藏兵站部”。该部常年万人千车在川藏公路上执行任务，截至 2011年底累计运送物资45多万吨，行驶30多亿千米，连同早期修路时由于施工条件的落后，先后有658名官兵牺牲，1800多人受伤致残，为西藏的繁荣与稳定作出了重大贡献。让我们对死者表示深切的悼念，对伤者表示真诚的慰问。
我国是桥梁大国，以跨越长江的大桥为例，50年代初第一座武汉长江大桥建成，结束了长江上没有大桥的历史，此后，特别是改革开放之后，截止到 2016年，长江上已建成的大跨铁路和公铁两用桥总数已超百座，分布在上起四川的宜宾，下至长江入海口近3000 km长的干流上，武汉、南京等大城市，每个城市都有多座大桥。仅江苏省一省跨越长江的大桥就多达10几座以上，见图54，2017年报载武汉一个市跨越长江的大桥已达9座。这种大规模地迅速地桥梁建设在我国乃至世界建桥史上也是十分罕见的。说它“崛起”是毫不夸张的。
从全国来看，2017年8月，交通运输部提供的数据令人惊讶和振奋，仅公路桥梁目前我国多达80.5万座，如果计及铁路桥则桥梁总数则更多。
图54 江苏省跨江大桥示意图
Fig.54 The cross-Yangtze River bridges in Jiangsu Province
1) 杭州湾跨海大桥[16]
2008年5月1日早已正式通车的杭州湾跨海大桥，北起嘉兴市海盐，南止宁波市慈溪，全长36 km双向六车道，设计时速100 km/h，设计使用年限100年，投资120亿元，大桥的建成使宁波至上海的距离缩短120 km，大大改善杭州湾区域的路网布局，单从宁波市来分析，使它从一个长三角交通末梢边缘城市一跃成为海陆交通枢纽和节点地市。详见图 55。
图55 杭州湾大桥、苏通大桥区位示意图
Fig.55 The locations of the Hangzhou Bay Bridge and the Sutong Bridge
杭州湾是钱塘江入海口，与南美的亚马逊河口、印度的恒河河口并称为世界三个强潮海湾，潮差大、潮流急、风浪大、冲刷深，钱塘江观潮的胜景就是杭州湾这个大喇叭口形成的。在这样的海域架桥，世界上没有先例，没有可供借鉴的桥型，所以说杭州湾跨海大桥是世界上工程难度最大的桥梁之一，从图56可以窥见杭州湾大桥的雄姿。
图56 杭州湾大桥
Fig.56 The Hangzhou Bay Bridge
2) 苏通大桥[17]
就在杭州湾大桥通车2个月之后，另一座改善长三角交通布局的苏通大桥也于2008年6月30日正式通车，图 55标出了苏通大桥的区位，这一带江面复杂的自然条件是世界建桥史上少有的：一年中风力达6级以上有179天；降雨大致超过120天；江面宽阔，水深流急，主桥墩处水深达30 m；通航密度高，日均通过船只近3000艘，高峰时期达6000艘。该桥全长32.4 km，双向六车道高速大跨标准，其中跨江8146 m，主桥为跨径1088 m的斜拉桥，居世界之首，此前世界斜拉桥最大跨径是日本的多多罗桥仅为 890 m。由于苏通大桥处于长江下游，航运频繁，该桥通航净空高度为62 m，桥墩主墩基础由131根长120 m，直径2.5 m～2.8 m群桩组成，桥塔高300.4 m，大桥最长的拉索577 m，号称“最大主跨，最深基础，最高桥塔，最长拉索4最的创造了世界纪录的斜拉桥”，图 57给出了苏通大桥的鸟瞰图。
图57 苏通大桥
Fig.57 The Sutong Bridge
苏通大桥地处华东路网咽喉。苏通大桥的建成，使南通自北岸跨越长江的时间从 1 h缩短到5 min，上海一小时经济圈的半径被再次扩大，实现了长三角一体化。
苏通大桥是当今世界上最大跨度的斜拉桥，是中国迈向世界桥梁强国的标志性桥梁。苏通大桥还被国际桥梁协会授予该协会的最高荣誉“乔治·理查德森大奖”，成为国际桥梁技术发展史上具有里程碑意义的工程，也成为万里长江的一个新地标。
3) 南京大胜关铁路桥[18]
京沪高铁要跨越淮河、黄河和长江，其中跨越长江的南京大胜关大桥难度最大，该桥是目前高速铁路设计时速最高、跨度最长、荷载最大的钢桁拱桥，也是京沪高铁的控制性和标志性工作，其大桥钢梁的重量是武汉长江大桥的4倍，整个工程规模之大、标准之高、技术之新在我国建桥史上前所未有，在世界建桥史上也十分罕见。图 58是京沪高铁跨越长江的南京大胜关长江大桥钢梁合拢的情景。
图58 京沪高铁南京大胜关长江大桥钢梁合拢
Fig.58 The contruction of the Dashengguan Yangtze River Bridge of the Beijing-Shanghai High-Speed Railway
4) 沪通长江大桥[19]
世界最大跨径重载公铁两用钢拱桥——是沪通长江大桥天生港专用航道。据悉，沪通长江大桥是我国沿海铁路大通道中沪通铁路段的跨长江控制性工程，上层为双向六车道锡通高速公路，下层为双线沪通铁路和双线通苏嘉城际客运专线，南北连接江苏省张家港市和南通市。沪通长江大桥全长11072 m，大桥南侧跨越长江主航道，采用主跨1092 m的钢桁梁斜拉桥结构，为目前世界上最大跨径的公铁两用斜拉桥；大桥北侧跨越天生港专用航道，采用主跨336 m的刚性梁柔性拱桥结构，为目前世界上最大跨径重载公铁两用钢拱桥。见图59。
图59 沪通长江大桥天生港航道桥合拢
Fig.59 The construction of the Hutong Yangtze River Bridge
5) 山东高速胶州湾大桥
山东高速胶州湾大桥，2011年6月30日正式建成通车，创造了七项中国和世界桥梁建筑纪录。一是长度上，大桥为目前世界第一跨海长桥，总长度是41.58 km；二是技术上，“水下无封底混凝土套箱建造技术”是世界首创，解决了水下施工的世界性难题，先后获国家发明专利一项、实用新型专利一项和国家技术发明二等奖，被中国企业联合会授予企业创新纪录；三是环保上，建设历时4年，未对周围的水域造成污染，多次获得节能减排先进单位；四是深度上，采用开发改进的大直径悬挖钻机施工，最大的钻孔直径达到 2.5 m，最大孔深达80.7 m，钻孔直径和钻孔深度均为目前国内海上桥梁之最；五是桩数上，全桥海上钻孔灌注桩的数量达到了 5127棵，目前位居世界第一；六是泵送距离上，国内首次实现了海工高性能混凝土的超长距离的泵送，达到了900 m；七是高度上，重达2050 t、60 m预制箱梁，吊装高度达到了 58 m，为目前国内同类预制箱梁安装的最大高度。2011年9月18日，美国著名财经杂志《福布斯》评选出“全球最棒的 11座桥梁”，山东高速胶州湾大桥成为中国唯一上榜桥梁。上榜理由是，胶州湾大桥创造了中国乃至世界数项桥梁纪录。建设全球“最长的跨海大桥”实在是个不小的创举。
8) 舟山跨海大桥[20]
2012年12月25日，由5座大桥组成的舟山跨海大桥实现全线贯通。见图60。这意味着舟山孤悬外海的历史从此结束，舟山和浙东大地连成了一体。
图60 舟山跨海大桥(李中一 摄)
Fig.60 The Zhoushan Cross-Sea Bridge (by Li Zhongyi)
舟山跨海大桥全长 46.5 km。东起舟山定海，经金塘岛再到宁波镇海，包括岑港大桥、响礁门大桥、桃夭门大桥、西堠门大桥、金塘大桥5座大桥和9座谷桥、2座隧道、6处互通立交。总投资131.13亿元。
大桥为舟山、宁波两地来往将从原来的2 h多的车程缩短为不到 1 h。从舟山到上海也由过去的近5 h缩短到3 h。更重要的是，大桥使舟山从交通最末端地区变成了通向海洋的最前沿，长三角大量人流、物流、信息流将涌至舟山，使舟山港成为现代世界最大的港口。
9) 四渡河大桥
该桥是沪蓉西高速公路的咽喉工程，位于巴东县野三关镇四渡河峡谷。大桥主跨 900 m，桥面距峡谷谷底560 m，相当于200层楼的高度，是目前国内在深山峡谷里修建的跨度最大的悬索桥，比目前世界最高的法国米约大桥还要高出 290 m，被誉为世界第一高悬索桥，图 61是四渡河高悬索桥建成通过验收的情景。
图61 四渡河大桥的雄姿
Fig.61 Siduhe Bridge
10) 港珠澳大桥[21]
港珠澳大桥工程包括3项内容：一是海中桥岛隧工程；二是香港、珠海和澳门三地口岸；三是香港、珠海、澳门三地连接线。总长55 km。图62给出了港珠澳大桥示意图。
图62 港珠澳大桥示意图
Fig.62 The Hongkong-Zhuhai-Macau Bridge
海中桥隧主体工程采用双向六车道高速公路标准建设，设计速度100 km/h，桥梁总宽33.1 m，隧道宽度 2×14.25 m，净高 5.1 m。设计使用寿命120 年。
港珠澳大桥工程的一大特点就是同时包含了桥梁、隧道和人工岛几种不同的工程类型，因为海上通航的需要、香港机场航空限高的要求等，靠近香港段只能采用隧道形式通过，隧道工程是本工程的重点和难点，近 6 km长的沉管隧道是世界上目前已建和在建工程中最长的混凝土沉管隧道，为了将来 30万吨油轮满载通航，隧道最大埋深达到海底约40 m深；连接桥梁和隧道的转换通过2个海中人工岛来实现，同时在海中人工岛上设置隧道的通风井。
党的十八大(2012年)至今短短的5年内，我国就建桥9万多座，其中具有特色且难度很大的有：
1) 云南普立大桥
该桥耸立于高山峻岭之巅，穿行于云雾峡谷之间，是国内山区高速公路首座钢箱梁悬索特大桥。大桥桥面离峡谷485 m，于2015年8月25日正式通车。该桥不仅给交通带来便利，还成为杭瑞高速公路上的重要景观，同时将遵义、六盘水、曲靖、昆明、大理、瑞丽等旅游景区串连起来，形成一条黄金旅游线路。
据不完全统计，通车后，仅是前来参观普立特大桥的市内外游客就达15万人次左右。
2) 福建泉州湾跨海大桥
湛蓝的泉州湾上，一座全长26.7 km的大桥如长虹般飞架南北。已于2015年5月12日通车。
眺望泉州湾跨海大桥，挺拔雄姿中蕴含浓浓的“泉州味道”，该桥塔造型简洁相互又肃穆大方。“大桥分左右双幅，路基宽度达到 41 m。其中主桥为主跨 400 m的双塔分幅组合梁斜拉桥，可保证5000吨级杂货船双向通行、10000吨级杂货船单向通行。”
大桥贯通后，连接了晋江、石狮、惠安、台商投资区等泉州经济最活跃、发展最快的环湾区域。泉州湾南北两岸通途坦荡，环城高速公路闭合成环，将直接加快环泉州湾980 km2经济圈的闭合和形成，助力泉州“21世纪海上丝绸之路”先行区的建设。
3) 贵州清水河大桥
2015年12月31日，贵州省清水河大桥正式通车，标志着贵州成为西部地区第一个县县通高速的省份。大桥全长2171.4 m、主跨1130 m，横跨清水河大峡谷，桥面至谷底深达 406 m，是世界第二高桥。
受困于复杂的喀斯特地质构造，清水河大桥在悬索桥建筑史上首次采用了板桁结合技术。大桥贯通，使贵阳到瓮安车程从以前的4个半小时缩短至1小时。
根据2017年8月交通运输部提供的资料，大致可归纳为全球大跨度桥梁，我国占比超50%，其中即将通行的集桥、岛、隧道于一体，全长55 km——作为连接香港、珠海、澳门的超大型跨海通道，港珠澳大桥被誉为交通工程的“珠穆朗玛峰”，被外媒称为“新世界七大奇迹”之一。
桥面距谷底高达到565 m，相当于200层楼高的北盘江大桥是世界第一高桥；四川干海子特大桥是世界第一座全钢管混凝土桁架梁桥，其最高钢管格构桥墩达 117 m；鹦鹉洲长江大桥是世界跨度最大的三塔中跨悬索桥；湘西矮寨特大悬索桥，创 4项世界第一……近5年来，全球超过一半的大跨度桥梁都出现在中国，“最长、最高、最大、最快”这样的纪录，不断被写进世界桥梁史，让“中国桥”成为展示中国形象的新品牌。
交通运输部披露，目前世界最高的 10座大桥我国拥有8座。世界上已建成的跨度超400 m的斜拉桥、悬索桥分别有114座、109座，我国就分别拥有59座、34座；全球在建及拟建的主跨400 m以上的斜拉桥、悬索桥分别为49座、37座，我国就分别占据了39座、29座。
人民日报简略的给出了我国桥梁工程的成就，见图63。
表2 我国桥梁骄人的成就
Table 2 The significant achievement of bridge engineering in China
这些成就获得了广泛的国际认可，2013年7月，嘉绍大桥正式建成通车。这座大桥一举攻克了多塔斜拉桥结构体系、刚性铰新型装置、钢箱梁检查设备关键技术难题，项目成果获得了 2016年国际桥梁大会古斯塔夫·林德撒尔奖、2016年国际道路联合会全球道路设计成就奖。5年来，这样突破世界性技术难题的中国桥梁还有很多。
无论是铁路还是公路，总是要“逢山开路，遇水搭桥”，古代开路多指开凿隧道，现在无论逢山还是遇水均可视具体情况经过多方案比较，既可搭桥也可凿隧。我国西南宝成线铁路沿线这种沿山势修建的隧道太多了。图 48展示的宜万铁路几乎是隧道加桥梁连成一体的。
随着铁路公路的大发展，在桥梁建设的同时，我国近年来兴起了一股隧道热，因为隧道有很多桥不具备的优点，如不影响航道，不受航运、流水等外力影响，安全稳定，而且抗震能力较强等。
2008年12月28日武汉长江隧道通车了。武汉建成的这条隧道号称“万里长江第一隧”，名副其实，2004年正式开工，历时4年。隧道在河段中部处于水下57 m，河床下5 m深的位置，设计使用年限100年，防洪按300年一遇的标准，抗震6度设防，隧道两端竖井分别设有宽14 m，高5.4 m，厚0.34 m的防淹门，万一遇到不可抗力的因素，防淹门可拦截江水，防止倒灌至地表。图 63给出了这条隧道的详图。
继武汉长江第一隧之后，相继建的有上海、南京长江隧道其规模较此为大。
至1984年底，世界上共修建了将近10000 km的铁路隧道，约占世界铁路总长度的0.8%，其中有一半分布在中国和日本。我国是世界上铁路隧道最多的国家，其中一半以上分布在云南、贵州、四川、陕西等省。有7000多座，总长度超过4000 km，居世界各国之首，其中包括近期建成的青藏线上海拔4906 m的风火山隧道以及穿越冻土带的昆仑山隧道(全长1689 m，海拔4600 m)。
图63 武汉长江隧道
Fig.63 The Yangtze River Tunnel in Wuhan
2016年底，海拔6168 m、隧道海拔4270 m、全长 7079 m的川藏公路第一险的雀儿山隧道贯通了，隧道贯通后，翻越雀儿山由原来的几个小时甚至几天时间缩短为10 min，“翻越雀儿山，犹过鬼门关”的历史将一去不返。
无论是“桥”还是“隧”都有较多的力学问题，大都比地面建筑更为复杂，难度也更高。
还有一种“隧”是沉管。如图 62所示的总长55 km的港珠澳大桥其中主体工程之一就埋设6.7 km的海底沉管隧道，隧道两端建有东、西两个人工岛。
岛隧工程为港珠澳大桥核心工程，6.7 km里的海底沉管隧道是我国第一条外海沉管隧道、世界最长的公路沉管隧道和唯一的深埋沉管隧道，满足了港珠澳大桥今后30万吨油轮满载通航。6.7 km的海底沉管隧道由33节巨型沉管和1个合龙段最终接头组成。沉管隧道标准管节长约 180 m，重约 8万吨，由8个管段组成，每个管段长22.5 m，全部采用两孔一管廊截面开式，宽37.95 m，高11.4 m，管壁厚度达到 1.5 m。隧道包括2个交通行车管廊(每个管廊行车为一个方向)和 1个中间逃生和设备管廊。隧道的横断面及内部简况，见图64、图65，2017年底可望通车。
图64 隧道横断面示意图
Fig.64 The cross section of tunnel
图65 港珠澳大桥沉管隧道内部
Fig.65 The immersed tube of the Hongkong-Zhuhai-Macau Bridge
无论是“桥”还是“隧”都有较多的力学问题，大都比地面建筑更为复杂，难度也更大。
造船业是我国新兴的基础支柱产业，目前全世界有30%的船是中国制造，位居世界第三。国务院在 2009年两会期间已将造船业列为我国制造业中的重点产业。为了扩大再生产，我国著名的拥有143年历史的江南造船厂，于 2008年整体搬迁至长江入海口处的长兴岛，占地560公顷，建筑面积110万平方米，使用岸线3.8 km，分为3条造船生产线，共建设大型造船坞4座，其中最大船坞长580 m，宽120 m，配置 7台600 t以上龙门吊，总投资约160亿元。
目前海运船舶常用的为集装箱船、油船、散货和杂货船四大类，后两种船多以运输矿石，粮食，煤碳等为主。这 4大类总吨位占世界商船队的94.4%。单艘船的吨位日益增加，油船最大吨位已达30万吨/艘，其次是期货船，最大的已达25万吨/艘，集装箱船则以载箱量衡量。目前最大的集装箱船装箱量已达 6000TEU～10000TEU(即集装箱)，图 66是我国建造的第一艘1万集装箱船——中远川崎48号已于2008年3月下水。
图66 我国建造第一艘1万集装箱运输船——中远川崎48号
Fig.66 The first 10,000 container carrier made by China:No.48 of NACKS
图 67是我国自行研制的首艘液化天然气(LNG)运输船，运输天然气的船，技术要求是很高的。运输船要保证在-163℃低温下，把天然气“压”成液态，成为液化天然气(LNG)，还需要满足超长距离运输液化天然气的能力，LNG船成为国际上公认的高技术、高附加值、高可靠性的产品。
图67 我国自行研制的液化天然气运输船(2008年下海)
Fig.67 The LNG designed and manufactured in China(Launched in 2008)
这艘LNG船造价高达1.6亿美元，几乎等于五艘普通巴拿马型散货轮的总造价，而其钢材消耗量却仅相当于一艘 7万吨散货轮。整个船装载量为14.721万立方米液化天然气。全部汽化以后容量将达 9000 m3，天然气液化后的体积为气化状态下的1/600，相当于上海全市居民一个月的天然气使用量。
这艘世界上最大的薄膜型LNG船长292 m，宽43.95 m，型深26.25 m，堪称海上“巨无霸”。LNG船要适应从常温到-167℃的温度的剧变，内部有一套复杂的系统。其中，货舱维护系统由两层绝缘箱和两层薄膜组成，它是决定LNG船建造成败的关键。仅这一部分，需要配套的零件就在50万个以上。
不仅是货运船，我国还生产邮轮，2017年6月3日，首艘专为中国市场打造、亚洲最大邮轮诺唯真“喜悦”号在青岛国际邮轮港开启全球首航，见图 68。诺唯真“喜悦”号总吨位 16.8万吨，是目前以中国城市为母港出发的最大吨位邮轮。
图68 喜悦号邮轮
Fig.68 The Xiyue Passenger Ship
船舶工业被誉为“综合工业之冠”。据统计，在国民经济116个产业部门中，船舶工业与其中的97个产业有直接联系，关联面达84%，其中尤以机械、冶金、电子等行业最为密切：每建造一万载重吨船舶可以解决造船及其上游产业 3000个就业岗位，2009年已完成5000万载重吨，解决了1500万人的就业岗位。“选择船舶产业作为调整振兴的十大产业之一，对应对危机、扩大内需、刺激经济发展将起到积极作用”。这个简单的统计还仅仅指得是与造船直接有关的行业，如果连同因造船而需要同步发展的建造港口、码头、船坞等都算在内，那基本上大部分都是土木工程这个行业和专业的事了。
图69给出了一个正在建造的大型船舶的图片。其目的有三：其一是想说明船舶结构就是一个大型钢结构，所不同的是这个钢结构是建造在一个可以浮在水上的壳体内，而且壳体还需加设抵挡外水压力的垂直于船体的曲形支撑，这本身就是一个复杂的力学失稳问题；其二是想说明造船业是吃钢大户，我国钢材的消耗除了土木之外，就是造船业了；其三就是土木工程专业和力学专业的毕业生去造船业求职是一个方向，因为从力学和结构方面来看，船舶结构力学与土木工程结构力学没有本质上的差别。
图69 正在建造的船舶
Fig.69 A ship under construction
还有在强军兴军中我国制造两艘航母辽宁舰和山东舰与我国造船的实力和基础有密切关系。
说起隧道，一个不可避免的问题就是开挖方法，过去常期以来我国都是采用地下爆破开挖，在水下也采用过沉管等办法，之所以如此就是没有自己的盾构机(地下隧道掘进机)，外租又非常昂贵且不一定完全符合中国的地质条件，自 2014年我国先后生产了自己盾构机，开挖直径6 m～8 m不等，盾构机长80 m以上，拐弯半径250 m左右，有的用于岩层，有的用于土层，有的两者均可，只要转换前方掘进的刀具即可。图 70给出了一幅开挖直径6.68 m，2016年6月正在成功下线的“开拓一号”盾构机。
图70 开拓一号盾构机完成组装调试后下线的场景
Fig.70 The ‘Kaituo-1’ Shield Machine after manufacting
更有甚者 2016年又先后生产出异形盾构机如矩形盾构机并成功地用于新加坡汤申线地铁项目，马蹄形盾构机用于蒙华铁路白城隧道和黎巴嫩大贝鲁特供水项目等。盾构机与船舶车辆一样属于制造业的范畴，是国民经济的主要产业，其设计生产过程都离不开近代的力学分析和计算。
与交通运输有关的大型制造业远不止车辆、船舶、盾构等还有飞机，我国研发制造的商用大型客机C919，截止2017年底，国内外用户已达24家，订单总数700多架。
C919大型客机是我国首款完全按照国际适航标准和主流市场标准研制的单通道干线飞机。它定位于航空运输市场最主流的150座级单通道市场，标准航程 4075 km，增大航程 5555 km；采用了先进气动布局、结构材料和机载系统，直接运营成本降低 10%。C919的出现，意味着我国具备了研制一款现代干线飞机的核心能力。
大型客机研发和生产制造能力是一个国家航空水平的重要标志，也是一个国家整体实力的重要标志。全球合作程度极高的民机行业，更需要牢牢把握自主创新和核心竞争力。截止到2017年11月C919已完成了4次城际飞行。中国由此实现了民机技术集群式突破，形成了大型客机发展核心能力。
地铁和城市交通的发展势必引发地铁车辆制造业的发展，中国生产的地铁车辆不仅供应国内需要也早已出口外销。2017年10月份党的十八大前夕，中国为美国波士顿橙线地铁生产的车辆已顺利下线，该车为国内自主知识产权的美标地铁车，在材料、空间等方面较原有的中国地铁有较多的改造和升级，见图71，这批车辆已于2017年12月份运抵美国。
图71 中国为美国波士顿橙线地铁生产的车辆
Fig.71 The train manufactured in China for the Boston subway
从世界范围来看，传统能源(煤、石油和天燃气)的消费仍居首位，无论是汽车、发电、航运乃至卫星的发射，大都以传统能源煤和燃气为主，世界公认我国煤炭资源丰富，但由于它对大气污染严重，近年来一直倡导逐步减少对煤炭资源的开发和利用，随着勘探手段的完备和先进，2015年国土资源部公布最新全国油气资源动态评价结果。
我国常规石油地质资源量 1085亿吨、可采资源量268亿吨。常规天然气地质资源总量68万亿立方米，可采资源量40万亿立方米。
2017年国土资源部更进一步披露：
2012年～2016年，全国油气资源勘探取得重要突破，石油储量持续增长，累计探明亿吨级油田10个。天然气储量快速增长，累计探明千亿立方米气田13个。
在产量方面，近5年来全国原油产量较为稳定，年均产量超过2亿吨。天然气产量快速增长，年均产量近1200亿立方米，由世界第18位上升到第6位。非常规油气资源勘探开发加速推进，页岩气、煤层气迈入产业化商业化生产阶段。
为了实现“绿水青山就是金山银山”，经过对自然保护区内油气控矿权初步梳理核查，已有 22个油气探矿权退出保护区面积6586 km2。2016年，调整全国整体勘查区，退出与国家级自然保护区重叠面积3.2万余平方千米。
海上采油隶属于高技术产业。
由于石油的巨大需求，而大陆油田大都已探明并进行了相当规模的开采，向海上发展几乎是个必然趋势。早在二战结束后，1947年墨西哥湾建造了全球第一座采油平台，至今全球已有采油平台上万座，形式也因水深不同而异，图 72给出了不同深度采用不同采油平台的示意图，左侧还给出了一个悬浮式平台的鸟瞰图。
图72 不同深度选用不同的采油平台
Fig.72 The oil production platform suitable for different depths
采油平台由于在海上建造海上操作，环境是相当恶劣的，首先是力学环境，风、浪、流、冰、潮汐，还有海生物侵蚀，氯离子腐蚀等，一般海上采油平台要承担钻探、开采、生产、储藏(至少要短期储藏)。多建在海面下深度30 m～200 m不等，设计浪高20 m～40 m不等，由不同地区的海浪决定。基础外直径由受力条件及油田的储量决定，大约可供储油50万桶～200万桶(1桶=136 kg= 159 L)。
深海油气资源，是指水深300 m以上水域所蕴藏的石油天然气资源。据美国地质调查局和国际能源机构的统计，全球深海区最终潜在石油储量可能超过 1000亿桶。据测算，世界海洋石油日产量约占全球石油供应量的29%，到2015年预计为45%，而新增产能几乎都来自深海石油开发。
目前全球四大深水油气开发热点为巴西近海、墨西哥湾、安可拉和尼日利亚近海。北冰洋、南海中部海盆等海域，则被认为是新的深水油气开发热点。
由于深海石油开发难度大、技术含量高，投资密集，据 2006年披露全球具备深海钻探能力的钻井平台仅有15座，如今可能早已超过百座了。
深水钻井也面临很多问题。首先深海油田的压力是海平面压力的千百倍，这导致深海油气温度超过 200℃，并充满硫化氢等腐蚀性物质，增加了开采难度。而且将石油从海底输送到海平面需要大量特殊管线，深海钻井平台势必造得十分庞大，否则无法在海面上漂浮。而在浅海开发则没有这些麻烦。
我国南海油气资源极为丰富，整个南海盆地群石油地质资源量为230亿吨～300亿吨，天然气总地质资源量约为 16亿立方米，占我国油气总资源量的1/3，其中70%蕴藏于153.7万平方千米的深海区域。南海有潜力成为继墨西哥湾、巴西和西非深水油气勘探开发“金三角”之后全球第四大深水油气资源勘探海域。
1) 我国海上采油起步较晚，1966年12月渤海湾一井开钻，次年即 1967年开始喷油成为中国第一口工业流油井，比美国在加利福尼亚州试钻成功的第一口海上油井整整晚了60多年。
渤海水域较浅，建设的海上采油平台也较多，年总产量 4000万吨，但油质较差，多为稠油，且分布非常分散。我们采取在一座平台上整体打加密井的技术大大节约了采油平台的建设。目前渤海湾采油平台，大部分是这种加密井，可以设想渤海油田做到年产 4000万吨实属不易，需要向深海进军了。
2) 深海采油的崛起
2012年5月我国自行研制的“海洋石油981”在南海水域距香港东南 320 km的地方开钻了，它标志着我国海洋石油深水开采战略迈出了实质性的步伐。
平台自重超过3万吨，从船底到井架顶高度为137 m，相当于15层楼高，“海洋石油981”最大作业水深3000 m，钻井深度可达1万米，见图73。
图73 “海洋石油981”平台近景[22]
Fig.73 ‘Ocean Oil 981’ Platform[22]
针对南海的恶劣海况，“海洋石油 981”开创了6项世界首创和10项国内首创，其中包括：首次采用200年一遇的风浪参数加上南海内波浪作为设计条件，大大提高了平台抵御灾害能力；首次采用动力定位和锚泊定位的组合定位系统，水深在1500 m以内时可以采用全动力定位模式，大大节约燃油；首次突破半潜式钻井平台可变载荷 9000 t，为世界半替式平台之最，大大提高了远海作业能力。
特别值得一提的是，“海洋石油 981”在全球首次采用了最先进的安全型水下防喷器系统，在紧急情况下可自动关闭井口，能有效防止类似墨西哥湾大量漏油事故的发生。
“海洋石油981”还充分地体现了人性化，为在平台上的160名员工配备了先进的生活设施，营造了舒适的海上生活环境。不光有整齐的员工宿舍、明亮的食堂，还设置了健身房等体育娱乐设备。
海上的环境恶劣，如风、浪、流、冰、潮汐、海生物等对关键结构会造成腐蚀，使得采油平台大都成本高、技术含量高，因此服役安全度和耐久性要求高。相应地，采油平台的事故也较多，见表3。
环保人士认为，钻井平台的最大问题来自常规排放的废水，其中含有钻井液以及包括泵在内的重金属。“反对石油开采委员会”的数据显示：墨西哥湾的钻井在服役期内排放9万吨钻井液体和金属碎片。此外，深海钻井及运输原油的管道、油轮出现的漏油污染事件还会打击渔业、旅游业等地方经济。请读者注意我国的渤海湾也存在这个问题。
我们可以毫不夸张地说海上采油是一项现代兴起的高技术产业且许多难题均与力学有关，我国早已成立了海上采油总公司，简称中海油，我国拥有约300万平方千米海域，大陆海岸线长达18000多千米，面积大于500 m2的岛屿有6500多个，是名副其实的海洋大国，资源丰沛战略地位重要。目前我国拥有海上采油平台近百座，分布在渤海、黄海、东海、南海，其中渤海最多。
表3 按年度给出的几个海上采油平台事故
Table 3 The accidents of oil production platforms
南沙群岛位于北纬3°37 ′～北纬117°47 ′的西太平洋上，由550多个岛屿、沙洲、暗礁、暗滩和暗沙组成，它们大部分由珊瑚构成。南海东北临西太平洋，西南经马六甲等海峡与印度洋相通，是太平洋通向印度洋的海上交通要道，是远东通入东南亚、非洲、欧洲和大洋洲的必经之地，是世界海上运输的咽喉地带，战略地位重要。西方国家70%的战略物资运输要经过南沙海域，我国通往世界的40多条海上航线，有 30多条要经过这里。目前已经探明，南海海底蕴藏的油气资源达225亿吨，大体相当于8个大庆油田，被称为“波斯湾第二”。随着油气资源的发现与开采，南沙群岛及其附近海域已上升为国际热点、焦点地区。
这一段介绍至少读者可以明白为什么近年来这个地区有如此重大的争议和争端，历史上早已标明这是我国的神圣领土，卧榻之上岂容他人鼾睡！
这块宝贵的岛碓海域，我国已设立三沙县并正在疏通海域设立航标灯、海上采油、海水深潜且已获取清洁能源可燃冰等重要资源。
所谓新能源目前泛指低排放、低污染的符合低碳经济原则又可持续发展的清洁能源，一般泛指除煤和石油以外的燃气、核能、水能、风能和太阳能的利用，关于水能的利用全球开发的较早，我国应属走在前边的。我国是全球水能资源相当丰富的国家，建国后，特别是改革开放之后，一直处于积极开发的水平，截止到 2016年末统计我国已开发的水能，其水电装机达到3.3亿千瓦，是世界最大的水力发电国，且还在继续增长。本文在第4节水利中给出了较详细的阐述，这里着重介绍核能、风能、太阳能。图74给出了一份2030年相对于2008年不同电能的发展趋势，图中显示污染较大的燃煤用电由2008年的40.8%减少至2030年24%，而核电则由13.4%增至18%，更有甚者清洁能源风能及其他能源(如太阳能、潮汐能)有着更为明显的增加。
图74 全球电力需求趋势(2015年11月人民日报思想理论动态参阅)
Fig.74 Global electric power demand(Thought and Theorical Trend of People’s Daily in Nov. 2015)
1) 天然气
天然气是公认的清洁能源(但它是不可再生的)，SO2、粉尘排放接近于零，CO2及氮氧化物排放量低于煤炭50%，温室效应仅为石油的54%，煤的48%。
中国天然气总资源量为 38万亿立方米，仅在面积为 56万立方千米的塔里木盆地，天然气资源量就达8.39万亿立方米，其中累计已探明地质储量4000亿立方米，剩余可采储量2790亿立方米，是国内天然气资源量及剩余可采储量最丰富的气区。预计今后5年～10年，累计探明地质储量可达1万亿立方米。此外，从图 75中可以看出，陕西、四川、青海等地的天然气储量也都十分可观。气田分布的西倾状况比较明显。从天然气消费结构来看，我国天然气消费主要用于生产化肥，占天然气消费结构的 49%，而日本则主要用于发电，占比接近60%，见图76。
图75 中国天然气资源分布图 /(×103 m)
Fig.75 Distribution of natural gas in China
图76 中国与部分国家天然气消费结构比较(赵丹笛 制图)
Fig.76 Comsuption of natural gas of China and some other countries (by Zhao Dandi)
我国天然气资源总体上是不足的，不得不从国外进口，所以管路输送油气一直是我国的强项工程。
2) 煤层气
煤层气它的另一个名字叫“瓦斯”，被称为“矿井杀手”。然而，这一“杀手”，其热值与天然气相当，如果利用得好，则和常规天然气一样，是非常优质的能源。我国煤层气储量巨大，可有效补充石油天然气的不足。世界范围总储量约240万亿立方米，中国37万亿立方米，占13%，位居第三。但直至“十一五”末，利用总量才仅为34亿立方米。
煤层气是一种非常规天然气，主要由甲烷气体构成，燃烧产生的污染只有石油的 1/40，煤炭的1/800，是近年来在国际上崛起的洁净优质能源和化工原料。
煤层气开发难度较大，要求在地下要有一对连通井来实现，2012年中期我国已研制成功这种地下连通井，有望大大推动我国煤层气的开发和利用。
国家正在限制使用煤炭、鼓励用气，并提出到2020年，天然气用量要增加到4000亿立方米，占能源消费的12%以上，这个巨大的缺口，要靠非常规天然气煤层气来填补一部分。由此推算，到2020年，我国煤层气产量将接近或达到500亿立方米。
3) 页岩气
页岩气指赋存于页岩中的非常规天然气，分布在沉积盆地的烃源岩地层中。这种气体被束缚在致密的几乎没有孔隙裂缝的页岩里，在对其进行开采时必须人工压裂页岩区的地层，制造可横向插入长裂缝钢管，并把裂缝支撑住形成通道，让气体保持压力并源源不断地流入井筒。这项技术难度很高，因此使页岩气的开发利用一直可望而不可及，见图 77。最左侧即为页岩气开采的示意。
图77 页岩气与常规天然气地质构造及开采的差别(美国能源信息署)
Fig.77 The difference between shale gas and conventional natural gas (Energy Information Administration of the United States)
1981年，美国第一口页岩气井压裂成功，随着水力压裂技术日臻成熟，美国由此兴起了页岩气开发热潮并在近年实现技术突破，2011年全美页岩气产量超过 6500亿立方米，远超过中国常规天然气1011.15亿立方米的年产量。2012年在生产页岩气的同时还生产了3600万吨页岩油。2016年底人民日报披露美国得克萨斯州西部沙漠发现了一座巨型油田，初步估计原油储量高达200亿桶，还拥有16万亿立方英尺(1立方英尺寸=0.03 m3)的天然气和 16亿桶液化石油气。消息传出，立即引起国际社会广泛关注。
据测算，1000亿立方米的供气能力相当于8400万吨石油，这与美国现在进口中东石油基本相当。加上现有石油储备，美国可以维持420天不从中东进口一滴油，这是它不害怕西亚和亚洲内乱及该问题引发石油危机的重要原因。
美国页岩气的开发和推广导致全球石油价格的大幅下跌，2014年秋冬季节国际石油价格竟从每桶100美元陆续跌至50美元以下，严重影响非洲中亚、西亚等产油国家的生产和出口。
据预测，目前世界页岩气资源为456万亿立方米，主要分布在北美、中亚和中国、中东和北非、拉丁美洲、前苏联等地区。其中，中国是储量大国。
我国陆域页岩气地质资源潜力为 134.42万亿立方米，可采资源潜力为25.08万亿立方米(不含青藏区)。中国页岩气资源虽然潜力很大，但开采技术由于受美国技术封锁的影响，我国由中科院牵头开展了“智能导钻系统”的研究，以实现“圈得准”“打得准”形成自己的深层(6000 m)油气资源开发整体解决方案。目前已取得可喜的进展和成功。
自2005年开始到2014年底近10年共钻探页岩气井400余口，累计生产页岩气13亿立方米，平均单井产量10万立方米/天，2016年报导：我国涪凌页岩气田实现丰产50万亿立方米/年，目前最高日产量 1620万立方米，其中关键技术已国产化。2017年7月又传来喜讯，我国湖北地区“鄂宜页1号井”获得日产 6万立方米的页岩气，这是首次在长江中游获得高产页岩气流，预测资源量超过5000亿立方米。“十三五”规划到2020年我国页岩气产量将突破300亿立方米。美国能源局预测到2040年中国页岩气日均产量突破200亿立方英尺(≈56亿立方米)占中国天然气总产量的 40%，届时中国将成为仅次于美国的第二大页岩气生产国。请读者注意，这是美国能源局的预测，我们自己的预测还要高些。
目前我国已经在页岩气开发实验区钻井62口，其中24口获得工业气流。2011年8月2日我国首口页岩气水平井在威远气田试采成功。
石油时代始于 1859年(德克拉(美)在宾州钻出第一口油井)，目前全世界能源消耗油气占60%，煤占23%，人类已消耗掉8000亿桶石油，预测2050年世界日均消耗由现在的8572万桶增至2亿桶，当今全世界100个产油国已有64个生产达到峰值。开发新能源最有前景的是核能，铀全球储量丰富，消耗少且无大气污染(见表4)，目前全球核电站总数已达400多座，仅美国全国多达105座，安全问题人类已可以控制(世界各地天然辐射剂量平均2.2毫希/人·年，而核电站周围居民的辐射平均仅为0.02毫希/人·年，仅为一次X光透视的1/10)。
据2017年7月人民日报披露，我国已有36台正运行核电机组，20台在建核电机组，运营和在建机组共56台，且多为国产，另有研究堆19座，核燃料循环设施近百座，计划十三五末(2020年)在运核电装机容量将达5800万千瓦，在建机组将达3000万千瓦以上。总量将达8800万千瓦。
表4 装机100万千瓦煤电与核电消耗燃料与排放比较
Table 4 The comparison of the emission of 100×104 kW power generated by coal and by nuclear
我国竣工发电并网最早的应属1991年12月15日秦山30万千瓦压水堆核电站(比大亚湾早3年投产)，秦山核电站位于浙江杭州湾畔海盐县，第一台30万千瓦的压水堆是加拿大引进的，但2002年4月投产的第二期工程就是我国自主设计的 60万千瓦的机组了。截止到 2016年底，我国最大的核电基地是离深圳市区45 km的大亚湾基地，有6台百万级的核电机组，供应深圳和香港用电，每年减少燃煤1471万吨，碳排放3619万吨，氮硫化合物58万吨。更有甚者早在 2006年正式开通了“工业旅游”项目，市民可以自由参观。
图78是2016年12月开工的广西华龙一号核电。
图78 广西防城港三代核电技术——华龙一号开工建设
Fig.78 The third generation of nuclear station, ‘Hualong-1’in Guangxi
我国自主知识产权的华龙一号 CP100(是第三代核技术)，采用双层安全壳，隔震能力可抗9级以上的地震，采用“能动+非能动”安全系统，一旦发生福岛那样的事故(福岛的核技术是第一代)，自然循环重力等非能动系统在不需要电力支持的情况下也能自动停堆，该项目 2017年以中法组合名义参与英国欣克力角C的核电的建设。预计该电站建成后发电量占英国全部发电量的7%。
我国在核电领域还有一项更为先进和安全的项目——高温气冷堆。是用气体作冷却剂，出口温度高的核反应堆，是目前世界最安全的核反应堆堆型之一。由清华自主研发、我国具有完全自主知识产权的高温气冷堆是国际公认的第四代先进核能系统，具有安全性好、堆芯不会融毁，且出口温度高、用途多等优势。2012年，在山东荣成开工建设了全球首座20万千瓦高温气冷堆核电站示范工程。目前，示范工程已进入到设备安装调试阶段，力争2017年底前后并网发电。图79给出这种第四代高温气冷堆压力容器在起吊安装的图景。在我国核电发展中，还有两个重大科技专项，其一是CAP1400是我国自主研制的属于第三代核电技术，该项目2016年已通过国际原子能机构安全评审，反应堆保护系统平台成为首个通过中美两国政府按安全监管机构认可的平台；另一个专项是CAP1700概念设计已经完成，正进行下一步的深入扩展研究。
图79 第四代核电高温气冷堆压力容器2016年3月在山东起吊
Fig.79 The four generation of high temperature gascooled reactor in Shandong, March, 2016
关于核废料处理芬兰的办法被认为是最安全可靠的，将核废料装进含有铜和生铁的陶瓷容器中，容器外层再包上一层火山灰风化的胶状粘土，最终将它们存在400 m～450 m深的岩洞里。
核能的利用除核裂变以外还有核聚变，目前国际上有一项ITER计划又称人造太阳计划，中国是参与国之一。ITER计划最初由苏联领导人戈尔巴乔夫和美国总统里根于 1985年联合倡议，并由美国、苏联、日本和欧盟共同启动。然而，这一计划曾因种种原因搁浅，美国也曾一度退出。近年来，随着能源危机的加重，出于保护环境的需要，该计划重新得到重视。中国于 2003年初开始参与，美国于同年晚些时候回归，韩国和印度分别于 2005年和2006年加入，从而使这一计划的参与方达到7个，而用各种方式的介入国达到33个。
在这个研究领域，我国是跑在前列的，2017年7月中国科学院合肥等离子物理研究所宣布，我国的全超导托卡马克核聚变实验装置(简称 EAST)在全球首次实现了稳定的 101.2 s稳态长脉冲高约束模等离子体运行，创造了新的世界纪录，为人类开发利用核聚变清洁能源奠定了重要的技术基础。
与其他能源相比，核聚变的原料取自海水，可以说是无穷无尽，同时它还不会产生二氧化碳等温室气体，对环境也几乎没有放射性危害。
一个崭新的无污染可持续发展的能源开发的新阶段到来了，中国正走在这个行列里。
风能、太阳能不仅是新能源更是可再生能源，取之不尽，用之不竭。
我国陆地上50 m高度以上风能可达23.8亿千瓦装机容量，沿海5 m～25 m水深线以内近海平面50 m以上可装机 2亿千瓦；据测算我国陆地每年接收太阳能理论值达1.7亿标准煤，我国有着发展风能和太阳能的广阔天地。美国能源与金融分析研究所披露，2015年全球新能源投资，中国占比1/3，超过1029亿美元，美国以 441亿美元屈居第二，全球最大的10家风电企业中国拥有5家，而全球最大的6家光伏电池板生产企业中国也占 5家，全球新能源领域的810万个就业岗位，中国占350万个。
改革开放之后特别是中央提出关于发展低碳经济，保持可持续发展，风能发电有了一个突飞猛进的发展，图80提供了一个吐鲁番风力发电厂吊装风机的场景。图上显示风力发电机本身就是一个特种结构，一根高达十几米以上的直杆顶部还有一个巨大的风扇，这个结构的稳定、强度、倾覆都要力学分析和力学实验来解决。众所周知，中国吐鲁番地区有很强的可供利用的风能资源，目前已划出15 km2的大型风电场区，预计2020年装机总容量可以超过 1500万千瓦是亚洲最大的风能基地，见图 81。目前该厂已装有48台风电机，还在继续扩建。
图80 工人正在吐鲁番风力发电厂吊装风机
Fig.80 The construction of windmill generator in Turfan
图81 新疆哈密东天山脚下装机容量1100 kW的风电机密布的壮丽图景
Fig.81 The 1100 kW windmill in Xinjiang
值得一提的是我国风电设备的制造已具有相当的水平并且出口国外，图 82是我国制造的近百米高、2.5 MW 级的风电塔架正在装船出口美国，仅江苏连云港某金属制品公司近期已出口多达 70套巨型风电塔架。
图82 正在装船的风电塔架出口美国
Fig.82 The windmill generator exported to the United States
我国规模性光伏发电始于北京于奥运会前夕建成的北京南站，详见图83，就是一个太阳能利用较好的建筑，一个凸形的巨大的顶盖上布设 3264块太阳能光伏电池板，年发电 18万千瓦·时可代替60万吨标准煤，减排废气100多吨。截至“十二五”末，我国累计光伏装机量达到4318万千瓦，首次超过德国，跃居世界第一。从国家能源局获悉：截至2016年底，我国光伏发电又新增装机容量3454万千瓦，新增和累计装机容量均为全球第一。全年发电量 662亿千瓦·时，占我国全年总发电量的1%。根据未来发展规划，到 2020年和2030年，我国光伏发电量将达到2000亿千瓦·时和5000亿千瓦·时，届时可替代原煤8500万吨和2.1亿吨，减少二氧化碳排放1.6亿吨和3.9亿吨。
就地区而论，青海是我国太阳能和风能最为丰富的地区之一，可供太阳能发电和风电场建设的荒漠化土地达 10万平方千米。如何用好“风光”资源？众所周知“消纳难”、“外送难”、“调峰难”是制约新能源产业发展的瓶颈，相当多的时间只能“弃风弃光”。为此，青海依托科技创新，攻克关键技术，建成新能源并网实时柔性控制等5个平台，初步解决“白天用不完，晚上不够用”、“用电高峰时发不出”等难题。“新能源并网实时柔性控制系统，让‘弃光’降到 3%，‘弃风’降为零，新能源增发率达 8%，光伏发电年利用小时数居全国前列”。目前青海清洁能源消纳比重已达70%，远高于全国平均水平，更为甚者青海还外送江苏 20亿度电，折合 24万多吨标准煤，相当于减排二氧化碳60多万吨。通过梯级水电、光热的调节作用，青海成为国内首个可实现水电、光热、光伏、风电之间优势互补的地区，为电网提供连续、稳定、优质的清洁能源。
另外，还利用盐湖里丰富的熔盐资源储热来实现储能，让光能变成热能、需要时再转化为电能，阴雨天和夜晚都可实现连续、稳定、可调度的电力输出。
图83 北京南站鸟瞰
Fig.83 Bird view of Beijing South Railway Station
2016年9月G20峰会是在联合国通过“气候变化”《巴黎协定》之后召开的 20国首脑会议，会上一致同意大力发展可再生能源，我国在这个领域一直是领先的，截止到 2016年底中国的风电和太阳能发电装机分别为1.5亿千瓦和0.8亿千瓦，均居世界第一。
所谓海洋能是海水运动过程中产生的可再生能源，主要包括温差能、潮汐能、波浪能、潮流能、海流能、盐差能等。潮汐能和潮流能源自月球、太阳和其他星球引力，其他海洋能均源自太阳辐射。也是一种可再生能源。
海洋能有三个显著特点：蕴藏量大，并且可以再生不绝；能流的分布不均、密度低；能量多变、不稳定。我国拥有18000 km大陆海岸线和14000 km的岛屿海岸线，约有1万多个海岛和岛礁，其中有居民的海岛近500个，绝大多数海岛都面临着不同程度的电力短缺。我国近海海洋能资源可开发量达6亿千瓦，图84所示就是我国开发的目前世界上最大的装机41兆瓦的舟山潮汐能电站并已成功并网，该电站平台长70 m，宽30 m，平均高20 m，重达2500 t可抵抗16级台风和4 m巨浪，年发电量可达600万千瓦·时。发展潮流电站可以就地解决岛上的用电问题，不必从大陆远距离输送，我国十三五规划确定到2020年全国海洋总装机规模超过5万千瓦，在5个海岛上建立独立的电力系统。特别是要大力发展南沙群岛海域的海洋能电站。
图84 舟山大型海洋潮流能发电机组成功发电
Fig.84 Zhoushan tidal stream energy generator
源自海洋的还有一个颇富开发前景的能源——可燃冰
可燃冰又称天然气水合物，是一种甲烷和水分子在低温高压情况下结合在一起的化合物，被看作是有望取代煤、石油的新能源。
勘探显示，南海神狐海域有 11个矿体、面积128 km2，资源储存量 1500亿立方米，相当于 1.5亿吨石油储量。
2017年5月10日，国土资源部中国地质调查局从我国南海神狐海域水深 1266 m海底以下厚达203 m～277 m的可燃冰矿藏开采出天然气。其中甲烷含最高达99.5%。
这是我国首次海域可燃冰试采成功，这一成果对促进我国能源安全保障、优化能源结构，甚至对改变世界供应格局，都具有里程碑意义。
完成这一任务的“大国重器”是我国最新研制成功世界最大、钻井深度最深的海上钻井平台“蓝鲸一号”，这个净重超过 43000 t、37层楼高的庞然大物2017年2月刚“诞生”，就从中国烟台起航，于2017年3月28日抵达神狐海域实施试采。见图85。“蓝鲸一号”是目前全球最先进的双井架半潜式钻井平台，可适用于全球任何深海作业。
图85 “蓝鲸一号”海上钻井平台可燃冰开采现场
Fig.85 Combustible ice from the ‘Lanjing-1’ platform
继2017年5月10日开采成功以后，“蓝鲸一号”继续作业截止到6月10日已连续产气31天总产气21万立方米，平均日产量6800 m3，经安全和环境评估，钻井作业安全，海底地层稳定，大气和海洋甲烷含量无异常变化，可燃冰的开采成功为我国打开一个可采千年的宝库。
我国第一条于 2004年运营的西气东输管线，见图86，当时号称9个“最”：① 距离最长4000 km；② 管径最大 1016 mm；③ 管壁最厚 26.2 mm；④ 投资最多，1500亿元；⑤ 运营压力最大，输气压10 MPa(此前我国正运营的平均不足6 MPa)；⑥输气量最大，年输气 200亿立方米；⑦ 钢材等级最高，采用针状铁钛体Z70，用钢200万吨；⑧ 经过的地质条件最复杂，沿路穿过沙漠、戈壁、山区、丘陵、盆地、黄土高原和农田水网，40%地区地震烈度超过 7度；⑨ 施工难度最大，穿越吕梁山、太行山、太岳山，经湿陷黄土，穿河14次(长江淮河1次，黄河3次)、铁路35次、公路421次以及江南城镇繁华地区等。
这条横亘东西的能源大动脉有效地缓解了东部发达地区的动力需求。
图86 第一条西气东输平面示意图
Fig.86 The first West-East natural gas transmission line
我国总体上是油气不足的国家，不完全是地下贮存和勘探不详的问题，可能和长期处于落后状态没有足够的国力去解决这一问题有关，改革开放后才有了较大的发展，近年来随着环境问题的突出和我国航空航天的需求，我国在油气领域开始了大的发展，不仅陆上采油，也海上采油，更进一步采取进口油气。
从国家安全计，自 2004年通气的第一条国内输气管道(图 86)，之后又修建了中哈(哈萨克斯坦)管道，西起哈国的里海之滨，东至中哈边界的阿拉山口，全长2800多千米，截止到2017年已稳定运行3906天(11年之多)向中国输油1亿吨以上，这个数字相当于2016年中国原油产量的一半。
2014年5月中俄两国元首共同见证《中俄东线供气购销合同》投资4000亿美元，合同期30年，双方约定从 2018年起俄罗斯每年向中国输送天然气380亿立方米，该管道在俄境内长4000 km，自黑龙江进入中国境内，途径黑龙江、吉林、内蒙古、辽宁、河北、天津、山东、江苏、上海等9省市区，管道长3170 km。该管道俄罗斯段2014年9月已开工，中国段已于2015年6月开工，按合同2018年就开始送气了，这是一条北部通道。
我们还有一条南部通道——中缅油气管道，这条管道在2017年5月已从缅甸经云南进入中国，境内外管道总长1420 km。
来自南、西、北三个方面的油气均由管道运输，东面则主要从海上运输，过去较多的是从中东地区绕过印度洋进入中国海域，近年来，特别是最近一年来，随着中美关系的改善，美国不再对中国封锁石油，平均每天装船 10万桶，横跨太平洋运往中国，有意思的是仅2017年4月份一个月运入中国490多万桶，而2017年前7个月从美国进口的原油和石油产品高达 8187.5万桶，已达去年(2016年)全年进口量的 110%，油气是战略资源，我国采取了一条四面出击免受制约确保安全的方针。
2013年6月7日习近平在哈萨克斯坦首次提出共同建设“丝绸之路经济带”，同年10月3日在印度尼西亚又提出与东盟国家共同建设21世纪“海上丝绸之路”，于是一个新的带动全世界经济发展共同繁荣的“一带一路”的倡议和号召形成了，这四个字成了一个推动全球发展的简明口号。
2014年12月29日，总数400亿美元的丝路基金有限责任公司在北京成立，2015年12月26日又成立亚洲基础设施投资银行，总部设在北京，简称“亚投行”，其成员国多达77个，2016年3月联合国大会第A/71/9号决议首次写入“一带一路”倡议，得到193个会员国的一致赞同，2017年5月14日～15日，“一带一路”国际合作高峰论坛在北京举行，有外国元首、政府首脑、联合国秘书长等 29位要员以及来自130多个国家和70多个国际组织约1500多名各界贵宾4000余名记者，论坛的主题是“加强国际合作，共建一带一路，实现共赢发展”，论坛取得了丰硕的成果。
正如习近平所说“‘一带一路’建设为沿线各国提供了广阔的发展新空间，二千多年的交往历史证明，只要坚持团结互信、平等互利、包容互鉴、合作共赢，不同种族、不同信仰、不同文化背景的国家完全可以共享和平、共同发展”。
今天中国人可以自豪地说“一带一路”宏大构想的根本历史特点，就中国国内而言，标志着中国的东中西部经济联动发展；就世界而言，标志着经济全球化正在由海洋经济全球化，大步迈向海陆经济全面打通这样一个人类历史上前所未有的经济全球化新阶段。
早在2015年3月人民日报给出一整幅比较形象的一带一路菱形经济圈示意图，见图87。
图87 菱形经济圈示意图(图片来源：2015.3.12人民日报)
Fig.87 The diamond economic region (from People’s Daily, 2015.3.12)
图 87仅是比较形象地示意图，随着时间的推移，2017年6月国家发改委发布了《一带一路建设海上合作》设想，《设想》提出要重点建设三条蓝色经济通道：以中国沿海经济带为支撑，连接中国-中南半岛经济走廊，经南海向西进入印度洋，衔接中巴、孟中印缅经济走廊，共同建设中国-印度洋-非洲-地中海蓝色经济通道；经南海向南进入太平洋，共建中国-大洋洲-南太平洋蓝色经济通道；积极推动共建经北冰洋连接欧洲的蓝色经济通道。
这个设想远比图87要壮观且更为精准详细。
2016年9月在杭州召开了举世瞩目的G20峰会，会上强调大力推进国际合作、倡导普惠包容发展，推动并通过 2030年可持续发展议程和气候变化《巴黎协定》，积极推进多哈回合谈判，推动制定《G20落实可持续发展议程行动计划》《G20支持非洲和最不发达国家工业化倡议》等，并倡导“一带一路”建设等国际合作项目，促进基础设施互联互通。中国不仅在自身发展方面取得长足进步，也在帮助其他国家发展方面发挥更重要的角色。
“金砖四国”成立于2006年，中国、巴西、俄罗斯、印度号称金砖四国，简称“BRIC”，2010年南非获邀成为金砖国家，简称为“BRICS”，改称金砖五国，这五个当年都属于发展中国家，且多是人口大国，从成立以来截止到 2016年底，金砖国家以世界42%的人口，贡献了50%的世界经济增长率，五国经济总量在世界经济中的比重从12%升到23%，贸易总额比重从11%上升到16%，对外投资比重从7%上升到12%，这个发展与我国从2013年提出的“一带一路”有着直接关系。
2017年9月在中国厦门市召开了“金砖国家领导人会议”，出席会议的国家元首和高层官员远远超出了金砖五国，如埃及总统、几内亚总统、塔吉克斯坦总统，这些本不属于金砖五国的元首也参加了，高度评价中国关于“一带一路”倡议的重要性，故常称“金砖+”会议即“BRICS+”。
16主要是指 16个中东欧国家加上中国就是“16+1”了。
“16+1合作”早在2012年4月就在华沙起步。2013年秋天，习近平主席先后提出共建 “丝绸之路经济带”和“21世纪海上丝绸之路”的重大倡议。之后在华沙举行的此次会议上，“16+1合作”与“一带一路”倡议之间如何发挥协同效应，成为热议话题。
截止2017年9月中国已与中东欧16国中的13个国家签署了推进“一带一路”合作文件。中国企业在中东欧国家投资超过 80亿美元，投资领域不断拓宽，覆盖机械、化学、电信、新能源及其他产业。中东欧16国在华投资也超过12亿美元。
近年来，中国与中东欧国家的贸易额保持上升势头。2016年，全球经济持续低迷不振，中国与中东欧16国的贸易总额却较2015年逆势增长9.5%，达到586亿美元。中国与中东欧16国的贸易额占中国与欧盟整体贸易额的比重上升至9.8%。其中，中波两国的双边贸易额达177.8亿美元，约占中国与中东欧国家贸易总额的30%。
这个会议同时举行了第 25次领导人非正式会议，刚当选中共中央总书记的习近平出席了会议并发表了受到热烈掌声的重要讲话。可以概括为：
5年来，中国率先垂范，推动共建“一带一路”，倡议促进互利共赢，成为世界经济的主要动力源。也在为亚太和世界创造更多机遇：未来 15年，中国预计将进口24万亿美元商品，吸收2万亿美元境外直接投资，对外投资总额将达到2万亿美元；2018年11月，将在上海举办首届中国国际进口博览会……这些都是新时代中国推动亚太发展繁荣、共创亚太美好未来的扎实行动。
读者从这一节大概可以体会到“一带一路”的重要性。
基础设施的连通是“一带一路”得以运行的血脉。它包括铁路、公路、桥梁、隧道、航运和空运的港口和机场以及在这些线路上运行的车辆、船舶和飞机，前者基本上是土木工程方面的事，后者则主要涉及广泛的制造业，稍有工程常识的人都知道这些都离不开力学，它要进行力学分析、力学计算、力学实验，而且这些力学环节常常居于首位，起指导和主导作用。
这里我们简要地历数下从2013年6月倡议“丝绸之路”开始，截止到2017年中期我国已通过73个公路和水路口岸，与相关国家开通了356条国际道路客货运输线路；建成 11条跨境铁路，海上运输服务已覆盖“一带一路”沿线所有国家；与沿线36个国家及欧盟、东盟分别签定了双边海运协定或河运协定；与 43个沿线国家实现空中直航，每周约 4200个航班；简化了国际铁路联运办理手续，促进中欧间国际铁路货物联运，开展国际铁路运邮合作。
“一带一路”沿线有32亿人口，占全球43.4%，经济总量12万亿美元，占全球的16%，对外贸易总额71885.5亿美元，占全球的21.7%，详见图88。
图88 沿线国家经济总量、人口和外贸
Fig.88 The economy and population of ‘One-belt-one-road’countries
图 89则更为详尽地给出了我国已与“一带一路”沿线国家签署多达130多个铁路、公路、海运等的合作协定，图90则给出截止到2017年4月中欧班列的总体情况。
图89 截至2017年8月我国与“一带一路”沿线国家签署的130多个协定的图示
Fig.89 The agreements that signed by the ‘One-belt-one-road’coutries by the end of August, 2017
图90 截止到2017年4月“一带一路”中欧班列和覆盖的地区图示
Fig.90 The ‘One-belt-one-road’ train from China to Europe by the end of April, 2017
“一带一路”倡议 4年来取得丰硕成果。截至2016年底，中国企业已在“一带一路”沿线20多个国家建设 56个经贸合作区，累计投资超过 185亿美元，为东道国创造了近11亿美元税收和18万个就业岗位。亚洲基础设施投资银行成员从最初创立时的57个扩大到80个，还有很多国家正在申请加入；丝路基金成立两年多来，目前承诺投资金额已达68亿美元，首批投资项目均已启动。
1) 希腊比雷埃夫斯港
它是希腊最大港口也是欧洲大陆地中海沿线距离苏伊士运河至直布罗陀主航线最近的港口之一，也是“21世纪海上丝绸之路”西端的重要枢纽。
中远海运2008年和希腊方面签署为期35年的特许经营权协议，并据此于2010年10月1日正式接管比港二、三号集装箱码头。通过几年的努力，比港集装箱吞吐量全球排名从 2010年的第九十三位大幅提升到2016年的第三十八位。
2) 巴基斯坦瓜达尔港
它是中巴经济走廊巴基斯坦的起点以及“丝绸之路经济带”和“21世纪海上丝绸之路”的交会点，2016年11月正式通航。该港已有3个多用途泊位可同时停靠两艘5万吨级货轮，目前正在加紧规划码头建设二期工程，预计到 2020年，瓜港货物处理能力将达到每年1400万吨散货和100万个集装箱，成为南亚最大的深水港。
3) 斯里兰卡科伦坡港口城
这座约269公顷填海造地的新城基础设施建设完成之后，是中斯合作建设“21世纪海上丝绸之路”重要中继点的重大项目，也是两国紧密科技合作的明珠。将成为南亚地区集金融、旅游、物流、IT等为一体的高端城市综合体。
4) 塞尔维亚泽蒙-博尔察大桥
该桥是欧洲首座“中国造”大桥，2014年 12月18日大桥建成通车，结束了近70年来贝尔格莱德市多瑙河上仅有一座大桥的历史。大桥横跨多瑙河，连接多瑙河南岸工业区与北岸居民区，双向 6车道，主桥长1482 m，主桥跨度172 m。
5) 孟加拉国帕德玛大桥
该桥是连接中国与东南亚泛亚铁路重要通道之一，是中国企业承建的最大海外桥梁工程。建成后将会彻底结束孟加拉国南部 21个区与首都达卡之间居民摆渡往来的历史。据孟加拉国政府获得，孟加拉国帕德玛大桥及河道疏浚项目建设将直接带动该国经GDP1.2个百分点的增长。
6) 乌兹别克斯坦卡姆奇克隧道
该隧道，开挖总长度 47 km，是中亚地区最长的隧道，不仅是中乌非资源领域的最大合作项目，也是中国优质产能走进乌兹别克斯坦的成功范例。隧道采用中国技术、按照中国标准建设，于当地时间2016年6月22日正式通车，改变了乌境内运输需绕道他国的窘境，对改善民生、发展经济和对外连通有着重要意义。
7) 中缅油气管道
中缅油气管道是继中亚油气管道、中俄原油管道、海上油气通道之后的我国第四大能源进口通道。它包括原油管道和天然气管道，全长约2380 km。
天然气管道已于2013年全线贯通，开始输气，该管道的建成投运有效缓解了缅甸电力紧张局面，还推动了当地经济发展，改善了人民生活质量。2016年4月，中缅原油管道工程正式投入运行，油管的设计年输送能力为2200万吨。
8) 中沙延布炼厂
该厂位于沙特西部延布市附近的石油化工工业区，是中国在沙特最大的投资项目，该项目于2016年1月20日正式投产启动。
延布炼厂每日可生产 26.3万桶超低硫柴油燃料和近 10万桶清洁汽油。此外，延布炼厂还可将渣油化为石油气、石脑油及石油焦等燃料。2015年12月，延布炼厂获得“2015年普乐全球能源奖之年度建设项目奖”。
9) 英国欣克利角C核电项目
欣克利角C项目计划建造两台EPR机组，由中广核牵头的中方联合体与法国电力集团共同投资建设。该项目包括欣克利角C、赛兹韦尔C、布拉德维尔B三大项目。其中，布拉德维尔B项目将使用我国自主知识产权的三代核电技术华龙一号，项目建成后，将满足英国7%的电力需求，在60年运行期内，每年相当于减排900万吨二氧化碳，其间将提供2.5万个就业岗位。
2017年3月24日，欣克利角C项目进行了该岛廊道第一罐混凝土的浇筑，标志着项目主体工程正式开工建设。要知道，“核电出海”使国之重器在国际市场走向一个新的高度，出口一座核电站相当于出口200架中型客机。
10) 摩洛哥努奥光热电站
“北非花园”摩洛哥，阿特拉斯山脉阻挡了来自大西洋滚滚的水汽，使得该国内陆地区极为炎热，光照也异常强烈。虽然光热充足，摩洛哥却是一个能源相当匮乏的国度，每年从邻国西班牙进口的电力，就要花掉60多亿美元。
2015年5月中建集团以20亿美元承接了这座世界上最大规模的太阳能聚热电站(光热电站)，项目正在如火如荼建设中。等规划的4期项目完全建成后，摩洛哥有望摆脱能源困境：该项目不仅提供摩洛哥近50%的电力供应，超过100万的家庭将用上清洁能源，而且摩洛哥还可以把富余的电能出口到欧洲去。
纵观人类社会的历史，战争几乎是不可避免的，而正义战争则是推动人类社会必不可少的手段和环节。
第二次世界大战以后成立了联合国，构建了一个矛盾和分歧可以在一起讨论的场合，其作用是不可低估的，二战后形成的美苏冷战的局面随着苏联解体，对抗的因素逐渐淡化，所以第三次世界大战的预测也开始降温。
今天核威胁虽然依然存在，但发射的方式早已不是靠当年要依靠巨型轰炸机去投放，而是靠火箭、导弹。先进的国家也大都有拦截方式，让核弹在域外上空爆炸，因而20世纪50年代我国开展的“散山洞”也早就停止了，许多开挖的人防洞室也大都改为地下交通通道和地下商场。
“防”固然重要，但历来防不胜防，与其防不如挡，要挡则需先“强”，这就是为什么要“强军兴军”。
我国在1964年10月16日引爆第一颗原子弹之后就向全世界郑重声明“在任何时候任何情况下，中国都不首先使用原子弹”，这是目前拥有核弹能力的六个国家之中，唯一一个一开始就向全世界郑重声明的国家，这说明了中国研制原子弹的目的完全是为了自卫，也展示了我们自强自立爱好和平的大国风采。从美国第一次在广岛和长崎投放原子弹之后，就给人们提出了一个严肃的问题，考虑到核袭击的巨大杀伤力，在战争疯子对你进行原子袭击之后，你还有反击力量吗?
这就是那个年代风扬全球的所谓要“保持第二次反击力量”的基本概念。
保持二次反击力量涉及的学科和行业很多，但力学几乎是最不可少的，单单是地下各种隐蔽工事，首先碰到的是岩土力学和爆炸力学问题。
随着武器的发展二次世界大战空袭(包括导弹袭击)成为了一种不可缺少的力量和手段，大量民用、工业设施被摧毁，平民的伤亡日益严重。
第二次世界大战期间德国飞机和“V2”飞弹的轰炸使英国多数城市被炸，伦敦有一半建筑被摧毁，英国人累计死伤 15万。不久德国遭到报复，61个10万人以上城市中20%的住宅被破坏，30万人炸死，78万人受伤，750万人无家可归。在亚洲1944年美国对日本宣战之后，日本被美军轰炸，全国 98个大中城市被破坏，其中东京、大阪和横滨等6大工业城市41%的建筑物被毁，500万人无家可归，工矿企业67%被毁，死亡55万人，这还不包括1945年8月6日和8月9日美军向广岛和长崎投掷的两颗原子弹死亡的10多万人。
1991年1月17日，以美国为首的多国部队对伊拉克发动空中打击，持续 38天，随后转入地面进攻，直至2月28日伊拉克宣布失败告终。多国部队动用飞机2780架，起飞11.2万架次，投弹20多万吨，空袭目标 12类：① 指挥设施；② 发电设施；③ 电信；④ 战略防空系统；⑤ 空军及机场；⑥ 核生化武器研究所及储库；⑦ “飞毛腿”导弹发射架和生产储存地；⑧ 海军及港口；⑨ 石油提炼输送设施；⑩ 铁路桥梁；⑪ 陆军部队；⑫军用仓库和生产基地。结果大量的地面军事和民用设施被摧毁，而隐藏于地下防护工程中的80%的飞机，70%的坦克以及65%的装甲车都得以保存。令人吃惊的是人员伤亡情况的统计结果，伊军死亡2000人，而一般平民的伤亡高达20万人之多。
空袭和空中打击就算考虑了人道主义因素，它也有很大的随意性，更何况战争的发动者常常把摧毁后勤及民用设施乃至摧毁城市杀伤平民作为战争和政治的筹码。因而造成了一个近代战争的重要特点就是军民伤亡比例的倒反差，平民的伤亡日益严重。表5给出了第一次世界大战以后几次典型战争的军民伤亡比例，可以看出上述1991年1月～3月多国部队参与的伊拉克战争，军民伤亡比例竟是1∶100，即前线的军士每死亡1个，后方的老百姓要死亡100人。
表5 20世纪几次主要战争的军民伤亡比例
Table 5 The ratio of casualties of military and civilians
二战之后从总体上来看世界范围内尚维持了一个和平的环境，但局部战争一天也没有中断。而且在第二次世界大战以后所形成的冷战局面中(1945年～1991年)，美苏双方都以大量扩充核武库作为遏制和威胁敌方的资本，其他一些发达国家也不例外，竞相参与这场以发展空中袭击为主要手段的较量。20世纪末前苏联解体，前苏联这个庞大的帝国从地球上消失了，在那片广大的土地上代之而起的是 15个各自独立的国家。作为前苏联主体的俄罗斯，从国名到国旗国歌都恢复了原样，整个世界持续多年的以两个超级大国为首的两个阵营的冷战时代结束了。华约解体，北约东扩，俄罗斯面对着一个比原来更为强大的北约军事集团。2017年我国中央台披露俄美双方拥有核弹头竟多达 13800枚。这充分说明战争的危险并没有过去。2003年3月20日，美英联军出动23万大军和上千架战机，第二次对伊拉克发动了先发制人的现代化战争，萨达姆被俘，政权倒台。2004年5月1日，布什宣布主要战事结束。一年的战争美方士兵死亡600多人，而伊方的死亡至少要5倍于此，至于一般平民尚未有明确的报道，恐怕也是一个惊人的数字。
就在布什宣布战争结束 8个月之后，即 2004年 12月底，媒体报道美军死亡总数已从原来公布的600人上升为1300人之多。平均每月新增死亡人数 90多人，令人惊讶的是这些死亡都是发生在布什宣布战争结束以后。如果2003年3月20日～2004年5月1日，一年多的战争阶段美军士兵死亡600多人美国人还是可以接受的话，那么战争结束以后短短的8个月竟多于一年多的战争阶段死亡人数的总和，这就难以令人接受了。更有甚者，截止到 2008年底布什总统任期届满之时，媒体披露这场战争美军已死亡4000人，伤残近3万人。奥巴马上台后宣布在2010年8月31日从伊拉克撤军只保留5万协助伊政府治安，2010年8月16日统计驻伊美军死亡总数已高达4415人，伤残3.2万人，美国用于伊拉克战争总开支高达 7423亿美元，超过越南战争和朝鲜战争的费用。死亡人数不断增长的一个重要原因是伊拉克反侵略势力自杀式炸弹、自杀式汽车等各种恐怖主义袭击加上宗教和不同政见派别的极端行为，使死亡日益严重。恐怖袭击在暗处，而美国大兵在明处，大象对付不了老鼠大概就是这个道理。
在核武器和常规武器高度发展的时代，能在第一次被突袭摧毁后仍然保持较强的人力和反击资源是最重要的，长期以来人们认为，这主要取决于地下防护工程的完善程度，这种认识大大提高了人防的战略地位。瑞士作为一个中立国已有170多年的历史，但仍然毫不放松自己的人防建设，据资料披露早在1984年瑞士已拥有人员掩蔽位置550万个，占当时全国人口的86%，还有各级民防指挥所1500个，各类地下医院病床8万张。北欧的瑞典在20世纪80年代末已为全国人口的80%以上提供了掩蔽位置。
我国的人防工程，自20世纪50年代～70年代中期有一个相当大的发展，截止 1999年全国 197个(总人口超过 1亿)人防重点城市共修筑人防工程3.5亿平方米，按战时1/2人口留城市，每人的防护面积1 m²计算，仍缺3000万平方米以上，更不用说已建的工程大部分不配套，防护效能不高。与发达国家相比我们的人防工程不是多了而是少了，而且极不完善，主要原因是我国人口太多，经济落后，人防投资又较低的缘故。
现代高技术战争对地下防护工程提出了更高的要求，主要的是“深”。早在20世纪50年代开始的冷战时期，美国在科罗拉多州斯普林西南的夏延山构筑了一个岩层下 300多米厚，纵深达600 m～700 m的北美防空司令部地下指挥中心，洞口钢制防爆门厚 40 cm，重 30 t，指挥中心还装有1300个巨型减震器，以缓解爆炸所带来的压力冲击。
该地下工事共有 15层，其中的防空指挥控制中心主要用于跟踪监视敌方弹道导弹、战略轰炸机和太空飞行器。
自从 1966年至今，美国和加拿大军人一刻不停地坚守在该指挥中心。在任何时间，在那里工作的人数始终保持在200人左右，自2001年“9·11”事件以来，美国国防部又投资7亿美元用于升级夏延山指挥中心的早期预警系统。使夏延山指挥中心开始协助美国民航管理当局追踪国内航班。
前苏联则相应地构建了一个庞大而复杂的莫斯科地下指挥中心。20世纪90年代以后随着钻地核武器和精确制导武器的发展，美俄对深层地下防护工程的建设提出了更高的要求，筹建更深厚的超坚固地下指挥中心，美国已明确准备在马姆山建一个深达1000 m～1500 m的地下指挥中心作为夏延山地下指挥中心的备用工程。
我国也是早有准备的，由于保密的原因外界并不清楚，但自从前美国国防部长拉姆斯费尔德访华时提出要参观中国北京西山的地下指挥中心被我们婉言谢绝之后，国人才开始知道北京西山地下深部有一个重要的中央军委地下指挥中心。
我国从20世纪50年代来就开展了大规模的三线建设，当时有两个著名的口号，一个是“深挖洞，广积粮，不称霸”，另一个是“散山洞”(分散、进山、进洞)。所谓三线建设就是这两个口号的具体体现，如众所周知的那个年代建设的武汉第二汽车厂就在武当山附近的十堰，这个城市的街道实际就是两山之间的山沟，厂房也大都在沟内开挖的山体之中。这种地方敌机不宜进入，进入也难以找到目标，就是导弹袭击由于山体纵横交错遮挡并削弱了大部分冲击波的杀伤力。美国在日本长崎投掷的原子弹其当量远大于广岛的核弹约为广岛核弹的两倍，但由于长崎多山，其损失远小于广岛，这个实实在在的经验后来各国都注意到了，结论是地壳本身的防护能力比人工建设的要强得多。
“三线”的地域范围太大了，我国中西部地区几乎都包括在内，否则怎么做到分散，重要的物资大都进山进洞，至于武器装备更是如此，笔者那个年代从事地下防护工程方面的教学和科研，曾先后去过两个潜艇库和两个飞机库，以及炸药储备库。所谓飞机库那时多称“机窝”，一机一窝，在山脚下开挖一个跨度40 m高5 m以上的低拱，飞机倒着开进去，头朝外，拱口设一特制的巨大的防护门，门外有一条敷设伪装网的跑道，敌方袭击后打开防护门，飞机可以直冲而出进行反击，这就是对歼击机的一个保存二次反击力量的方法之一。
随着改革开放的深入和国际形势的变化，特别是高科技的发展，如近代导弹拦截技术的成熟，使对方的袭击在域外上空爆炸而不涉及域内的损失，那种早年单纯依靠地下工程的防护手段不仅耗财费时，也变得意义不大了，因此我们一些原设在三线的工厂由于生产运输等不方便影响大规模生产，有的已经迁出，例如十堰的第二汽车制造厂早在冷战结束之后已经迁往武汉市了。许多城市已建的地下人防工程也大都改为地下交通和地下商场，原来的“散山洞”的战略口号也随着时代的变迁而销声匿迹了。
保持第二次打击力量不只是人员、武器，还有多方面的问题，如粮食、油料等，以油料为例，第二次世界大战向前线补给的战略物资总量中，燃料占50%以上，战后各国普遍关注大规模储油储气以备不急之需。海平面下不衬砌岩洞贮油(气)库就是这样发展起来的。
面对这种形势，国务院发展研究中心研究员指出，中国应建立包括资源储备、战备储备在内的多层次储备，从多种渠道提高中国的石油储备。其中，资源储备既是商业性的也是战略性的；战略储备实际上是一种实物储备，这是应对重大政治经济危机的关键，由财政出钱；第三层就是要建立企业的义务储备制度，根据国际经验，大型用油企业有义务承担一定的储备量。
据悉，负责石油储备的国家石油储备中心早已成立。借鉴国际经验，建立起三级石油储备管理体系：从上至下这三级分别为发改委能源局、石油储备中心、储备基地。
中国首批四大石油储备基地舟山、镇海、黄岛、大连目前已完全建成，总共能形成约十余天原油进口量的政府战略石油储备能力。再加上中国石油系统内部 21天进口量的商用石油储备能力，中国总的石油储备能力，已有很大的提高，更何况随着中国改革开放的深入和中美关系的改善，贮备问题已不像当年那样尖锐。有统计表明，在油气领域，美国石油企业参与中国境内的油气勘探开发合作项目有20多个，石油产量约1800万吨，约占中国中外合资油田总产量的85%，美方已累计投资40多亿美元。而从2000年～2015年间，中国企业在美国能源领域的投资达到了137.6亿美元，占该时段中国直接投资总量的近22%。2017年特朗普总统访华前夕能源局统计1月份～7月份美国对中国进口原油高达8187.5万桶，比2016年全年的供应量还要高。
重庆渝北区有一个全国闻名的相国寺，该地区的天然气贮量已采出程度超过天然贮量的 91%，2010年不再采气，利用碳系气藏的空隙储存燃气，称之为相国寺地下贮气库，库容量42.6亿立方米，最大日注气量 1380万立方米，季节调峰最大日采气量 2855万立方米，是我国川渝地区一个重要极具特点的大型贮采两用库，见图91。
强军兴军是个很大的而且综合性极强的命题，它首先应是党的领导、政治建军、军事力量的布局和编制等措施，然后才是装备和高科技的军事手段和措施等等，与力学关系密切的多属于后者。
图91 相国寺储气库集注站
Fig.91 The natural gas storage station in Xiangguosi
由中国共产党领导的中国人民军队1927年8月1日的南昌起义，2017年是90周年了，7月30日，中国首次以庆祝建军节为主题的盛大阅兵在朱日和训练基地举行。陆上作战、信息作战、特种作战、防空反导、海上作战、空中作战、综合保障、反恐维稳、战略打击共9个主要作战群依次接受检阅。上述9个作战群中几乎无一个不和力学有关，加之他们又是令人振奋的我国兴军强军的具体体现，作者只好不吝笔墨给予简述了。
1) 陆上作战群，包括：空中突击梯队和坦克、步战车、自行火炮、反坦克导弹四个方队。
2) 信息作战群，包括：信息支援、电子侦察、电子对抗、无人机四个方队。
3) 特种作战群，包括：特种兵、特战装备两个方队。
4) 防空反导作战群，包括：预警雷达、地空导弹、弹炮系统三个方队。
5) 海上作战群，包括：海军陆战队、海军导弹第1及海军导弹第2两个方队。
6) 空中作战群，包括：预警指挥机、轰炸机、运输机、加受油机、舰载机、歼击机六个梯队和一个空降兵方队。
7) 反恐维稳群
这是支名为“武警猎鹰突击队”，是国家级反恐专业力量。先后出色完成过“卫士”系列演习、海上反恐演练、机载反恐训练等演训任务，并承担过乌镇世界互联网大会、博鳌亚洲论坛、杭州G20峰会和“一带一路”国际合作高峰论坛等重大活动安保任务。
8) 战略打击群：包括火箭军部队、核常兼备导弹两个方队以及常规导弹第 1、常规导弹第 2、核导弹三个方队。
9) 综合保障群，包括：信息通信保障、工程防化保障、后勤保障、装备保障四个方队。
九个作战群展示的装备无一不是由我国近年自主研发或引进消化再提升的最现代化的武装力量，稍具力学知识的人大概都能看到或领会到力学在我国强军兴军中的不可忽视的作用，说“力学助力我国兴军强军”毫不过分。
现在我们可以简要地归纳一下：
(1) 力学无处不在，无时无刻不在，人一降生就要接受重力；
(2) 力学是物理学乃至整个基础科学的发端和基础，是自然科学中历史最悠久且体现了极强的引领性和普适性的学科，在很多基础学科中都有各自的力学分支，如天体力学、地质力学、生物力学等；
(3) 力学与国民经济各行各业密不可分，特别是技术科学与基础设施、制造业等工业行业，力学在其中起着核心与主导作用，这种作用是由力学的基础性和普适性决定的；
(4) 力学在行业和技术发展中往往是超前的，这种超前性促进了有关行业和科学技术的发展，如牛顿力学关于宇宙速度的预见促进了喷气飞行及宇航的实现；
(5) 产业、产品的“首”、“尾”，大都与力学密切相关。发电要有发电机它是由力推动转子旋转而发电的；机械制造业中的车、钳、铆、压、钻又是由电动机转换成力学行为来实现的；
(6) 高科技和重大工业的发展往往也首先要克服力学上的障碍，如卫星和航天器是靠火箭喷管内燃料燃烧连续外喷产生的反向推力把航天器一步一步推上天的，无论我们采用什么技术措施，其最终是一个力学目标或力学行为或力学作用；再如海上航行的大型船舰无一不设有那个维持稳定的重达 100多吨的回转器(陀螺)，靠它的高速旋转维持了海上航行的稳定和安全；地震的应力释放和巨大的破坏力也是一种力学效应，防震和减灾其手段也多是首先从力学的角度来考虑的。近代通讯的光纤它碰到的一个不可回避的问题就是它抗拉、抗折等力学性能，否则很难敷设更难架设。几乎人人都随身携带的手机如果没有各处架设的首先抵抗风力的发射接收塔架，信号是无法传递的。
(7) 全面实现“新时代中国特色社会主义思想”离不开力学，更准确地说：“力学应为实现习近平新时代中国特色社会主义思想添砖加瓦，贡献力量”。
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BUILD ‘CHINESE DREAM’ WITH THE ASSISTANCE OF MECHANICS
LONG Yu-qiu , CUI Jing-hao , YUAN Si , LU Xin-zheng
(Department of Civil Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China)
Abstract: This paper demonstrates the responsibility and role of mechanics when pursuing ‘the Chinese Dream of the Great Rejuvenation of the Chinese Nation’. The paper contains 9 parts: 1) mechanics; 2) science and technology; 3) civil engineering; 4) hydraulic engineering; 5) transportation; 6) energy engineering; 7)one-belt-one-road; 8) strengthening national defense; 9) conclusions. This paper systematically summaries the major achievements about the application of mechanics after 1949 and 1978. The four authors are the editors-in-chief of Engineering Mechanics journal, subsequently. This paper is written to celebrate the success of the 19th National Congress of the Communist Party of China. It is also to memorialize the 60th anniversary of the report by Prof. Xuesen Qian on ‘Working on the the Great Leap Forward of Mechanics’. Prof. Qian’s report had significant impact on the application of mechanics in different disciplines in China.
Key words: mechanics; science and technology; infrastructure; energy; one-belt-one-road; strengthening national defense
收稿日期：2017-09-30
通讯作者：崔京浩(1934―)，男，山东人，教授，副博士，工程力学主编(1999年～2006年，两届共8年)，现任名誉主编.
作者简介：龙驭球(1926―)，男，湖南人，中国工程院院士，工程力学主编(1991年～1998年，两届共8年)；袁 驷(1953―)，男，辽宁人，教授，博士，力学学会副理事长，土木工程学会副理长，工程力学主编(2007年～2014年，两届共8年)；陆新征(1978―)，男，安徽人，教授，博士，工程力学主编(2015～).
注：本文由现任名誉主编崔京浩执笔。由于该命题十分浩大，涉及诸多领域，为准确计，本文引用的资料除特别指明者外，一律引自人民日报，即使如此，也不敢保证绝对无误，如有重大失误均由执笔人崔京浩负责，读者可直接致电或致函《工程力学》杂志社，给予指正。本执笔人万分感谢。
中图分类号：O39
文献标志码：A
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.09.1000
文章编号：1000-4750(2018)01-0001-54
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