土木工程师的职业道德与社会责任感

陆小华

本节课提要：• 通过一些案例的介绍、辩论和探讨理解工程师，尤

其是土木工程师应当有怎样的职业道德和社会责任感– 一个案例的角色模拟辩论– 投票选择– 实际案例的选择和结果– 总结对此案例– 介绍更多的案例– 研究结果– 感想与收获

美国旧金山金门大桥

全长约 2700m ，南北两 侧桥塔高 342m ，其中高出水面部分为227m ，两根悬索的直径为 92.7cm 。加劲梁为桁架结构，桥主跨1280m ，梁高 7.62m （跨高比 168.0 ）。

　 金门大桥于 1933 年动工， 1937 年 5 月竣工，用了 4 年时间和 10万多吨钢材，耗资达3550 万美元

案例角色模拟：现在是 1940 年的美国，本地需要建一座总长 1811m 的大桥，已决定采用悬索结构，主跨长 853m ，现在要确定桥梁结构的设计。

• 设计者甲，采用钢桁架结构，梁高 7.6m （跨高比 112.2 ）设计符合当时所有规范的要求，造价 1100 万美元

• 设计者乙，采用钢板梁结构，梁高 2.4m （跨高比 350 ），造价 600 万美元。

• 政府主管（投资方）：设计甲的设计成熟、可靠，但造价较高。设计乙是著名专家，金门大桥的主要设计者，是金门大桥的主要设计者之一，提出了“柔性设计”理论，此理论使金门大桥原悬臂悬索桥改建为悬索桥。但是从来没有人将大桥跨高比做到如此之大，且钢板梁可能会受到过大的风力作用，以前也没有类似的经验可以借用。现需要决定接受哪个设计（投票，并给出选择的原因）

案例角色模拟：

假定已经采用设计乙，施工过程中发现桥梁有过高的振动变形，即使在风力不大的时候都有超出预料的振动变形。

作为桥梁的设计者和施工者，这时应该怎么办？

案例角色模拟：

桥已建成，桥仍然有很明显的振动变形。波浪型的振动是如此之大，甚至前面几十米外的车都看不见了。这一现象使得本桥成了远近闻名的一景，很多人专门开车过来感受开过波浪起伏的桥梁的刺激。

作为桥梁管理者，这时应该怎么办？

塔科马大桥：1940 年 7 月 1 日 建成通车， 4 个月后的 11月 7 日上午约 11 点，塔科马大桥在剧烈的震动中倒塌了，这件事震动了全世界，被称为“工程界的珍珠港事件” 克拉克 ·艾尔德里奇（ Clark Eldridge ）设计7.6 米高的钢桁架梁结构。莱昂 ·莫伊塞夫（ Leon Moisseiff ）将梁高减为 8英尺（ 2.4米）高的钢板梁，由于梁高变矮使大桥更优雅，更具观赏性，同时也降低建造成本。

塔科马大桥破环原因：• 1941 年 6 月 26 日，州收费桥管理委员会调查组发表调查结论，调查组认为，大桥倒塌的首要原因是桥梁超大的跨高比和跨宽比以及桥板和梁的形式。此外，钢板梁的实心腹板使桥受风力影响很大，而从前采用桁架梁设计桥梁时风力并未被认为是一种重要的因素。具体的破坏则始于北面悬索中部连接主缆和吊索的索夹滑移。

• 另一个由联邦公用事业局（ FWA ）委托的调查组也认为失效是由于风作用于过于柔性的结构，而此结构不能吸收足够的动能。北面中跨索夹的松滑使得桥面产生扭转从而导致整个中跨破坏。

三个方面重建的塔科马大桥

更多事故案例魁北克大桥倒塌

1907 年 8 月 29 日，在建中的魁北克大桥倒塌，总重达 1 万 9千吨的钢结构在 15秒内掉入河底，桥上工作的 86 人中仅 11 人侥幸生还 。

事后确认为设计错误，设计师在没有充分证据的条件下加大桥梁跨度，增加钢材允许应力。重新设计的桥用了原设计 2.5倍的钢材。然而1916 年 9 月 11 日，重建中的大桥又发生事故，导致 11 人身亡。

更多事故案例罗南坊事故

1968 年 5 月 16 日清晨 5 点45 分， 18 层 90号单元楼房爆炸。整栋楼房的东南角的客厅自顶层 22楼到底楼依次垮下，导致 4 人伤生、 17人受伤。

直接原因是煤气爆炸，但房屋所采用的拉森 -尼尔森体系是为 6层以下房屋发明的，这里却做到了 22层。

更多事故案例新世界酒店的倒塌

1986 年 3 月 15 日上午 11 点 25 分，服务了15 年的新世界酒店大楼突然坍塌，不到一分钟时间内整个楼房变成一片废墟，导致 33 人丧生、 104 人受伤，仅有 17 人获救 。

大楼的整个设计和建造 过程埋下了无数的隐

患，倒塌是必然的。

更多事故案例豪晶酒店行人天桥倒塌 堪萨斯市的豪晶酒店（ Hyatt Regency Hotel ）是一座 40层楼、拥有 750房间的豪华大酒店 。1981 年 7 月 17 日傍晚 7 点 05 分，四层天桥突然垮塌，连同二层天桥一起砸向底层，造成一宗 114 人死亡、超过 200 人受伤、极其惨烈的特 大伤亡事故。

而事故的原因仅仅是天 桥吊杆的一个简单节点 设计错误。

更多事故案例上海轨道交通 4 号线事故

上海轨道交通 4号线浦东南路站至南浦大桥站段隧道工程是一个过江区间段，全长 2000 米，其中江中段约 440 米。 2003 年 7 月 1 日凌晨，约 270 米隧道发生坍塌，直接经济损失达 1.5亿元

冻结法施工方案缺陷，施工中的险情苗头没

能 及时处理

更多事故案例弟顿坝的溃决

1976 年 6 月 5 日晚 11 点，美国爱达荷州刚建成一年的弟顿水库决坝， 3亿多立方库水完全泄空。约 2.5 万人和 60 万亩土地受灾； 32公里铁路受毁；总经济损失高达 20亿美元，联邦政府支付

了超过 3亿美元的索赔。有 11 人和 13000头牲畜死亡。联邦垦务局

建立 75 年来，遇到了他们所负责的最惨烈的工程事故，接到了5000 起以上的索赔诉讼 只设单层的帏幕是严重的设计缺陷，不能达到有效防渗的目的

更多事故案例沟后水库溃坝事故

1993 年 6 月 27 日建成 3 年的青海省共和县沟后水库了首次接近满库。 330 万方属于小型水库，但最大坝高 71m ，属于高坝。水库决堤，晚 11点 50 分抵达下游 13公里的恰卜恰镇，造成 288

人死亡， 44 人下落不明

报告认为事故的原因

为 面板渗水和坝体排水不 畅

更多事故案例弄假成真的现场地质灾害

1971 年 11 月 11 日下午，日本神奈川县川崎市生田。一处平时十分僻静的山谷正在进行着一场人工降雨引发滑坡的现场试验。下午 5 点钟多，夹杂着泥水、砂石和草木的流滑体像疯狂的巨象一样，以迅雷不及掩耳之势从山上奔驰而下，推倒了距坡脚 28 米外的护栏，直接扑向人群。造成 15 人不幸遇难 ， 11 人受伤

更多事故案例安阳烟囱脚手架倒塌

2004 年 5 月 12 日上午，在河南安阳一刚竣工的 68 米高的烟囱在拆除 75 米高脚手架时，在距地面 10 米左右处突然折断而轰然倒塌， 30名正在脚手架上作业的民工全部翻下坠落，导致 21 人死亡， 9 人受伤。

烟囱外井架共有 16根支 撑风绳，事发前，已拆 除了北侧两根缆风绳，

导致外井架失去稳定性

更多事故案例越南一座在建大桥坍塌

2007 年 9 月 26 日上午８时３０分左右越南的一座正在建设的大桥突然发生坍塌事故。事故造成至少54 人死亡、 80 人受伤

13 、 14 和 15号桥墩的两跨坍塌混凝土大梁总长 87米，宽 24 米，模板支撑高度在 30米左右。坍塌前一天刚浇注了混凝土

更多事故案例地下临时挡土墙倒塌

2004 年 4 月 20 日下午 3:30 ，施工中的新加坡地铁循环线尼诰大道（ Nicoll Highway ）地铁站地面突然坍塌，六车道的尼诰大道受到严重破坏，塌方吞下两台建筑起重机，事故现场留下了一个宽 150 m ， 长 100m ， 深 30m 的塌陷区，造成 1 人死， 3 人轻伤，另 3 人失踪

破环始于支撑挡土墙的支撑系统 失效，事故主要原因是地质设计 错误，但事发前一系列的失误导 致失去了发现问题、阻止事故发 生的机会

更多事故案例杭州地铁一号线湘湖站基坑事故

2008 年 11 月 15 日 15 时 20 分左右，杭州市地铁一号线湘湖站基坑施工现场地面突然塌陷，范围长近百米，宽 40m,路面塌陷深度 7m ，路面没入水下。百余地铁基坑施工人员被困在坍塌的坑中。导致 17 人遇难， 4 人失踪，十多人受伤

瑞士苏黎世联邦理工学院的一项研究对世界上 800个结构工程事故案例进行了分析，这些事故造成了504 人死亡、 592 人受伤和数以亿元计的经济损失。右表是这些事故产生的原因。同一研究显示，这些事故中的 3/4 是人为错误造成的，如果采取适当的管理措施 85% 的事故是可以避免的。

理解不足 36%

低估了某些因素的影响

16%

无知、粗心、忽视 14%

遗漏、错误 13%

依赖不能控制的因素 9%

客观上未知因素 7%

责任不明 1%

质量问题 1%

其他 3%

莱昂 · 莫伊塞夫（ Leon Moisseiff 1872-1943 ）小传• 莱昂 ·莫伊塞夫 1872 年出生于拉脱维亚， 1891 年 19岁时移民美国， 5 年后取得土木

工程学位并入美国籍，他加入纽约市桥梁处并成为一个著名的桥梁理论家和设计师，他是纽约市华盛顿大桥的设计师，纽约市白石桥（ Whitestone Bridge ）的设计师。

• 1925 年工程师约瑟夫 ·斯特劳斯（ Joseph Strauss ）需要人手帮他设计旧金山金门大桥，他通过著名工程师查尔斯 ·艾利斯（ Charles Ellis ）找到当时极负盛名的桥梁设计专家莫伊塞夫，双方一拍即合。

• 莫伊塞夫同艾利斯为金门桥的设计开展了紧密的合作，莫伊塞夫在风荷载设计上做出了巨大的贡献。他们将莫伊塞夫的柔性设计（ deflection theory of suspension bridges ）理论运用于金门桥的设计，以柔性的桥身抵抗金门湾常有的阵风。莫伊塞夫相信他可以把桥建得比任何以前的悬索桥都要轻、细、长，他认为一半以上的由风产生的应力是可以通过悬索传递到锚墩上去的。由于莫伊塞夫和艾利斯解决了悬索桥的设计问题，斯特劳斯决定将原设计的悬臂悬索混合结构改为悬索结构，用较少的钢材和较短的施工时间建成金门桥。这样，莫伊塞夫和艾利斯的技术攻关加上艾温 ·莫洛（ Irving Morrow ）的设计工作，著名的金门大桥得以建成。

• 1937 年莫伊塞夫应用他的柔性设计理论修改塔科马大桥的设计，使得建桥预算从 1100万美元降到 600 万美元并成功获得有关当局的批准建造。然而这一次他走得太远，跨高比高达350倍的柔性桥梁获得了“舞动的格蒂” （ Galloping Gertie ）的外号，大桥建成后 4 个月即在风中倒塌了。

• 大桥的倒塌也意味着莫伊塞夫职业生涯的结束，三年后他在一次心脏病突发中逝世。

• 莫伊塞夫曾是极负盛名的桥梁专家，对著名的旧金山金门大桥的设计有着不可磨灭的贡献。然而，由于过度的自信而导致塔科马大桥的倒塌，导致他个人身败名裂。假如管理当局没有因为他的盛誉和极低的预算而采用他前所未有的大胆设计，假如他谨慎地对待在建桥过程中出现的异常摇动，这一损失也许是可以避免的。莫伊塞夫是如此相信他的理论，即使在施工过程中出现了极其异常的晃动也没有使他警觉到有可能发生的问题。从短期强度来看，他的柔性设计也许是正确的，单纯风压作用下的应力应该低于材料强度，大桥毕竟使用了 4个月的时间。然而，大桥在风的作用下产生周期性的振动则是他所未预计到的，周期振动之后所发生的一切就完全失去控制了。

• 科学和技术的创新能带来人类环境巨大的发展和改善，当在技术上或应用上有大幅的创新或变革时我们是走在一条前人未走过的路上，我们已经知道如何避免熟悉路上的陷阱和障碍，但在新的路上将如何能够避免尚未知的因素给我们带来灾难？

由于美国卷入第二次世界大战，塔科马大桥的重建直到1948 年 6 月才开始，重建期间又经历了地震和火灾，终于在 1950 年 10 月 14 日建成通车。重建的大桥采用了桁架加劲梁增加桥的刚性和减少风阻，采用轻质混凝土路面以减少桥的自重，桥面加宽为双向四车道增加了桥的水平刚度，加宽了桥塔提高大桥的稳定性，大桥首次在车道间的桥面开通缝以减少风压对桥面的影响，首次在桥塔与悬索和桥面板与吊索连接处使用液压阻尼减震器，首次在建桥前在风洞中进行空气动力试验。所以，这次事故是人类工程历史上的一次惨痛的失败，同时也促进了工程科学和工程实践的飞跃进步。

感想与收获？

• 土木工程师为人类的物质文明和社会的发展进步作出了巨大的贡献。正是由于土木工程师的贡献我们才有今天壮丽的城市、雄伟的建筑、便捷的交通和舒适的生活空间。

• 土木工程师每天都要作出各种决定，这些决定的结果可能决定了巨额的财物甚至大量的人生的命运

• 然而作出这些决定所依赖的标准却远不是非黑即白那么清晰明了。• 我们需要不断尝试、不断创新、不断挑战新的极限。• 但是自然是有自身发展规律的，绝不会专门眷顾专家或有过显赫的成就的人。

• 所以，我们必须牢记自己的使命和责任，保持谦卑的态度，确实理解自然、利用自然，让自然规律为人类所利用。

• 作为土木工程的学生，需要认真学习，培养自己的知识、能力和素质，才能真正做到为社会服务。养成认真、谨慎、实事求是和高度的社会责任感是我们必须牢牢记住的。

三个方面 知识：• 对于一个真正的工程师来说，知识不仅仅是获取的信息，

更不仅是获取的工程信息。认知过程同获取过程是不一样的。今天的工程师可能利用信息技术使得全世界的信息瞬间可得，而真正的工程师已经取得了一种对信息相互关系的理解力，他们学到了如何取用并且关联处理有关信息，从而合成新的信息或解决问题。

• 考虑将工程师作为领导角色就能发现，工程师所需要的知识领域不限于科学或技术，学习历史、经济、心理、文学和艺术可以增加对社会演变的理解，这种理解能够提高工程贡献的价值。并且，在这个拜新通讯科技所赐而日益变小的世界，我们不应该忘记学习外国语言

- B. M. 戈登

三个方面 能力：• 一个真正的工程师的重要能力实际上就是有步骤的在设计过程中

解决问题，在此过程中，他将科学和学科知识与个人的创造能力和在学习和经验中所获得的判断力相结合。此外，因为工程成就总是在集体的环境下去得的，无论作为一个领导者还是作为一个跟随着，沟通交流能力都变得极为重要。

• 这些能力都只能通过实际工作而获得：无论仅仅是模仿性的，或者同刚入门的医生一样，是在专家督导下的实际工作。然而，没有案例学习能够真正替代实践，例如如何对一个设计进行查错测试的过程。案例学习技术可能是有益的，但它不足以让学习者达到真正工程师的资格。

- B. M. 戈登

三个方面 态度：• 一个工程师的态度会直接影响他设计成果的质量，无论

这个设计问题是什么。一个真正的工程师是一个资源团队的领导者，包括在各种工程活动水平中的财务、人力和材料等。成功的团队领导意味着一定程度的自我批评，自我欣赏和谦卑的特质都要发挥平衡的影响。需要好奇心和勇气才能达到创造与创新。成功的领导需要具有一系列的特质，他们发出指令时强势果断，同时也要接受指令、接受市场竞争的挑战并执着坚持到胜利。领导不仅对上展示忠诚也需要对下展示忠诚，需要在个人胜任能力、容忍度和督导能力各方面赢得项目团队的尊敬。

- B. M. 戈登

三个方面

作业：小组为单位，查找 10 个土木工程事故案例，阅读并讨论事故原因，交一份关于土木工程师职业道德和社会责任感的报告。

Q&A