成虎工程管理概论讲义.docx
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1、第二章现代工程系统【本章提要】本章主要描述现代工程的分类,工程系统结构。工程的分类和工程的系 统结构对我国高等院校工程类专业的设置,工程类行业和企业的分类有决定作用(见图2 - 1)。图21工程分类的作用第一节工程的分类一、按照工程所在的国民经济行业分类国民经济行业分类是对全社会经济活动按照获得收入的主要方式进行的标准分类。比如 建筑施工活动按照工程结算价款获得收入,交通运输活动按照交通营运业务获得收入,批发 零售活动按照商品销售获得收入等。由于工程的多样性,且工程分布于国民经济的各个领域, 所以工程建设与国民经济的各个领域都相关,工程建设受国民经济宏观管理的影响很大。工程在我国国民经济行业分
2、类中划分为五类。1 .房屋工程。包括:(1) 居民住宅;(2) 商业用建筑物;(3) 宾馆、饭店、公寓楼;(4) 写字楼、办公用建筑物;(5) 学校、医院;(6) 机场、码头、火车站、汽车站的旅客等候厅(室);(7) 室内体育、娱乐场馆;(8) 厂房、仓库;(9) 其他房屋和公共建筑物。2. 铁路、道路、隧道和桥梁工程。包括:(1) 铁路、地铁、轻轨;(2) 高速公路、快速路、普通公路;(3) 城市道路、街道、人行道、过街天桥、行人地下通道、城市广场、停车场;(4) 飞机场、跑道;(5) 铁路、公路、地铁的隧道;(6) 铁路、公路桥梁及城市立交桥、高架桥。3. 水利和港口工程。包括:(1) 水
3、库;(2) 防洪堤坝、海堤;(3) 行蓄洪区工程;(4) 水利调水工程;(5) 江、河、湖、泊及海水治理;(6) 水土保持工程;(7) 港口、码头、船台、船坞;(8) 河道、引水渠、渠道;(9) 水利水电综合工程。4. 工矿工程。指除厂房外的矿山和工厂生产设施、设备的施工和安装,以及海洋石油 平台的施工。包括:(1) 矿山(含坑道、隧道、井道的挖掘、搭建);(2) 电力工程(如水利发电、火力发电、核能发电、风力发电等);(3) 海洋石油建设工程;(4) 工厂生产设施、设备的施工与安装(如石油炼化、焦化设备,大型储油、储气罐、 塔,大型锅炉,冶炼设备,以及大型成套设备、起重设备、生产线等);(5
4、) 自来水厂、污水处理厂;(6) 水处理系统;(7) 燃气、煤气、热力供应设施;(8) 固体废弃物治理工程(如城市垃圾填埋、焚烧、分拣、堆肥等设施施工);(9) 其他未列明的工矿企业生产设备。5. 其他土木工程。包括:(1) 体育场、高尔夫球场、跑马场等;(2) 公园、游乐园、游乐场、水上游乐设施、公园索道以及配套设施;(3) 水井钻探;(4) 路牌、路标、广告牌;(5) 其他未列明的土木工程建筑。二、按照工程的用途分类工程的类型有很多,它们的用途也各不相同。这使得各类工程的专业特点相异,由此带 来了设计、建筑材料和设备、施工设备、专业施工队伍的不同。工程按照用途可以分为以下 四类:1. 住宅
5、工程这类工程主要是居民的住房,包括城市各种类型的房地产开发项目和农村的大多数私人 自建房。住宅工程是我国近二十多年来最为普遍,发展最为迅速的工程。房地产开发商是我国住 宅工程最主要的研发中心和建设者。房地产业是我国最近二十多年是发展最为迅速的产业之 一。2005年,全国房地产开发计划总投资达65 116.74亿元,全国累计完成房地产开发投 资1.58万亿元,增长19.8%。其中,商品住宅完成投资1.08万亿元,增长21.9%。近几年 房地产市场的综合景气指数一直呈现上升的态势,土地交易价格、房屋销售价格和房屋租赁 价格一直维持在较高位运行,而且由于我国的城市化进程和国民经济的快速发展,还会促进
6、 房地产投资的进一步增长。2. 公共建筑工程这类工程中,按照不同用途还可以细分(1)大型公共建筑:医院、机场、公共图书馆、文化宫、学校等大型文化、教育、体 育场所等。(2)商业用建筑:大型购物场所、智能化写字楼、剧院等。这类工程以满足公共使用功能为目的,需要较高的建筑艺术性,要符合地方文化和独特 的人文环境的要求。如上海金茂大厦的塔形建筑巧妙地将中国的建筑文化融入到现代高层建 筑中(见图22),南京奥体中心体育场则用两条动感十足的红飘带设计造型(见图23)。图22上海金茂大厦图23南京奥体中心体育场公共建筑工程和住宅工程在国民经济行业分类中同归为房屋建筑工程,它们在工程总投 资中所占的比重最大
7、。通常,房屋建筑工程产值占建筑业总产值的65%以上。3. 土木工程土木工程主要指水利枢纽工程、港口工程、水电工程、高速公路、铁路和城市基础设施 工程。这些工程主要由政府投资。我国近几十年来,基础设施建设高速发展,特别是铁路、 高速公路、城市基础设施(地铁、轻轨等)、水利工程等。4. 工业工程工业工程主要指化工、冶金、石化、火电、核电、汽车等工程。这些工程主要是建造生 产这些产品的工厂,例如化工厂、发电厂、汽车制造厂等。这些工程涉及国民经济的各个工 业部门。三、按照工程投资属性分类工程的投资属性主要是由工程建设的资本性质,即投资的来源决定的。工程的资本性质 通常有两类,即私有资本和公共资本。工程
8、按照投资属性可以分为如下三类:1. 私人资本工程。这是由私有资本投资的建设工程,如由私人投资建造的大量的私有 房屋,工业工程等。许多外资工程也属于这一类。2. 公共资本工程。主要是国家投资的公共事业工程和基础设施工程,以及国家垄断领 域的工程。它主要是由政府投资建造的,为了社会公共服务的目的。3. 私人资本和公共资本联合投资工程(即采用PPPO融资模式)。现在在发达国家许多 基础设施工程是采用PPP的融资模式建造的。近几年,国家在进行投资体制的改革,许多领域都向私人资本开放,私有资本的工程范 围在扩展,将来会作为社会固定资产投资的主体。私人资本除了积极参与商业房地产的投资 开发以外,已经开始进
9、入城市基础设施建设领域。主要是通过联合、联营、集资、入股等方 式,也有个别有实力的私人资本进行独资经营,如宁波雅戈尔股份有限公司通过入股投入巨 资兴建杭州湾跨海大桥;杭州锦江集团通过联营投资4.8亿元建成6个热电厂;北京在“十 五”期间投资1800亿元建设基础设施,其中900亿元用于修建地铁、轻轨,政府只投资20% 左右,其余均需要私人资本的投资。第二节工程系统结构一、工程的系统构成工程是在一定空间上的技术系统。工程作为一个整体系统而言,它具有一定的功能。例 如沪宁高速公路的总体功能是为上海和南京两地间的车辆运输提供通道,它在两地之间延 伸,占据着一定的土地空间。系统方法进行结构分解(见图24
10、)。图2 4工程系统的结构一个工程由许多分部组合起来,是有自身的系统结构形式的综合体。任何工程可以按照1. 功能面一个工程在一定的空间上布 置,它同样有自身的系统结构形 式。它是由许多空间分部组合起来 的综合体。这些分部也有一定的作 用,提供一定的功能。通常被称为 功能面。一个工程可以分解为许多 功能面。最常见的是一个工程系统 由许多单体建筑组成,每个单体建 筑在总系统中提供一定的使用(生 产)功能,是具有特定产品或服务 的区域。例如,一座工厂由各个车间、办公楼、仓库、生活区等构成;高速公路由各段路面、服 务区、收费区、绿化区等构成。一个校区由教学楼、图书馆、宿舍楼、实验楼、体育馆、办公楼等单
11、体建筑物组成。2. 专业工程要素每个功能面(每栋建筑)是由许多有一定专业特点的要素构成的。例如学校的教学楼提 供教学功能,它包括建筑、结构、给水排水、电力系统、消防、通风系统、通信、多媒体系 统、语音系统、智能化、电梯、控制系统等许多专业工程要素。这些专业要素不能独立存在,:PPP (即PublicPrivatePartnership)模式是指政府和私营企业合作,共同投资建设和运营工程。 它们通过系统集成共同组合成教学楼的功能。专业要素有不同的形态,有的是实体系统,如结构、给排水系统、通风系统等;有的是 软件系统,如智能化系统、控制系统、信号系统等。所以工程系统又是各个独立的专业要素 紧密结合
12、,相互配合、相互依存的体系。将一个工程的所有专业要素提取出来,就得到该工程所包含工程专业的体系,如地铁工 程包括四十几个专业工程要素。同类工程(如两栋教学楼,南京地铁和北京地铁)具有相同或相似的专业要素构成。这 是分析工程系统的基本方法。这些专业工程要素有专业特点,高等院校里的工程专业通常是按照专业工程要素分类 的。随着科学技术的发展和工程功能要求的提高,还会有新的工程专业要素出现。二、几种典型工程的系统构成(一) 某大学新校区系统构成1. 某大学新校区总体要求。征地3700余亩(246. 7ha),东西约1. 8km,南北约1. 4km, 预计建成后供30 000学生学习和生活。2. 功能区
13、按照校区学生和教师规模,以及他们生活、学习、工作、后勤保障的需要,该校区规划 有如下规模的功能区:(1) 教学区(509000 m2):公共教学楼(100 000 m2),图书馆(50 000 m2),学校行 政办公楼(20 000 m2),各学院(系)专业用房(339 000 m2)。(2) 学生生活区(315 000 m2):研究生公寓(60 000 m2)、本科生公寓(200 000 m2)、 学生食堂(40 000 m2)、大学生活动中心(15 000 m2)(3) 教师生活区(教工公寓60 000 m2);(4) 外事活动区(30 000 m2):国际交流中心(20 000 m2)、
14、留学生楼(10 000 m2);(5) 科研区(87 000 m2):科技创业中心(15 000 m2)、科研大楼(30 000 m2)、研发 基地(42 000 m2);(6) 后勤、保卫区(58 000 m2):综合楼(20 000 m2)、后勤服务中心(10 000 m2)、 接待中心及教工活动中心(15 000 m2)、幼儿园(3 000 m2)、医院(8 000 m2)、车库(2 000 m2);(7) 体育运动场地(15 500 m2):体育馆(14 000 m2)、室外游泳池(1 500 m2)。另外 标准田径场3个、篮球场93个、排球场120个、网球场9个、足球场3个。累计建筑
15、面积1 074 500 m2。湖水面积18.25ha (公顷),道路用地面积(宽3.5m以上)25. 64ha,绿化用地面积 149. 78ha,绿地率 59.80%。通过规划设计,该学校功能区总体布置见图25。5E生生活区古年教丁生活区科研发展区自楝生忘区专归教学坦团专叩教学组团本和生生活区序交流区中心数学区!公关我学坂团业教学组团生活区行迎办仙区体育运场区旷:L图25某学校功能区总体布置图在每一个功能区中还有许多子功能区,如公共教学区中的B区(见图2 6)。图26该校区公共教学区B区图B区中由8栋教学楼,5个楼梯间,楼之间连接通道,楼外道路和景观绿化等子功能区 组成。3. 专业要素每个功能
16、面由不同的专业要素构成。将教学区,教师和学生生活区,外事活动区,后勤 区域和运动场地等上述功能区各工程的专业要素提取出,得到本校区工程的主要专业要素。 它包括:规划,建筑,土木工程(结构工程),给排水,供电,园林绿化,道路工程,设备 工程,卫生系统,装饰工程,信号系统,卫星接受系统,多媒体系统,通讯网络系统,交通 系统,消防系统,人防工程,环境工程,校园智能化系统工程等。一个校区就是由这些专业要素构成的。这些专业要素对本校区的专业设计、施工和供应 工作有规定性。(二) 南京地铁工程系统结构南京城市地铁工程一号线一期工程是联系该市南北的大通道,它在1999年动工,2005 年通车。它的系统结构如
17、下(图27)。图27南京地铁1号线示意图1 .功能区的划分(1) 车站:三山街站,张府园站、新街口站、珠江路站、鼓楼站、玄武门站、许府巷 站、南京火车站站、小行站、安德门站、中华门站、东井亭站、迈皋桥站等。各个车站还会划分为不同的子功能区,如出入口通道、地下大厅、票务和检票处、商务 中心等。(2) 区间段:为两车站之间的隧道或高架桥。(3) 车辆段基地:小行车辆站,迈皋桥车辆站。还可以细分为综合维修中心、车辆段、 材料库房、培训中心等。(4) 总控制中心。(5) 办公行政大楼。(6) 变电所等。2. 地铁工程的专业要素上述功能区是由一些专业要素构成的,是一些专业要素的组合。将整个地铁工程的专业
18、要素提取出来,主要有:建筑、土建结构工程、水文地质工程、给排水工程、照明、空气调 节工程、装饰工程、综合布线、隧道工程、桥梁工程、道路工程、轨道工程、电梯、动力工 程、消防工程、设备安装工程、供电系统、机车工程、自动检售票系统(AFC)、环境监控 系统、各种防灾报警系统(FAS)、各种信号系统(ATS、ATP、ATO)、各种通信系统(有 线、无线)、广播系统、报时系统、闭路电视系统、综合监控系统等。大家一走进地铁就会感受到工程系统的结构和各个工程专业要素系统的运作。(三)某智能化住宅小区的系统结构某住宅小区平面布置见图2 8。图28某住宅小区平面图1. 功能面:在平面上,该住宅小区可以分为4栋
19、住宅楼,停车场、园林绿化区、道路、物业管理办 公区(包括智能建筑的系统集成中心)、进出口、维护工程等功能面。2. 专业要素包括:规划,建筑,结构工程,给排水,供电,绿化和景观,设备,卫生 系统,交通工程,智能系统、装饰工程,消防工程,人防工程等。该住宅小区的智能系统又可以细分为:(1)智能建筑的系统集成中心。(2)综合布线系统。(3)3A系统1)楼宇设备自动控制系统(BAS)。包括供电监控系统、照明监控系统、暖通空调 监控系统、给排水监控系统、电梯监控系统、停车场监控系统、消防监控系统、安全监控系 统等。2)办公室自动化系统(OAS)。3)通信自动化系统(CAS)。包括电话通信线路、电话交换机
20、、网络电话(IP电 话)、计算机网络。(4)门禁系统、停车场管理系统。防盗报警系统、电子巡更系统、闭路电视监控系统。(5)消防系统:火灾报警系统、消防联动控制系统(控制对象包括灭火设施、火灾事 故广播、消防通信、防排烟设施、防火卷门、防火门等)。(6)公共广播系统和有线电视系统等等。三、工程系统结构的协调性要求一个工程系统虽然由不同部分组成,但都是为工程的最终总体功能服务的,构成总体功 能的一部分。工程的总体目标是为社会提供预定的产品或服务,它是由工程的各个功能面和 各个专业要素共同作用的结果。工程的各个功能面和工程专业要素必须有系统相关性和协调 性。工程规划和设计必须体现整体的观念,整体结构
21、和功能必须和谐,各专业平衡。这种协 调性具有广泛的意义。主要体现在:1 .功能上的均衡性,既不紧缺,也不显冗余。一个工程各个功能面大小的分配应该均 衡,各个专业要素搭配是合理的。例如在上述校区建成后,预定规模的学生能够有效的使用各个功能区,既不出现功能的 缺陷(如缺少某些功能),也没有功能的紧缺(如某些功能面设置不够,造成学生在使用过 程中的拥堵),或者某些功能的冗余(即功能闲置,没有发挥作用)。2. 工程的设计质量应是均衡的,最好各个功能区(建筑)和专业工程(要素)能够均 衡地达到预定的使用寿命。3. 功能面之间、工程专业要素界面之间无障碍,能够形成高效率运行的整体。4. 工程与周边环境的协
22、调。工程同时也是城市大系统中的一个子系统。它的功能面和 专业要素发挥作用需要外界提供条件,如需要外界提供水、电、交通,并向外排出垃圾、废 水等。所以工程的许多功能面和专业要素与环境系统存在界面和接口。工程系统必须同外界 环境相关子系统之间协调一致。只有实现功能的协调与平衡,才能保证工程安全、稳定、高效率的运行。第三节工程相关学科专业的结构从上面的分析可见,在整个国民经济中,工程有不同的种类;一个工程又是由许多专业 要素构成的。工程需要科学技术的支持,而科学技术是分门别类的,形成各个工程学科。所 以工程系统又与我国高等院校中的工程学科分类体系紧密联系。1. 根据普通高等学校本科专业目录和专业介绍
23、,工学下的工程一级学科类别包括有 地矿类(0801)、材料类(0802)、机械类(0803)、仪器仪表类(0804)、能源动力类(0805)、 电器信息类(0806)、土建类(0807)、水利类(0808)、测绘类(0809)、环境与安全类(0810)、 化工与制药类(0811)、交通运输类(0812)、海洋工程类(0813)、轻工纺织食品类(0814)、 航空航天类(0815)、武器类(0816)、工程力学类(0817)、生物工程类(0818)、农业工程 类(0819)、林业工程类(0820)、公安技术类(0821)等21个门类。现在我国工学的一级学科专业(除工程力学类、测绘类、材料类等整个
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