世界当代科技史-第21章
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预计今后其发展将更迅猛。据美国预测，估计到2000年，聚合物基复合材料
的全球市场规模将达120亿美元。中国已把先进复合材料作为发展高技术的
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关键新材料，列为国家高技术研究发展计划纲要的重要内容。“七五”期间
已取得一定成果，今后将有更大发展。
2。当代建筑科学技术
当代社会生产与人们物质文化生活的发展，需要更多、更好、功能更全
的建筑。因此，在基础科学、材料科学等学科的推动下，新型建筑材料逐渐
发展起来。同时，新型建筑结构不断涌现，其中大跨度建筑是当代建筑科学
技术的重大成果。
（1）建筑材料和建筑工艺
在原有的水泥、钢材、钢筋混疑土等建筑材料的基础上，当代建筑材料
又有新的发展。
第二次世界大战后，意大利的奈尔维发明了由水泥沙浆和细钢丝网组成
的轻骨料钢筋混凝土，用于高层建筑物中。近些年来，根据“均匀配筋”的
理论，在混凝土中掺入金属纤维、玻璃纤维或树脂纤维等，使轻质高强度混
凝土广泛使用。如原西德用玻璃纤维混凝土制造薄壳屋顶，直径为31米，壳
厚度只有1厘米。另一种是采用重骨料 （钢屑、重晶石）的重混凝土，可用
于建造核电站的防护屏。此外，还采用各种外加剂，如防水剂、防冻剂、发
泡剂、速凝剂等，改善了混凝土的性能。
第二次世界大战以后，随着高分子合成工业的发展，塑料在建筑工业的
应用日益广泛。塑料建筑材料有防水、防腐、耐磨、抗震、质轻、强高度、
隔音消声、绝热保温、绝缘性好、鲜艳美观等优点。塑料建筑材料分为装饰、
装修、结构和特种功用四大类，目前主要用于铺设管道、地面、墙面、窗柜
以及泡沫塑料保温材料等。近40年来，塑料建筑材料增长了几十倍。
当代建筑施工技术的进展主要有两个方面。一是建筑机械及其配套设备
日臻完善，二是预制构件的广泛应用。第二次世界大战以后，建筑机械发展
极为迅速，在推土机、挖掘机、铲运机、起重提升机械、混凝土搅拌输送机
械及其配套设备中，采用了增压发动机，液力变矩器代替了齿轮传动机构，
广泛采用液压操纵等技术，这些都为建筑现代化和建筑施工工业化奠定了可
靠的基础。预制装配建筑在第二次世界大战后发展迅猛。从60年代起，装配
式钢筋混凝土建筑很快得到推广。装配式建筑主要为砌块建筑、预制大板建
筑、预制框架挂板建筑和预制盒子建筑几类。盒子结构出现最晚，但也已有
20多个国家采用，发展了约100多种体系和制造方法。由于预制装配式钢筋
混凝土结构存在许多缺陷，近些年来它的发展势头有所减弱，现浇混凝土建
筑有东山再起之势。
（2）建筑结构
当代建筑结构在高层建筑和大跨度建筑方面有突出进展。高层建筑的发
展分为两个阶段。第一阶段从19世纪末到20世纪中叶。第二阶段从20世纪
50年代开始，特别是60年代以后，高层建筑发展出现新的高潮。高层建筑
分板式和塔式两类。60年代后建筑越来越高。为减轻风荷载的影响，塔式建
筑成为主流。于1973年建成的纽约世界贸易中心大厦，就是典型的高层塔式
建筑。自50年代起，在高层建筑上使用了大面积的玻璃幕墙和铝板幕墙。为
了提高建筑的抗风、抗震性，高层建筑采用了一些新的结构体系，主要有剪
力墙体系，框架—剪力墙体系、筒式体系。目前高层建筑已遍及许多国家，
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最高的是1974年建成的芝加哥城的西尔斯大厦，高达442米，110层。中国
1985年建成深圳国际贸易中心大厦，高160米，是中国第一座高层建筑。此
后又有广东国际大厦、北京京广中心等相继落成。60年代以来，许多国家还
建造了达500米以上的电视塔。目前最高的是加拿大多伦多国家电视塔，高
548米。中国在亚运会前夕建成的北京电视塔高405米。在1991年10月，
中国又建成天津广播电视塔，高415。2米，是目前世界第三、亚洲第一高塔。
大跨度结构在19世纪末已经出现，20世纪50年代后发展更为迅猛。大
跨度结构有悬索结构、薄壳结构、网架结构、充气结构等。50年代后，由于
钢材强度进一步提高，国外开始用高强钢丝悬索来覆盖大跨度空间。1953年
建成的美国雷利市竞技馆，屋盖采用双曲马鞍形悬索结构，造型简洁新颖，
是早期的著名悬索结构建筑。中国于1961年建成北京工人体育馆，比赛大厅
屋盖采用了圆形双层悬索结构。薄壳空间结构包括薄壳与折板，薄壳有球壳、
筒壳、双曲扁壳、双曲抛物面壳等。1925年，德国的耶那天文台及莱比锡、
巴斯尔等地的市场建筑都采用了钢筋混凝土球壳屋顶，其中巴斯尔市场的球
形屋顶跨度达60多米，厚度只有9厘米。40年代末，奈尔维设计了连续拱
形薄壳结构。1950年，在意大利都灵建成波形装配式薄壳屋顶展览馆。1976
年，在美国西雅图建造的体育馆是穹顶壳体结构，直径为200米。中国1957
年建成的北京天文馆，屋顶球壳直径为25米，厚度只有6厘米。1959年，
中国建成北京火车站，共有6个双曲扁壳，中央大厅壳体平面尺寸为35×35
米，厚8厘米。折板结构屋顶的著名建筑是1958年在巴黎建造的联合国教科
文组织的会议大厅。设计师根据结构应力的变化将折板截面由两端向跨度中
央逐渐变化，使之显示出一种韵律感，别具一格。网架结构在本世纪50年代
开始萌芽。60年代，电子计算机的发展和应用，解决了网架力学分析的困难，
网架结构建筑迅速发展起来。1966年，美国休斯敦市建造的圆形体育馆，采
用了网架结构，直径达193米，可容纳65000人。中国 1968年建成的首都
体育馆，是中国最早的网架结构建筑，屋盖宽99米，长112。2米。此后中国
又陆续建成南京五台山体育馆、上海体育馆、福州市体育馆等，也都采用了
网架结构。充气结构是当代发展起来的新型结构。1946年，美国建成了第一
座气承式建筑，用作雷达站。其外形为一圆穹体，直径15米。1975年，美
国建成了密执安州亚克体育馆，其薄膜气承屋面覆盖面积达3。5万平方米，
是当时世界最大的充气建筑，可容纳8万观众。1976年以后，中国陆续研制
了一些采用气承式或气肋式结构的展览厅、教室、实验室等，但这种结构的
建筑尚未进入推广阶段。
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九、能源科学技术和交通科学技术的发展
能源是当代社会的血液。第二次世界大战以后，特别是进入60—70年
代，石油成为主要能源。60年代，原子能发电技术逐渐成熟，标志着人类在
能源开发史上进入了一个新的时代。同时，对太阳能、水能、地热能、生物
能的开发利用也取得了卓越的成就。
交通是一个国家的命脉。交通科学技术的发展，既是为了满足经济日益
增长的需要，也与能源科学技术及其他科学技术的发展密切相关。当代交通
运输已形成铁路、公路、水运、航空、管道等多种运输方式组成的有机网络，
其运输能力和速度是以往任何时代不能相比的。
1。常规能源技术的发展
常规能源是指目前广泛使用的、技术比较成熟的能源，如煤、石油、天
然气等。
（1）煤炭利用技术
当今世界能源结构中，煤炭所占的比重仅次于石油而居第二位。当代煤
炭利用新技术的重点是煤的气化和液化，以提高效率，减少对环境的污染。
煤的气化是通过煤在高温下与空气和水蒸汽的反应，把煤加工成一氧化
碳和甲烷气体。本世纪30年代，德国首创煤加压气化的方法。70年代，美
国等国又开拓了第二代煤气化技术，发展了两段气化法、加氢气化法、合成
甲烷法等。中国目前采用常压水煤气工艺、常压固定床一段气化工艺等方法。
1990年，煤制气消费量为235。9亿立方米。煤气化联合循环发电是美国洁净
煤技术计划的重点，可望在本世纪末商业化，下个世纪可成为燃煤发电的主
导技术。美国还研究出把煤在地下直接气化，然后把煤气用管道引到地面上
来的方法。
第二次世界大战期间，德国和日本都研究成功了“煤高压直接加氢液化”
技术，但发展不快。70年代末以来，美国研究成功新的煤液化技术，适合于
大规模的工业化生产。70年代末，德国研制出一种催化剂，能使煤在地下直
接液化成石油，然后打深井把油从地下抽出来。这是煤开采技术的重大突破。
（2）石油、天然气
20世纪，内燃机发展很快，广泛用于各种交通工具和工厂，因此汽油、
柴油成为重要能源。1950年至1960年间，在中东及南非发现大油田，世界
石油产量猛增。到60年代中期，石油在能源结构中已占主要地位，1974年
达54％。
在石油开采技术方面，50年代后一些国家又研究出许多新的钻井方法，
其中冲旋钻、柔托钻、冲蚀钻等已投入工业试验，激光法、爆炸法、电弧法、
电子车法、电火花法等处于试验研究阶段。海上石油开发已有近百年的历史，
但本世纪60年代前发展缓慢。70年代后才有了大的飞跃。海上固定钻井平
台出现在30年代，当时是木质的。1947年，出现了钢质平台。1965年，一
些平台已安装到水深69米的海域中。1988年，荷兰在北海安装了世界上第
一座三脚塔式无人操作钢质固定平台，适用于水深10—350米的范围内。1973
年，在北海安装了第一座大型混凝土重力平台。活动式钻井平台有沉浮式、
自升式、半潜式。沉浮式平台出现在30年代。第一座自升式钻井平台是1948
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年苏必利石油公司在墨西哥湾建造的，并于1949年创造了6259米的世界海
上井深记录。1957年，世界上第一座半潜式平台“沧海1号”问世。1988
年，这种平台达177座。除了各种钻井平台外，50年代后还出现了钻井船。
钻井技术的进步，推动了海上石油工业的发展。60年代只有7个国家开采海
上石油，到1980年已有35个国家共建成海上油气田430多个。中国1958
年在南海莺歌海首次打出石油，1966年，在渤海用固定平台钻出第一口探
井，获得有开采价值的油流。近年来，中国海上石油工业有了更快的发展。
2。原子能科学技术的发展
第二次世界大战以后，军备竞赛的需要使美国、原苏联等国都大力发展
原子能工业，并逐渐从军用转向民用。
（1）原子能发电的产生和发展
1942年，美国建成了世界上第一座原子能反应堆。它的输出功率只有0。5
瓦，但具有划时代意义。1952年，美国进行了利用原子能发电的最初尝试。
1954年，原苏联建成了世界上第一座核电站。它利用浓缩铀作燃料，采用石
墨水冷堆，发电功率为5000千瓦。1956年，英国也建成了一座发电功率为
35000千瓦，采用天然铀石墨气冷产钚反应堆技术。同年，美国建造了能够
在水下高速航行的攻击型核潜艇。
50年代，各国对原子能的开发基本上是实验性的，主要是探索各种形式
的反应堆。60年代以后，核电站进入实用阶段，各国主要集中研究发展轻水
堆 （包括压水堆、沸水堆）、重水堆、气冷堆和石墨水冷堆等堆型。
轻水堆是目前世界核电站的重要堆型，在核电站中占85％以上。轻水堆
绝大部分是压水堆。从60年代初第一代压水堆到70年代初运行的第四代大
型商用压水堆，其技术经济指标有了很大改进。压水堆单堆功率从小于 20
万千瓦提高到130万千瓦；发电效率从28％提高到33％；发电成本从5美分
/度降低到0。4美分/度。
沸水堆的基本物理性能与压水堆相似。1956年，美国就建立了一座4500
千瓦的沸水堆实验站。从1959年第一个电站德累斯顿1号运行以来，沸水堆
经历了6代的不断改进。发电成本与压水堆不相上下，到70年代初也达到了
大规模商业推广的阶段。但由于沸水堆缺点较多，因而在与压水堆的竞争中
逐渐衰落。
重水堆是加拿大一开始就集中力量进行研究的堆型。1962年，建成世界
第一座加压重水示范电站罗尔夫顿NPD—1。1967年，又在安大略省道格拉斯
的建成电功率为20。8万千瓦、热功率70。1万千瓦的原型重水堆核电站。重
水堆能有效地利用天然铀，转化比高，燃料烧得透，对燃料的适应性强。但
早期的重水堆电站投资大，重水泄露严重。经过改进，于1971年建成了达到
实用的匹克林电站。70年代，重水堆已达到技术成熟和商业推广的阶段。
石墨气冷堆是60年代英国和法国发展起来的，到60年代后期已发展到
第三代高温气冷堆。1966年6月，英国与欧洲核能机构联合建造的“龙堆”
满功率运行。该堆提供的数据证明了高温气冷堆在技术上的可能性。1967
年，英国的“桃花谷”电站纳入电力系统运行。1968年，原联邦德国和美国
分别开始建造高温气冷模式堆电站。美国33万千瓦的圣·弗仑堡堆1974年
达到临界，但直到1981年末才达到设计功率。目前高温气冷堆虽然尚未达到
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商业化的成熟阶段，但它的一些突出特点仍具有很大吸引力。
天然铀石墨水冷堆是原苏联发展的堆型。1974年建成的100万千瓦的彼
得堡 （前名列宁格勒）核电站1号堆，是第三代。1985年，第四代240万千
瓦电功率的石墨沸水堆开始研制。石墨沸水堆没有压力壳及蒸汽发生器，设
备简单，单堆电功率大。由于不停堆装卸核燃料，设备利用率高。但这种堆
型回路系统复杂，制造安装工作量大，经济性欠佳，其他国家很少采用。
10多年的迅速发展，核电站已成为一种新的强大的动力来源。从 1974
年起，各国核电站的发电成本普遍比火电站低 20—50％。核电站最多的美
国，仅1978年就因此节省了30亿美元。核电站的可利用率已同当代最新火
电站相当，实际运行的负荷因子已高于火电站。
世界各国火电厂经历 100多年才达到目前的运行水平，核电站只用20
多年就达到了。这是热中子动力堆技术成熟的一个标志。
由于铀的储量有限，而目前热中子堆核电站对天然铀的利用率只能达到
百分之几，所以要把�
