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1、土木工程程与地球环境境的哲学思思考马宝民（清华大大学建筑筑设计研研究院）AbsttracctThe autthorr suurveyss thhe iinflluennce exeerteed bby hhumaans coonsttrucctioon oon tthe earrth envviroonmeent froom tthe asppectt off thhe eeartth eevollutiion. The forrmerr inncluudess siinglle eeartth eenviironnmennt, sellf-oorgaanizzatiion theeoryy,
2、 tthe suppernnatuurall annd ffainntneess of humman, huumann annd nnatuure, thhe iinduustrriall annd bbioeecollogyy ciivillizaatioon, sciiencces ttwo-edgge eeffeect etcc. FFinaallyy, tthe papper disscusssess thhe ccounnterrmeaasurre oof cciviil eengiineeerinng aagaiinstt thhe eeartth eenviironnmennta
3、nndpuuts foorwaard thee coonceeptiion of toucchinng tthe earrth sliighttly, zeero traace, anndinndusstriial sellf-ccleaaninng.1. 前言曾几何时时，科学学家坚定定地认为为地球是是一部润润滑很好好的机器器，以不不可改变变的精确确度工作作着，可可以追朔朔到任何何遥远的的过去，预预见到任任何遥远远的未来来。但今今天，这这种观点点难以维维持了，越越来越多多的观察察表明人人类活动动影响了了地球这这个庞大大机器的的运转。进入工业业文明的的3000年中，人人类用现现代科学学技术装装备
4、了自自己，使使人的行行为能力力增长了了千万倍倍，开始始了大规规模的工工程运动动。然而而，把地地球仅仅仅当作“取之不不尽”的资源源宝库的的错误自自然观，使使人恣意意地浪费费不可再再生资源源，破坏坏生存环环境，将将地球环环境推向向了危险险的边缘缘。德国国著名医医学家狄狄特富尔尔特（DDitffurtth HHV）在人与自自然中写道道：“如不不立即制制止按人人类随意意判断而而进行的的任性改改造地球球的活动动，则在在即将到到来的灾灾难中，人人类首当当其冲：一旦旦人类因因失却生生物生存存的基础础（空气气、饮用用水、土土地、生生物）而而毁灭自自己，自自然界却却有可能能随即复复原。地地球重归归平静。大大自然
5、又又会以其其在过去去亿万年年中所显显示的创创造力而而崛起于于人类遗遗留的废废墟之上上。人类类在此星星球上的的数万年年存活史史终将降降格为一一段插曲曲，一段段很成问问题、毫毫无结果果的插曲曲。” 想想想地球环环境是从从荒蛮死死寂的状状态演变变而来的的历史，这这段描述述似乎耸耸人听闻闻却又不不无道理理。环境境、工程程、以及及其中大大量存在在的哲学学问题很值值得思考考，这些些问题是是目前人人类面临临的最重重大问题题之一。地球有四四大主要要圈层：大气圈圈、水圈圈、生物物圈、岩岩石圈，地地球表层层是这四四大圈层层的交错错结合部部位，是是地球最最活跃、最有生生气、也也是最敏敏感的部部位。土木工工程活动动恰
6、恰是是对这个个敏感部部位进行行的人工改改造。土木活活动留下下的痕迹迹深刻而而久远，是是显著影影响地球球环境的的人类最最重大活活动之一一，稍不不留意就就会像“大象在在摆满瓷瓷器的房房间里散散步，随随时有可可能把珍珍贵的东东西打碎碎。”近些年年频发的的气候异异常灾难难，也许许土木活活动是最最主要诱诱因之一一。地下下空间的的开发利利用、城城市化建建设的迅迅速发展展、不断断涌现的的建筑新新材料、移山填海工程等等，这些由人强加给地球的、体量足以与地球产物相当的东西，都可能对地球环境造成直接损伤。人已经显显著感到到了环境境污染、垃垃圾成灾灾、资源源浪费、能能源短缺缺等一系系列的生存危危机。然然而，这这些让
7、人人头痛的的问题，对地球球来说却却并不存存在。不难发发现，那那么复杂杂的地球球环境却却从来不不设“垃圾桶桶”，也从来来没有资资源、废废料之说说。地球上上的所有有物质都都是地球球的骨肉，都都是资源源，没有有废料。如此看来，所谓资源、废料只是相对人的需要说的，也是因人而起的。由此，我们研究问题的全部出发点、落脚点都是紧紧与直接间接影响人的生活和发展的自然因素、社会因素相关的。2唯一一的地球球环境我们生存存的地球球环境演演化成今今天这个个样子，经经历了446亿年年的漫长长过程。地地球环境境的形成成几乎是是一种巧巧合，巧巧合于复复杂的方方方面面面的因素素，成功功概率几几乎为零零。举几几个例子子：第一一
8、，巧合合于地球球与太阳阳恰到好好处的距距离，才才使得地地球能有有合适的的温度。在太阳系中，近日的行星温度太高，水被蒸发掉了，液态水无法存在；远日的行星温度太低，完全是个冰球。月球是地球的近邻，但月球外没有空气层的保护，表面温度白天130，晚上180，昼夜温差310，阳光和阴影的分界处温差也是如此之大。月球完全是死寂一片。唯独地球，公转和自转，一会儿将这一面向着太阳，一会儿又转过来。循环地吸入和排出太阳能，使得各处温度大体相当，平均温度20，可存在液态水，1具备了演化生命的温度条件。第二，巧合于大爆炸时地球恰到好处的初速度。如果初速度太快，离心力大，就会远离太阳，如果初速度太慢，向心力大就会靠近
9、太阳。如果不是这个恰到好处的初速度，就不会有现在这样恰到好处的地日距。第三，巧合于地球恰到好处的大小。这个大小使得地球的引力能适度地控制大气圈的厚度和各气体元素的级配。否则，空气层就会因引力过小而摔出去，或者因过大只有近地表的薄薄一层。第四，巧合于地球内部有大小恰到好处的核能动力，若内动力太大，火山、地震频繁，生物无法生存；若太小，地壳无法演变出山川湖海和大气圈。这几个例子已足以说明问题。这一切十分巧合，好像预先设计好了似的。许多年来，人们坚定地相信，偌大宇宙必有另一个适合生物生存的环境，然而至今还没有找到第二个存在生命的星球。地球环境的唯一，更增添了它的神秘色彩和珍贵价值。在此重提这些科普常
10、识，只是想呼吁珍惜这难得的地球环境。3人类类智慧的的来源地球环境境的奇妙妙还表现现在它不不仅演化化人，也也教化人人。人最最引以自自豪的是是有超乎乎万物的的智慧。然然而，人人的智慧慧是那里里来的？人的所有有智慧都都是向地地球环境境学来的的。地球球万物无无不深藏藏着智慧慧和哲理理。一朵朵米粒大大的小花花也开放放得那么么精致、认认真、准准时、洒洒脱。达达尔文说说：“大自然然不制造造蠢东西西。”自然不言，却可以教教化人；自然不不思，却极端睿睿智、严严谨、精精确；自自然不德，却厚德载载物，公公平、公公正、无无私、无无畏。地地球正值值年盛，仍仍在自强强不息地地和谐运运转。我我们有这这么一个个养育教教化我们
11、们的神奇奇地球，应应该感到到幸运而而倍加珍珍爱，而而不是嫌嫌弃她，动不动就随心所欲改造她，更不是折磨她。4. 自自然系统统和人工工系统如此奇妙妙而复杂杂的地球球，究竟竟是靠什什么力量量把大大大小小的的系统组组织协调调得如此此严密？ 200世纪660年代代发展起起来的自自组织（self-orgnization）理论回答了这个问题。自组织理论认为自然系统在演化过程中存在着双重势力的斗争，一面趋向混乱、解体、破坏，另一面又趋向有序、组合、建设，两种力量相反相成。这些无穷无尽的相互作用使每个系统作为一个整体，产生了自发性的自我组织。自组织、自适应、自调解是自然界中生物、非生物、自然系统、社会系统都具有
12、的一种本能，是自然万物的天性。正是由于自组织能力，自然系统才组合得天衣无缝。自然里蕴藏着深奥的哲理，常常把人的智慧捉弄得啼笑皆非。自组织的最大特点是可以进化、演化，这样就能持久、延续，是一个活的系统。与自组织的自然系统相对的是人工系统。人工系统是人按自己的意志改造环境而建立的系统，例如一片田园、一栋房屋等。人工系统受人的意识制约，其原动力不是系统内部自发的，因此不可能有演化、进化，是一个死的系统。人工系统的残局往往要自然力花费漫长的地质时间进行修复才能达到新的自然平衡。因此，自从地球上有了人之后，自然系统的平衡已不再是纯粹自然状态下的平衡。5. 神神奇的人人和人的的幼弱人是地球球环境演演化的产
13、产物，组组成人体体的化学学元素不不过是极极普通的的碳、氢氢、氧和和微量元元素，与与非生物物元素并并无二致致。然而而一个单单细胞卵卵能在极极短的时时间内分分裂生成成功能迥迥异和谐谐互补的的手足躯躯干心肝肝肺脑，从从而组成成一个活活生生的的人。这这无论如如何不能能不说是是自然力力的一个个奇迹。大家知道，一个普通人的脑不过1360g，却有上千亿个神经细胞，纤维总长度可以从地球延伸到月球再返回来；肺泡的表面积之和比一个网球场还大；人体所有器官都是以最大功能的形式装进最小的空间，将资源“吝啬”地利用得淋漓尽致。相形之下人工系统还做不到这一点。脑的学习、记忆功能，使人的经验积累大于因个体死亡而消失的经验，
14、克服“获得性不能遗传”的障碍，从众多动物种群中脱颖而出。人的智慧积累进一步演进出科学技术，发展到现代，知识更新的速度以指数形式发展，18世纪知识陈旧周期为8090年，现在缩短为57年。于是人的能力已从靠体能抵御自然侵袭的被动状态，发展到越来越远离自然，营造自我封闭的人工环境的主观能动状态。随之人的情感也发生了变化，一个自幼生活在大自然中的人，能充分感受到生物生命力的顽强和生物间的亲密友好、自然力的伟大；而一个自幼生活在现代都市中的人，对自然力、甚至人与人之间的情感天然表现出冷漠和无知。人已越来越疏远自然，满足于关在钢筋水泥笼子中的生活。工程活动几乎是人的全部活动，营造自己满意的人工环境。以至于
15、人工系统可以和自然系统抗衡。这到底是一种文明还是愚昧，其实尚未可知。食物链是自然界的一个基本现象，其后一个级位是前一个级位的天敌。人是食物链的顶级，没有天敌，致使人口“疯长”。美国生物学家刘易斯托马斯写道：“我们到处生长，像一个新的生物体盖满地球表面，地球因我们的充溢而有窒息的危险。” 美国科学家林德曼提出食物链每个级位的能量转化率只有10的“十分之一”定律。即下一级向上一级提供的食物的能量转换在10%左右。顶级生物必须有庞大的生物种群基础，否则就要灭绝。人其实很很脆弱很很渺小。人人对饥饿饿的耐受受力仅几几天，对对温度的的耐受范范围仅有有几十度度，对许许多疾病病还束手手无策。都都市生活活使人对
16、对自然条条件的适适应能力力大大降降低。人人的直立立行走毕毕竟仅有有百万年年，虽手手脑进化化较为明明显，但但心脏位位置还嫌嫌偏低。有有人把宇宇宙寿命命缩短为为一年，人人则在宇宇宙年的的年夜222点半半才诞生生，233点400分北京京人才学学会使用用火，元元旦钟声声敲响前前10秒秒钟才有有人类历历史的记记载。人人毕竟还还太幼弱弱。宇宙宙间还有有许多人人不了解解的事，还还有许多多人做不不到的事事。例如如，给你你足够的的元素，你你还不能能组合成成一个活活生生的的人。幼幼弱的人人却在奋奋力地和和教它养养它的地地球环境境抗争。人不可急于过高估计自己的能力，自毁生存基础，要敬重自然。6. 人人与自然然、发展
17、展与环境境20世纪纪60年年代罗马马俱乐部部和美国国赫德森森研究所所双方就就人与自自然、发发展与环环境展开开过一场场激烈的的争论。罗罗马俱乐乐部的代代表著作作有增增长的极极限、人人类处在在转折点点上、超超越浪费费时代、能能源：倒倒过来计计算、流流向未来来的道路路图等等。他们们认为全全球的环环境危机机和科技技发展带带来的可可怕后果果已经到到了危险险的边缘缘，主张张以生态态为中心心，提出出经济“零增长长”、“回归自自然”。而赫赫德森研研究所持持反对意意见，认认为不应应如此悲悲观，人人口、资资源、科科技、环环境问题题都还没没有严重重到危机机的程度度，那样样会使人人类士气气低落，丧丧失自信信。争论论过
18、程使使世人对对环境问问题大大大觉悟，使使许多基基本问题题更加明明朗。经经过修正正，双方方意见趋趋向接近近。也正正是这场场争论开开拓了人人类生态态文明的的新时代代。人与自然然“和谐”其实是很不容容易做到到的事。植植物通过过光合作作用向自自然贡献献氧气，向向动物提提供食物物，没有有植物地地球环境境将黯然然失色，植植物与自自然十分分和谐。然然而，若若撇开思思维功能能仅从自自然属性性看，人几乎乎没有向向自然贡贡献什么么，地球球可以没没有人，而而人不可可以没有有地球。工工业革命命后，人人一度要要“主宰自自然”，盲目目地“以人为为中心”，用科科技砍伐伐自然，向向自然倾倾泻垃圾圾，结果果在很短短时间内内严重
19、地地破坏了了环境。对对自然不不仅没有有贡献，甚甚至没有有“和谐”过。人人是自然然的主宰宰还是普普通成员员？这是是个很基基本的问问题。然然而越是是基本的的问题越越难回答答已成为为当今科科技发展展的一个个突出特特点。作作者认为为既然大大自然能能造就人人，就能能制约人人和任用用人，制制约的唯唯一手段段就是自自然法则则。人可可以有欲欲望，没没有足够够的欲望望人进化化不到今今天这个个样子，但但人不可可以为所欲欲为。人人的杰出出之处是是掌握科科学，但但科学并并不绝对对是真理理，科学学是试验验和观测测的经验验事实而而不是客客观事实实。人的的生存、行行为、思思维、科科学均受受自然法法则的制制约。自自然法则则不
20、随人人的意志志转移，不不因科学学家、政政治家而而存在。不不可盲目目认为掌掌握了科科学就掌掌握了自自然，人人应当真真诚地尊尊重自然然，丢掉掉虚荣和和政绩追追求，拿拿不准时时放弃和和暂缓常常常是最最佳选择择。当然然，人是是自然界界最具能能力的物物种，应应当是地地球环境境责无旁旁贷的忠忠诚卫士士；人也也是最易易“犯规”的物种种，应随随时检点点自己。人人要发展展，但更要持持续发展展。7. 工工业文明明与生态态文明环境问题题的提出出将人类类文明带带进了一一个崭新新的文明明时期生态文文明时期期。生态态文明与与工业文文明在观观念、伦伦理、主主导学科科、思维维模式等等一系列列重大方方面显著著不同。工工业文明明
21、时期人人们关注注认识自自然、征征服自然然，主导导科学是是物理学学和化学学；生态态文明时时期人们们关注节节约资源源、保护护环境、持持续发展展，主导导科学是是环境科科学和生生物科学学。工业业文明时时期对物物理学和和化学的的研究模模式是进进行学科科分离、问题分解、问题简化。进入生态文明时期，面对复杂的地球环境科学和生物科学，必须进行多学科交叉的综合研究，不能将科学分成孤立的互不相干的封闭领域。著名的美国圣菲研究所所长考温（Cowan G.）说：“物理科学是一门以概念的优雅和分析的简单为特点的学科。一旦你和生物学交上手，你就会放弃优雅，放弃简单，你被搅得乱七八糟。”他批评“一直强行把科学智慧分割成越来
22、越多的互不相连的碎片”的传统观念，认为“传统的简化论的思维已经走进了死胡同。”鉴于此，土木工程学科也必须重新审视传统的研究方法和学科界限，不能仅限于传统的工程学，而应在工程学中涉足环境学、地球学、生物学、哲学等相关学科，融入它们的基本概念和基本要求。8. 科科学技术术的两重重性自然平衡衡因人的的参与被被打破后后有两种种可能前前景：一一种是向向更高层层次转化化，有益益人类，有益自自然，产生新新物种，达达到新平平衡，这这是进化化。另一种种是向低低层次转转化，物物种灭绝绝，荒漠化化，这是是退化。科科学技术是人参参与自然然演化的的最重要方式式，因此此科学技术也具有两两重性，即即建设性性的进化化和破坏坏
23、性的退退化。从从这个意意义上讲讲，科学学技术工作者者半是天天使半是是魔鬼。认为科学和技术全都是神圣的，这是不对的。土木工程也表现出两重性。治水防沙使荒原变成绿洲，是建设性的进化；伐木毁林使水土流失荒漠化，就是破坏性的退化。9. 时时间尺度度讨论地球球环境要要涉及到到差别很很大的时时间尺度度。理不清清时间尺尺度，许许多观念念就会混混淆不清清。历史史学家布布劳德把把时间尺尺度分为为三个概概念：11.地质质时间，以以百万年年计，用用以衡量量地球进进化、地地质构造造形成等等；2.社会时时间，以以百年计计，用以以衡量人人类社会会变迁；3.生物物生命时时间，以以年月日日计，用用以衡量量生物寿寿命和人人的活
24、动动。所谓谓不可再再生资源源是指其其再生所所需时间间为地质质时间，相对人的生命时间属无穷大，相当于“不可再生”。由此看来，地球环境绝对是第一不可再生资源。土木工程活动是以第三种时间尺度扰动第一种时间尺度的活动，不适当的工程活动可以在几天内把地球环境数亿年演化的产物毁灭。因此，必须慎之又慎。10. 土木建建筑工程程的地位位从知识层层面看，工工程位于于“科学技术工程产业经济社会”这个知知识链条条的中间间环节。工工程是科科学技术术的集成成体现，又又是经济济社会的的支柱，更直接关系着环境趋向。世界观察察研究报报告称：建筑业业每年消消耗掉石石、沙440%，原原木1/4、能能源400%、水水1/66。3美
25、国的的建筑及及其设施施占国家家财富的的70%，建筑筑垃圾和和城市垃垃圾一样样多。中中国的资资源消耗耗比例也也大体差差不多。“九五”固定资资产投资资的600%由建建筑业完完成，“八五”是644%。中中国建筑筑垃圾占占总垃圾圾量的33/4。可以看出，建筑业扮演着举足轻重的角色。11. 结束语语前些年，在清华华大学东东门外一一个小饭饭馆里挂挂着这样一一副对联联：“高怀知知物理，和和气见天天真。”意思是，只有胸胸怀高远远的人才才能得以以知道宇宙万物物的道理理，只有有心气平平和的人人才能得得以见地自然然的真谛谛。再细细思之，它一方面告诫科技工作者摒弃杂念私心才能成正果，另一方面引申指出心傲气盛的征服自然
26、工程观应该向顺应自然的和谐工程观转变。工程不能是人强加给地球的东西，要顾及环境的承受力。工程师在付工程以辛劳的同时也应思考在工程中渗透珍爱环境的哲理，给工程以灵魂。施行“轻触地球”、“零痕迹”、“产业自净”的理性原则。土木工程的规划、设计、施工要尽可能轻地触动地球环境，尤其避免重创敏感部位。在土木工程全寿命期间尽可能避免给地球表面留下难于抚平的不良痕迹。效仿生物链的零排放自净机理，土木工程尽可能避免产生本产业及其他产业无法消纳的废料积累，争取产业自净。参考文献献1 关广岳岳，地球球面临混混沌边缘缘，东北北大学出出版社2 颜锋，徐徐小柠，奏奏响绿色色的乐章章，北京京教育出出版社3 美Pubblicc Teechnnoloogy Incc. UUS GGreeen BBuilldinng CCounncill,王长长庆，龙龙惟定等等译，绿绿色建筑筑技术手手册，中中国建筑筑工业出出版社