日本留学学科介绍：带你走进土木工程专业|力学|土木|地基|工学|工程学

土木工程的技术和知识与自然灾害的减轻、安全的公共空间的构建往往息息相关，在提高人类社会质量方面起着举足轻重的作用。

正因如此，不论在日本还是中国，土木工程都是个极其被重视的学科。

今天就给大家带来日本的土木工学（即国内的土木工程）的专业介绍。

一般来说，土木工学由“构造工学”、“水工学”、“地盘工学”、“土木计划学”四个领域构成，如下图所示。

01 构造工学

构造工学是将我们生活空间中必要的建筑物具体化的学问，如道路、铁路桥梁等。

主要任务包括以相应的理论知识为基础进行建筑物的设计、建设、维护管理。此外，防止和减少自然灾害也是非常重要的课题。

由于日本地震频发，故日本对地震的研究一直都处于世界前沿的水平。为了更精确地估计和评测地震给建筑物带来的危害，通过计算机的手段再现建筑物的模型格外重要。

目前在土木领域有一种叫做FEM（Finite Element Method，有限元法）的数值方法被广泛地使用。

在这种方法被发明之前，所有的力学问题和工程问题中出现的偏微分方程只能依靠单纯的解析解（Analytical Solution）得到解答。

解析解这种方法对数学要求很高，而且非常依赖于一些理想化的假定。比如在梁柱计算中出现的平截面假定，小应变假定，理想塑性假定。这些假定其实是和实际工程问题有很大偏差的，而且一旦工程问题稍微复杂一些我们就不能直接得到解析解，或者解析解的答案误差过大。

而有限元法的思想就在于，把复杂的整体结构离散到有限个单元，再把这种理想化的假定和力学控制方程施加于结构内部的每一个单元，然后通过单元分析组装得到结构总刚度方程，再通过边界条件和其他约束解得结构总反应，如下图所示。

02 水工学

水工学是一门处理在河川、湖沼、海中观察到的水流运动力学的学问。

河的流动中的桥墩等的构造物和流体的相互作用，砂土的挖掘和堆积等，从水防灾到水域环境处理广泛的话题。此外，水工程学的学识对于解决全球自然环境问题、海啸、洪水等大规模灾害、水域生态系统保护相关的各种问题是不可或缺的。

03 地盘工学

由于大部分的社会基础设施、构造物都是在地上、地下建造的，所以打好地基在所有的土木工程中都起着重要的作用。

有关地盘工学的研究涉及到各种各样的地基材料的应力应变关系和模型化、地盘和构造物的相互作用、为了进行建设和维持管理的调查测量技术的开发、地下水的流动和对地盘环境问题的对应等多方面。

并且，对于地震运动的地基和地下构造物的动态行为的阐明也是减轻地震灾害的重要课题。同样，泥石流和滑坡等涉及到土体的自然灾害也同样是地盘工学所处理的范畴，近些年来，随着计算机的广泛应用和升级，DEM（Discrete Element Method，离散元法）作为一种数值计算的手段，被用在了地盘方面的研究，如下图。