1.3 土木工程的特点
难度大、效益高、服役久的项目，一定也是高投入、高风险的，所以几乎毫无例外的是政府乃至国家行为，即使是“老牌”资本主义国家也概莫能外，君不见胡佛大坝、英法海底隧道都是总统拍板并现场剪彩的。
能称得上基本建设的项目几乎毫不例外地都是难度较大、效益较高且服役周期较长的。正因为如此，人们才肯于向土木工程进行投入，也才使其成为积极的财政政策的重大投资取向，正是这种大投入又能长期服役的特点，才造就了土木工程成为大幅度拉动国民经济的学科和行业。表1-5及表1-6中的工程动辄百亿乃至千亿计就是明证。
1.3.1 土木工程难度大
1．南水北调
要说工程难度，大概南水北调是相当典型的，它是一项举世罕见的伟大的土木工程。图1-21给出了南水北调工程的总体布局示意图。该工程分东线、中线、西线三条线，按2000年物价指数估算，约需投入5000亿元，2050年全部竣工后，自长江流域向我国北方总调水达448亿m3，可谓一项改天换地的伟大壮举。
图1-21南水北调工程总体布局示意图
南水北调工程投入是我国改革开放以来单项工程总投入最大的一笔，按目前北方对水的需求，以及应对当今全球经济危机的需要，可能还要加大投入提前投产。事实上，截至2014年底东线、中线已经调水运营。
这么巨大的工程，难度大应该是在意料之中的事。图1-22给出了东线的纵剖面图，自扬州至天津，全长1156km，要经过十三级提水，总扬程65m，然后穿越黄河才开始自流至天津。图1-23为中线的纵剖面图，自丹江口至北京团城湖，全长1267km，穿越大小河流686条，跨越或穿越交叉建筑（如铁路、大型交通枢纽和高速公路等）1774座，沿途有许多恶劣的地质条件，如经过膨胀土347km，黄土245km，软黏土19km，采矿区64km。图1-24为西线的纵剖面图，自西藏长江上游的雅砻江东至贾曲进入黄河，全长304km，基本上是在我国西南地区崇山峻岭之间靠开挖隧洞来实现的。隧洞总长达288km，占西线全长的95%。为了保证足够的水量和落差，沿途还要修建多个高坝水库。有的坝高超过300m，这在世界建坝史上也是少见的，特别是在高原、高寒和强震带修建这种高坝更属罕见。
图1-22 南水北调东线工程输水干线纵剖面示意图
图1-23 南水北调中线工程输水干线纵剖面示意图
图1-24 南水北调西线工程输水干线纵剖面示意图
2．青藏铁路
难度大的土木工程还有很多，在本书第2章中将详细介绍的青藏铁路也是一项举世罕见的高原铁路工程。该路具有重要战略意义。青藏铁路北起青海格尔木，南至西藏的拉萨，全长达1100km，静态投资近1300亿元。全线地质条件复杂，气候条件恶劣，近90%的地段在海拔4000m以上，其中北起西大滩，南至安多，长约550km的线路位于高原，全线的最高点在唐古拉山，海拔高达5072m，这些多年冻土地区，气候寒冷，气压低，为560～600hPa，既不利于人类生活，更不利于施工。除高原冻土以外，尚有河漫滩地、断陷盆地、谷地及三江源等国家自然保护区。
这是一项巨大的土木工程，它所遇到的技术难点，不但在中国是前所未有的，在世界上也是绝无仅有的。例如，冻土路基的沉降及防治，冻土的开挖爆破，冻土区的桥梁抗震，混凝土的冻蚀，高原低气压施工人员的安全，隧道支护、通风、热稳定，生态保护等。据媒体报道，仅为了保护藏羚羊、野牦牛等珍稀动物往返穿越栖息地的需要，建有33个野生动物通道，连同其他环保方面的支出，总数高达数十亿元之多。
3．海上采油平台
采油平台是在海上建造的生产车间，会遇到很多通常土建项目中难以遇到的问题。首先，项目的环境恶劣、荷载复杂且随机性强，如风、浪、流、冰、潮汐、海生物侵蚀、氯离子腐蚀等；其次，项目服役的安全度和耐久性要求极高。
由于石油的巨大利润，人们克服各种困难在恶劣的条件下进行开采。自1947年在墨西哥湾建造了全球第一座钢结构海上采油平台至今，全世界已有采油平台上万座，中国也已有100多座，大部分在渤海湾，我国采用“一台多井”（即一个平台上钻凿多个采油井），截止到2012年渤海已采和正采的油井多达1700口以上，年总产量4000万t。
需要说明的是，这种难度极高的土建项目，其风险也很大，表1-12给出了一些典型的海上采油平台事故，可以从一个侧面看出土建工程难度之大、难点之高。
表1-12 全球海洋平台灾害摘录
4．西气东输
图1-25给出了已经开始运营的西气东输一线工程的平面示意图，该工程全长4000km，跨越新疆、甘肃、宁夏、陕西、山西、河南、安徽、江苏、浙江和上海10个省（自治区、直辖市），被称为我国管线建设史上规模最大、难度最大的工程，可以罗列以下9个“最”。
图1-25 西气东输管线平面示意图
（1）距离最长，4000km。
（2）管径最大，1016mm。
（3）管壁最厚，26.2mm。
（4）投资最多，1500亿元。
（5）运营压力最大，输气压10MPa（目前我国正在运营的管路平均不足6MPa）。
（6）输气量最大，初期年输气120亿m3,2010年输气200亿m3。
（7）钢材等级最高，采用针状铁钛体Z70，用钢200万t。
（8）经过的地质条件最复杂，线路穿过沙漠、戈壁、山区、丘陵、盆地、黄土高原和农田水网，40%的地区地震烈度超过Ⅷ度。
（9）施工难度最大，穿越吕梁山、太行山、太岳山，经湿陷黄土，穿河14次（长江、淮河1次，黄河3次）、铁路35次、公路421次以及江南水乡和城镇繁华区等。
这是西气东输一线工程，2005年初已全线通气，此后又相继建设二线和三线其难度不亚于一线，详情参见第8章能源工程。
1.3.2 土木工程效益高
土木工程突出地表现在它的高效益。没有巨大效益，就不会有人愿意花巨资进行投入。
1．三峡工程
三峡工程综合效益巨大，首先是防洪效益，可保证长江遭遇百年一遇的洪水无须启用荆江分洪区。目前我国荆北地区人口400多万人，耕地800万亩，过去一遇洪水，则动辄居民搬迁，耕地绝收或减收，损失难以估量。三峡工程总移民130万人，支出几乎占用了三峡工程总投资的1/3～1/2，按1993年的预计，移民费400亿元，占当年总预算（900亿元）的44%。而荆江分洪短时间要动迁400万人，尽管属于临时动迁，其经费估计也不亚于三峡工程总移民的支出，何况还有800万亩良田减收和绝收。2012年7月长江流域暴雨，三峡水库拦洪削峰高达40%，保证了下游的安全。
至于发电效益更是显而易见，总装机32台，每台70万kW，总装机容量2240万kW，年发电1000亿kW·h，相当于建设一个年产4200万t原煤的煤矿或年产2100万t原油的油田。如果计及水电对环保的优越性，其效益就不仅是能量的等值比价了。关于三峡工程详见第5章水利工程。
2．收益快而且深远
前面提到的几项重大的土木工程在后面几章中都会详细介绍它们的效益，有些还在施工过程中就已经开始创造效益了。早在2004年三峡第一台机组就开始发电，至2009年初，发电量已相当于北京市全年的用电量了。至于青藏铁路，其效益远不仅仅是促进西藏地区的经济发展，还有一个用经济无法核算的国防安全问题。
国际上两条大的运河更能说明问题。1969年开通的苏伊士运河和1914年开通的巴拿马运河，为了争夺税收和管辖权，竟引发了规模不小的国与国之间的战争。当今世界兴起了一股海上运河热，也是因为开凿运河缩短航程，征收过往船只的通行费所带来的巨额收入。2012年7月尼加拉瓜国民议会高票通过了一项议案，议案决定在该国南部开凿一条横贯大西洋与太平洋的运河以解决巴拿马运河无法通过巨型油轮的航运问题，预计投资300亿美元，这项议案的本质是利益驱动。关于运河详见第5章水利工程。
1.3.3 土木工程服役久
服役久是指土木工程建设项目大都服役周期很长。土木工程效益高的一个重要原因也是因为它的服役周期长。试想如果一个服役期极其短促的项目，除非有特殊的原因，谁肯投入巨大的财力和人力？
土木工程的服役周期长，处处都可以体现。且不说像三峡工程那样的大型基本建设项目，就是一般民用住宅，公认的基准期是50年，而实际使用年限常常多达100年甚至更长。上海外滩那些早在19世纪末叶就兴建的洋房，至今基本完好无损，如果不发生自然灾害，再用100年也还是可能的。许多历史上大型的土木工程设施，如2014年被联合国高票通过的中国自然遗产“京杭大运河”这条中国唯一的南北大航道是公元前300多年以前由吴国开始兴建历经隋、元、清不断扩建，历时已长达2000多年，至今还在通航，而且有的航段还是南水北调东线工程的输水线路；在战国时期（公元前300年左右）由李冰父子主持兴建的都江堰水利工程已服务2300年以上，是土木水利界公认的历史奇迹，这项工程为四川盆地的农业增产究竟产生了多大的累计效益，已经无法统计。这两项历久弥新的伟大的工程后面还会介绍。