時間：2023-07-30 10:18:06
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關鍵詞：土木工程；現(xiàn)狀分析；趨勢展望
中圖分類號：R-1文獻標識碼： A 文章編號：
土木工程建設伴隨人類文明史發(fā)展，是人類與自然界做斗爭的產(chǎn)物，也是人類作用于自然環(huán)境的重要活動。隨著現(xiàn)代化建設的不斷深入，土木工程業(yè)已經(jīng)成為我國國民經(jīng)濟中的支柱性產(chǎn)業(yè)[1]。經(jīng)過多年實踐研究，國內(nèi)土木工程領域取得璀璨成果，在結(jié)構(gòu)理論、力學分析、施工技術(shù)等諸多層面都有所突破。近年來，人們對土木工程要求大幅提升，趨向于高質(zhì)量、大規(guī)模、大跨度、高層的建筑，。分析國內(nèi)土木工程現(xiàn)狀，我們也看到諸多弊端，如土地資源有限、固體垃圾大量產(chǎn)生、生態(tài)環(huán)境破壞嚴重、生存空間不足等。針對上述諸多難題，為進一步提升人們生活質(zhì)量，與社會經(jīng)濟發(fā)展相適應，有必要關注土木工程建設，展望該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢。
一、土木工程現(xiàn)狀分析
現(xiàn)階段，土木工程發(fā)展既存在顯著成果，又存在弊端。
（一）土木工程發(fā)展成果
近年來，土木工程理論不斷完善，與建筑行業(yè)相關的學科也取得研究成果，這為土木工程發(fā)展提供了堅實的理論支撐與技術(shù)支持。在工程設計方面，改變了原有按照固有經(jīng)驗進行設計的慣例，而是采用現(xiàn)代化的系統(tǒng)工程理論方法，考慮到土木工程經(jīng)濟、環(huán)境、安全等諸多因素，實現(xiàn)整體設計的趨利避害。在工程施工方面，建筑材料上多采用復合材料高強鋼材、環(huán)保型材料等新型建筑材料，彰顯它們的優(yōu)越性能，從而為現(xiàn)代化土木工程提供堅實的物質(zhì)基礎。除此之外，土木工程施工工藝也不斷完善，土木工程向標準化、工業(yè)化方向發(fā)展，呈現(xiàn)出良好的發(fā)展勢頭。
（二）土木工程存在弊端
當今社會，存在人口劇增、環(huán)境破壞嚴重、交通擁擠等諸多不利因素，土木工程建設資源日益緊張。當下高層、大跨度、復雜結(jié)構(gòu)的土木工程建設趨勢需要建設的物資基礎，但工程建材方面仍存在缺陷，如建材彈性模量偏低、建材應用成本高、應用范圍有待拓寬等。
二、土木工程未來趨勢展望
對土木工程領域做深入研究，總體上呈現(xiàn)出如下發(fā)展趨勢：
（一）理論的日益精密化
土木工程行業(yè)理論的完善不是單向的、獨立進行的，而是與數(shù)學、化學、物理、微機技術(shù)等有著緊密的聯(lián)系，相關人員已然認識到土木工程與上述元素間的緊密聯(lián)系，促進土木工程行業(yè)理論的完善，并呈現(xiàn)日益精密化的發(fā)展趨勢，如采用信息化技術(shù)模擬復雜施工條件，探索土木工程施工中的復雜結(jié)構(gòu)，采用專業(yè)化數(shù)學知識解決工程數(shù)值難題等。
（二）所用材料實現(xiàn)優(yōu)化
土木工程所用施工材料對安全性能、材料質(zhì)量、使用壽命等都有嚴格要求。在當下生態(tài)型建筑理念深入人心的大背景下，如何有效解決土木工程施工材料所造成的環(huán)境污染、資源浪費、資源配置等問題，是土木工程相關人員所應深入思索的問題[2]。土木工程施工所需要的建筑材料是新型的、高新技術(shù)的，并符合生態(tài)型建筑理念，由此更適應當下可持續(xù)發(fā)展的總體要求。土木工程材料的優(yōu)化主要有如下幾層：
1.應用智能化混凝土
近年來，混凝土因為其具有不可取代的優(yōu)勢而被廣泛應用于土木工程建設中，這種工程材料不但穩(wěn)定性好、強度高、耐久性好，且具有高抗凍性、抗腐蝕性和抗?jié)B性優(yōu)勢，正因如此，混凝土有著長遠的應用前景。新型的混凝土有100年，甚至是200年的使用壽命，未來的發(fā)展趨勢是，隨著科技水平的不斷提升，土木工程領域?qū)弥悄芑炷?。這種智能化混凝土，能夠接收到使用環(huán)境信息，并自覺做出邏輯判斷，做出智能化的反應。如為滿足特定土木工程需要，此種混凝土能實現(xiàn)保水性、流動性和粘聚性等性質(zhì)的調(diào)整，從而降低建筑所受侵害，實現(xiàn)對受破壞部位的修補，甚至能在危險狀況時發(fā)出警報。智能化混凝土是未來土木工程建設領域的關鍵性技術(shù)，但受材料價格昂貴的影響，其研究及使用范圍較窄，土木工程市場有待進一步拓寬。
2.應用新型生態(tài)建材
隨著綠色生態(tài)理念的深入，在保障土木工程質(zhì)量的前提下，應用新型生態(tài)建材已是實現(xiàn)生態(tài)建筑和綠色建筑的重要途徑。新型生態(tài)建材的發(fā)明與應用，能減少材料浪費現(xiàn)象，減少建筑垃圾，降低環(huán)境破壞程度，大大提升人們的居住品質(zhì)。不但如此，新型生態(tài)建材也具有節(jié)能減耗的功效，能推動人類和自然間的和諧與可持續(xù)發(fā)展。土木工程發(fā)展趨勢表明，可再生材料、環(huán)保材料、循環(huán)應用型材料、凈化材料等將得到更為廣泛的應用。
3.應用抗震性好的鋼材
因為土木工程的高層、大跨度結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢，現(xiàn)代化土木工程建設中多采用抗震性能好的鋼材，具有極厚化、高強度、低屈服比和低屈服點的優(yōu)勢。通過改善熱處理工藝、調(diào)整材料化學成分等舉措，可以生產(chǎn)出抗震性能良好的鋼材。因為這種鋼材能節(jié)約資源，提供抗震安全保障，在土木工程鋼材方面具有應用趨勢。
（三）信息化程度的加深
隨著現(xiàn)代信息化技術(shù)的普及與發(fā)展，我國工業(yè)逐漸實現(xiàn)信息化，而這也對土木工程領域形成重要影響，隨著信息化技術(shù)的不斷滲透，信息化技術(shù)逐漸涵蓋土木工程的全過程，既存在于土木工程的設計和施工階段，也存在于建筑交付使用后的物業(yè)管理、安全監(jiān)控、設備維護等諸多方面。利用形式多樣的信息技術(shù)，如微機技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)、自動化控制技術(shù)、信息智能化處理技術(shù)等，能夠?qū)崿F(xiàn)土木工程的信息化[3]。利用信息化技術(shù)，土木工程得以不斷完善，如可以實現(xiàn)管道空間布線優(yōu)化、大型設備整體吊裝、高溫高壓焊接控制等。隨著信息化技術(shù)實踐性研究的深入，展望未來土木工程的發(fā)展，信息化技術(shù)將被得到更為全面的利用。
（四）實現(xiàn)向多空間發(fā)展
人均建筑面積在不斷縮小，因此現(xiàn)代化的土木工程更注重對各類資源的有效利用，并呈現(xiàn)出向多空間發(fā)展之勢，即向高空發(fā)展，向地下發(fā)展，向沙漠、海洋和太空發(fā)展。
1.實現(xiàn)向高空發(fā)展
土木工程向高空發(fā)展能實現(xiàn)土地資源的最大化利用，世界諸多國家的城市中不斷涌現(xiàn)摩天大樓，如迪拜塔、上海環(huán)球金融中心、金茂大廈、國家石油公司雙塔大樓等。而向高空發(fā)展也成為現(xiàn)代化土木工程的發(fā)展趨勢。
2.實現(xiàn)向地下發(fā)展
除卻地上高空外，地下空間也可以成為土木工程的可開發(fā)建筑資源，如大中城市地鐵的建設與開通就是利用地下空間的良好例子，既充分利用了地下的土地資源，又大力緩解了地上交通堵塞現(xiàn)象。除了地鐵外，還有地下隧道、地下停車場、地下商街等諸多地下空間利用形式，甚至實現(xiàn)了多種利用形式的綜合應用。在地下空間開發(fā)與應用過程中，衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)、遙感系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)等先進技術(shù)得到廣泛應用，這更大地擴大了地下空間利用的幅度。但地下空間應用中所存在的問題也不容小視，如生態(tài)環(huán)境破壞、地層應力變化、地震荷載變化等。
3.實現(xiàn)向沙漠、海洋和太空發(fā)展
現(xiàn)代化土木工程覺不會將建筑空間僅局限于陸地，而是開始向沙漠、海洋和太空拓展。（1）利用沙漠資源
近年來，地球沙漠化趨勢明顯，對于世界各國而言，開發(fā)與利用沙漠資源已經(jīng)成為一種必然的趨勢。通過人工河、植樹造林、輸水管道等諸多措施，能夠?qū)崿F(xiàn)沙漠工程改造，從而順應在土木工程中有效利用沙漠資源的有益趨勢。
（2）利用海洋空間
土木工程行業(yè)領域已經(jīng)存在很多利用海洋空間的成功例子，如位于阿拉伯聯(lián)合酋長國首都迪拜的迪拜大廈，這座建筑建造于海上，是一座七星級的大酒店，工程宏偉而奢華，而參觀迪拜大廈也成為來迪拜的游客所必做的事情。再如中國上海外灘，拓岸工程也得到了深入運作和實施。
（3）利用太空空間
為了解決人類居住資源日益減少的難題，很多國家致力于向太空發(fā)展，發(fā)射衛(wèi)星或宇宙飛船，建立太空試驗站，獲取外太空的資料，期望未來能開發(fā)利用太空空間。
三、結(jié)論
分析土木工程發(fā)展現(xiàn)狀，有顯著成果同時也存在不容忽視的弊端，展望土木工程發(fā)展趨勢，將規(guī)避自身及社會環(huán)境弊端，實現(xiàn)工程建設的整體優(yōu)化。土木工程的發(fā)展是人類智慧的結(jié)晶，我們必須堅信，在科學進步的推動下，在全體同仁的共同努力之下，土木工程建設將實現(xiàn)更新高度，真正步入可持續(xù)發(fā)展的道路。
參考文獻：
[1] 陸曉雷. 如何加強土木工程施工中質(zhì)量的控制[J];中國科技投資;2012年 第18期
關鍵詞：土木工程，現(xiàn)狀，發(fā)展趨勢。
中圖分類號： TU71 文獻標識碼： A
1 土木工程發(fā)展現(xiàn)狀
隨著人們對建筑要求的不斷提高，需要建構(gòu)高層、大規(guī)模，甚至是大跨度的建筑，并且要求既要滿足工程進度以及質(zhì)量的要求，同時也需要保證成本的控制。目前，土木工程的發(fā)展現(xiàn)狀總體概況如下。
1．1 土木工程理論的發(fā)展
隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展和進步，與建筑相關的學科，包括:力學、結(jié)構(gòu)動力學、統(tǒng)計學等等學科的不斷發(fā)展和進步，為土木工程的發(fā)展提供了重要的理論基礎和技術(shù)支持。信息化的不斷普及和深入發(fā)展，大型計算機在土木工程上的充分應用，包括結(jié)構(gòu)抗力計算到極限狀態(tài)理論、材料特性結(jié)構(gòu)分析等，使得土木工程在強大的理論基礎之上快速、全面地提升和進步。
1．2 建筑設計的發(fā)展
隨著土木工程的不斷發(fā)展和進步，使用概率統(tǒng)計來設計和分析各種數(shù)據(jù)，如: 荷載值、材料強度值。通過對風力、陽光、地震等不同自然情況的綜合分析，結(jié)合工程的選址、結(jié)構(gòu)體系等實際情況，進一步研究出可靠度極限狀態(tài)的設計，得到工程的應力情況和力學性能等，以確保其滿足現(xiàn)代土木工程的需要。隨著土木工程理論的不斷深入和技術(shù)的逐步發(fā)展，土木工程的設計和規(guī)劃已經(jīng)改變了以往憑借經(jīng)驗設計工程方案的慣例，特別是大規(guī)模的土木工程，運用了系統(tǒng)工程的理論和方法，趨利避害地全面考慮土木工程的安全、環(huán)境、經(jīng)濟等所有因素。
1．3 土木工程施工的發(fā)展
1) 建筑材料的發(fā)展。
復合材料高強鋼材等全新建筑材料在土木工程中得到了不斷發(fā)展和應用。如: 碳纖維、鋁合金、鎂合金、鍍膜玻璃、雙層中空玻璃、玻璃纖維增強塑料( 玻璃鋼) 、各種節(jié)能混凝土等新型工程材料已在工業(yè)和民用建筑中得到廣泛使用，它們在強度和耐久性上表現(xiàn)出優(yōu)越性，為高層、大跨和結(jié)構(gòu)復雜的大型土木工程建設提供了重要物質(zhì)基礎。但是，這些材料也有其缺陷，如: 有些彈性模量偏低，有些成本太高，應用范圍比較窄，所以還需要進一步研究。
2) 土木工程實施工藝的發(fā)展。
工程實施的設備、工具不斷地向自動化、機械化、科學化發(fā)展，如: 同步液壓千斤頂、直升機安裝技術(shù)、滑模等先進技術(shù)的出現(xiàn)，使得大規(guī)模的、高層的、復雜的土木工程不斷發(fā)展并得以實現(xiàn)。預應力技術(shù)是施工工藝中最為突出的技術(shù)之一，可以應用在大跨度、大開間等多層和高層建筑，還可應用于核電站、預應力儲倉、橋梁結(jié)構(gòu)、公路工程等等。
隨著應用系統(tǒng)工程的理論和方法不斷應用于組織管理中，推進了土木工程的科學快速發(fā)展。并且，工程逐步趨向結(jié)構(gòu)和構(gòu)件標準化和生產(chǎn)工業(yè)化，使得土木工程的發(fā)展逐步實現(xiàn)節(jié)約成本、提高工程效率等需求，對于以往不能實現(xiàn)的施工工程，現(xiàn)在也可以實現(xiàn)。
鑒于以上土木工程的發(fā)展，雖然有了很大的進步，但是在這個人口劇增、交通擁擠、生態(tài)環(huán)境破壞嚴重的社會發(fā)展趨勢之下，可以用來建筑的土地越來越少，促使土木工程不得不快速、科學地發(fā)展，才能滿足社會發(fā)展需要。
2 土木工程發(fā)展趨勢
2．1 精密化的理論研究
未來土木工程的理論發(fā)展趨勢集中在力學，利用物理、化學、計算機技術(shù)對土木工程的不斷應用，重點為解決數(shù)學分析與處理。現(xiàn)階段，有些領域還不夠完善，比如: 對于結(jié)構(gòu)復雜的、流體介質(zhì)等受力分析，需要進一步精密研究。對于土木工程中復雜的數(shù)值問題，還需要專門化的數(shù)學來解決。土木工程的信息化，可以模擬更復雜的施工情況。
2．2 土木工程材料的發(fā)展
土木工程的施工材料不僅要求質(zhì)量高、安全性高、使用壽命長，而且隨著生態(tài)型建筑理念的發(fā)展，對建筑材料造成污染、資源浪費等問題上要求更高，需要發(fā)展新型的、高新技術(shù)、生態(tài)建筑材料，以適應人和自然環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。
1) 生態(tài)建材的發(fā)展。
為了實現(xiàn)綠色建筑，在保證工程質(zhì)量的前提下，選用生態(tài)建材是最首要和有效的途徑。比如選用環(huán)保材料、凈化材料、可再生材料、循環(huán)使用材料等等成為未來發(fā)展的趨勢。生態(tài)建材的發(fā)明和使用，大大提高了人們居住品質(zhì)，減少對環(huán)境的破壞，有效降低建筑垃圾的產(chǎn)生，避免建筑材料的浪費，實現(xiàn)用最少的資源實現(xiàn)最高的品質(zhì)要求。新型生態(tài)材料的使用，在節(jié)水節(jié)電上進一步優(yōu)化，節(jié)省資源，實現(xiàn)人與自然的可持續(xù)發(fā)展。
2) 抗震強度高的鋼材。
隨著高層建筑、大跨度結(jié)構(gòu)建筑的不斷增多，對抗震材料的要求也越來越高。因此，要求建筑結(jié)構(gòu)使用的鋼材逐漸向高強度化、極厚化、低屈服比、低屈服點等方向發(fā)展。日本的建筑抗震效果較好，值得借鑒。他們研究的具有高抗震設計的低屈服比和低屈服點的鋼板，它們是采用調(diào)整化學成分和改建熱處理工藝等方法制成。生產(chǎn)出來的低屈服點鋼材可輔助結(jié)構(gòu)和減震控震裝置。當?shù)卣鸢l(fā)生時，首先達到屈服點開始變形，吸收了地震能，從而防止主體結(jié)構(gòu)的破壞。高強度的抗震材料的使用，不僅可以減少鋼材的使用量，還為抗震提供了安全保障，是未來鋼材發(fā)展的趨勢。
3) 智能化的混凝土。
目前使用的高性能的混凝土，具有體積穩(wěn)定性好、強度高、工作性強、耐久性好等等優(yōu)點。這些混凝土，具有高抗?jié)B性、抗腐蝕性、抗凍性等優(yōu)勢，所以它們能夠在惡劣的環(huán)境下較長時間的使用。最新設計的混凝土甚至可以使用100 年或者200 年以上。隨著科學的不斷進步和發(fā)展，智能化的混凝土將成為未來發(fā)展的趨勢。智能化混凝土工程材料是指混凝土工程材料能夠接受某些環(huán)境信息，自覺地進行邏輯判斷，同時做出能夠相適應的混凝土相關材料。這種智能性的混凝土材料，可以根據(jù)工程的需要，維持和調(diào)整混凝土的性質(zhì)，比如: 流動性、保水性、粘聚性等，這樣可以防止建筑受到侵害，或者對破壞進行修補，或者當有危險時也可以警報。這種智能化的混凝土是未來建筑材料發(fā)展的關鍵技術(shù)，但目前還比較昂貴，研究的人也不多。相信隨著信息科學、生命科學的不斷進步，智能化材料也將逐漸進入到土木工程的市場。
2．3 土木工程信息化的發(fā)展
近年來，信息化已經(jīng)普及，并且逐漸帶動工業(yè)的信息化，必然也會對土木工程造成較大影響。土木工程的信息化包括智能信息處理技術(shù)、計算機技術(shù)、自動化控制技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)等等，這些信息化技術(shù)不斷滲透到土木工程中，并且涵蓋了土木工程的全過程，不僅限于設計和施工，還有工程的物業(yè)管理、物流管理、設備維護和建筑全方位的實時監(jiān)控等等各個方面。也可以利用計算機模擬管道空間布線，也可以利用信息化技術(shù)實現(xiàn)大型設備的整體吊裝、大型橋梁懸索受力的控制、高溫高壓的焊接控制、建筑物的爆破等等。
2．4 防震與減災
隨著當前超大跨橋梁、高層建筑和大跨結(jié)構(gòu)建筑物的興起，結(jié)構(gòu)設計呈現(xiàn)更高、更長的發(fā)展趨勢。在很多的情況下，地震荷載已經(jīng)成為結(jié)構(gòu)設計的控制因素。所以大型復雜的結(jié)構(gòu)系的抗震設計及其相對應的問題也得到了進一步的關注。相關的研究包括地震動的作用機理，建筑結(jié)構(gòu)的抗震機理等。
2．5 擴大對巖土錨固技術(shù)的應用
巖土錨固技術(shù)的應用領域要不斷的進行擴展。巖土錨固技術(shù)除了在邊坡工程、地下工程、深基坑工程、結(jié)構(gòu)抗浮工程中保持著良好的發(fā)展狀態(tài)外，在橋梁工程、重力壩加固工程、抗地震工程中則有著長遠的進展；同時，錨桿錨固機理的技術(shù)仍然不成熟，仍然是土木工程界的難點。
3 結(jié)語
我國正處于土木工程大力興建時期，而隨后的30 年后，將進入建筑物的維護時期，這就需要我們將土木工程信息化做大做強，才能為今后的建筑物的維護、監(jiān)控等耗費較大的工作做足準備，土木工程的全程信息化具有重要意義。
相信土木工程在科學進步和人類智慧的共同發(fā)展下將會不斷地前進，并將實現(xiàn)一個又一個飛躍，未來的土木工程將更好地為人類服務，再創(chuàng)高峰。
參考文獻:
［1］ 莊實磊． 淺談土木工程的特點與發(fā)展趨勢［J］． 黑龍江科技信息，2012，15( 11) : 272．
關鍵詞：土木工程;發(fā)展現(xiàn)狀;未來趨勢;可持續(xù)發(fā)展;海底建筑
縱觀土木工程發(fā)展史，土木工程建設在和自然斗爭中經(jīng)歷了古代、近代和現(xiàn)代3個歷史時期，從最初的萌芽時期和形成時期到如今的發(fā)達時期和成熟時期。從最初的簡陋住房到如今的多功能超高型建筑，可以說，土木工程業(yè)已經(jīng)發(fā)生了翻天覆地的變化。進入21世紀以來，隨著科技的發(fā)展和人民生活水平的提高，土木工程行業(yè)越來越成為國民經(jīng)濟發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，土木工程中越來越體現(xiàn)了技術(shù)與創(chuàng)新的作用，誰能在世紀之交把握住土木工程學科的發(fā)展趨勢，誰就能在知識經(jīng)濟時代開創(chuàng)土木工程學科的新紀元。
1土木工程的涵義
土木工程是指建造各類工程設施的科學、技術(shù)和工程的總稱。土木工程的含義可從兩方面去理解。一層含義是指與人類生活、生產(chǎn)活動有關的各類工程設施，如建筑工程、公路與城市道路工程、局壩水電和水利工程、鐵路工程、橋梁工程、隧道工程、地下空間開發(fā)利用工程等。另一層含義是指為了建造工程設施應用材料、工程設備在土地上所進行的勘察、設計、施工等工程技術(shù)活動。
2土木工程的發(fā)展現(xiàn)狀
自從20世紀中葉第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束以來，土木工程業(yè)取得了飛速的發(fā)展，這時期的土木工程擁有良好的現(xiàn)代科學技術(shù)，先進的工程設施體系和持久耐用的建筑材料，并且隨著計算機技術(shù)的不斷提高，也為土木工程的發(fā)展注入了新鮮的血液，為此當今的土木工程呈現(xiàn)出以下幾個特點：①工程功能化;②交通高速化;③施工過程工業(yè)化;④理論研究精密化。為了適應時展的需要，世界各國都建造了很多標志性建筑，例如我國上海的環(huán)球經(jīng)融中心大廈，樓高492米，還有中國臺灣的臺北101大廈高508米，它們的出現(xiàn)都是當代土木工程師們智慧的結(jié)晶，如今，我國新的高樓大廈、展覽中心、鐵路、公路、橋梁、港口航道及大型水利工程在祖國各地如雨后春筍般地涌現(xiàn)，新結(jié)構(gòu)、新材料、新技術(shù)被大力研究、開發(fā)和應用。發(fā)展之快，數(shù)量之巨，令世界各國驚嘆不已。
3土木工程的發(fā)展趨勢
3.1高性能材料的發(fā)展
隨著未來科學技術(shù)的不斷發(fā)展，鋼材將朝著高強、具有良好的塑性、韌性和可焊性方向發(fā)展。日本、美國、俄羅斯等國家已經(jīng)把屈服點為700N/mm2以上的鋼材列人了規(guī)范;如何合理利用高強度鋼也是一個重要的研究課題。單一的材料將難以滿足要求，復合材料也就應運而生，另外，材料的功能也將從單一的功能向多功能方向發(fā)展，并且為了適應土木領域的可持續(xù)發(fā)展，材料的使用也必須節(jié)能和環(huán)保。
3.2計算機應用
隨著計算機的應用普及和結(jié)構(gòu)計算理論日益完善，信息和智能化技術(shù)將全面引入土木工程，計算結(jié)果將更能反映實際情況，從而更能充分發(fā)揮材料的性能并保證結(jié)構(gòu)的安全。計算機技術(shù)的引入將對土木工程領域的發(fā)展產(chǎn)生巨大的改善，其主要有四個方面的改善，分別為信息化施工、智能化建筑、智能化交通、土木工程分析的仿真系統(tǒng)。人們通過計算機技術(shù)將會設計出更為優(yōu)化的方案進行土木工程建設，以縮短工期、提高經(jīng)濟效益。
3.3環(huán)境工程
進入21世紀以來，環(huán)境問題已經(jīng)越來越成為人們關注的熱點話題，氣候問題更是對人們的生產(chǎn)生活產(chǎn)生了巨大的影響，為了更好地滿足人與自然協(xié)調(diào)發(fā)展，堅持可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，土木工程與環(huán)境工程必將融為一體不可分割，城市綜合癥、霧霾、土地荒漠化、氣候變異、冰川消融、海水上升等一系列問題無不與土木工程息息相關，對于當代土木工程師來說，如何有效合理地解決大型乃至超大型建筑建設對環(huán)境的污染等問題，必將是土木工程師們在未來重點研究和思考的課題。
3.4建筑工業(yè)化
隨著建筑業(yè)體制改革的不斷深化和建筑規(guī)模的持續(xù)擴大，建筑業(yè)發(fā)展較快，物質(zhì)技術(shù)基礎顯著增強，但從整體看，勞動生產(chǎn)率提高幅度不大，質(zhì)量問題較多，整體技術(shù)進步緩慢。為確保各類建筑最終產(chǎn)品特別是住宅建筑的質(zhì)量和功能，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，加快建設速度，改善勞動條件，大幅度提高勞動生產(chǎn)率已是未來發(fā)展的必然趨勢，為了適應土木建筑領域快速高效的發(fā)展，實現(xiàn)建筑工業(yè)化是必然的趨勢。它的發(fā)展有四個重要方向：建筑設計標準化、構(gòu)配件生產(chǎn)施工化，施工機械化和組織管理科學化。
3.5海底建筑
2010年4月26日，隨著中國大陸第一條海底隧道廈門翔安海底隧道建成通車，中國海洋這片美麗而又神秘的領域，在中國土木工程師偉大的探索與創(chuàng)新下，逐漸揭開了面紗，在今后的幾十年甚至幾百年，海底建筑將會是一種全新的建筑形式，有效利用海底空間是未來土木工程發(fā)展的一個必然趨勢，同時也對土木行業(yè)提出了巨大的挑戰(zhàn)。目前在全球范圍內(nèi)，較為出名的海底建筑有馬爾代夫的海底餐廳、迪拜的水鐵餅酒店，相信在不久的將來，一定會有更多奇特的海底建筑出現(xiàn)。
3.6結(jié)構(gòu)形式
隨著當今計算理論和計算手段的進步以及新材料新工藝的出現(xiàn)，為結(jié)構(gòu)形式的革新提供了有利條件。土木工程中一些復雜的結(jié)構(gòu)工程的計算將得到解決，空間結(jié)構(gòu)將得到更廣泛的應用，不同受力形式的結(jié)構(gòu)融為一體，結(jié)構(gòu)形式將更趨于合理和安全。
3.7新能源和能源多極化
能源問題是當前世界各國極為關注的問題，由于我國是發(fā)展中國家，工業(yè)生產(chǎn)正處速發(fā)展階段，對能源的需求和消耗都很大，為此如何解決和處理這些問題，這對土木工程業(yè)提出了新的要求，應當予以足夠的重視。此外，由于我國基礎設施還遠遠不能滿足人民生活和國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的要求，所以在基本建設方面還有許多工作要做。在一些工業(yè)生產(chǎn)和污水排放方面，都應考慮可持續(xù)發(fā)展，另外在能源方面，開發(fā)新能源和節(jié)約能源都將是土木工程領域發(fā)展的必然趨勢，例如風能發(fā)電，開發(fā)太陽能和水資源循環(huán)利用，還有一些垃圾廢物的處理與回收。
關鍵詞：CAD；土木設計；優(yōu)勢；劣勢
中圖分類號：TP29文獻標識碼：A文章編號：1672-3198（2008）04-0281-02
1 引言
計算機輔助設計（Computer Aided Design，簡稱CAD），誕生于20世紀50年代，它是利用計算機強有力的計算功能和高效率的圖形處理能力來進行工程的設計和分析的一種技術(shù)，它是綜合計算機技術(shù)和土木工程設計方法的一門新興學科，是與計算機軟硬件及工程設計方法的發(fā)展而發(fā)展起來的。它集成了計算機、圖形學、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、數(shù)值分析等技術(shù)，隨著軟硬件技術(shù)的不斷發(fā)展及工程方法的更新?lián)Q代，CAD技術(shù)也日趨完善，已經(jīng)廣泛應用于電子、輕工、紡織、服裝、醫(yī)療、國防及工程設計等國民經(jīng)濟的各個領域，發(fā)揮了極大的經(jīng)濟技術(shù)效益。
2 CAD在土木工程中的應用
CAD技術(shù)最早應用于汽車工業(yè)，隨后隨著計算機軟硬件的發(fā)展及普及，逐漸擴展到其它領域，包括土木工程領域。在土木工程領域，它包含工程設計中采用計算機技術(shù)輔助分析、計算和繪制圖形的全過程。我國在土木工程中使用CAD技術(shù)開始于上世紀八十年代，在開始階段，主要依靠外國引進的通用或?qū)Ｓ脠D形軟件包在屏幕上做交互式圖形設計，與結(jié)構(gòu)計算與分析沒有結(jié)合，參與者主要是長期與計算機打交道的專門人員。到八十年代末期，由于較高性能的廉價計算機的普及，土木工程CAD才有了真正的發(fā)展和較廣泛的應用，在很大程度上推動了CAD技術(shù)在我國土木工程上的應用和發(fā)展。
土木工程CAD的應用包含以下方面：
（1）建筑與規(guī)劃設計：用于繪制建筑、規(guī)劃類圖紙，如建筑施工圖、效果圖，規(guī)劃效果圖，橋梁的造型設計等，其軟件有天正建筑軟件、中國建筑研究院的APM（PKPM的建筑模塊）、QXCAD（一種橋型設計軟件）、3 D M A X、M A Y A、計，構(gòu)造設計指根據(jù)結(jié)構(gòu)計算的結(jié)果，完成構(gòu)件和截面的選配筋的構(gòu)造設計，繪制施工圖是用CAD取代傳統(tǒng)的手繪來完成施工圖紙的繪制；（2）給排水設計：用于給水、排水方面的計算與繪圖；（3）暖通設計：用于取暖與通風方面的設計；（4）電氣設計：強弱電方面的輔助設計；（5）施工組織與設計：用于施工項目的項目管理、施工工藝的流程設計與優(yōu)化、施工現(xiàn)場布置等；（6）工程項目的預決算：從廣義上說，這也算C A D在土木工程上的一個應用；（7）其它方面的：比如家庭裝修等。
以上所列只是CAD技術(shù)在土木工程上應用的主要方面，在實際工程中，還有很多邊緣的、交叉的、新興的應用技術(shù)在開花結(jié)果。
3 CAD在土木設計圖中表現(xiàn)出的優(yōu)勢
（1）繪圖勞動強度降低，圖紙清潔、美觀。
傳統(tǒng)的手工繪圖法需要設計人員經(jīng)常性更換十幾種繪圖工具。一旦畫錯，就要在圖面上修修補補，破壞圖面的整潔性。而CAD制圖，只要配齊了電腦，安裝好繪圖軟件、打印機或繪圖儀，鼠標輕輕移動就可以完成心中設計的圖形。同時，軟件本身還可以提供UNDO限制防錯功能，讓工程設計師們制圖事半功倍。軟件還可以為每個設計人員的獨特的表達方式、思維模式和繪圖習慣提供廣闊的空間，只要充分使用參數(shù)化繪圖工具就可達成。
（2）提高設計工作效率。
土木設計過程一般經(jīng)過提交條件、方案設計、初步設計、施工圖設計。各工種之間的配合默契與否，條件與方案改變大小都直接影響著制圖的速度。在傳統(tǒng)的手工制圖方式下，各階段各工種之間的不同設計成果要分時制作；在CAD制圖中，實現(xiàn)了各工種間的圖紙資料互換，即使方案有所調(diào)整，設計人員也只需在原有的設計圖紙上加以調(diào)整，從而減少大量重復勞動，提高了工作效率。
（3）增強計算功能，提高精確度。
土木工程設計不同于其他領域的設計，它需要正確無誤地計算出裂縫寬度、撓度、承載力、配筋面積。而且在實際工程中，要先符合設計規(guī)范地對各個結(jié)構(gòu)構(gòu)件如梁、板所承受的各種外部荷載，再根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》進行計算和調(diào)整，如果計算數(shù)值稍有偏差或參數(shù)取值不符合要求，便會造成設計出的產(chǎn)品不合設計規(guī)范、不經(jīng)濟，嚴重的還會造成人民生命、財產(chǎn)的巨大損失。
（4）提供動態(tài)的檢驗效果。
結(jié)構(gòu)的板、梁、柱、墻的設計要考慮其他專業(yè)的相容性、相配性。如管道、設備不能和梁、柱相碰等。從實踐中可知道任何工程都可以從形態(tài)上拆分為圓柱體、斜圓柱體、圓錐、圓臺、斜圓臺、球體、球冠體、圓形斷面環(huán)體、矩形斷面環(huán)體以及多面體等基本形體。為此，CAD制圖中，可以在真色彩、真三維、光照的情況下，按物體的運動軌跡構(gòu)造出一個虛擬的實體，在房屋中實時漫游，檢查虛擬的實體與管道、設備、墻、梁、柱、門、窗等物體不發(fā)生碰撞，預先感受結(jié)構(gòu)的空間效果，以便在發(fā)現(xiàn)問題的地方仔細端詳、修改，直至滿意為止。這給工程設計師在設計工程中提供了非常有益的幫助。
（5）資料管理方便。
CAD軟件制作的圖形、圖像文件可直接存儲在軟盤、硬盤或刻成光盤存儲，從而避免資料因受潮、蟲蛀以及破壞性查閱造成的不必要損失，電子數(shù)據(jù)的保存年限可以延長至50年。一個設計院整柜的資料被幾張光盤所替代，查找和管理都比較方便。
（6）數(shù)據(jù)傳輸?shù)男畔⒒?/p>
隨著信息技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)的普及和CAD智能化的應用、跨地區(qū)合作設計、異地招投標、“在家工作”等都成為可能。如1992年日本執(zhí)行的CALS（綜合信息系統(tǒng)）研究，其就是指企業(yè)和機關不受部門企業(yè)間特定機器和系統(tǒng)的制約，利用網(wǎng)絡進行開發(fā)設計運籌及運用全過程的公用系統(tǒng)工程。
4 CAD技術(shù)出現(xiàn)的劣勢
CAD技術(shù)在給土木設計業(yè)帶來巨大效益的同時，其劣勢也隨之發(fā)揮作用，也不可避免地滯緩了其發(fā)展，具體表現(xiàn)如下：
（1）CAD技術(shù)促使土木設計領域中人、財、物浪費加劇。
CAD技術(shù)需要相關的軟件，運轉(zhuǎn)速度較快的電腦以及熟練掌握電腦的設計師、網(wǎng)絡維修人員等；購買任何正版的工程建筑軟件都要花費1~2萬元；設計師們還要開展專門的培訓工作?？傊?，備齊所需的人力和財力則價值不菲。同時，在使用過程中，設計師們只能看到面前的一處圖紙，而土木工程設計是一個系統(tǒng)工程，只看到一處圖紙是遠遠不夠的，它需要一整套圖紙打印后才能看清楚。電腦圖紙需要經(jīng)過輸出后才能實現(xiàn)審核、修改、再審核、再修改直至正式出圖，增加了單位成本和社會成本。
（2）工種配合默契與否及信息傳遞的速度影響工作效率。
眾所周知，土木工程設計是一個系統(tǒng)工程，它涉及到許多專業(yè)和步驟。每個設計師在設計任何圖紙時不僅要考慮自身設計的合理性，還要考慮與本專業(yè)和其他專業(yè)設計人員設計上的協(xié)調(diào)性。完整的土木工程設計流程從合同簽定起經(jīng)過測量數(shù)據(jù)、地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)、設計說明、打印圖紙、施工管理計劃等步驟，其所需的數(shù)據(jù)量非常大。任何數(shù)據(jù)變動，就會造成設計方案的變化。所以在動手設計前，要根據(jù)現(xiàn)況、地質(zhì)、道路、建筑物、生產(chǎn)設施的關系進行規(guī)劃、設計、施工、使用和管理。而地質(zhì)、地物、道路的考察由建設單位來進行，生產(chǎn)設施之間的配合關系論證由勘察設計院來進行，大量數(shù)據(jù)的整理、交換、組合都需要時間。任何環(huán)節(jié)的阻塞和停滯都會影響工作效率。
（3）缺乏統(tǒng)一的智能化結(jié)構(gòu)設計軟件。
目前的專業(yè)軟件，如PKPM軟件，大多數(shù)只停留在二維基礎上，充其量只是個繪圖工具，缺乏智能化。智能化結(jié)構(gòu)軟件不僅能體現(xiàn)三維立體圖鏡像，而且能自動執(zhí)行相應的規(guī)范，設計所需參數(shù)取值不但要在經(jīng)濟范圍內(nèi)，還要便于施工。如中國建筑科學研究院PKPM CAD工程部和新加坡建屋發(fā)展局開發(fā)的BEAM CAGE軟件，是按英國規(guī)范完成的鋼筋混凝土梁的配筋、選筋、撓度的計算、施工圖生成等一系列功能，雖然該軟件自動化程度高，出圖質(zhì)量好，但畢竟是基于英國規(guī)范的基礎上。而在國內(nèi)流行的工程智能化設計軟件如PKPM設計軟件，它還需要設計師們調(diào)整梁、板、柱的配筋，尤其是柱的配筋，PKPM軟件自動生成的頂層柱配筋常常因為屋面梁傳遞來的彎矩比較大，配筋也較大，而下層由于梁傳遞來的彎矩較小，配筋也較小，形成大柱種在小柱上。這需要設計工程師進行人工調(diào)整。還有按照規(guī)范規(guī)定，同一構(gòu)件中鋼筋的型號差別不宜大于兩個級別，也就是說在一個構(gòu)件中如果使用了直徑為16的鋼筋，那就不能使用直徑為22以上的鋼筋。但是在軟件自動出圖中常常會出現(xiàn)直徑為14的鋼筋和直徑為22的鋼筋一起使用的現(xiàn)象，這也要進行人工調(diào)整。以上說明我們還缺乏統(tǒng)一的智能化結(jié)構(gòu)設計軟件。
（4）扼殺土木設計師的創(chuàng)作靈感。
俗話說：“建筑是凝固的音樂?！边@句話點明了建筑也是一種藝術(shù)，它是一門融科技、文化、藝術(shù)、哲學于一體的學科。任何土建設計師都需要藝術(shù)家的靈感和天份，這種靈感和天份在處理建筑物的造型方面應有不少的“模糊感”。但CAD制圖所要求的尺寸精確消磨和扼殺了這種靈感和天份，讓設計師的設計圖樣屈從于電腦的機械和準確。還有，不少設計單位為了能夠中標，將自己的投標文件，尤其是總平面效果圖，做得非常精致美觀，不惜投入大量的人力物力在CAD的制圖上，而忽略了總平面布置圖的建筑效果和建筑師的藝術(shù)創(chuàng)造。
綜上所述，CAD的使用提高了土木設計中的高效率、高質(zhì)量和高水平，同時也顯示了不完善的方面。因此，設計師們在使用過程中總結(jié)經(jīng)驗，注意克服CAD帶來的負面影響，努力提高自身的計算機知識和對土建規(guī)范的使用，促進CAD的健康發(fā)展。
參考文獻
［1］張志遠，金新陽，陳岱林.基于英國規(guī)范的混凝土梁CAD系統(tǒng)的研制［J］.建筑科學,2004，（12）.
關鍵詞：智能土木結(jié)構(gòu)，智能材料，自診斷智能土木結(jié)構(gòu)，智能控制，嵌入式智能土木結(jié)構(gòu)
1.引言
建筑起初是為了滿足人類生活的舒適要求和安全要求而產(chǎn)生的。原始時代的建筑物是利用天然材料制造而成的能蔽風雨防侵襲的封閉空間。隨著社會生產(chǎn)力水平的不斷發(fā)展，人類對建筑的要求也日益復雜和多樣化，結(jié)構(gòu)作為建筑的核心骨架，人們也對其提出了更高水平的要求?，F(xiàn)代大型建筑物如高層建筑、大跨橋梁、大型水壩、地下建筑等都要求其土木結(jié)構(gòu)能提供更高的強度，以及更好的可靠性、耐久性及安全性。同時，在現(xiàn)代社會中，這些大型建筑物在整個國民經(jīng)濟中所發(fā)揮的作用已日益重要，這也尤其要求它們應具有更強的防止災害的能力。
傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大多通過提高建筑材料的物理力學性能、采用合理的結(jié)構(gòu)形式、加強施工管理以及定期結(jié)構(gòu)評估與維護等傳統(tǒng)手段來達到并滿足這些要求。然而，這些傳統(tǒng)的手段均屬一種消極的、被動的方式：一旦建筑物被建成并投入使用，人們便失去了對結(jié)構(gòu)的全面控制，結(jié)構(gòu)失效、結(jié)構(gòu)災害的發(fā)生便不以其設計者、建造者、使用者的意志為轉(zhuǎn)移了，人們對它的預測及防范工作都將是一件十分困難的事情。另外，若單純地依靠以往那種要求保證結(jié)構(gòu)具有足夠的剛度、強度及延性的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)工程設計理念，當結(jié)構(gòu)所處環(huán)境因素超越某種程度以后，就會將既不經(jīng)濟，又達不到預期的效果。
考察眾多建筑災害實例，人們發(fā)現(xiàn)，在整個建筑結(jié)構(gòu)的設計壽命期內(nèi)，都有可能發(fā)生結(jié)構(gòu)失效。其原因在于：
1）由于結(jié)構(gòu)抗力的衰減、正常范圍內(nèi)的損傷積累而致使的強度及可靠性的降低；
2）由于材料的老化、腐蝕及力學性能的劣化（如徐變等）而導致的結(jié)構(gòu)耐久性失效；
3）由于施工質(zhì)量和使用不當而給結(jié)構(gòu)造成的隱患以及損害；
4）由于結(jié)構(gòu)長期遭受動荷載作用而造成的疲勞失效；
5）由于偶然的超載（如地震荷載、爆炸沖擊荷載等）造成的破壞。
以上這些原因都對結(jié)構(gòu)的強度及安全性提出傳統(tǒng)設計方法無法滿足的要求。因而，對建筑結(jié)構(gòu)進行實時監(jiān)測進而由結(jié)構(gòu)自身作出智能化反應就顯得十分必要了。
2.智能土木結(jié)構(gòu)（IntelligentCivilStructure）概念的形成及研究現(xiàn)狀
2.1智能土木結(jié)構(gòu)（IntelligentCivilStructure）概念的形成
現(xiàn)代材料技術(shù)的發(fā)展進步促使了人類社會進入了信息時代，信息材料的生產(chǎn)業(yè)已實現(xiàn)設計制造一體化。各種具有信息采集及傳輸功能的材料及元器件正逐漸地進入土木工程師的視野。人們開始嘗試將傳感器、驅(qū)動材料緊密地融合于結(jié)構(gòu)中，同時將各種控制電路、邏輯電路、信號放大器、功率放大器以及現(xiàn)代計算機集成于結(jié)構(gòu)大系統(tǒng)中。通過力、熱、光、化學、電磁等激勵和控制，使結(jié)構(gòu)不僅有承受建筑荷載的能力，還具有自感知、自分析計算、自推理及自我控制的能力。具體說來，結(jié)構(gòu)將能進行參數(shù)（如應變、損傷、溫度、壓力、聲音、化學反應）的檢測及檢測數(shù)據(jù)的傳輸，具有一定的數(shù)據(jù)實時計算處理能力，包括人工智能診斷推理，以及初步改變結(jié)構(gòu)應力分布、強度、剛度、形狀位置等能力，簡言之，即使結(jié)構(gòu)具有自診斷、自學習、自適應、自修復的能力。這就是智能土木結(jié)構(gòu)概念的形成過程。
文獻將智能結(jié)構(gòu)定義為：“將具有仿生命功能的材料融合于基體材料中，使制成的構(gòu)件（結(jié)構(gòu)）具有人們期望的智能功能，這種結(jié)構(gòu)稱之為智能材料結(jié)構(gòu)”?？梢?，智能結(jié)構(gòu)是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的功能的升華。智能結(jié)構(gòu)在土木結(jié)構(gòu)中的應用便稱之為智能土木結(jié)構(gòu)。
2.2研究現(xiàn)狀
如前所述，智能土木結(jié)構(gòu)概念是為了解決評估結(jié)構(gòu)強度、完整性、安全性及耐久性問題而提出的。對土木建筑結(jié)構(gòu)的性能進行監(jiān)測及預報，不僅會大大減小維修費用，而且能增強預測的能力。近來出現(xiàn)的無損檢測技術(shù)均不能對結(jié)構(gòu)進行實時監(jiān)測，也不能很好地預報結(jié)構(gòu)的破損情況和進行完整性的評估。這些方法的致命缺點是預報方式是自外而內(nèi)的，從信息傳播角度看，難免會夾雜進種種干擾信息，從而使檢測結(jié)果失真、低效率，甚至會導致完全錯誤的檢測結(jié)果。在結(jié)構(gòu)內(nèi)部埋入傳感器，組成網(wǎng)絡，就可實時監(jiān)測結(jié)構(gòu)的性能，這就是智能土木結(jié)構(gòu)的自內(nèi)而外的預報方式。智能土木結(jié)構(gòu)在這些方面有很好的應用前景，目前主要應用于高層建筑、橋梁、大壩等工程領域。
美國80年代中后期開始在多座橋梁上布設監(jiān)測傳感器，用驗證設計中的一些假定，監(jiān)視施工質(zhì)量和服役安全狀態(tài)，如在佛羅里達州的SunshineSkywayBridge橋上就安裝了數(shù)百個傳感器[2].英國80年代后期開始研究和安裝大型橋梁的監(jiān)測儀器和設備。在我國，香港的LantanFixedCrossingBridge、青馬大橋，以及大陸的虎門橋、江陰長江大橋也都在施工期間裝設了傳感系統(tǒng)，用以于監(jiān)測建成后大橋的服役安全狀態(tài)[3].1993年加拿大在Calgary建造的BeddingTrail大橋上首次成功地布置了光纖布拉格光柵傳感器，用以監(jiān)測橋梁內(nèi)部的應變狀態(tài)。
在其它土木工程領域，如在采油平臺、大壩、船閘等大體積混凝土結(jié)構(gòu)中也曾嘗試布置傳感器來構(gòu)建智能結(jié)構(gòu)。同樣，近年來發(fā)展起來的高性能、大規(guī)模分布式智能傳感元器件也為民用建筑及結(jié)構(gòu)的智能監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展提供了基礎，智能大廈在我國已如雨后春筍般地涌現(xiàn)。在民用建筑結(jié)構(gòu)的應用方面，對結(jié)構(gòu)的智能振動控制方面的研究已有近30年的歷史了[4].
3.智能土木結(jié)構(gòu)理論的體系構(gòu)成
3.1結(jié)構(gòu)智能化歷程的層次劃分
傳統(tǒng)的土木結(jié)構(gòu)是一種被動結(jié)構(gòu)，一經(jīng)設計、制造完成后，其性能及使用狀態(tài)將很大程度上存在著不可預知性和不可控制性，這就給結(jié)構(gòu)的使用和維護帶來不便。為了解決這一問題，發(fā)展出了在線監(jiān)測結(jié)構(gòu)，它賦予傳統(tǒng)土木結(jié)構(gòu)以在線監(jiān)測機制，從而為探知結(jié)構(gòu)內(nèi)部性能打開了窗口，使人員可以方便地了解結(jié)構(gòu)內(nèi)部物理、力學場的演變情況，這就是結(jié)構(gòu)智能化的第一層次。在在線監(jiān)測結(jié)構(gòu)的基礎上，進一步增加了監(jiān)測數(shù)據(jù)的智能處理機制，使得結(jié)構(gòu)具有自感知、自診斷、自推理的能力，從而使結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了第二層次的智能化。
進一步在結(jié)構(gòu)中引入自適應及自動控制機制，即根據(jù)自診斷自推理的成果，由在結(jié)構(gòu)中耦合的作動系統(tǒng)做出必要的反應，從而實現(xiàn)智能控制結(jié)構(gòu)，這就是第三層次的智能化。比如，對結(jié)構(gòu)的開裂、變形行為，結(jié)構(gòu)的銹蝕、老化、損傷行為，以及結(jié)構(gòu)的動力振動行為做出抑制性控制，在更高層次上對結(jié)構(gòu)起到保護和維修作用。
可見，在結(jié)構(gòu)智能化演化過程中，按其智能化程度的不同可劃分為如下三個層次：
22第一層次：自感知土木結(jié)構(gòu)（Self-sensoryCivilStructure），它是智能結(jié)構(gòu)的最低級形式；
22第二層次：自診斷智能土木結(jié)構(gòu)（IntelligentSelf-diagnosticCivilStructure），具有對前一層次結(jié)果的智能化加工處理，包括結(jié)構(gòu)內(nèi)部力學物理場的自我計算，對結(jié)構(gòu)特定目標參數(shù)的自我診斷，以及以做出結(jié)構(gòu)自身行為的應對策略為目標的自我推理等功能。
22第三層次：智能控制土木結(jié)構(gòu)（IntelligentControlCivilStructure），它是智能土木結(jié)構(gòu)的最高形式。
3.23.2智能土木結(jié)構(gòu)分類
智能土木結(jié)構(gòu)按其材料可分為兩種類型，分述如下：
1）嵌入式智能土木結(jié)構(gòu)：在基體材料如鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中嵌入具有傳感、動作和控制處理功能的材料或儀器，并集成進現(xiàn)代計算機硬件軟件技術(shù)，由傳感元件采集和檢測結(jié)構(gòu)內(nèi)部信息，由計算機對這些信息進行加工處理，并將處理結(jié)果通知控制處理器，由控制處理器指揮、激勵驅(qū)動元件執(zhí)行相應動作。其工作原理如圖（2）所示。
屬于這種類型的智能結(jié)構(gòu)只需對傳統(tǒng)土木結(jié)構(gòu)加以改進即可，無須額外研究結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)力學性能，易于做到傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)與智能結(jié)構(gòu)的平穩(wěn)過渡，故而成為研究的焦點。
2）基體、智能材料耦合結(jié)構(gòu)：
某些結(jié)構(gòu)材料本身就具有智能功能，它們能夠隨著自身力學、物理狀態(tài)的改變而改變自身的一些其它性能。如碳纖維混凝土材料能隨自身受力情況而改變其導電性能，只要探測到這一改變，便可以間接獲得結(jié)構(gòu)的內(nèi)部力學信息。
按照結(jié)構(gòu)智能化目的的不同，又可將其分為如下幾類：
1）具有裂縫自診斷和自愈合功能的智能混凝土結(jié)構(gòu)；
2）具有應力應變狀態(tài)自診斷功能的智能混凝土結(jié)構(gòu)；
3）具有變形、損傷自診斷功能的智能混凝土結(jié)構(gòu)；
4）具有疲勞壽命預報能力的智能土木結(jié)構(gòu)；
5）具有監(jiān)測鋼筋或鋼構(gòu)件銹蝕狀態(tài)能力的智能土木結(jié)構(gòu)；
6）具有感知和自我調(diào)節(jié)功能的智能減振（橋梁）結(jié)構(gòu)；
3.3智能土木結(jié)構(gòu)的研究內(nèi)容
3.3.1智能化策略性研究
智能土木結(jié)構(gòu)的首要研究內(nèi)容就是對傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)智能化的概念設計策略性研究。需要針對結(jié)構(gòu)類型及其重要性的不同，以及現(xiàn)有工藝技術(shù)水平和經(jīng)濟資金情況等多個方面因素，合理地確定智能化目標，在兼顧技術(shù)先進性、實用性和經(jīng)濟節(jié)省的前提下采用合理功能層次的智能土木結(jié)構(gòu)。確定了智能化目標以后，就需要著手做一些準備工作，它們是：對結(jié)構(gòu)在使用中可能發(fā)生的各種行為進行預測，對結(jié)構(gòu)在力學物理環(huán)境下出現(xiàn)的各種反應進行預估，以確定結(jié)構(gòu)中需要實現(xiàn)智能化監(jiān)控的部位，確定整體監(jiān)控方案。
3.3.2傳感元件（Sensor）研究
另外一項重要研究內(nèi)容就是傳感元件。感覺是智能土木結(jié)構(gòu)的基礎性功能，它利用在傳統(tǒng)建筑材料中埋入傳感元件（或利用傳感、結(jié)構(gòu)耦合材料）來采集各種信息，經(jīng)過處理分析，才可實現(xiàn)自診斷、自驅(qū)動等智能控制功能。有鑒于此，應對傳感元件提出一些特殊要求如下：
1）尺寸細微，不影響結(jié)構(gòu)外形；
2）與基體結(jié)構(gòu)耦合良好，對原結(jié)構(gòu)材料強度影響很小；
3）性能穩(wěn)定可靠，耐久性好，與基體結(jié)構(gòu)有著相同的使用壽命；
4）傳感的覆蓋面要寬；
5）信號頻率響應范圍要寬；
6）能與結(jié)構(gòu)上其它電氣設備兼容；
7）抗外界干擾能力強；
8）能在結(jié)構(gòu)的使用溫度及濕度范圍內(nèi)正常工作。
可列入研究范圍的元件有：光導纖維，壓電陶瓷，電阻應變絲，疲勞壽命絲，銹蝕傳感器，碳纖維等。
3.3.3作動材料（Actuator）研究
智能土木結(jié)構(gòu)的最終目標是實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的智能控制，而控制是由作動材料實現(xiàn)的。利用某些存在物理耦合現(xiàn)象的材料，尤其是機械量與電、熱、磁、光等非機械量的耦合材料，作為結(jié)構(gòu)的作動件。可以通過控制非機械量的變化來獲取結(jié)構(gòu)特性（形狀、剛度、位置、應力應變狀態(tài)、頻率、阻尼、摩阻等）的改變，從而達到作動目的。對它的要求主要有：
1）與基體結(jié)構(gòu)耦合良好，結(jié)合強度高；
2）作動元件本身的靜強度和疲勞強度高；
3）驅(qū)動方法簡單安全，對基體結(jié)構(gòu)無影響，激勵能量?。?/p>
4）激勵后能產(chǎn)生高效穩(wěn)定的控制，反復激勵下性能穩(wěn)定；
5）頻率響應范圍寬，響應速度快，并可控制；
常用的作動材料有記憶型合金、壓電材料、記憶聚合物以及聚合膠體等。目前有關作動元件的研究正在一些領域展開，如董聰、Crawlay等人評述了幾種常用作動/傳感材料的性能。
3.3.4智能結(jié)構(gòu)信息處理
智能土木結(jié)構(gòu)要成為有機的整體，還須借助于信息的流動控制及加工處理。只有使信息在環(huán)境、結(jié)構(gòu)、傳感器、信息處理中樞及作動系統(tǒng)之間有序地流動，并同時進行加工處理，方可使結(jié)構(gòu)具有智能功能。其信息流動可如下圖所示：
由此可見，應首先對數(shù)據(jù)采集予以研究。這包括各種傳感器信號的A/D轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)處理通訊接口軟硬件的研制[8].作為一種嘗試，筆者利用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)實驗裝置，實現(xiàn)了單片機應變儀與微機在線通訊的硬件組建及計算機數(shù)據(jù)接受軟件的開發(fā)，初步的結(jié)果表明，建立土木結(jié)構(gòu)在線監(jiān)測是完全可以做得到的。
其次，應著重研究輸入到計算機中的數(shù)據(jù)的智能化處理算法，以及相應軟件的開發(fā)。算法的核心目標應為對結(jié)構(gòu)內(nèi)部力學、物理場的全面計算。在此，應注意算法的快速性，避免因算法過于復雜而失去了智能結(jié)構(gòu)的機敏、實時特性[9].
接著，應對結(jié)構(gòu)的健康診斷及安全評定方法予以研究。包括結(jié)構(gòu)的數(shù)學建模，參數(shù)空間的模式識別，損傷評定，體系可靠性分析，以及人工智能的應用。
最后需要研究的是結(jié)構(gòu)控制機理、結(jié)構(gòu)局部損傷修復方法、結(jié)構(gòu)振動控制機理等問題。
4.結(jié)論及研究建議
智能土木結(jié)構(gòu)是材料科學、計算機科學、自動控制技術(shù)發(fā)展到一定程度的產(chǎn)物。它涉及到結(jié)構(gòu)和建造的重大變革，涉及到當今土木工程、材料科學、自動控制、計算機軟硬件技術(shù)、信息通訊、人工智能等眾多領域內(nèi)的前沿技術(shù)。正如建筑業(yè)是國民經(jīng)濟各部門原動力一樣，智能土木結(jié)構(gòu)及智能建筑不僅對于未來土木界的發(fā)展意義重大，而且對于目前主要的高科技領域而言也具有重要的意義，它的研發(fā)及實現(xiàn)必將進一步帶動其它高科技領域的進一步提高，是土木工程界的知識經(jīng)濟。毋須置言，對它的研究工作應首先要求結(jié)構(gòu)工程師投入極大的努力，更新觀念，注意吸取其它領域的思想，成為智能土木結(jié)構(gòu)研究的主體，同時還需結(jié)構(gòu)工程師同相關領域的專業(yè)人員緊密配合，建立科學化的研究管理機制，才能完成這個系統(tǒng)工程。
在具體的研究中，筆者給出了幾點建議，謹供業(yè)內(nèi)參考：
1）對于土木工程中普遍使用鋼筋混凝土（包括RC，PC，PPC）、鋼結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀，建議以嵌入式智能結(jié)構(gòu)的研究為重點。這樣做的好處在于能最大限度地利用現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)理論知識，使研究的重點放在未知的附加智能化功能的研究上來，同時還能使智能化經(jīng)濟可行，也可做到工藝水平的傳統(tǒng)與未來的連續(xù)。另外，這種思路還可以利用現(xiàn)有土木結(jié)構(gòu)實驗的裝置和方法。
2）對嵌入式智能土木結(jié)構(gòu)，研究出一種高效、實時的力學計算算法將是一項迫在眉睫的任務，只有利用監(jiān)測傳感系統(tǒng)所得到的信息進行全面實時計算，方可對結(jié)構(gòu)有全面及時的了解，才能為其后的信息流動打下基礎。這就需要對復雜的非線性有限元加以改進，使其勝任在線、實時、精確的計算工作。
1土木工程新型預應力施工技術(shù)創(chuàng)新土木工程施工預應力施工技術(shù)要建立在科學發(fā)展的體系之下，實現(xiàn)傳統(tǒng)預應力向現(xiàn)代化預應力轉(zhuǎn)變。在土木工程混凝土施工內(nèi)部會涉及到預應力放置問題。一些工程建設跨度較大、結(jié)構(gòu)較為復雜采用的預應力筋就顯得特別的重要，新型預應力施工技術(shù)就是針對這種情況進行創(chuàng)新。預應力創(chuàng)新主要體現(xiàn)在體外預應力有無粘結(jié)體，這種結(jié)構(gòu)方式在施工建設中是一項重要問題，對施工建設的開展有著重要的影響。有粘結(jié)體的體系中，其預應力生成的摩擦程度比較低，造成的損失很小。而無粘結(jié)體的體系所使用的是單根張拉技術(shù)，其操作起來也相當容易，同時摩擦造成的損失也不大。
2強化信息技術(shù)在土木工程施工中的應用傳統(tǒng)土木工程施工技術(shù)不適應現(xiàn)代土木工程施工，為了能夠滿足現(xiàn)代化發(fā)展要求，有效的提升土木工程施工的效率，要將現(xiàn)代信息技術(shù)融合到土木工程施工技術(shù)中，這樣能夠提升土木工程施工質(zhì)量。選擇專業(yè)的網(wǎng)絡人才對土木工程施工進行系統(tǒng)化分析研究，強化施工人員專業(yè)文化素質(zhì)，使其成為施工建設主要力量。在現(xiàn)代技術(shù)影響下實現(xiàn)土木工程施工技術(shù)智能化發(fā)展，只有在現(xiàn)代技術(shù)影響下才能夠使土木工程施工技術(shù)提升到一個全新的發(fā)展高度。
3完善管理體制實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新土木工程施工技術(shù)創(chuàng)新要在完善的管理體制下才能夠?qū)崿F(xiàn)，科學合理的管理體制能夠促進土木工程技術(shù)創(chuàng)新，實現(xiàn)土木工程施工技術(shù)不斷創(chuàng)新發(fā)展?？茖W管理方式能夠促進施工技術(shù)的完善。在專業(yè)知識指導下，實現(xiàn)對土木工程深基坑技術(shù)研究創(chuàng)新。深基坑支擋技術(shù)，可以逐步建立起樁與錨、支擋與承重的一體化結(jié)構(gòu)體系。在傳統(tǒng)施工過程中這種施工方式產(chǎn)生的效果并不明顯，施工效率較低，但是通過技術(shù)的創(chuàng)新能夠改善這種情況，提升施工效率，強化施工質(zhì)量，并且能夠減少施工投入的成本實現(xiàn)經(jīng)濟效益與社會效益的最大化發(fā)展。
4土木工程施工技術(shù)設計創(chuàng)新土木工程施工技術(shù)在施工建設過程中占據(jù)重要的位置，這種情況主要表現(xiàn)在施工技術(shù)設計階段。施工設計人員要根據(jù)施工特點提升對施工設備、材料、方式等方面的研究，結(jié)合具體施工情況，使土木工程施工技術(shù)能夠滿足施工現(xiàn)場的要求。土木工程施工技術(shù)會受到氣候條件的影響，使施工現(xiàn)場荷載等方面受到限制，針對這種情況施工人員要克服施工現(xiàn)場的限制，實現(xiàn)施工技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，并且在實際應用中更好的突破現(xiàn)有施工技術(shù)，實現(xiàn)深坑支擋技術(shù)和預應力技術(shù)創(chuàng)新。
5土木工程施工技術(shù)中深基坑支擋技術(shù)創(chuàng)新城市化發(fā)展速度的加快使房屋建筑的高度越來越高，高層建筑抗震性越來越受到人們的關注，同時地下空間的利用情況也在不斷的發(fā)展變化。深基坑支擋技術(shù)在新時期發(fā)展過程中有了明顯的創(chuàng)新，主要體現(xiàn)在樁錨支擋體系的應用。施工建設過程中地質(zhì)條件較差通常采用預應力錨桿和灌注樁體系。同時也可以制定針對地下水位上下的不同類型圖層宜采用引進的套管水沖法成錨技術(shù)。土木工程施工中，許多臨時支擋的加固樁或地下支撐墻或永久性的支擋樁或支擋柱可以實施支擋與承重一體化支擋技術(shù)方案，一體化的承重與支擋系統(tǒng)既能夠滿足支擋的需要和承重要求，提升施工建設的速度，使施工建設產(chǎn)生的經(jīng)濟效益最大化。在土木工程施工的支擋技術(shù)中，旋挖施工工藝在管控灌注樁施工中也是較為科學合理的技術(shù)創(chuàng)新方案，但在利用旋挖灌柱樁施工中必須保證成孔質(zhì)量，較少施工質(zhì)量中的不利影響因素。
6新型預應力技術(shù)在土工工程施工技術(shù)中的創(chuàng)新土木工程施工技術(shù)中預應力施工技術(shù)是一種重要的施工方法。主要表現(xiàn)為體外應力，是一種預應力筋布置在混凝土截面外的預應力。與傳統(tǒng)的布置于構(gòu)件截面內(nèi)的預應力筋，所提供的有粘結(jié)或者無粘結(jié)預應力相對應。體外預應力在大跨度土木工程和預應力混凝土道橋施工和特種結(jié)構(gòu)施工中有一定程度的應用。其中粘接體外預應力是體外預應力應用中的典范之一。這種預應力主要作用在管道結(jié)構(gòu)外，這樣產(chǎn)生的預應力摩擦相對較小，有利于后期進行施工維護。管道在鋪設過程中能夠更好的進行控制，無粘接力體外預應力體系也是應用較多的體外預應力施工方式，無粘接力體外預應力施工操作相對較為簡單，單根無粘接摩擦損失相當小，體外預應力比傳統(tǒng)的預應力施工更加科學合理，產(chǎn)生的經(jīng)濟效益更好。
二、土木工程施工技術(shù)發(fā)展新趨勢
1土木工程施工技術(shù)科技化發(fā)展建筑行業(yè)發(fā)展的主要動力就是實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化發(fā)展。在土木工程施工建設中工程造價影響著施工建設的開展，并且能夠推動土木工程施工技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展研究，是技術(shù)提升的重要保障。利用科學技術(shù)能夠提升土木工程施工技術(shù)智能化發(fā)展，在一定程度上降低成本的投入，實現(xiàn)多元化滲透提升土木工程施工效率。
2土木工程施工技術(shù)自動化發(fā)展科學技術(shù)的提升促進了建筑行業(yè)自動化發(fā)展，實現(xiàn)了傳統(tǒng)流水線建筑向標準化、工廠化的轉(zhuǎn)變，優(yōu)化了傳統(tǒng)生產(chǎn)方式。建筑構(gòu)件到外部腳手架等都可以由工業(yè)生產(chǎn)完成，標準化的實施帶來建筑的高效率，為土木工程施工技術(shù)創(chuàng)新奠定了基礎。
關鍵詞:土木工程 現(xiàn)狀 發(fā)展趨勢
中圖分類號:TU-1 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)04(c)-0144-01
1 土木工程內(nèi)涵意義
土木工程主要指建設各類設施、工程的技術(shù)、科學與項目統(tǒng)稱,其自身包含顯著特征,即社會性屬性、綜合性特點、經(jīng)濟技術(shù)性、建筑藝術(shù)性與實踐性特征。理解土木工程內(nèi)涵可由兩方面入手,一方面為同社會人們生產(chǎn)實踐活動、日常生活密切相關的多元化設施工程建設,例如公路、道路工程、建筑工程、水利工程、橋梁工程、鐵路工程、利用地下空間開發(fā)工程與隧道工程等。另一方面內(nèi)涵則為各類建設工程相關設施用到的機械設備、材料在土地上開展的設計、勘查與施工等項目活動。
2 土木工程研究發(fā)展現(xiàn)狀
當前,土木工程現(xiàn)實研究發(fā)展對象主體集中于高層建筑、結(jié)構(gòu)設計、開發(fā)建設地下項目等工程中,令高層建筑邁入了嶄新的發(fā)展階段。伴隨各類新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)、新施工方式、新工藝的層出不窮,尤其是自動化技術(shù)的廣泛應用,人們更開始從事的土木工程建造修建規(guī)模更大,高層建筑在數(shù)量上不僅更多,且在高度層面也持續(xù)提升,逐步令我國在建設高層建筑領域的土木工程發(fā)展水平向世界先進水平靠近。在結(jié)構(gòu)設計層面則呈現(xiàn)出更高、更長的柔性化實踐發(fā)展趨勢。在較多情況下地震荷載與風荷載是設計結(jié)構(gòu)的影響控制因素,令各項大型工程的復雜體系結(jié)構(gòu)在抗震抗風相關問題與設計理念層面受到了人們的廣泛關注。目前常見的課題研究涵蓋風荷載與地震設計機理作用、大跨度大規(guī)模橋梁工程抗震抗風與體系結(jié)構(gòu)設計等。同時,以柔性結(jié)構(gòu)對抗地震的以柔克剛思想進一步在控制結(jié)構(gòu)震動技術(shù)層面科學體現(xiàn),當前現(xiàn)代震動相關問題正逐步向著智能化控制、自適應、減震吸震相關技術(shù)方向逐步延伸,土木工程基礎性健康結(jié)構(gòu)的檢測、控制災害結(jié)構(gòu)等研究工作也將繼續(xù)逐步強化。伴隨土木工程的現(xiàn)代化發(fā)展,社會人口數(shù)量的持續(xù)增多,各類空間資源日趨緊張,為解決土地資源與空間資源的緊張問題,土木工程逐步關注了地下工程的開發(fā)與建設,并令其成為有效解決上述問題的科學途徑。當前世界規(guī)模最大的地下街工程為東京地下街,深度約為100m,而我國較多一線城市也逐步建設開發(fā)了地鐵服務系統(tǒng)并進入到具體的項目實施階段。地下空間科學技術(shù)則實現(xiàn)了飛速的提升與發(fā)展。當前我國城市較多地下工程施工建設的主要方式包含暗挖、明挖、盾構(gòu)、蓋挖、注漿、凍結(jié)與沉管法等,該類技術(shù)逐步躋身國際領域先進行列,并為地下空間土木工程開發(fā)提供了優(yōu)質(zhì)優(yōu)質(zhì)寶貴的實踐經(jīng)驗。土木工程的科學發(fā)展還進一步推動了預應力技術(shù)的廣泛應用,令其逐步擴大至大柱網(wǎng)、大跨度、大開間的高層與多層、斜拉橋與連續(xù)橋等結(jié)構(gòu)、大型預應力儲液池、儲倉、管樁、預應力地錨等多重預應力應用結(jié)構(gòu)領域。同時預應力技術(shù)也逐步成為大型公共建筑、開間住宅的關鍵應用技術(shù),有效解決了高、大、新、重建筑工程的建造設計難題,并發(fā)揮了獨特的作用。
一般來講,人們通常習慣于用安全系數(shù)進行土木工程指標的客觀評價,實則其僅僅是由確定的相關信息實現(xiàn)的定值獲取,沒能全面考慮到相關設計變量之中包含的變異性,其特定的某一安全系數(shù)數(shù)值在不同的項目工程中也并不一定具有相同的作用意義。因此基于實際土木工程中包含的各類不確定性,對其展開隨機的可靠度衡量評估與力學分析也尤為重要,即土木工程應繼續(xù)開展可靠度相關理論的應用研究。
3 土木工程未來發(fā)展趨勢
3.1 三S系統(tǒng)應用發(fā)展
三S系統(tǒng)由HS遙感技術(shù)、GIS地理信息技術(shù)系統(tǒng)與GPS全球定位技術(shù)系統(tǒng)構(gòu)成,可實時、整體、動態(tài)的對地展開判別觀測、應用分析,因此在土木工程領域該系統(tǒng)發(fā)揮了顯著的優(yōu)勢作用,同時具備廣闊的發(fā)展提升前景。數(shù)字化城市發(fā)展理念的提出正是基于這一三S系統(tǒng)發(fā)展而來,也就是說其綜合了遙感、GIS、遙測、多媒體、網(wǎng)絡與仿真虛擬技術(shù)對城市各項功能機制、基礎設施展開自動采集、發(fā)揮決策輔助作用并實施動態(tài)化管理監(jiān)測,很明顯,當前數(shù)字化城市便是以該類數(shù)字化的處理信息技術(shù)、通信網(wǎng)絡技術(shù)作為發(fā)展背景的科學服務技術(shù)系統(tǒng)。其逐步推廣與科學應用勢必將我國城市運營與規(guī)劃建設推向嶄新的高度,促進其發(fā)展水平的持續(xù)提升。
3.2 單機方式順序科學轉(zhuǎn)變至網(wǎng)絡協(xié)同控制與并行設計
就復雜大型的項目工程來說,其很有可能需要較多設計部門、眾多成員的共同參與,同時還需要良好的協(xié)同合作并提供在線咨詢服務,還可由不同地域分布的分支設計機構(gòu)、設計人員、協(xié)作部門單位應用多樣化平臺軟硬件與設計方式在相應規(guī)定時段內(nèi)良好完成。為有效解決該類復雜系統(tǒng)問題應良好的應用開發(fā)土木工程設計的協(xié)同并行技術(shù)。另外,智能化建筑工程與檢測結(jié)構(gòu)亦是土木工程基于信息化發(fā)展背景的未來發(fā)展的趨勢。項目管理與電子數(shù)據(jù)同樣是土木工程實現(xiàn)信息化發(fā)展的趨勢,工程建設施工是當今土木工程應用計算機技術(shù)的重要領域,基于系統(tǒng)復雜工程在施工階段中由報價投標、預算到簽訂管理合同、評定分析質(zhì)量直至竣工驗收各階段均需要進行大量數(shù)據(jù)信息的處理,整體施工單位控制與輔助管理均會被納入至輔助計算機施工技術(shù)體系中。依據(jù)電子化數(shù)據(jù)查閱管理系統(tǒng)的應用便利性,當前國外開發(fā)研究出了無線電雙向通訊設備并廣泛用于現(xiàn)場工地的互通聯(lián)絡與基于GPS科學技術(shù)創(chuàng)建人機通訊高效便利設備。當前土木工程領域信息技術(shù)的跨越式發(fā)展已經(jīng)令國際承包商真正跨越了地域壁壘,實現(xiàn)了共享式、協(xié)同式、智能化的行業(yè)發(fā)展。
3.3 土木工程虛擬技術(shù)將實現(xiàn)廣泛應用
傳統(tǒng)土木工程研究發(fā)展中人們只能應用特定符號、平面圖紙進行大量信息的傳遞,該類方式受到接收信息者知識結(jié)構(gòu)、行業(yè)經(jīng)驗等的約束限制。伴隨土木工程項目新時期復雜程度的日益強化,令該類交流方式變得越發(fā)困難,因此虛擬現(xiàn)實技術(shù)逐步誕生,并為工程建設中的廣泛、交叉交流創(chuàng)造了新型實踐方式、拓寬了其發(fā)展前景。虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要將多媒體技術(shù)、計算機技術(shù)、傳感技術(shù)與網(wǎng)絡技術(shù)融合,將抽象的符號與圖紙合理轉(zhuǎn)化為人們的現(xiàn)實直觀體會與感受,可以說是一類人機交互新型科學技術(shù),可為人們創(chuàng)造貼近現(xiàn)實、身臨其境的仿真虛擬環(huán)境,人們則好似在現(xiàn)實世界之中。今后土木工程領域,該類技術(shù)的優(yōu)勢與特征一方面會應用于各類項目工程的投標招標領域,基于仿真虛擬環(huán)境將施工方式與過程很好展現(xiàn)出來。同時其在設計結(jié)構(gòu)中的施工、計算等復雜過程的仿真模擬中更具有良好優(yōu)勢。可通過三維圖形計算機技術(shù)完成可視化計算,通過變化設計參數(shù)的結(jié)果進行直觀顯示,有利于縮短施工設計時空,選擇最佳方案并獲取最低費用、最佳工期與最有效的資源,進而科學準確的控制土木工程整體建設水平與質(zhì)量。
4 結(jié)語
綜上所述,隨著信息化社會的飛速發(fā)展土木工程實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍,我們只有科學遵循其內(nèi)涵特征、發(fā)展現(xiàn)狀把握工程建設未來發(fā)展趨勢動向、制定科學實踐發(fā)展策略,才能真正推進土木工程實現(xiàn)可持續(xù)的全面發(fā)展。
參考文獻
關鍵詞:現(xiàn)代土木結(jié)構(gòu);智能控制;技術(shù)分析
現(xiàn)代土木結(jié)構(gòu)的概念現(xiàn)代材料技術(shù)的發(fā)展進步促使了人類社會進入了信息時代,信息材料的生產(chǎn)業(yè)已實現(xiàn)設計制造一體化。各種具有信息采集及傳輸功能的材料及元器件正逐漸地進入土木工程師的視野。人們開始嘗試將傳感器、驅(qū)動材料緊密地融合于結(jié)構(gòu)中,同時將各種控制電路、邏輯電路、信號放大器、功率放大器以及現(xiàn)代計算機集成于結(jié)構(gòu)大系統(tǒng)中。通過力、熱、光、化學、電磁等激勵和控制,使結(jié)構(gòu)不僅有承受建筑荷載的能力。還具有自感知、自分析計算、自推理及自我控制的能力。具體說來,結(jié)構(gòu)將能進行參數(shù)如應變、損傷、溫度、壓力、聲音、化學反應)的檢測及檢測數(shù)據(jù)的傳輸,具有一定的數(shù)據(jù)實時計算處理能力,包括人工智能診斷推理,以及初步改變結(jié)構(gòu)應力分布、強度、剛度、形狀位置等能力。簡言之,即使結(jié)構(gòu)具有自診斷、自學習、自適應、自修復的能力。這就是現(xiàn)代土木結(jié)構(gòu)概念的形成過程。
現(xiàn)代結(jié)構(gòu)是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的功能的升華。現(xiàn)代結(jié)構(gòu)在土木結(jié)構(gòu)中的應用便稱之為現(xiàn)代土木結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)代土木結(jié)構(gòu)技術(shù)分析.
結(jié)構(gòu)智能化傳統(tǒng)的土木結(jié)構(gòu)是一種被動結(jié)構(gòu),一經(jīng)設計、制造完成后,其性能及使用狀態(tài)將很大程度上存在著不可預知性和不可控制性,這就給結(jié)構(gòu)的使用和維護帶來不便。為了解決這一問題,發(fā)展出了在線監(jiān)測結(jié)構(gòu),它賦予傳統(tǒng)土木結(jié)構(gòu)以在線監(jiān)測機制,從而為探知結(jié)構(gòu)內(nèi)部性能打開了窗口,使人員可以方便地了解結(jié)構(gòu)內(nèi)部物理、力學場的演變情況,這就是結(jié)構(gòu)智能化的第一層次。在在線監(jiān)測結(jié)構(gòu)的基礎上,進一步增加了監(jiān)測數(shù)據(jù)的智能處理機制,使得結(jié)構(gòu)具有自感知、自診斷、自推理的能力,從而使結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了第二層次的智能化。
現(xiàn)代土木結(jié)構(gòu)分類現(xiàn)代土木結(jié)構(gòu)按其材料可分為兩種類型,分述如下:
嵌入式現(xiàn)代土木結(jié)構(gòu)在基體材料如鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中嵌入具有傳感、動作和控制處理功能的材料或儀器,并集成進現(xiàn)代計算機硬件軟件技術(shù),由傳感元件采集和檢測結(jié)構(gòu)內(nèi)部信息,由計算機對這些信息進行加工處理,并將處理結(jié)果通知控制處理器,由控制處理器指揮、激勵驅(qū)動元件執(zhí)行相應動作。
屬于這種類型的智能結(jié)構(gòu)只需對傳統(tǒng)土木結(jié)構(gòu)加以改進即可,無須額外研究結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)力學性能,易于做到傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)與智能結(jié)構(gòu)的平穩(wěn)過渡,故而成為研究的焦點。
基體、智能材料耦合結(jié)構(gòu)某些結(jié)構(gòu)材料本身就具有智能功能,它們能夠隨著自身力學、物理狀態(tài)的改變而改變自身的一些其它性能。如碳纖維混凝土材料能隨自身受力情況而改變其導電性能,只要探測到這一改變,便可以間接獲得結(jié)構(gòu)的內(nèi)部力學信息。
按照結(jié)構(gòu)智能化目的的不同,又可將其分為如下幾類:a.具有裂縫自診斷和自愈合功能的智能混凝土結(jié)構(gòu);b.具有應力應變狀態(tài)自診斷功能的智能混凝土結(jié)構(gòu).c.具有變形、損傷自診斷功能的智能混凝土結(jié)構(gòu);d.具有疲勞壽命預報能力的現(xiàn)代土木結(jié)掏.e.具有監(jiān)測鋼筋或鋼構(gòu)件銹蝕狀態(tài)能力的現(xiàn)代土木結(jié)構(gòu);￡具有感知和自我調(diào)節(jié)功能的智能減振(橋梁)結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)代土木結(jié)構(gòu)的研究內(nèi)容.
智能化設計現(xiàn)代土木結(jié)構(gòu)的首要研究內(nèi)容就是對傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)智能化的概念設計策略性研究。需要針對結(jié)構(gòu)類型及其重要性的不同,以及現(xiàn)有工藝技術(shù)水平和經(jīng)濟資金情況等多個方面因素,合理地確定智能化目標,在兼顧技術(shù)先進性、實用性和經(jīng)濟 省的前提下采用合理功能層次的現(xiàn)代土木結(jié)構(gòu)。確定了智能化目標以后,就需要著手做一些準備工作,它們是:對結(jié)構(gòu)在使用中可能發(fā)生的各種行為進行預測,對結(jié)構(gòu)在力學物理環(huán)境下出現(xiàn)的各種反應進行預估,以確定結(jié)構(gòu)中需要實現(xiàn)智能化監(jiān)控的部位,確定整體監(jiān)控方案。
由傳感元件實現(xiàn)智能控制另外一項重要研究內(nèi)容就是傳感元件。感覺是現(xiàn)代土木結(jié)構(gòu)的基礎性功能,它利用在傳統(tǒng)建筑材料中埋入傳感元件(或利用傳感、結(jié)構(gòu)耦合材料)來采集各種信息,經(jīng)過處理分析,才可實現(xiàn)自診斷、自驅(qū)動等智能控制功能。有鑒于此,應對傳感元件提出一些特殊要求如。F-a.尺寸細微,不影響結(jié)構(gòu)外形;b.與基體結(jié)構(gòu)耦合良好,對原結(jié)構(gòu)材料強度影響很小;c.性能穩(wěn)定可靠,耐久性好,與基體結(jié)構(gòu)有著相同的使用壽命;d.傳感的覆蓋面要寬Ie.信號頻率響應范圍要寬; 能與結(jié)構(gòu)上其它電氣設備兼容;g.抗外界干擾能力強;h.能在結(jié)構(gòu)的使用溫度及濕度范圍內(nèi)正常工作。
可列人研究范圍的元件有:光導纖維,壓電陶瓷,電阻應變絲,疲勞壽命絲,銹蝕傳感器,碳纖維等。
作動材料分析現(xiàn)代土木結(jié)構(gòu)的最終目標是實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的智能控制,而控制是由作動材料實現(xiàn)的。利用某些存在物理耦合現(xiàn)象的材料,尤其是機械量與電、熱、磁、光等非機械量的耦合材料,作為結(jié)構(gòu)的作動件?？梢酝ㄟ^控制非機械量的變化來獲取結(jié)構(gòu)特性(形狀、剛度、位置、應力應變狀態(tài)、頻率、阻尼、摩阻等)的改變,從而達到作動目的。對它的要求主要有:a.與基體結(jié)構(gòu)耦合良好,結(jié)合強度高;b.作動元件本身的靜強度和疲勞強度高.c.驅(qū)動方法簡單安全,對基體結(jié)構(gòu)無影響,激勵能量小;d.激勵后能產(chǎn)生高效穩(wěn)定的控制,反復激勵 F性能穩(wěn)定.e.頻率響應范圍寬,響應速度快,并可控制;常用的作動材料有記憶型合金、壓電材料、記憶聚合物以及聚合膠體等。目前有關作動元件的研究正在一些領域展開,如董聰、等人評述了幾種常用作動,傳感材料的性能。
智能結(jié)構(gòu)信息處理現(xiàn)代土木結(jié)構(gòu)要成為有機的整體,還須借助于信息的流動控制及加工處理。只有使信息在環(huán)境、結(jié)構(gòu)、傳感器、信息處理中樞及作動系統(tǒng)之間有序地流動,并同時進行加工處理,方可使結(jié)構(gòu)具有智能功能。其信息流動可如下圖所示:
由此可見,應首先對數(shù)據(jù)采集予以研究。
這包括各種傳感器信號的A/D轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)處理通訊接口軟硬件的研制。作為一種嘗試,利用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)實驗裝置,實現(xiàn)了單片機應變儀與微機在線通訊的硬件組建及計算機數(shù)據(jù)接受軟件的開發(fā),初步的結(jié)果表明,建立土木結(jié)構(gòu)在線監(jiān)測是完全可以做得到的。
其次。應著重研究輸入到計算機中的數(shù)據(jù)的智能化處理算法,以及相應軟件的開發(fā)。算法的核心目標應為對結(jié)構(gòu)內(nèi)部力學、物理場的全面計算。在此,應注意算法的快速性,避免因算法過于復雜而失去了智能結(jié)構(gòu)的機敏、實時特性。
接著,應對結(jié)構(gòu)的健康診斷及安全評定方法予以研究。包括結(jié)構(gòu)的數(shù)學建模,參數(shù)空問的模式識別,損傷評定,體系可靠性分析,以及人工智能的應用。
關鍵詞：土木工程；施工技術(shù)；分析
一、土木工程施工技術(shù)具有的特點
施工技術(shù)是在人類誕生后產(chǎn)生的，所以它有著漫長的發(fā)展歷程。但是，在漫長的歷程中卻沒有突破，直到文藝復興之后，才有了跨越性的發(fā)展，土木工程施工技術(shù)也有所創(chuàng)新和突破。在科學技術(shù)發(fā)展促進下，各種環(huán)保節(jié)能的新材料、新結(jié)構(gòu)也在不斷涌現(xiàn)出來。與此同時，出現(xiàn)了越來越多技術(shù)復雜、規(guī)模浩大的土木工程結(jié)構(gòu)。為適應經(jīng)濟增長及市場發(fā)展的需要，施工技術(shù)也在快速發(fā)展變化。目前，我國正處于經(jīng)濟高速發(fā)展階段，建筑工程的數(shù)量在逐年增多，其規(guī)模也在明顯加大，這為我國施工技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎。土木工程有自身獨有的特點，與一般的生產(chǎn)作業(yè)不同，它的每項工程都要根據(jù)工程性質(zhì)和特點來進行單獨施工，這樣就會使工程項目的成敗直接受到施工組織是否科學合理的影響?？偟膩碚f，土木工程施工具有固定性、流動性、多樣性、協(xié)作性和綜合性等特點。固定性是指施工地點相對固定，施工地點被選定后就不會發(fā)生較大的變動；流動性指的是施工隊伍和施工人員的流動；而多樣性則是指不同的工程，在建筑類型、施工設施及施工方法方面也都各自有不同；協(xié)作性和綜合性是指工程施工需要由多家不同單位，包括建設、施工、設計、監(jiān)理、材料供應商等來配合協(xié)調(diào)完成。此外，每個工程都會涉及很多專業(yè)，具有很強的綜合性；工程的施工技術(shù)比較復雜，工程投資大。
二、土建施工技術(shù)在建筑工程中的應用
1、土建施工技術(shù)在高層建筑中的應用
近年，隨著經(jīng)濟快速發(fā)展，高層建筑成為我國建筑的主要部分。土建施工技術(shù)作為一種成熟、經(jīng)濟的施工技術(shù)，并且可以在鋼和混凝土兩種材料發(fā)揮各自的優(yōu)勢，既具有鋼結(jié)構(gòu)的技術(shù)優(yōu)勢又具有混凝土造價低廉的特點。在高層建筑中運用土建施工技術(shù)，既能保證建筑物的強度，又能節(jié)省建筑費用。目前，土建施工技術(shù)在我國發(fā)展非常迅速，如今已深入到各個工程領域，尤其在住宅中應用更為廣泛。隨著建筑業(yè)的發(fā)展，土建施工技術(shù)越來越多的被應用于高層建筑，土建施工技術(shù)有著廣闊的發(fā)展空間。經(jīng)過幾十年的發(fā)展和改進，土建施工技術(shù)已經(jīng)相當成熟。
2、土建施工技術(shù)在建筑工程中的應用
土建施工技術(shù)在建筑工程中應用主要以下方面：首先，在房屋內(nèi)排水的雨水管道，主要的方法：在建筑工程中混凝土柱子的中心進行垂直鋪設；沿著外墻的柱子外側(cè)進行鋪設。在建筑物的防水方面，土建施工人員要有嚴格的落實雨水立管的截面所占據(jù)的裝飾空間與包管的裝飾工作，用來保障建筑物在建筑過程中外墻的防水工程的施工。
3、防水混凝土結(jié)構(gòu)
防水混凝土結(jié)構(gòu)是指以本身的密實性而具有一定防水能力的整體式混凝土或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，它兼有承重、圍護和抗?jié)B的功能，還可滿足一定的耐凍融及耐侵蝕要求。與卷材防水層等相比，防水混凝土結(jié)構(gòu)具有材料來源廣泛、工藝操作簡便、改善勞動條件、縮短施工工期、節(jié)約工程造價、檢查維修方便等優(yōu)點。
三、土木工程施工技術(shù)的創(chuàng)新分析
1、土木工程新型預應力施工技術(shù)創(chuàng)新
土木工程施工預應力施工技術(shù)要建立在科學發(fā)展的體系之下，實現(xiàn)傳統(tǒng)預應力向現(xiàn)代化預應力轉(zhuǎn)變。在土木工程混凝土施工內(nèi)部會涉及到預應力放置問題。一些工程建設跨度較大、結(jié)構(gòu)較為復雜采用的預應力筋就顯得特別的重要，新型預應力施工技術(shù)就是針對這種情況進行創(chuàng)新。預應力創(chuàng)新主要體現(xiàn)在體外預應力有無粘結(jié)體，這種結(jié)構(gòu)方式在施工建設中是一項重要問題，對施工建設的開展有著重要的影響。有粘結(jié)體的體系中，其預應力生成的摩擦程度比較低，造成的損失很小。而無粘結(jié)體的體系所使用的是單根張拉技術(shù)，其操作起來也相當容易，同時摩擦造成的損失也不大。
2、強化信息技術(shù)在土木工程施工中的應用
傳統(tǒng)土木工程施工技術(shù)不適應現(xiàn)代土木工程施工，為了能夠滿足現(xiàn)代化發(fā)展要求，有效的提升土木工程施工的效率，要將現(xiàn)代信息技術(shù)融合到土木工程施工技術(shù)中，這樣能夠提升土木工程施工質(zhì)量。選擇專業(yè)的網(wǎng)絡人才對土木工程施工進行系統(tǒng)化分析研究，強化施工人員專業(yè)文化素質(zhì)，使其成為施工建設主要力量。在現(xiàn)代技術(shù)影響下實現(xiàn)土木工程施工技術(shù)智能化發(fā)展，只有在現(xiàn)代技術(shù)影響下才能夠使土木工程施工技術(shù)提升到一個全新的發(fā)展高度。
3、完善管理體制實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新
土木工程施工技術(shù)創(chuàng)新要在完善的管理體制下才能夠?qū)崿F(xiàn)，科學合理的管理體制能夠促進土木工程技術(shù)創(chuàng)新，實現(xiàn)土木工程施工技術(shù)不斷創(chuàng)新發(fā)展。科學管理方式能夠促進施工技術(shù)的完善。在專業(yè)知識指導下，實現(xiàn)對土木工程深基坑技術(shù)研究創(chuàng)新。深基坑支擋技術(shù)，可以逐步建立起樁與錨、支擋與承重的一體化結(jié)構(gòu)體系。在傳統(tǒng)施工過程中這種施工方式產(chǎn)生的效果并不明顯，施工效率較低，但是通過技術(shù)的創(chuàng)新能夠改善這種情況，提升施工效率，強化施工質(zhì)量，并且能夠減少施工投入的成本實現(xiàn)經(jīng)濟效益與社會效益的最大化發(fā)展。
4、土木工程施工技術(shù)設計創(chuàng)新
土木工程施工技術(shù)在施工建設過程中占據(jù)重要的位置，這種情況主要表現(xiàn)在施工技術(shù)設計階段。施工設計人員要根據(jù)施工特點提升對施工設備、材料、方式等方面的研究，結(jié)合具體施工情況，使土木工程施工技術(shù)能夠滿足施工現(xiàn)場的要求。土木工程施工技術(shù)會受到氣候條件的影響，使施工現(xiàn)場荷載等方面受到限制，針對這種情況施工人員要克服施工現(xiàn)場的限制，實現(xiàn)施工技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，并且在實際應用中更好的突破現(xiàn)有施工技術(shù)，實現(xiàn)深坑支擋技術(shù)和預應力技術(shù)創(chuàng)新。
四、土木工程施工技術(shù)發(fā)展新趨勢
1、土木工程施工技術(shù)科技化發(fā)展
建筑行業(yè)發(fā)展的主要動力就是實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化發(fā)展。在土木工程施工建設中工程造價影響著施工建設的開展，并且能夠推動土木工程施工技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展研究，是技術(shù)提升的重要保障。利用科學技術(shù)能夠提升土木工程施工技術(shù)智能化發(fā)展，在一定程度上降低成本的投入，實現(xiàn)多元化滲透提升土木工程施工效率。
2、土木工程施工技術(shù)自動化發(fā)展
科學技術(shù)的提升促進了建筑行業(yè)自動化發(fā)展，實現(xiàn)了傳統(tǒng)流水線建筑向標準化、工廠化的轉(zhuǎn)變，優(yōu)化了傳統(tǒng)生產(chǎn)方式。建筑構(gòu)件到外部腳手架等都可以由工業(yè)生產(chǎn)完成，標準化的實施帶來建筑的高效率，為土木工程施工技術(shù)創(chuàng)新奠定了基礎。
3、土木工程施工技術(shù)生態(tài)化發(fā)展
土木工程施工技術(shù)是人們進行施工建設的主要方式。經(jīng)濟的發(fā)展使人們越來越關注環(huán)境問題，因此在土木工程施工建設過程中進行生態(tài)化施工建設已經(jīng)成為一種全新的發(fā)展趨勢，是建筑行業(yè)發(fā)展的主要方向。在施工建設階段要注重保護生態(tài)環(huán)境是實現(xiàn)土木工程節(jié)能發(fā)展的重要體現(xiàn)。避免在施工建設過程中出現(xiàn)環(huán)境污染，這樣能夠降低能耗，是建筑與自然環(huán)境更好的融合在一起。
結(jié)束語
綜上所述，土木工程建設是一項綜合性的工程，其對質(zhì)量和安全性的需求很高，這些都要取決于施工技能。跟著土木工程的開展，其施工技能也在不斷開展和立異，跟著國際科技水平的不斷提高，信任土木工程施工技能也會得到不斷的立異，并在土木工程施工方面得以推行與使用，進而推進著社會不斷向前進步。
參考文獻
[1]丁紅霞.關于土木工程施工技術(shù)的探討[J].江西建材，2013，（01）.