時(shí)間：2023-07-30 10:18:06
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關(guān)鍵詞：土木工程；現(xiàn)狀分析；趨勢(shì)展望
中圖分類號(hào)：R-1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：
土木工程建設(shè)伴隨人類文明史發(fā)展，是人類與自然界做斗爭(zhēng)的產(chǎn)物，也是人類作用于自然環(huán)境的重要活動(dòng)。隨著現(xiàn)代化建設(shè)的不斷深入，土木工程業(yè)已經(jīng)成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的支柱性產(chǎn)業(yè)[1]。經(jīng)過(guò)多年實(shí)踐研究，國(guó)內(nèi)土木工程領(lǐng)域取得璀璨成果，在結(jié)構(gòu)理論、力學(xué)分析、施工技術(shù)等諸多層面都有所突破。近年來(lái)，人們對(duì)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(guó)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(yán)重、生存空間不足等。針對(duì)上述諸多難題，為進(jìn)一步提升人們生活質(zhì)量，與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展相適應(yīng)，有必要關(guān)注土木工程建設(shè)，展望該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。
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(lái)，土木工程理論不斷完善，與建筑行業(yè)相關(guān)的學(xué)科也取得研究成果，這為土木工程發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的理論支撐與技術(shù)支持。在工程設(shè)計(jì)方面，改變了原有按照固有經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)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(jì)、環(huán)境、安全等諸多因素，實(shí)現(xiàn)整體設(shè)計(jì)的趨利避害。在工程施工方面，建筑材料上多采用復(fù)合材料高強(qiáng)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(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。除此之外，土木工程施工工藝也不斷完善，土木工程向標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化方向發(fā)展，呈現(xiàn)出良好的發(fā)展勢(shì)頭。
（二）土木工程存在弊端
當(dāng)今社會(huì)，存在人口劇增、環(huán)境破壞嚴(yán)重、交通擁擠等諸多不利因素，土木工程建設(shè)資源日益緊張。當(dāng)下高層、大跨度、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的土木工程建設(shè)趨勢(shì)需要建設(shè)的物資基礎(chǔ)，但工程建材方面仍存在缺陷，如建材彈性模量偏低、建材應(yīng)用成本高、應(yīng)用范圍有待拓寬等。
二、土木工程未來(lái)趨勢(shì)展望
對(duì)土木工程領(lǐng)域做深入研究，總體上呈現(xiàn)出如下發(fā)展趨勢(shì)：
（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(dú)立進(jìn)行的，而是與數(shù)學(xué)、化學(xué)、物理、微機(jī)技術(shù)等有著緊密的聯(lián)系，相關(guān)人員已然認(rèn)識(shí)到土木工程與上述元素間的緊密聯(lián)系，促進(jìn)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(shì)，如采用信息化技術(shù)模擬復(fù)雜施工條件，探索土木工程施工中的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，采用專業(yè)化數(shù)學(xué)知識(shí)解決工程數(shù)值難題等。
（二）所用材料實(shí)現(xiàn)優(yōu)化
土木工程所用施工材料對(duì)安全性能、材料質(zhì)量、使用壽命等都有嚴(yán)格要求。在當(dāng)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(fèi)、資源配置等問題，是土木工程相關(guān)人員所應(yīng)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(yīng)當(dāng)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(yīng)用智能化混凝土
近年來(lái)，混凝土因?yàn)槠渚哂胁豢扇〈膬?yōu)勢(shì)而被廣泛應(yīng)用于土木工程建設(shè)中，這種工程材料不但穩(wěn)定性好、強(qiáng)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(shì)，正因如此，混凝土有著長(zhǎng)遠(yuǎn)的應(yīng)用前景。新型的混凝土有100年，甚至是200年的使用壽命，未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是，隨著科技水平的不斷提升，土木工程領(lǐng)域?qū)?yīng)用智能化混凝土。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(yīng)。如為滿足特定土木工程需要，此種混凝土能實(shí)現(xiàn)保水性、流動(dòng)性和粘聚性等性質(zhì)的調(diào)整，從而降低建筑所受侵害，實(shí)現(xiàn)對(duì)受破壞部位的修補(bǔ)，甚至能在危險(xiǎn)狀況時(shí)發(fā)出警報(bào)。智能化混凝土是未來(lái)土木工程建設(shè)領(lǐng)域的關(guān)鍵性技術(shù)，但受材料價(jià)格昂貴的影響，其研究及使用范圍較窄，土木工程市場(chǎng)有待進(jìn)一步拓寬。
2.應(yīng)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(yīng)用新型生態(tài)建材已是實(shí)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(yīng)用，能減少材料浪費(fèi)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(dòng)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(shì)表明，可再生材料、環(huán)保材料、循環(huán)應(yīng)用型材料、凈化材料等將得到更為廣泛的應(yīng)用。
3.應(yīng)用抗震性好的鋼材
因?yàn)橥聊竟こ痰母邔?、大跨度結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢(shì)，現(xiàn)代化土木工程建設(shè)中多采用抗震性能好的鋼材，具有極厚化、高強(qiáng)度、低屈服比和低屈服點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)改善熱處理工藝、調(diào)整材料化學(xué)成分等舉措，可以生產(chǎn)出抗震性能良好的鋼材。因?yàn)檫@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(yīng)用趨勢(shì)。
（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(guó)工業(yè)逐漸實(shí)現(xiàn)信息化，而這也對(duì)土木工程領(lǐng)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(guò)程，既存在于土木工程的設(shè)計(jì)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(shè)備維護(hù)等諸多方面。利用形式多樣的信息技術(shù)，如微機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)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(shí)現(xiàn)管道空間布線優(yōu)化、大型設(shè)備整體吊裝、高溫高壓焊接控制等。隨著信息化技術(shù)實(shí)踐性研究的深入，展望未來(lái)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(shí)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(duì)各類資源的有效利用，并呈現(xiàn)出向多空間發(fā)展之勢(shì)，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(shí)現(xiàn)向高空發(fā)展
土木工程向高空發(fā)展能實(shí)現(xiàn)土地資源的最大化利用，世界諸多國(guó)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(guó)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(shì)。
2.實(shí)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(shè)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(chǎng)、地下商街等諸多地下空間利用形式，甚至實(shí)現(xiàn)了多種利用形式的綜合應(yīng)用。在地下空間開發(fā)與應(yīng)用過(guò)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(jìn)技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，這更大地?cái)U(kuò)大了地下空間利用的幅度。但地下空間應(yīng)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(yīng)力變化、地震荷載變化等。
3.實(shí)現(xiàn)向沙漠、海洋和太空發(fā)展
現(xiàn)代化土木工程覺不會(huì)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(lái)，地球沙漠化趨勢(shì)明顯，對(duì)于世界各國(guó)而言，開發(fā)與利用沙漠資源已經(jīng)成為一種必然的趨勢(shì)。通過(guò)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(yīng)在土木工程中有效利用沙漠資源的有益趨勢(shì)。
（2）利用海洋空間
土木工程行業(yè)領(lǐng)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(zhǎng)國(guó)首都迪拜的迪拜大廈，這座建筑建造于海上，是一座七星級(jí)的大酒店，工程宏偉而奢華，而參觀迪拜大廈也成為來(lái)迪拜的游客所必做的事情。再如中國(guó)上海外灘，拓岸工程也得到了深入運(yùn)作和實(shí)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(guó)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(yàn)站，獲取外太空的資料，期望未來(lái)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(shí)也存在不容忽視的弊端，展望土木工程發(fā)展趨勢(shì)，將規(guī)避自身及社會(huì)環(huán)境弊端，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)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(jiān)信，在科學(xué)進(jìn)步的推動(dòng)下，在全體同仁的共同努力之下，土木工程建設(shè)將實(shí)現(xiàn)更新高度，真正步入可持續(xù)發(fā)展的道路。
參考文獻(xiàn)：
[1] 陸曉雷. 如何加強(qiáng)土木工程施工中質(zhì)量的控制[J];中國(guó)科技投資;2012年 第18期
關(guān)鍵詞：土木工程，現(xiàn)狀，發(fā)展趨勢(shì)。
中圖分類號(hào)： TU71 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
1 土木工程發(fā)展現(xiàn)狀
隨著人們對(duì)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(jìn)度以及質(zhì)量的要求，同時(shí)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(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，與建筑相關(guān)的學(xué)科，包括:力學(xué)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)等等學(xué)科的不斷發(fā)展和進(jìn)步，為土木工程的發(fā)展提供了重要的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。信息化的不斷普及和深入發(fā)展，大型計(jì)算機(jī)在土木工程上的充分應(yīng)用，包括結(jié)構(gòu)抗力計(jì)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(qiáng)大的理論基礎(chǔ)之上快速、全面地提升和進(jìn)步。
1．2 建筑設(shè)計(jì)的發(fā)展
隨著土木工程的不斷發(fā)展和進(jìn)步，使用概率統(tǒng)計(jì)來(lái)設(shè)計(jì)和分析各種數(shù)據(jù)，如: 荷載值、材料強(qiáng)度值。通過(guò)對(duì)風(fēng)力、陽(yáng)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(shí)際情況，進(jìn)一步研究出可靠度極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)，得到工程的應(yīng)力情況和力學(xué)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(shè)計(jì)和規(guī)劃已經(jīng)改變了以往憑借經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)工程方案的慣例，特別是大規(guī)模的土木工程，運(yùn)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(jì)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(fù)合材料高強(qiáng)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(yīng)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(qiáng)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?cè)趶?qiáng)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(fù)雜的大型土木工程建設(shè)提供了重要物質(zhì)基礎(chǔ)。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(yīng)用范圍比較窄，所以還需要進(jìn)一步研究。
2) 土木工程實(shí)施工藝的發(fā)展。
工程實(shí)施的設(shè)備、工具不斷地向自動(dòng)化、機(jī)械化、科學(xué)化發(fā)展，如: 同步液壓千斤頂、直升機(jī)安裝技術(shù)、滑模等先進(jìn)技術(shù)的出現(xiàn)，使得大規(guī)模的、高層的、復(fù)雜的土木工程不斷發(fā)展并得以實(shí)現(xiàn)。預(yù)應(yīng)力技術(shù)是施工工藝中最為突出的技術(shù)之一，可以應(yīng)用在大跨度、大開間等多層和高層建筑，還可應(yīng)用于核電站、預(yù)應(yīng)力儲(chǔ)倉(cāng)、橋梁結(jié)構(gòu)、公路工程等等。
隨著應(yīng)用系統(tǒng)工程的理論和方法不斷應(yīng)用于組織管理中，推進(jìn)了土木工程的科學(xué)快速發(fā)展。并且，工程逐步趨向結(jié)構(gòu)和構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化和生產(chǎn)工業(yè)化，使得土木工程的發(fā)展逐步實(shí)現(xiàn)節(jié)約成本、提高工程效率等需求，對(duì)于以往不能實(shí)現(xiàn)的施工工程，現(xiàn)在也可以實(shí)現(xiàn)。
鑒于以上土木工程的發(fā)展，雖然有了很大的進(jìn)步，但是在這個(gè)人口劇增、交通擁擠、生態(tài)環(huán)境破壞嚴(yán)重的社會(huì)發(fā)展趨勢(shì)之下，可以用來(lái)建筑的土地越來(lái)越少，促使土木工程不得不快速、科學(xué)地發(fā)展，才能滿足社會(huì)發(fā)展需要。
2 土木工程發(fā)展趨勢(shì)
2．1 精密化的理論研究
未來(lái)土木工程的理論發(fā)展趨勢(shì)集中在力學(xué)，利用物理、化學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)土木工程的不斷應(yīng)用，重點(diǎn)為解決數(shù)學(xué)分析與處理?，F(xiàn)階段，有些領(lǐng)域還不夠完善，比如: 對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的、流體介質(zhì)等受力分析，需要進(jìn)一步精密研究。對(duì)于土木工程中復(fù)雜的數(shù)值問題，還需要專門化的數(shù)學(xué)來(lái)解決。土木工程的信息化，可以模擬更復(fù)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(zhǎng)，而且隨著生態(tài)型建筑理念的發(fā)展，對(duì)建筑材料造成污染、資源浪費(fèi)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(yīng)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(shí)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(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。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(duì)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(fèi)，實(shí)現(xiàn)用最少的資源實(shí)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(jìn)一步優(yōu)化，節(jié)省資源，實(shí)現(xiàn)人與自然的可持續(xù)發(fā)展。
2) 抗震強(qiáng)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(duì)抗震材料的要求也越來(lái)越高。因此，要求建筑結(jié)構(gòu)使用的鋼材逐漸向高強(qiáng)度化、極厚化、低屈服比、低屈服點(diǎn)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(shè)計(jì)的低屈服比和低屈服點(diǎn)的鋼板，它們是采用調(diào)整化學(xué)成分和改建熱處理工藝等方法制成。生產(chǎn)出來(lái)的低屈服點(diǎn)鋼材可輔助結(jié)構(gòu)和減震控震裝置。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，首先達(dá)到屈服點(diǎn)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(qiáng)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(lái)鋼材發(fā)展的趨勢(shì)。
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(qiáng)度高、工作性強(qiáng)、耐久性好等等優(yōu)點(diǎn)。這些混凝土，具有高抗?jié)B性、抗腐蝕性、抗凍性等優(yōu)勢(shì)，所以它們能夠在惡劣的環(huán)境下較長(zhǎng)時(shí)間的使用。最新設(shè)計(jì)的混凝土甚至可以使用100 年或者200 年以上。隨著科學(xué)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，智能化的混凝土將成為未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。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(jìn)行邏輯判斷，同時(shí)做出能夠相適應(yīng)的混凝土相關(guān)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(dòng)性、保水性、粘聚性等，這樣可以防止建筑受到侵害，或者對(duì)破壞進(jìn)行修補(bǔ)，或者當(dāng)有危險(xiǎn)時(shí)也可以警報(bào)。這種智能化的混凝土是未來(lái)建筑材料發(fā)展的關(guān)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(xué)、生命科學(xué)的不斷進(jìn)步，智能化材料也將逐漸進(jìn)入到土木工程的市場(chǎng)。
2．3 土木工程信息化的發(fā)展
近年來(lái)，信息化已經(jīng)普及，并且逐漸帶動(dòng)工業(yè)的信息化，必然也會(huì)對(duì)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(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)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(guò)程，不僅限于設(shè)計(jì)和施工，還有工程的物業(yè)管理、物流管理、設(shè)備維護(hù)和建筑全方位的實(shí)時(shí)監(jiān)控等等各個(gè)方面。也可以利用計(jì)算機(jī)模擬管道空間布線，也可以利用信息化技術(shù)實(shí)現(xiàn)大型設(shè)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(zāi)
隨著當(dāng)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(shè)計(jì)呈現(xiàn)更高、更長(zhǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。在很多的情況下，地震荷載已經(jīng)成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的控制因素。所以大型復(fù)雜的結(jié)構(gòu)系的抗震設(shè)計(jì)及其相對(duì)應(yīng)的問題也得到了進(jìn)一步的關(guān)注。相關(guān)的研究包括地震動(dòng)的作用機(jī)理，建筑結(jié)構(gòu)的抗震機(jī)理等。
2．5 擴(kuò)大對(duì)巖土錨固技術(shù)的應(yīng)用
巖土錨固技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域要不斷的進(jìn)行擴(kuò)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?fàn)顟B(tài)外，在橋梁工程、重力壩加固工程、抗地震工程中則有著長(zhǎng)遠(yuǎn)的進(jìn)展；同時(shí)，錨桿錨固機(jī)理的技術(shù)仍然不成熟，仍然是土木工程界的難點(diǎn)。
3 結(jié)語(yǔ)
我國(guó)正處于土木工程大力興建時(shí)期，而隨后的30 年后，將進(jìn)入建筑物的維護(hù)時(shí)期，這就需要我們將土木工程信息化做大做強(qiáng)，才能為今后的建筑物的維護(hù)、監(jiān)控等耗費(fèi)較大的工作做足準(zhǔn)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(xué)進(jìn)步和人類智慧的共同發(fā)展下將會(huì)不斷地前進(jìn)，并將實(shí)現(xiàn)一個(gè)又一個(gè)飛躍，未來(lái)的土木工程將更好地為人類服務(wù)，再創(chuàng)高峰。
參考文獻(xiàn):
［1］ 莊實(shí)磊． 淺談土木工程的特點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì)［J］． 黑龍江科技信息，2012，15( 11) : 272．
關(guān)鍵詞：土木工程;發(fā)展現(xiàn)狀;未來(lái)趨勢(shì);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(shè)在和自然斗爭(zhēng)中經(jīng)歷了古代、近代和現(xiàn)代3個(gè)歷史時(shí)期，從最初的萌芽時(shí)期和形成時(shí)期到如今的發(fā)達(dá)時(shí)期和成熟時(shí)期。從最初的簡(jiǎn)陋住房到如今的多功能超高型建筑，可以說(shuō)，土木工程業(yè)已經(jīng)發(fā)生了翻天覆地的變化。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，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(lái)越成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，土木工程中越來(lái)越體現(xiàn)了技術(shù)與創(chuàng)新的作用，誰(shuí)能在世紀(jì)之交把握住土木工程學(xué)科的發(fā)展趨勢(shì)，誰(shuí)就能在知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代開創(chuàng)土木工程學(xué)科的新紀(jì)元。
1土木工程的涵義
土木工程是指建造各類工程設(shè)施的科學(xué)、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(dòng)有關(guān)的各類工程設(shè)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(shè)施應(yīng)用材料、工程設(shè)備在土地上所進(jìn)行的勘察、設(shè)計(jì)、施工等工程技術(shù)活動(dòng)。
2土木工程的發(fā)展現(xiàn)狀
自從20世紀(jì)中葉第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束以來(lái)，土木工程業(yè)取得了飛速的發(fā)展，這時(shí)期的土木工程擁有良好的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，先進(jìn)的工程設(shè)施體系和持久耐用的建筑材料，并且隨著計(jì)算機(jī)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(dāng)今的土木工程呈現(xiàn)出以下幾個(gè)特點(diǎn)：①工程功能化;②交通高速化;③施工過(guò)程工業(yè)化;④理論研究精密化。為了適應(yīng)時(shí)展的需要，世界各國(guó)都建造了很多標(biāo)志性建筑，例如我國(guó)上海的環(huán)球經(jīng)融中心大廈，樓高492米，還有中國(guó)臺(tái)灣的臺(tái)北101大廈高508米，它們的出現(xiàn)都是當(dāng)代土木工程師們智慧的結(jié)晶，如今，我國(guó)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(guó)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(yīng)用。發(fā)展之快，數(shù)量之巨，令世界各國(guó)驚嘆不已。
3土木工程的發(fā)展趨勢(shì)
3.1高性能材料的發(fā)展
隨著未來(lái)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，鋼材將朝著高強(qiáng)、具有良好的塑性、韌性和可焊性方向發(fā)展。日本、美國(guó)、俄羅斯等國(guó)家已經(jīng)把屈服點(diǎn)為700N/mm2以上的鋼材列人了規(guī)范;如何合理利用高強(qiáng)度鋼也是一個(gè)重要的研究課題。單一的材料將難以滿足要求，復(fù)合材料也就應(yīng)運(yùn)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(yīng)土木領(lǐng)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(jì)算機(jī)應(yīng)用
隨著計(jì)算機(jī)的應(yīng)用普及和結(jié)構(gòu)計(jì)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(jì)算結(jié)果將更能反映實(shí)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(jì)算機(jī)技術(shù)的引入將對(duì)土木工程領(lǐng)域的發(fā)展產(chǎn)生巨大的改善，其主要有四個(gè)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(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)將會(huì)設(shè)計(jì)出更為優(yōu)化的方案進(jìn)行土木工程建設(shè)，以縮短工期、提高經(jīng)濟(jì)效益。
3.3環(huán)境工程
進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，環(huán)境問題已經(jīng)越來(lái)越成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)話題，氣候問題更是對(duì)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(jiān)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(wú)不與土木工程息息相關(guān)，對(duì)于當(dāng)代土木工程師來(lái)說(shuō)，如何有效合理地解決大型乃至超大型建筑建設(shè)對(duì)環(huán)境的污染等問題，必將是土木工程師們?cè)谖磥?lái)重點(diǎn)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(kuò)大，建筑業(yè)發(fā)展較快，物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)顯著增強(qiáng)，但從整體看，勞動(dòng)生產(chǎn)率提高幅度不大，質(zhì)量問題較多，整體技術(shù)進(jìn)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(shè)速度，改善勞動(dòng)條件，大幅度提高勞動(dòng)生產(chǎn)率已是未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)，為了適應(yīng)土木建筑領(lǐng)域快速高效的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)建筑工業(yè)化是必然的趨勢(shì)。它的發(fā)展有四個(gè)重要方向：建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、構(gòu)配件生產(chǎn)施工化，施工機(jī)械化和組織管理科學(xué)化。
3.5海底建筑
2010年4月26日，隨著中國(guó)大陸第一條海底隧道廈門翔安海底隧道建成通車，中國(guó)海洋這片美麗而又神秘的領(lǐng)域，在中國(guó)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(huì)是一種全新的建筑形式，有效利用海底空間是未來(lái)土木工程發(fā)展的一個(gè)必然趨勢(shì)，同時(shí)也對(duì)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(lái)，一定會(huì)有更多奇特的海底建筑出現(xiàn)。
3.6結(jié)構(gòu)形式
隨著當(dāng)今計(jì)算理論和計(jì)算手段的進(jìn)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(fù)雜的結(jié)構(gòu)工程的計(jì)算將得到解決，空間結(jié)構(gòu)將得到更廣泛的應(yīng)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(dāng)前世界各國(guó)極為關(guān)注的問題，由于我國(guó)是發(fā)展中國(guó)家，工業(yè)生產(chǎn)正處速發(fā)展階段，對(duì)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(duì)土木工程業(yè)提出了新的要求，應(yīng)當(dāng)予以足夠的重視。此外，由于我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人民生活和國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的要求，所以在基本建設(shè)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(yīng)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(lǐng)域發(fā)展的必然趨勢(shì)，例如風(fēng)能發(fā)電，開發(fā)太陽(yáng)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(guān)鍵詞：CAD；土木設(shè)計(jì)；優(yōu)勢(shì)；劣勢(shì)
中圖分類號(hào)：TP29文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3198（2008）04-0281-02
1 引言
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design，簡(jiǎn)稱CAD），誕生于20世紀(jì)50年代，它是利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)有力的計(jì)算功能和高效率的圖形處理能力來(lái)進(jìn)行工程的設(shè)計(jì)和分析的一種技術(shù)，它是綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)和土木工程設(shè)計(jì)方法的一門新興學(xué)科，是與計(jì)算機(jī)軟硬件及工程設(shè)計(jì)方法的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的。它集成了計(jì)算機(jī)、圖形學(xué)、數(shù)據(jù)庫(kù)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(yīng)用于電子、輕工、紡織、服裝、醫(yī)療、國(guó)防及工程設(shè)計(jì)等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，發(fā)揮了極大的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益。
2 CAD在土木工程中的應(yīng)用
CAD技術(shù)最早應(yīng)用于汽車工業(yè)，隨后隨著計(jì)算機(jī)軟硬件的發(fā)展及普及，逐漸擴(kuò)展到其它領(lǐng)域，包括土木工程領(lǐng)域。在土木工程領(lǐng)域，它包含工程設(shè)計(jì)中采用計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助分析、計(jì)算和繪制圖形的全過(guò)程。我國(guó)在土木工程中使用CAD技術(shù)開始于上世紀(jì)八十年代，在開始階段，主要依靠外國(guó)引進(jìn)的通用或?qū)Ｓ脠D形軟件包在屏幕上做交互式圖形設(shè)計(jì)，與結(jié)構(gòu)計(jì)算與分析沒有結(jié)合，參與者主要是長(zhǎng)期與計(jì)算機(jī)打交道的專門人員。到八十年代末期，由于較高性能的廉價(jià)計(jì)算機(jī)的普及，土木工程CAD才有了真正的發(fā)展和較廣泛的應(yīng)用，在很大程度上推動(dòng)了CAD技術(shù)在我國(guó)土木工程上的應(yīng)用和發(fā)展。
土木工程CAD的應(yīng)用包含以下方面：
（1）建筑與規(guī)劃設(shè)計(jì)：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(shè)計(jì)等，其軟件有天正建筑軟件、中國(guó)建筑研究院的APM（PKPM的建筑模塊）、QXCAD（一種橋型設(shè)計(jì)軟件）、3 D M A X、M A Y A、計(jì)，構(gòu)造設(shè)計(jì)指根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算的結(jié)果，完成構(gòu)件和截面的選配筋的構(gòu)造設(shè)計(jì)，繪制施工圖是用CAD取代傳統(tǒng)的手繪來(lái)完成施工圖紙的繪制；（2）給排水設(shè)計(jì)：用于給水、排水方面的計(jì)算與繪圖；（3）暖通設(shè)計(jì)：用于取暖與通風(fēng)方面的設(shè)計(jì)；（4）電氣設(shè)計(jì)：強(qiáng)弱電方面的輔助設(shè)計(jì)；（5）施工組織與設(shè)計(jì)：用于施工項(xiàng)目的項(xiàng)目管理、施工工藝的流程設(shè)計(jì)與優(yōu)化、施工現(xiàn)場(chǎng)布置等；（6）工程項(xiàng)目的預(yù)決算：從廣義上說(shuō)，這也算C A D在土木工程上的一個(gè)應(yīng)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(yīng)用的主要方面，在實(shí)際工程中，還有很多邊緣的、交叉的、新興的應(yīng)用技術(shù)在開花結(jié)果。
3 CAD在土木設(shè)計(jì)圖中表現(xiàn)出的優(yōu)勢(shì)
（1）繪圖勞動(dòng)強(qiáng)度降低，圖紙清潔、美觀。
傳統(tǒng)的手工繪圖法需要設(shè)計(jì)人員經(jīng)常性更換十幾種繪圖工具。一旦畫錯(cuò)，就要在圖面上修修補(bǔ)補(bǔ)，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(jī)或繪圖儀，鼠標(biāo)輕輕移動(dòng)就可以完成心中設(shè)計(jì)的圖形。同時(shí)，軟件本身還可以提供UNDO限制防錯(cuò)功能，讓工程設(shè)計(jì)師們制圖事半功倍。軟件還可以為每個(gè)設(shè)計(jì)人員的獨(dú)特的表達(dá)方式、思維模式和繪圖習(xí)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(dá)成。
（2）提高設(shè)計(jì)工作效率。
土木設(shè)計(jì)過(guò)程一般經(jīng)過(guò)提交條件、方案設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)。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(shè)計(jì)成果要分時(shí)制作；在CAD制圖中，實(shí)現(xiàn)了各工種間的圖紙資料互換，即使方案有所調(diào)整，設(shè)計(jì)人員也只需在原有的設(shè)計(jì)圖紙上加以調(diào)整，從而減少大量重復(fù)勞動(dòng)，提高了工作效率。
（3）增強(qiáng)計(jì)算功能，提高精確度。
土木工程設(shè)計(jì)不同于其他領(lǐng)域的設(shè)計(jì)，它需要正確無(wú)誤地計(jì)算出裂縫寬度、撓度、承載力、配筋面積。而且在實(shí)際工程中，要先符合設(shè)計(jì)規(guī)范地對(duì)各個(gè)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(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行計(jì)算和調(diào)整，如果計(jì)算數(shù)值稍有偏差或參數(shù)取值不符合要求，便會(huì)造成設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品不合設(shè)計(jì)規(guī)范、不經(jīng)濟(jì)，嚴(yán)重的還會(huì)造成人民生命、財(cái)產(chǎn)的巨大損失。
（4）提供動(dòng)態(tài)的檢驗(yàn)效果。
結(jié)構(gòu)的板、梁、柱、墻的設(shè)計(jì)要考慮其他專業(yè)的相容性、相配性。如管道、設(shè)備不能和梁、柱相碰等。從實(shí)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(tái)、斜圓臺(tái)、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(yùn)動(dòng)軌跡構(gòu)造出一個(gè)虛擬的實(shí)體，在房屋中實(shí)時(shí)漫游，檢查虛擬的實(shí)體與管道、設(shè)備、墻、梁、柱、門、窗等物體不發(fā)生碰撞，預(yù)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(xì)端詳、修改，直至滿意為止。這給工程設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)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(chǔ)在軟盤、硬盤或刻成光盤存儲(chǔ)，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(zhǎng)至50年。一個(gè)設(shè)計(jì)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(luò)技術(shù)的普及和CAD智能化的應(yīng)用、跨地區(qū)合作設(shè)計(jì)、異地招投標(biāo)、“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(jī)關(guān)不受部門企業(yè)間特定機(jī)器和系統(tǒng)的制約，利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)運(yùn)籌及運(yùn)用全過(guò)程的公用系統(tǒng)工程。
4 CAD技術(shù)出現(xiàn)的劣勢(shì)
CAD技術(shù)在給土木設(shè)計(jì)業(yè)帶來(lái)巨大效益的同時(shí)，其劣勢(shì)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(shè)計(jì)領(lǐng)域中人、財(cái)、物浪費(fèi)加劇。
CAD技術(shù)需要相關(guān)的軟件，運(yùn)轉(zhuǎn)速度較快的電腦以及熟練掌握電腦的設(shè)計(jì)師、網(wǎng)絡(luò)維修人員等；購(gòu)買任何正版的工程建筑軟件都要花費(fèi)1~2萬(wàn)元；設(shè)計(jì)師們還要開展專門的培訓(xùn)工作?？傊瑐潺R所需的人力和財(cái)力則價(jià)值不菲。同時(shí)，在使用過(guò)程中，設(shè)計(jì)師們只能看到面前的一處圖紙，而土木工程設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)工程，只看到一處圖紙是遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(guò)輸出后才能實(shí)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(huì)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(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)工程，它涉及到許多專業(yè)和步驟。每個(gè)設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)任何圖紙時(shí)不僅要考慮自身設(shè)計(jì)的合理性，還要考慮與本專業(yè)和其他專業(yè)設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)上的協(xié)調(diào)性。完整的土木工程設(shè)計(jì)流程從合同簽定起經(jīng)過(guò)測(cè)量數(shù)據(jù)、地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)說(shuō)明、打印圖紙、施工管理計(jì)劃等步驟，其所需的數(shù)據(jù)量非常大。任何數(shù)據(jù)變動(dòng)，就會(huì)造成設(shè)計(jì)方案的變化。所以在動(dòng)手設(shè)計(jì)前，要根據(jù)現(xiàn)況、地質(zhì)、道路、建筑物、生產(chǎn)設(shè)施的關(guān)系進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、使用和管理。而地質(zhì)、地物、道路的考察由建設(shè)單位來(lái)進(jìn)行，生產(chǎn)設(shè)施之間的配合關(guān)系論證由勘察設(shè)計(jì)院來(lái)進(jìn)行，大量數(shù)據(jù)的整理、交換、組合都需要時(shí)間。任何環(huán)節(jié)的阻塞和停滯都會(huì)影響工作效率。
（3）缺乏統(tǒng)一的智能化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(chǔ)上，充其量只是個(gè)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(dòng)執(zhí)行相應(yīng)的規(guī)范，設(shè)計(jì)所需參數(shù)取值不但要在經(jīng)濟(jì)范圍內(nèi)，還要便于施工。如中國(guó)建筑科學(xué)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(guó)規(guī)范完成的鋼筋混凝土梁的配筋、選筋、撓度的計(jì)算、施工圖生成等一系列功能，雖然該軟件自動(dòng)化程度高，出圖質(zhì)量好，但畢竟是基于英國(guó)規(guī)范的基礎(chǔ)上。而在國(guó)內(nèi)流行的工程智能化設(shè)計(jì)軟件如PKPM設(shè)計(jì)軟件，它還需要設(shè)計(jì)師們調(diào)整梁、板、柱的配筋，尤其是柱的配筋，PKPM軟件自動(dòng)生成的頂層柱配筋常常因?yàn)槲菝媪簜鬟f來(lái)的彎矩比較大，配筋也較大，而下層由于梁傳遞來(lái)的彎矩較小，配筋也較小，形成大柱種在小柱上。這需要設(shè)計(jì)工程師進(jìn)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(hào)差別不宜大于兩個(gè)級(jí)別，也就是說(shuō)在一個(gè)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(dòng)出圖中常常會(huì)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(jìn)行人工調(diào)整。以上說(shuō)明我們還缺乏統(tǒng)一的智能化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件。
（4）扼殺土木設(shè)計(jì)師的創(chuàng)作靈感。
俗話說(shuō)：“建筑是凝固的音樂?！边@句話點(diǎn)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(xué)于一體的學(xué)科。任何土建設(shè)計(jì)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(yīng)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(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)圖樣屈從于電腦的機(jī)械和準(zhǔn)確。還有，不少設(shè)計(jì)單位為了能夠中標(biāo)，將自己的投標(biāo)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(shè)計(jì)中的高效率、高質(zhì)量和高水平，同時(shí)也顯示了不完善的方面。因此，設(shè)計(jì)師們?cè)谑褂眠^(guò)程中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，注意克服CAD帶來(lái)的負(fù)面影響，努力提高自身的計(jì)算機(jī)知識(shí)和對(duì)土建規(guī)范的使用，促進(jìn)CAD的健康發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
［1］張志遠(yuǎn)，金新陽(yáng)，陳岱林.基于英國(guó)規(guī)范的混凝土梁CAD系統(tǒng)的研制［J］.建筑科學(xué),2004，（12）.
關(guān)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(shí)代的建筑物是利用天然材料制造而成的能蔽風(fēng)雨防侵襲的封閉空間。隨著社會(huì)生產(chǎn)力水平的不斷發(fā)展，人類對(duì)建筑的要求也日益復(fù)雜和多樣化，結(jié)構(gòu)作為建筑的核心骨架，人們也對(duì)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(qiáng)度，以及更好的可靠性、耐久性及安全性。同時(shí)，在現(xiàn)代社會(huì)中，這些大型建筑物在整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中所發(fā)揮的作用已日益重要，這也尤其要求它們應(yīng)具有更強(qiáng)的防止災(zāi)害的能力。
傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大多通過(guò)提高建筑材料的物理力學(xué)性能、采用合理的結(jié)構(gòu)形式、加強(qiáng)施工管理以及定期結(jié)構(gòu)評(píng)估與維護(hù)等傳統(tǒng)手段來(lái)達(dá)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(dòng)的方式：一旦建筑物被建成并投入使用，人們便失去了對(duì)結(jié)構(gòu)的全面控制，結(jié)構(gòu)失效、結(jié)構(gòu)災(zāi)害的發(fā)生便不以其設(shè)計(jì)者、建造者、使用者的意志為轉(zhuǎn)移了，人們對(duì)它的預(yù)測(cè)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(qiáng)度及延性的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)理念，當(dāng)結(jié)構(gòu)所處環(huán)境因素超越某種程度以后，就會(huì)將既不經(jīng)濟(jì)，又達(dá)不到預(yù)期的效果。
考察眾多建筑災(zāi)害實(shí)例，人們發(fā)現(xiàn)，在整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(qiáng)度及可靠性的降低；
2）由于材料的老化、腐蝕及力學(xué)性能的劣化（如徐變等）而導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)耐久性失效；
3）由于施工質(zhì)量和使用不當(dāng)而給結(jié)構(gòu)造成的隱患以及損害；
4）由于結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期遭受動(dòng)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(duì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及安全性提出傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法無(wú)法滿足的要求。因而，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)進(jìn)而由結(jié)構(gòu)自身作出智能化反應(yīng)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(jìn)步促使了人類社會(huì)進(jìn)入了信息時(shí)代，信息材料的生產(chǎn)業(yè)已實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)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(jìn)入土木工程師的視野。人們開始嘗試將傳感器、驅(qū)動(dòng)材料緊密地融合于結(jié)構(gòu)中，同時(shí)將各種控制電路、邏輯電路、信號(hào)放大器、功率放大器以及現(xiàn)代計(jì)算機(jī)集成于結(jié)構(gòu)大系統(tǒng)中。通過(guò)力、熱、光、化學(xué)、電磁等激勵(lì)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(jì)算、自推理及自我控制的能力。具體說(shuō)來(lái)，結(jié)構(gòu)將能進(jìn)行參數(shù)（如應(yīng)變、損傷、溫度、壓力、聲音、化學(xué)反應(yīng)）的檢測(cè)及檢測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸，具有一定的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)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(yīng)力分布、強(qiáng)度、剛度、形狀位置等能力，簡(jiǎn)言之，即使結(jié)構(gòu)具有自診斷、自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自修復(fù)的能力。這就是智能土木結(jié)構(gòu)概念的形成過(guò)程。
文獻(xiàn)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(yīng)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(píng)估結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、完整性、安全性及耐久性問題而提出的。對(duì)土木建筑結(jié)構(gòu)的性能進(jìn)行監(jiān)測(cè)及預(yù)報(bào)，不僅會(huì)大大減小維修費(fèi)用，而且能增強(qiáng)預(yù)測(cè)的能力。近來(lái)出現(xiàn)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)均不能對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，也不能很好地預(yù)報(bào)結(jié)構(gòu)的破損情況和進(jìn)行完整性的評(píng)估。這些方法的致命缺點(diǎn)是預(yù)報(bào)方式是自外而內(nèi)的，從信息傳播角度看，難免會(huì)夾雜進(jìn)種種干擾信息，從而使檢測(cè)結(jié)果失真、低效率，甚至?xí)?dǎo)致完全錯(cuò)誤的檢測(cè)結(jié)果。在結(jié)構(gòu)內(nèi)部埋入傳感器，組成網(wǎng)絡(luò)，就可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(yù)報(bào)方式。智能土木結(jié)構(gòu)在這些方面有很好的應(yīng)用前景，目前主要應(yīng)用于高層建筑、橋梁、大壩等工程領(lǐng)域。
美國(guó)80年代中后期開始在多座橋梁上布設(shè)監(jiān)測(cè)傳感器，用驗(yàn)證設(shè)計(jì)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(dá)州的SunshineSkywayBridge橋上就安裝了數(shù)百個(gè)傳感器[2].英國(guó)80年代后期開始研究和安裝大型橋梁的監(jiān)測(cè)儀器和設(shè)備。在我國(guó)，香港的LantanFixedCrossingBridge、青馬大橋，以及大陸的虎門橋、江陰長(zhǎng)江大橋也都在施工期間裝設(shè)了傳感系統(tǒng)，用以于監(jiān)測(cè)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(cè)橋梁內(nèi)部的應(yīng)變狀態(tài)。
在其它土木工程領(lǐng)域，如在采油平臺(tái)、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(lái)構(gòu)建智能結(jié)構(gòu)。同樣，近年來(lái)發(fā)展起來(lái)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(cè)系統(tǒng)的發(fā)展提供了基礎(chǔ)，智能大廈在我國(guó)已如雨后春筍般地涌現(xiàn)。在民用建筑結(jié)構(gòu)的應(yīng)用方面，對(duì)結(jié)構(gòu)的智能振動(dòng)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(dòng)結(jié)構(gòu)，一經(jīng)設(shè)計(jì)、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(yù)知性和不可控制性，這就給結(jié)構(gòu)的使用和維護(hù)帶來(lái)不便。為了解決這一問題，發(fā)展出了在線監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)，它賦予傳統(tǒng)土木結(jié)構(gòu)以在線監(jiān)測(cè)機(jī)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(xué)場(chǎng)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(cè)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步增加了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的智能處理機(jī)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(shí)現(xiàn)了第二層次的智能化。
進(jìn)一步在結(jié)構(gòu)中引入自適應(yīng)及自動(dòng)控制機(jī)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(dòng)系統(tǒng)做出必要的反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)智能控制結(jié)構(gòu)，這就是第三層次的智能化。比如，對(duì)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(dòng)力振動(dòng)行為做出抑制性控制，在更高層次上對(duì)結(jié)構(gòu)起到保護(hù)和維修作用。
可見，在結(jié)構(gòu)智能化演化過(guò)程中，按其智能化程度的不同可劃分為如下三個(gè)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(jí)形式；
22第二層次：自診斷智能土木結(jié)構(gòu)（IntelligentSelf-diagnosticCivilStructure），具有對(duì)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(xué)物理場(chǎng)的自我計(jì)算，對(duì)結(jié)構(gòu)特定目標(biāo)參數(shù)的自我診斷，以及以做出結(jié)構(gòu)自身行為的應(yīng)對(duì)策略為目標(biāo)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(dòng)作和控制處理功能的材料或儀器，并集成進(jìn)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)硬件軟件技術(shù)，由傳感元件采集和檢測(cè)結(jié)構(gòu)內(nèi)部信息，由計(jì)算機(jī)對(duì)這些信息進(jìn)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(lì)驅(qū)動(dòng)元件執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)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(duì)傳統(tǒng)土木結(jié)構(gòu)加以改進(jìn)即可，無(wú)須額外研究結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)力學(xué)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(guò)渡，故而成為研究的焦點(diǎn)。
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(xué)、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(dǎo)電性能，只要探測(cè)到這一改變，便可以間接獲得結(jié)構(gòu)的內(nèi)部力學(xué)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(yīng)力應(yīng)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(yù)報(bào)能力的智能土木結(jié)構(gòu)；
5）具有監(jiān)測(cè)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?jī)?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?jī)?nèi)容就是對(duì)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)智能化的概念設(shè)計(jì)策略性研究。需要針對(duì)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(jì)資金情況等多個(gè)方面因素，合理地確定智能化目標(biāo)，在兼顧技術(shù)先進(jìn)性、實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)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(biāo)以后，就需要著手做一些準(zhǔn)備工作，它們是：對(duì)結(jié)構(gòu)在使用中可能發(fā)生的各種行為進(jìn)行預(yù)測(cè)，對(duì)結(jié)構(gòu)在力學(xué)物理環(huán)境下出現(xiàn)的各種反應(yīng)進(jìn)行預(yù)估，以確定結(jié)構(gòu)中需要實(shí)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(xiàng)重要研究?jī)?nèi)容就是傳感元件。感覺是智能土木結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)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(lái)采集各種信息，經(jīng)過(guò)處理分析，才可實(shí)現(xiàn)自診斷、自驅(qū)動(dòng)等智能控制功能。有鑒于此，應(yīng)對(duì)傳感元件提出一些特殊要求如下：
1）尺寸細(xì)微，不影響結(jié)構(gòu)外形；
2）與基體結(jié)構(gòu)耦合良好，對(duì)原結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)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(hào)頻率響應(yīng)范圍要寬；
6）能與結(jié)構(gòu)上其它電氣設(shè)備兼容；
7）抗外界干擾能力強(qiáng)；
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(dǎo)纖維，壓電陶瓷，電阻應(yīng)變絲，疲勞壽命絲，銹蝕傳感器，碳纖維等。
3.3.3作動(dòng)材料（Actuator）研究
智能土木結(jié)構(gòu)的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的智能控制，而控制是由作動(dòng)材料實(shí)現(xiàn)的。利用某些存在物理耦合現(xiàn)象的材料，尤其是機(jī)械量與電、熱、磁、光等非機(jī)械量的耦合材料，作為結(jié)構(gòu)的作動(dòng)件?？梢酝ㄟ^(guò)控制非機(jī)械量的變化來(lái)獲取結(jié)構(gòu)特性（形狀、剛度、位置、應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)、頻率、阻尼、摩阻等）的改變，從而達(dá)到作動(dòng)目的。對(duì)它的要求主要有：
1）與基體結(jié)構(gòu)耦合良好，結(jié)合強(qiáng)度高；
2）作動(dòng)元件本身的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度高；
3）驅(qū)動(dòng)方法簡(jiǎn)單安全，對(duì)基體結(jié)構(gòu)無(wú)影響，激勵(lì)能量??；
4）激勵(lì)后能產(chǎn)生高效穩(wěn)定的控制，反復(fù)激勵(lì)下性能穩(wěn)定；
5）頻率響應(yīng)范圍寬，響應(yīng)速度快，并可控制；
常用的作動(dòng)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(guān)作動(dòng)元件的研究正在一些領(lǐng)域展開，如董聰、Crawlay等人評(píng)述了幾種常用作動(dòng)/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(jī)的整體，還須借助于信息的流動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)之間有序地流動(dòng)，并同時(shí)進(jìn)行加工處理，方可使結(jié)構(gòu)具有智能功能。其信息流動(dòng)可如下圖所示：
由此可見，應(yīng)首先對(duì)數(shù)據(jù)采集予以研究。這包括各種傳感器信號(hào)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(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)應(yīng)變儀與微機(jī)在線通訊的硬件組建及計(jì)算機(jī)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(cè)是完全可以做得到的。
其次，應(yīng)著重研究輸入到計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)的智能化處理算法，以及相應(yīng)軟件的開發(fā)。算法的核心目標(biāo)應(yīng)為對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部力學(xué)、物理場(chǎng)的全面計(jì)算。在此，應(yīng)注意算法的快速性，避免因算法過(guò)于復(fù)雜而失去了智能結(jié)構(gòu)的機(jī)敏、實(shí)時(shí)特性[9].
接著，應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)的健康診斷及安全評(píng)定方法予以研究。包括結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)建模，參數(shù)空間的模式識(shí)別，損傷評(píng)定，體系可靠性分析，以及人工智能的應(yīng)用。
最后需要研究的是結(jié)構(gòu)控制機(jī)理、結(jié)構(gòu)局部損傷修復(fù)方法、結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制機(jī)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(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、自動(dòng)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(dāng)今土木工程、材料科學(xué)、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、信息通訊、人工智能等眾多領(lǐng)域內(nèi)的前沿技術(shù)。正如建筑業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門原動(dòng)力一樣，智能土木結(jié)構(gòu)及智能建筑不僅對(duì)于未來(lái)土木界的發(fā)展意義重大，而且對(duì)于目前主要的高科技領(lǐng)域而言也具有重要的意義，它的研發(fā)及實(shí)現(xiàn)必將進(jìn)一步帶動(dòng)其它高科技領(lǐng)域的進(jìn)一步提高，是土木工程界的知識(shí)經(jīng)濟(jì)。毋須置言，對(duì)它的研究工作應(yīng)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(lǐng)域的思想，成為智能土木結(jié)構(gòu)研究的主體，同時(shí)還需結(jié)構(gòu)工程師同相關(guān)領(lǐng)域的專業(yè)人員緊密配合，建立科學(xué)化的研究管理機(jī)制，才能完成這個(gè)系統(tǒng)工程。
在具體的研究中，筆者給出了幾點(diǎn)建議，謹(jǐn)供業(yè)內(nèi)參考：
1）對(duì)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(diǎn)。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(shí)，使研究的重點(diǎn)放在未知的附加智能化功能的研究上來(lái)，同時(shí)還能使智能化經(jīng)濟(jì)可行，也可做到工藝水平的傳統(tǒng)與未來(lái)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(shí)驗(yàn)的裝置和方法。
2）對(duì)嵌入式智能土木結(jié)構(gòu)，研究出一種高效、實(shí)時(shí)的力學(xué)計(jì)算算法將是一項(xiàng)迫在眉睫的任務(wù)，只有利用監(jiān)測(cè)傳感系統(tǒng)所得到的信息進(jìn)行全面實(shí)時(shí)計(jì)算，方可對(duì)結(jié)構(gòu)有全面及時(shí)的了解，才能為其后的信息流動(dòng)打下基礎(chǔ)。這就需要對(duì)復(fù)雜的非線性有限元加以改進(jìn)，使其勝任在線、實(shí)時(shí)、精確的計(jì)算工作。
1土木工程新型預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)創(chuàng)新土木工程施工預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)要建立在科學(xué)發(fā)展的體系之下，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力向現(xiàn)代化預(yù)應(yīng)力轉(zhuǎn)變。在土木工程混凝土施工內(nèi)部會(huì)涉及到預(yù)應(yīng)力放置問題。一些工程建設(shè)跨度較大、結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜采用的預(yù)應(yīng)力筋就顯得特別的重要，新型預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)就是針對(duì)這種情況進(jìn)行創(chuàng)新。預(yù)應(yīng)力創(chuàng)新主要體現(xiàn)在體外預(yù)應(yīng)力有無(wú)粘結(jié)體，這種結(jié)構(gòu)方式在施工建設(shè)中是一項(xiàng)重要問題，對(duì)施工建設(shè)的開展有著重要的影響。有粘結(jié)體的體系中，其預(yù)應(yīng)力生成的摩擦程度比較低，造成的損失很小。而無(wú)粘結(jié)體的體系所使用的是單根張拉技術(shù)，其操作起來(lái)也相當(dāng)容易，同時(shí)摩擦造成的損失也不大。
2強(qiáng)化信息技術(shù)在土木工程施工中的應(yīng)用傳統(tǒng)土木工程施工技術(shù)不適應(yīng)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(luò)人才對(duì)土木工程施工進(jìn)行系統(tǒng)化分析研究，強(qiáng)化施工人員專業(yè)文化素質(zhì)，使其成為施工建設(shè)主要力量。在現(xiàn)代技術(shù)影響下實(shí)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(gè)全新的發(fā)展高度。
3完善管理體制實(shí)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(xué)合理的管理體制能夠促進(jìn)土木工程技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)土木工程施工技術(shù)不斷創(chuàng)新發(fā)展。科學(xué)管理方式能夠促進(jìn)施工技術(shù)的完善。在專業(yè)知識(shí)指導(dǎo)下，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(guò)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(guò)技術(shù)的創(chuàng)新能夠改善這種情況，提升施工效率，強(qiáng)化施工質(zhì)量，并且能夠減少施工投入的成本實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的最大化發(fā)展。
4土木工程施工技術(shù)設(shè)計(jì)創(chuàng)新土木工程施工技術(shù)在施工建設(shè)過(guò)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(shè)計(jì)階段。施工設(shè)計(jì)人員要根據(jù)施工特點(diǎn)提升對(duì)施工設(shè)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(chǎng)的要求。土木工程施工技術(shù)會(huì)受到氣候條件的影響，使施工現(xiàn)場(chǎng)荷載等方面受到限制，針對(duì)這種情況施工人員要克服施工現(xiàn)場(chǎng)的限制，實(shí)現(xiàn)施工技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，并且在實(shí)際應(yīng)用中更好的突破現(xiàn)有施工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)深坑支擋技術(shù)和預(yù)應(yīng)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(lái)越高，高層建筑抗震性越來(lái)越受到人們的關(guān)注，同時(shí)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(shí)期發(fā)展過(guò)程中有了明顯的創(chuàng)新，主要體現(xiàn)在樁錨支擋體系的應(yīng)用。施工建設(shè)過(guò)程中地質(zhì)條件較差通常采用預(yù)應(yīng)力錨桿和灌注樁體系。同時(shí)也可以制定針對(duì)地下水位上下的不同類型圖層宜采用引進(jìn)的套管水沖法成錨技術(shù)。土木工程施工中，許多臨時(shí)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(shí)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(shè)的速度，使施工建設(shè)產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)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(xué)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(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)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(yīng)力，是一種預(yù)應(yīng)力筋布置在混凝土截面外的預(yù)應(yīng)力。與傳統(tǒng)的布置于構(gòu)件截面內(nèi)的預(yù)應(yīng)力筋，所提供的有粘結(jié)或者無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力相對(duì)應(yīng)。體外預(yù)應(yīng)力在大跨度土木工程和預(yù)應(yīng)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(yīng)用。其中粘接體外預(yù)應(yīng)力是體外預(yù)應(yīng)力應(yīng)用中的典范之一。這種預(yù)應(yīng)力主要作用在管道結(jié)構(gòu)外，這樣產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力摩擦相對(duì)較小，有利于后期進(jìn)行施工維護(hù)。管道在鋪設(shè)過(guò)程中能夠更好的進(jìn)行控制，無(wú)粘接力體外預(yù)應(yīng)力體系也是應(yīng)用較多的體外預(yù)應(yīng)力施工方式，無(wú)粘接力體外預(yù)應(yīng)力施工操作相對(duì)較為簡(jiǎn)單，單根無(wú)粘接摩擦損失相當(dāng)小，體外預(yù)應(yīng)力比傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力施工更加科學(xué)合理，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益更好。
二、土木工程施工技術(shù)發(fā)展新趨勢(shì)
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?jiǎng)恿褪菍?shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化發(fā)展。在土木工程施工建設(shè)中工程造價(jià)影響著施工建設(shè)的開展，并且能夠推動(dòng)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(xué)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(shí)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(dòng)化發(fā)展科學(xué)技術(shù)的提升促進(jìn)了建筑行業(yè)自動(dòng)化發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)流水線建筑向標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)施帶來(lái)建筑的高效率，為土木工程施工技術(shù)創(chuàng)新奠定了基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞:土木工程 現(xiàn)狀 發(fā)展趨勢(shì)
中圖分類號(hào):TU-1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):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(shè)各類設(shè)施、工程的技術(shù)、科學(xué)與項(xiàng)目統(tǒng)稱,其自身包含顯著特征,即社會(huì)性屬性、綜合性特點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)技術(shù)性、建筑藝術(shù)性與實(shí)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(huì)人們生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)、日常生活密切相關(guān)的多元化設(shè)施工程建設(shè),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(shè)工程相關(guān)設(shè)施用到的機(jī)械設(shè)備、材料在土地上開展的設(shè)計(jì)、勘查與施工等項(xiàng)目活動(dòng)。
2 土木工程研究發(fā)展現(xiàn)狀
當(dāng)前,土木工程現(xiàn)實(shí)研究發(fā)展對(duì)象主體集中于高層建筑、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、開發(fā)建設(shè)地下項(xiàng)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(dòng)化技術(shù)的廣泛應(yīng)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(guó)在建設(shè)高層建筑領(lǐng)域的土木工程發(fā)展水平向世界先進(jìn)水平靠近。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層面則呈現(xiàn)出更高、更長(zhǎng)的柔性化實(shí)踐發(fā)展趨勢(shì)。在較多情況下地震荷載與風(fēng)荷載是設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的影響控制因素,令各項(xiàng)大型工程的復(fù)雜體系結(jié)構(gòu)在抗震抗風(fēng)相關(guān)問題與設(shè)計(jì)理念層面受到了人們的廣泛關(guān)注。目前常見的課題研究涵蓋風(fēng)荷載與地震設(shè)計(jì)機(jī)理作用、大跨度大規(guī)模橋梁工程抗震抗風(fēng)與體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。同時(shí),以柔性結(jié)構(gòu)對(duì)抗地震的以柔克剛思想進(jìn)一步在控制結(jié)構(gòu)震動(dòng)技術(shù)層面科學(xué)體現(xiàn),當(dāng)前現(xiàn)代震動(dòng)相關(guān)問題正逐步向著智能化控制、自適應(yīng)、減震吸震相關(guān)技術(shù)方向逐步延伸,土木工程基礎(chǔ)性健康結(jié)構(gòu)的檢測(cè)、控制災(zāi)害結(jié)構(gòu)等研究工作也將繼續(xù)逐步強(qiáng)化。伴隨土木工程的現(xiàn)代化發(fā)展,社會(huì)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(guān)注了地下工程的開發(fā)與建設(shè),并令其成為有效解決上述問題的科學(xué)途徑。當(dāng)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(guó)較多一線城市也逐步建設(shè)開發(fā)了地鐵服務(wù)系統(tǒng)并進(jìn)入到具體的項(xiàng)目實(shí)施階段。地下空間科學(xué)技術(shù)則實(shí)現(xiàn)了飛速的提升與發(fā)展。當(dāng)前我國(guó)城市較多地下工程施工建設(shè)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(guó)際領(lǐng)域先進(jìn)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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。土木工程的科學(xué)發(fā)展還進(jìn)一步推動(dòng)了預(yù)應(yīng)力技術(shù)的廣泛應(yīng)用,令其逐步擴(kuò)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(yù)應(yīng)力儲(chǔ)液池、儲(chǔ)倉(cāng)、管樁、預(yù)應(yīng)力地錨等多重預(yù)應(yīng)力應(yīng)用結(jié)構(gòu)領(lǐng)域。同時(shí)預(yù)應(yīng)力技術(shù)也逐步成為大型公共建筑、開間住宅的關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù),有效解決了高、大、新、重建筑工程的建造設(shè)計(jì)難題,并發(fā)揮了獨(dú)特的作用。
一般來(lái)講,人們通常習(xí)慣于用安全系數(shù)進(jìn)行土木工程指標(biāo)的客觀評(píng)價(jià),實(shí)則其僅僅是由確定的相關(guān)信息實(shí)現(xiàn)的定值獲取,沒能全面考慮到相關(guān)設(shè)計(jì)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(xiàng)目工程中也并不一定具有相同的作用意義。因此基于實(shí)際土木工程中包含的各類不確定性,對(duì)其展開隨機(jī)的可靠度衡量評(píng)估與力學(xué)分析也尤為重要,即土木工程應(yīng)繼續(xù)開展可靠度相關(guān)理論的應(yīng)用研究。
3 土木工程未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)
3.1 三S系統(tǒng)應(yīng)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(shí)時(shí)、整體、動(dòng)態(tài)的對(duì)地展開判別觀測(cè)、應(yīng)用分析,因此在土木工程領(lǐng)域該系統(tǒng)發(fā)揮了顯著的優(yōu)勢(shì)作用,同時(shí)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(lái),也就是說(shuō)其綜合了遙感、GIS、遙測(cè)、多媒體、網(wǎng)絡(luò)與仿真虛擬技術(shù)對(duì)城市各項(xiàng)功能機(jī)制、基礎(chǔ)設(shè)施展開自動(dòng)采集、發(fā)揮決策輔助作用并實(shí)施動(dòng)態(tài)化管理監(jiān)測(cè),很明顯,當(dāng)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(luò)技術(shù)作為發(fā)展背景的科學(xué)服務(wù)技術(shù)系統(tǒng)。其逐步推廣與科學(xué)應(yīng)用勢(shì)必將我國(guó)城市運(yùn)營(yíng)與規(guī)劃建設(shè)推向嶄新的高度,促進(jìn)其發(fā)展水平的持續(xù)提升。
3.2 單機(jī)方式順序科學(xué)轉(zhuǎn)變至網(wǎng)絡(luò)協(xié)同控制與并行設(shè)計(jì)
就復(fù)雜大型的項(xiàng)目工程來(lái)說(shuō),其很有可能需要較多設(shè)計(jì)部門、眾多成員的共同參與,同時(shí)還需要良好的協(xié)同合作并提供在線咨詢服務(wù),還可由不同地域分布的分支設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)、設(shè)計(jì)人員、協(xié)作部門單位應(yīng)用多樣化平臺(tái)軟硬件與設(shè)計(jì)方式在相應(yīng)規(guī)定時(shí)段內(nèi)良好完成。為有效解決該類復(fù)雜系統(tǒng)問題應(yīng)良好的應(yīng)用開發(fā)土木工程設(shè)計(jì)的協(xié)同并行技術(shù)。另外,智能化建筑工程與檢測(cè)結(jié)構(gòu)亦是土木工程基于信息化發(fā)展背景的未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。項(xiàng)目管理與電子數(shù)據(jù)同樣是土木工程實(shí)現(xiàn)信息化發(fā)展的趨勢(shì),工程建設(shè)施工是當(dāng)今土木工程應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)的重要領(lǐng)域,基于系統(tǒng)復(fù)雜工程在施工階段中由報(bào)價(jià)投標(biāo)、預(yù)算到簽訂管理合同、評(píng)定分析質(zhì)量直至竣工驗(yàn)收各階段均需要進(jìn)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(huì)被納入至輔助計(jì)算機(jī)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(yīng)用便利性,當(dāng)前國(guó)外開發(fā)研究出了無(wú)線電雙向通訊設(shè)備并廣泛用于現(xiàn)場(chǎng)工地的互通聯(lián)絡(luò)與基于GPS科學(xué)技術(shù)創(chuàng)建人機(jī)通訊高效便利設(shè)備。當(dāng)前土木工程領(lǐng)域信息技術(shù)的跨越式發(fā)展已經(jīng)令國(guó)際承包商真正跨越了地域壁壘,實(shí)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(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用
傳統(tǒng)土木工程研究發(fā)展中人們只能應(yīng)用特定符號(hào)、平面圖紙進(jìn)行大量信息的傳遞,該類方式受到接收信息者知識(shí)結(jié)構(gòu)、行業(yè)經(jīng)驗(yàn)等的約束限制。伴隨土木工程項(xiàng)目新時(shí)期復(fù)雜程度的日益強(qiáng)化,令該類交流方式變得越發(fā)困難,因此虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)逐步誕生,并為工程建設(shè)中的廣泛、交叉交流創(chuàng)造了新型實(shí)踐方式、拓寬了其發(fā)展前景。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要將多媒體技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融合,將抽象的符號(hào)與圖紙合理轉(zhuǎn)化為人們的現(xiàn)實(shí)直觀體會(huì)與感受,可以說(shuō)是一類人機(jī)交互新型科學(xué)技術(shù),可為人們創(chuàng)造貼近現(xiàn)實(shí)、身臨其境的仿真虛擬環(huán)境,人們則好似在現(xiàn)實(shí)世界之中。今后土木工程領(lǐng)域,該類技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與特征一方面會(huì)應(yīng)用于各類項(xiàng)目工程的投標(biāo)招標(biāo)領(lǐng)域,基于仿真虛擬環(huán)境將施工方式與過(guò)程很好展現(xiàn)出來(lái)。同時(shí)其在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中的施工、計(jì)算等復(fù)雜過(guò)程的仿真模擬中更具有良好優(yōu)勢(shì)。可通過(guò)三維圖形計(jì)算機(jī)技術(shù)完成可視化計(jì)算,通過(guò)變化設(shè)計(jì)參數(shù)的結(jié)果進(jìn)行直觀顯示,有利于縮短施工設(shè)計(jì)時(shí)空,選擇最佳方案并獲取最低費(fèi)用、最佳工期與最有效的資源,進(jìn)而科學(xué)準(zhǔn)確的控制土木工程整體建設(shè)水平與質(zhì)量。
4 結(jié)語(yǔ)
綜上所述,隨著信息化社會(huì)的飛速發(fā)展土木工程實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍,我們只有科學(xué)遵循其內(nèi)涵特征、發(fā)展現(xiàn)狀把握工程建設(shè)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)動(dòng)向、制定科學(xué)實(shí)踐發(fā)展策略,才能真正推進(jìn)土木工程實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的全面發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
關(guān)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(jìn)步促使了人類社會(huì)進(jìn)入了信息時(shí)代,信息材料的生產(chǎn)業(yè)已實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)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(jìn)入土木工程師的視野。人們開始嘗試將傳感器、驅(qū)動(dòng)材料緊密地融合于結(jié)構(gòu)中,同時(shí)將各種控制電路、邏輯電路、信號(hào)放大器、功率放大器以及現(xiàn)代計(jì)算機(jī)集成于結(jié)構(gòu)大系統(tǒng)中。通過(guò)力、熱、光、化學(xué)、電磁等激勵(lì)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(jì)算、自推理及自我控制的能力。具體說(shuō)來(lái),結(jié)構(gòu)將能進(jìn)行參數(shù)如應(yīng)變、損傷、溫度、壓力、聲音、化學(xué)反應(yīng))的檢測(cè)及檢測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸,具有一定的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)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(yīng)力分布、強(qiáng)度、剛度、形狀位置等能力。簡(jiǎn)言之,即使結(jié)構(gòu)具有自診斷、自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自修復(fù)的能力。這就是現(xiàn)代土木結(jié)構(gòu)概念的形成過(guò)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(yīng)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(dòng)結(jié)構(gòu),一經(jīng)設(shè)計(jì)、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(yù)知性和不可控制性,這就給結(jié)構(gòu)的使用和維護(hù)帶來(lái)不便。為了解決這一問題,發(fā)展出了在線監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu),它賦予傳統(tǒng)土木結(jié)構(gòu)以在線監(jiān)測(cè)機(jī)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(xué)場(chǎng)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(cè)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步增加了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的智能處理機(jī)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(shí)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(dòng)作和控制處理功能的材料或儀器,并集成進(jìn)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)硬件軟件技術(shù),由傳感元件采集和檢測(cè)結(jié)構(gòu)內(nèi)部信息,由計(jì)算機(jī)對(duì)這些信息進(jìn)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(lì)驅(qū)動(dòng)元件執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作。
屬于這種類型的智能結(jié)構(gòu)只需對(duì)傳統(tǒng)土木結(jié)構(gòu)加以改進(jìn)即可,無(wú)須額外研究結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)力學(xué)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(guò)渡,故而成為研究的焦點(diǎn)。
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(xué)、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(dǎo)電性能,只要探測(cè)到這一改變,便可以間接獲得結(jié)構(gòu)的內(nèi)部力學(xué)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(yīng)力應(yīng)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(yù)報(bào)能力的現(xiàn)代土木結(jié)掏.e.具有監(jiān)測(cè)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?jī)?nèi)容.
智能化設(shè)計(jì)現(xiàn)代土木結(jié)構(gòu)的首要研究?jī)?nèi)容就是對(duì)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)智能化的概念設(shè)計(jì)策略性研究。需要針對(duì)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(jì)資金情況等多個(gè)方面因素,合理地確定智能化目標(biāo),在兼顧技術(shù)先進(jìn)性、實(shí)用性和經(jīng)濟(jì) 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(biāo)以后,就需要著手做一些準(zhǔn)備工作,它們是:對(duì)結(jié)構(gòu)在使用中可能發(fā)生的各種行為進(jìn)行預(yù)測(cè),對(duì)結(jié)構(gòu)在力學(xué)物理環(huán)境下出現(xiàn)的各種反應(yīng)進(jìn)行預(yù)估,以確定結(jié)構(gòu)中需要實(shí)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(shí)現(xiàn)智能控制另外一項(xiàng)重要研究?jī)?nèi)容就是傳感元件。感覺是現(xiàn)代土木結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)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(lái)采集各種信息,經(jīng)過(guò)處理分析,才可實(shí)現(xiàn)自診斷、自驅(qū)動(dòng)等智能控制功能。有鑒于此,應(yīng)對(duì)傳感元件提出一些特殊要求如。F-a.尺寸細(xì)微,不影響結(jié)構(gòu)外形;b.與基體結(jié)構(gòu)耦合良好,對(duì)原結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)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(hào)頻率響應(yīng)范圍要寬; 能與結(jié)構(gòu)上其它電氣設(shè)備兼容;g.抗外界干擾能力強(qiáng);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(dǎo)纖維,壓電陶瓷,電阻應(yīng)變絲,疲勞壽命絲,銹蝕傳感器,碳纖維等。
作動(dòng)材料分析現(xiàn)代土木結(jié)構(gòu)的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的智能控制,而控制是由作動(dòng)材料實(shí)現(xiàn)的。利用某些存在物理耦合現(xiàn)象的材料,尤其是機(jī)械量與電、熱、磁、光等非機(jī)械量的耦合材料,作為結(jié)構(gòu)的作動(dòng)件?？梢酝ㄟ^(guò)控制非機(jī)械量的變化來(lái)獲取結(jié)構(gòu)特性(形狀、剛度、位置、應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)、頻率、阻尼、摩阻等)的改變,從而達(dá)到作動(dòng)目的。對(duì)它的要求主要有:a.與基體結(jié)構(gòu)耦合良好,結(jié)合強(qiáng)度高;b.作動(dòng)元件本身的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度高.c.驅(qū)動(dòng)方法簡(jiǎn)單安全,對(duì)基體結(jié)構(gòu)無(wú)影響,激勵(lì)能量小;d.激勵(lì)后能產(chǎn)生高效穩(wěn)定的控制,反復(fù)激勵(lì) F性能穩(wěn)定.e.頻率響應(yīng)范圍寬,響應(yīng)速度快,并可控制;常用的作動(dòng)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(guān)作動(dòng)元件的研究正在一些領(lǐng)域展開,如董聰、等人評(píng)述了幾種常用作動(dòng),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(jī)的整體,還須借助于信息的流動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)之間有序地流動(dòng),并同時(shí)進(jìn)行加工處理,方可使結(jié)構(gòu)具有智能功能。其信息流動(dòng)可如下圖所示:
由此可見,應(yīng)首先對(duì)數(shù)據(jù)采集予以研究。
這包括各種傳感器信號(hào)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(shí)驗(yàn)裝置,實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)應(yīng)變儀與微機(jī)在線通訊的硬件組建及計(jì)算機(jī)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(cè)是完全可以做得到的。
其次。應(yīng)著重研究輸入到計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)的智能化處理算法,以及相應(yīng)軟件的開發(fā)。算法的核心目標(biāo)應(yīng)為對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部力學(xué)、物理場(chǎng)的全面計(jì)算。在此,應(yīng)注意算法的快速性,避免因算法過(guò)于復(fù)雜而失去了智能結(jié)構(gòu)的機(jī)敏、實(shí)時(shí)特性。
接著,應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)的健康診斷及安全評(píng)定方法予以研究。包括結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)建模,參數(shù)空問的模式識(shí)別,損傷評(píng)定,體系可靠性分析,以及人工智能的應(yīng)用。
關(guān)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(diǎn)
施工技術(shù)是在人類誕生后產(chǎn)生的，所以它有著漫長(zhǎng)的發(fā)展歷程。但是，在漫長(zhǎng)的歷程中卻沒有突破，直到文藝復(fù)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(xué)技術(shù)發(fā)展促進(jìn)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(lái)。與此同時(shí)，出現(xiàn)了越來(lái)越多技術(shù)復(fù)雜、規(guī)模浩大的土木工程結(jié)構(gòu)。為適應(yīng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)及市場(chǎng)發(fā)展的需要，施工技術(shù)也在快速發(fā)展變化。目前，我國(guó)正處于經(jīng)濟(jì)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(guó)施工技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。土木工程有自身獨(dú)有的特點(diǎn)，與一般的生產(chǎn)作業(yè)不同，它的每項(xiàng)工程都要根據(jù)工程性質(zhì)和特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行單獨(dú)施工，這樣就會(huì)使工程項(xiàng)目的成敗直接受到施工組織是否科學(xué)合理的影響。總的來(lái)說(shuō)，土木工程施工具有固定性、流動(dòng)性、多樣性、協(xié)作性和綜合性等特點(diǎn)。固定性是指施工地點(diǎn)相對(duì)固定，施工地點(diǎn)被選定后就不會(huì)發(fā)生較大的變動(dòng)；流動(dòng)性指的是施工隊(duì)伍和施工人員的流動(dòng)；而多樣性則是指不同的工程，在建筑類型、施工設(shè)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(shè)、施工、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、材料供應(yīng)商等來(lái)配合協(xié)調(diào)完成。此外，每個(gè)工程都會(huì)涉及很多專業(yè)，具有很強(qiáng)的綜合性；工程的施工技術(shù)比較復(fù)雜，工程投資大。
二、土建施工技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用
1、土建施工技術(shù)在高層建筑中的應(yīng)用
近年，隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，高層建筑成為我國(guó)建筑的主要部分。土建施工技術(shù)作為一種成熟、經(jīng)濟(jì)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(shì)，既具有鋼結(jié)構(gòu)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)又具有混凝土造價(jià)低廉的特點(diǎn)。在高層建筑中運(yùn)用土建施工技術(shù)，既能保證建筑物的強(qiáng)度，又能節(jié)省建筑費(fèi)用。目前，土建施工技術(shù)在我國(guó)發(fā)展非常迅速，如今已深入到各個(gè)工程領(lǐng)域，尤其在住宅中應(yīng)用更為廣泛。隨著建筑業(yè)的發(fā)展，土建施工技術(shù)越來(lái)越多的被應(yīng)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(guò)幾十年的發(fā)展和改進(jìn)，土建施工技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。
2、土建施工技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用
土建施工技術(shù)在建筑工程中應(yīng)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(jìn)行垂直鋪設(shè)；沿著外墻的柱子外側(cè)進(jìn)行鋪設(shè)。在建筑物的防水方面，土建施工人員要有嚴(yán)格的落實(shí)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(lái)保障建筑物在建筑過(guò)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(shí)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(hù)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(lái)源廣泛、工藝操作簡(jiǎn)便、改善勞動(dòng)條件、縮短施工工期、節(jié)約工程造價(jià)、檢查維修方便等優(yōu)點(diǎn)。
三、土木工程施工技術(shù)的創(chuàng)新分析
1、土木工程新型預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)創(chuàng)新
土木工程施工預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)要建立在科學(xué)發(fā)展的體系之下，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力向現(xiàn)代化預(yù)應(yīng)力轉(zhuǎn)變。在土木工程混凝土施工內(nèi)部會(huì)涉及到預(yù)應(yīng)力放置問題。一些工程建設(shè)跨度較大、結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜采用的預(yù)應(yīng)力筋就顯得特別的重要，新型預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)就是針對(duì)這種情況進(jìn)行創(chuàng)新。預(yù)應(yīng)力創(chuàng)新主要體現(xiàn)在體外預(yù)應(yīng)力有無(wú)粘結(jié)體，這種結(jié)構(gòu)方式在施工建設(shè)中是一項(xiàng)重要問題，對(duì)施工建設(shè)的開展有著重要的影響。有粘結(jié)體的體系中，其預(yù)應(yīng)力生成的摩擦程度比較低，造成的損失很小。而無(wú)粘結(jié)體的體系所使用的是單根張拉技術(shù)，其操作起來(lái)也相當(dāng)容易，同時(shí)摩擦造成的損失也不大。
2、強(qiáng)化信息技術(shù)在土木工程施工中的應(yīng)用
傳統(tǒng)土木工程施工技術(shù)不適應(yīng)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(luò)人才對(duì)土木工程施工進(jìn)行系統(tǒng)化分析研究，強(qiáng)化施工人員專業(yè)文化素質(zhì)，使其成為施工建設(shè)主要力量。在現(xiàn)代技術(shù)影響下實(shí)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(gè)全新的發(fā)展高度。
3、完善管理體制實(shí)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(xué)合理的管理體制能夠促進(jìn)土木工程技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)土木工程施工技術(shù)不斷創(chuàng)新發(fā)展?？茖W(xué)管理方式能夠促進(jìn)施工技術(shù)的完善。在專業(yè)知識(shí)指導(dǎo)下，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(guò)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(guò)技術(shù)的創(chuàng)新能夠改善這種情況，提升施工效率，強(qiáng)化施工質(zhì)量，并且能夠減少施工投入的成本實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的最大化發(fā)展。
4、土木工程施工技術(shù)設(shè)計(jì)創(chuàng)新
土木工程施工技術(shù)在施工建設(shè)過(guò)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(shè)計(jì)階段。施工設(shè)計(jì)人員要根據(jù)施工特點(diǎn)提升對(duì)施工設(shè)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(chǎng)的要求。土木工程施工技術(shù)會(huì)受到氣候條件的影響，使施工現(xiàn)場(chǎng)荷載等方面受到限制，針對(duì)這種情況施工人員要克服施工現(xiàn)場(chǎng)的限制，實(shí)現(xiàn)施工技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，并且在實(shí)際應(yīng)用中更好的突破現(xiàn)有施工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)深坑支擋技術(shù)和預(yù)應(yīng)力技術(shù)創(chuàng)新。
四、土木工程施工技術(shù)發(fā)展新趨勢(shì)
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?jiǎng)恿褪菍?shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化發(fā)展。在土木工程施工建設(shè)中工程造價(jià)影響著施工建設(shè)的開展，并且能夠推動(dòng)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(xué)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(shí)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(dòng)化發(fā)展
科學(xué)技術(shù)的提升促進(jìn)了建筑行業(yè)自動(dòng)化發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)流水線建筑向標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)施帶來(lái)建筑的高效率，為土木工程施工技術(shù)創(chuàng)新奠定了基礎(chǔ)。
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(jìn)行施工建設(shè)的主要方式。經(jīng)濟(jì)的發(fā)展使人們?cè)絹?lái)越關(guān)注環(huán)境問題，因此在土木工程施工建設(shè)過(guò)程中進(jìn)行生態(tài)化施工建設(shè)已經(jīng)成為一種全新的發(fā)展趨勢(shì)，是建筑行業(yè)發(fā)展的主要方向。在施工建設(shè)階段要注重保護(hù)生態(tài)環(huán)境是實(shí)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(shè)過(guò)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(yǔ)
綜上所述，土木工程建設(shè)是一項(xiàng)綜合性的工程，其對(duì)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(guó)際科技水平的不斷提高，信任土木工程施工技能也會(huì)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(jìn)而推進(jìn)著社會(huì)不斷向前進(jìn)步。
參考文獻(xiàn)
[1]丁紅霞.關(guān)于土木工程施工技術(shù)的探討[J].江西建材，2013，（01）.