时间：2023-07-30 10:18:06
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关键词：土木工程；现状分析；趋势展望
中图分类号：R-1文献标识码： A 文章编号：
土木工程建设伴随人类文明史发展，是人类与自然界做斗争的产物，也是人类作用于自然环境的重要活动。随着现代化建设的不断深入，土木工程业已经成为我国国民经济中的支柱性产业[1]。经过多年实践研究，国内土木工程领域取得璀璨成果，在结构理论、力学分析、施工技术等诸多层面都有所突破。近年来，人们对土木工程要求大幅提升，趋向于高质量、大规模、大跨度、高层的建筑，。分析国内土木工程现状，我们也看到诸多弊端，如土地资源有限、固体垃圾大量产生、生态环境破坏严重、生存空间不足等。针对上述诸多难题，为进一步提升人们生活质量，与社会经济发展相适应，有必要关注土木工程建设，展望该产业的发展趋势。
一、土木工程现状分析
现阶段，土木工程发展既存在显著成果，又存在弊端。
（一）土木工程发展成果
近年来，土木工程理论不断完善，与建筑行业相关的学科也取得研究成果，这为土木工程发展提供了坚实的理论支撑与技术支持。在工程设计方面，改变了原有按照固有经验进行设计的惯例，而是采用现代化的系统工程理论方法，考虑到土木工程经济、环境、安全等诸多因素，实现整体设计的趋利避害。在工程施工方面，建筑材料上多采用复合材料高强钢材、环保型材料等新型建筑材料，彰显它们的优越性能，从而为现代化土木工程提供坚实的物质基础。除此之外，土木工程施工工艺也不断完善，土木工程向标准化、工业化方向发展，呈现出良好的发展势头。
（二）土木工程存在弊端
当今社会，存在人口剧增、环境破坏严重、交通拥挤等诸多不利因素，土木工程建设资源日益紧张。当下高层、大跨度、复杂结构的土木工程建设趋势需要建设的物资基础，但工程建材方面仍存在缺陷，如建材弹性模量偏低、建材应用成本高、应用范围有待拓宽等。
二、土木工程未来趋势展望
对土木工程领域做深入研究，总体上呈现出如下发展趋势：
（一）理论的日益精密化
土木工程行业理论的完善不是单向的、独立进行的，而是与数学、化学、物理、微机技术等有着紧密的联系，相关人员已然认识到土木工程与上述元素间的紧密联系，促进土木工程行业理论的完善，并呈现日益精密化的发展趋势，如采用信息化技术模拟复杂施工条件，探索土木工程施工中的复杂结构，采用专业化数学知识解决工程数值难题等。
（二）所用材料实现优化
土木工程所用施工材料对安全性能、材料质量、使用寿命等都有严格要求。在当下生态型建筑理念深入人心的大背景下，如何有效解决土木工程施工材料所造成的环境污染、资源浪费、资源配置等问题，是土木工程相关人员所应深入思索的问题[2]。土木工程施工所需要的建筑材料是新型的、高新技术的，并符合生态型建筑理念，由此更适应当下可持续发展的总体要求。土木工程材料的优化主要有如下几层：
1.应用智能化混凝土
近年来，混凝土因为其具有不可取代的优势而被广泛应用于土木工程建设中，这种工程材料不但稳定性好、强度高、耐久性好，且具有高抗冻性、抗腐蚀性和抗渗性优势，正因如此，混凝土有着长远的应用前景。新型的混凝土有100年，甚至是200年的使用寿命，未来的发展趋势是，随着科技水平的不断提升，土木工程领域将应用智能化混凝土。这种智能化混凝土，能够接收到使用环境信息，并自觉做出逻辑判断，做出智能化的反应。如为满足特定土木工程需要，此种混凝土能实现保水性、流动性和粘聚性等性质的调整，从而降低建筑所受侵害，实现对受破坏部位的修补，甚至能在危险状况时发出警报。智能化混凝土是未来土木工程建设领域的关键性技术，但受材料价格昂贵的影响，其研究及使用范围较窄，土木工程市场有待进一步拓宽。
2.应用新型生态建材
随着绿色生态理念的深入，在保障土木工程质量的前提下，应用新型生态建材已是实现生态建筑和绿色建筑的重要途径。新型生态建材的发明与应用，能减少材料浪费现象，减少建筑垃圾，降低环境破坏程度，大大提升人们的居住品质。不但如此，新型生态建材也具有节能减耗的功效，能推动人类和自然间的和谐与可持续发展。土木工程发展趋势表明，可再生材料、环保材料、循环应用型材料、净化材料等将得到更为广泛的应用。
3.应用抗震性好的钢材
因为土木工程的高层、大跨度结构发展趋势，现代化土木工程建设中多采用抗震性能好的钢材，具有极厚化、高强度、低屈服比和低屈服点的优势。通过改善热处理工艺、调整材料化学成分等举措，可以生产出抗震性能良好的钢材。因为这种钢材能节约资源，提供抗震安全保障，在土木工程钢材方面具有应用趋势。
（三）信息化程度的加深
随着现代信息化技术的普及与发展，我国工业逐渐实现信息化，而这也对土木工程领域形成重要影响，随着信息化技术的不断渗透，信息化技术逐渐涵盖土木工程的全过程，既存在于土木工程的设计和施工阶段，也存在于建筑交付使用后的物业管理、安全监控、设备维护等诸多方面。利用形式多样的信息技术，如微机技术、网络技术、自动化控制技术、信息智能化处理技术等，能够实现土木工程的信息化[3]。利用信息化技术，土木工程得以不断完善，如可以实现管道空间布线优化、大型设备整体吊装、高温高压焊接控制等。随着信息化技术实践性研究的深入，展望未来土木工程的发展，信息化技术将被得到更为全面的利用。
（四）实现向多空间发展
人均建筑面积在不断缩小，因此现代化的土木工程更注重对各类资源的有效利用，并呈现出向多空间发展之势，即向高空发展，向地下发展，向沙漠、海洋和太空发展。
1.实现向高空发展
土木工程向高空发展能实现土地资源的最大化利用，世界诸多国家的城市中不断涌现摩天大楼，如迪拜塔、上海环球金融中心、金茂大厦、国家石油公司双塔大楼等。而向高空发展也成为现代化土木工程的发展趋势。
2.实现向地下发展
除却地上高空外，地下空间也可以成为土木工程的可开发建筑资源，如大中城市地铁的建设与开通就是利用地下空间的良好例子，既充分利用了地下的土地资源，又大力缓解了地上交通堵塞现象。除了地铁外，还有地下隧道、地下停车场、地下商街等诸多地下空间利用形式，甚至实现了多种利用形式的综合应用。在地下空间开发与应用过程中，卫星全球定位系统、遥感系统和地理信息系统等先进技术得到广泛应用，这更大地扩大了地下空间利用的幅度。但地下空间应用中所存在的问题也不容小视，如生态环境破坏、地层应力变化、地震荷载变化等。
3.实现向沙漠、海洋和太空发展
现代化土木工程觉不会将建筑空间仅局限于陆地，而是开始向沙漠、海洋和太空拓展。（1）利用沙漠资源
近年来，地球沙漠化趋势明显，对于世界各国而言，开发与利用沙漠资源已经成为一种必然的趋势。通过人工河、植树造林、输水管道等诸多措施，能够实现沙漠工程改造，从而顺应在土木工程中有效利用沙漠资源的有益趋势。
（2）利用海洋空间
土木工程行业领域已经存在很多利用海洋空间的成功例子，如位于阿拉伯联合酋长国首都迪拜的迪拜大厦，这座建筑建造于海上，是一座七星级的大酒店，工程宏伟而奢华，而参观迪拜大厦也成为来迪拜的游客所必做的事情。再如中国上海外滩，拓岸工程也得到了深入运作和实施。
（3）利用太空空间
为了解决人类居住资源日益减少的难题，很多国家致力于向太空发展，发射卫星或宇宙飞船，建立太空试验站，获取外太空的资料，期望未来能开发利用太空空间。
三、结论
分析土木工程发展现状，有显著成果同时也存在不容忽视的弊端，展望土木工程发展趋势，将规避自身及社会环境弊端，实现工程建设的整体优化。土木工程的发展是人类智慧的结晶，我们必须坚信，在科学进步的推动下，在全体同仁的共同努力之下，土木工程建设将实现更新高度，真正步入可持续发展的道路。
参考文献：
[1] 陆晓雷. 如何加强土木工程施工中质量的控制[J];中国科技投资;2012年 第18期
关键词：土木工程，现状，发展趋势。
中图分类号： TU71 文献标识码： A
1 土木工程发展现状
随着人们对建筑要求的不断提高，需要建构高层、大规模，甚至是大跨度的建筑，并且要求既要满足工程进度以及质量的要求，同时也需要保证成本的控制。目前，土木工程的发展现状总体概况如下。
1．1 土木工程理论的发展
随着科学技术的不断发展和进步，与建筑相关的学科，包括:力学、结构动力学、统计学等等学科的不断发展和进步，为土木工程的发展提供了重要的理论基础和技术支持。信息化的不断普及和深入发展，大型计算机在土木工程上的充分应用，包括结构抗力计算到极限状态理论、材料特性结构分析等，使得土木工程在强大的理论基础之上快速、全面地提升和进步。
1．2 建筑设计的发展
随着土木工程的不断发展和进步，使用概率统计来设计和分析各种数据，如: 荷载值、材料强度值。通过对风力、阳光、地震等不同自然情况的综合分析，结合工程的选址、结构体系等实际情况，进一步研究出可靠度极限状态的设计，得到工程的应力情况和力学性能等，以确保其满足现代土木工程的需要。随着土木工程理论的不断深入和技术的逐步发展，土木工程的设计和规划已经改变了以往凭借经验设计工程方案的惯例，特别是大规模的土木工程，运用了系统工程的理论和方法，趋利避害地全面考虑土木工程的安全、环境、经济等所有因素。
1．3 土木工程施工的发展
1) 建筑材料的发展。
复合材料高强钢材等全新建筑材料在土木工程中得到了不断发展和应用。如: 碳纤维、铝合金、镁合金、镀膜玻璃、双层中空玻璃、玻璃纤维增强塑料( 玻璃钢) 、各种节能混凝土等新型工程材料已在工业和民用建筑中得到广泛使用，它们在强度和耐久性上表现出优越性，为高层、大跨和结构复杂的大型土木工程建设提供了重要物质基础。但是，这些材料也有其缺陷，如: 有些弹性模量偏低，有些成本太高，应用范围比较窄，所以还需要进一步研究。
2) 土木工程实施工艺的发展。
工程实施的设备、工具不断地向自动化、机械化、科学化发展，如: 同步液压千斤顶、直升机安装技术、滑模等先进技术的出现，使得大规模的、高层的、复杂的土木工程不断发展并得以实现。预应力技术是施工工艺中最为突出的技术之一，可以应用在大跨度、大开间等多层和高层建筑，还可应用于核电站、预应力储仓、桥梁结构、公路工程等等。
随着应用系统工程的理论和方法不断应用于组织管理中，推进了土木工程的科学快速发展。并且，工程逐步趋向结构和构件标准化和生产工业化，使得土木工程的发展逐步实现节约成本、提高工程效率等需求，对于以往不能实现的施工工程，现在也可以实现。
鉴于以上土木工程的发展，虽然有了很大的进步，但是在这个人口剧增、交通拥挤、生态环境破坏严重的社会发展趋势之下，可以用来建筑的土地越来越少，促使土木工程不得不快速、科学地发展，才能满足社会发展需要。
2 土木工程发展趋势
2．1 精密化的理论研究
未来土木工程的理论发展趋势集中在力学，利用物理、化学、计算机技术对土木工程的不断应用，重点为解决数学分析与处理。现阶段，有些领域还不够完善，比如: 对于结构复杂的、流体介质等受力分析，需要进一步精密研究。对于土木工程中复杂的数值问题，还需要专门化的数学来解决。土木工程的信息化，可以模拟更复杂的施工情况。
2．2 土木工程材料的发展
土木工程的施工材料不仅要求质量高、安全性高、使用寿命长，而且随着生态型建筑理念的发展，对建筑材料造成污染、资源浪费等问题上要求更高，需要发展新型的、高新技术、生态建筑材料，以适应人和自然环境的协调发展。
1) 生态建材的发展。
为了实现绿色建筑，在保证工程质量的前提下，选用生态建材是最首要和有效的途径。比如选用环保材料、净化材料、可再生材料、循环使用材料等等成为未来发展的趋势。生态建材的发明和使用，大大提高了人们居住品质，减少对环境的破坏，有效降低建筑垃圾的产生，避免建筑材料的浪费，实现用最少的资源实现最高的品质要求。新型生态材料的使用，在节水节电上进一步优化，节省资源，实现人与自然的可持续发展。
2) 抗震强度高的钢材。
随着高层建筑、大跨度结构建筑的不断增多，对抗震材料的要求也越来越高。因此，要求建筑结构使用的钢材逐渐向高强度化、极厚化、低屈服比、低屈服点等方向发展。日本的建筑抗震效果较好，值得借鉴。他们研究的具有高抗震设计的低屈服比和低屈服点的钢板，它们是采用调整化学成分和改建热处理工艺等方法制成。生产出来的低屈服点钢材可辅助结构和减震控震装置。当地震发生时，首先达到屈服点开始变形，吸收了地震能，从而防止主体结构的破坏。高强度的抗震材料的使用，不仅可以减少钢材的使用量，还为抗震提供了安全保障，是未来钢材发展的趋势。
3) 智能化的混凝土。
目前使用的高性能的混凝土，具有体积稳定性好、强度高、工作性强、耐久性好等等优点。这些混凝土，具有高抗渗性、抗腐蚀性、抗冻性等优势，所以它们能够在恶劣的环境下较长时间的使用。最新设计的混凝土甚至可以使用100 年或者200 年以上。随着科学的不断进步和发展，智能化的混凝土将成为未来发展的趋势。智能化混凝土工程材料是指混凝土工程材料能够接受某些环境信息，自觉地进行逻辑判断，同时做出能够相适应的混凝土相关材料。这种智能性的混凝土材料，可以根据工程的需要，维持和调整混凝土的性质，比如: 流动性、保水性、粘聚性等，这样可以防止建筑受到侵害，或者对破坏进行修补，或者当有危险时也可以警报。这种智能化的混凝土是未来建筑材料发展的关键技术，但目前还比较昂贵，研究的人也不多。相信随着信息科学、生命科学的不断进步，智能化材料也将逐渐进入到土木工程的市场。
2．3 土木工程信息化的发展
近年来，信息化已经普及，并且逐渐带动工业的信息化，必然也会对土木工程造成较大影响。土木工程的信息化包括智能信息处理技术、计算机技术、自动化控制技术、网络技术等等，这些信息化技术不断渗透到土木工程中，并且涵盖了土木工程的全过程，不仅限于设计和施工，还有工程的物业管理、物流管理、设备维护和建筑全方位的实时监控等等各个方面。也可以利用计算机模拟管道空间布线，也可以利用信息化技术实现大型设备的整体吊装、大型桥梁悬索受力的控制、高温高压的焊接控制、建筑物的爆破等等。
2．4 防震与减灾
随着当前超大跨桥梁、高层建筑和大跨结构建筑物的兴起，结构设计呈现更高、更长的发展趋势。在很多的情况下，地震荷载已经成为结构设计的控制因素。所以大型复杂的结构系的抗震设计及其相对应的问题也得到了进一步的关注。相关的研究包括地震动的作用机理，建筑结构的抗震机理等。
2．5 扩大对岩土锚固技术的应用
岩土锚固技术的应用领域要不断的进行扩展。岩土锚固技术除了在边坡工程、地下工程、深基坑工程、结构抗浮工程中保持着良好的发展状态外，在桥梁工程、重力坝加固工程、抗地震工程中则有着长远的进展；同时，锚杆锚固机理的技术仍然不成熟，仍然是土木工程界的难点。
3 结语
我国正处于土木工程大力兴建时期，而随后的30 年后，将进入建筑物的维护时期，这就需要我们将土木工程信息化做大做强，才能为今后的建筑物的维护、监控等耗费较大的工作做足准备，土木工程的全程信息化具有重要意义。
相信土木工程在科学进步和人类智慧的共同发展下将会不断地前进，并将实现一个又一个飞跃，未来的土木工程将更好地为人类服务，再创高峰。
参考文献:
［1］ 庄实磊． 浅谈土木工程的特点与发展趋势［J］． 黑龙江科技信息，2012，15( 11) : 272．
关键词：土木工程;发展现状;未来趋势;可持续发展;海底建筑
纵观土木工程发展史，土木工程建设在和自然斗争中经历了古代、近代和现代3个历史时期，从最初的萌芽时期和形成时期到如今的发达时期和成熟时期。从最初的简陋住房到如今的多功能超高型建筑，可以说，土木工程业已经发生了翻天覆地的变化。进入21世纪以来，随着科技的发展和人民生活水平的提高，土木工程行业越来越成为国民经济发展的支柱产业，土木工程中越来越体现了技术与创新的作用，谁能在世纪之交把握住土木工程学科的发展趋势，谁就能在知识经济时代开创土木工程学科的新纪元。
1土木工程的涵义
土木工程是指建造各类工程设施的科学、技术和工程的总称。土木工程的含义可从两方面去理解。一层含义是指与人类生活、生产活动有关的各类工程设施，如建筑工程、公路与城市道路工程、局坝水电和水利工程、铁路工程、桥梁工程、隧道工程、地下空间开发利用工程等。另一层含义是指为了建造工程设施应用材料、工程设备在土地上所进行的勘察、设计、施工等工程技术活动。
2土木工程的发展现状
自从20世纪中叶第二次世界大战结束以来，土木工程业取得了飞速的发展，这时期的土木工程拥有良好的现代科学技术，先进的工程设施体系和持久耐用的建筑材料，并且随着计算机技术的不断提高，也为土木工程的发展注入了新鲜的血液，为此当今的土木工程呈现出以下几个特点：①工程功能化;②交通高速化;③施工过程工业化;④理论研究精密化。为了适应时展的需要，世界各国都建造了很多标志性建筑，例如我国上海的环球经融中心大厦，楼高492米，还有中国台湾的台北101大厦高508米，它们的出现都是当代土木工程师们智慧的结晶，如今，我国新的高楼大厦、展览中心、铁路、公路、桥梁、港口航道及大型水利工程在祖国各地如雨后春笋般地涌现，新结构、新材料、新技术被大力研究、开发和应用。发展之快，数量之巨，令世界各国惊叹不已。
3土木工程的发展趋势
3.1高性能材料的发展
随着未来科学技术的不断发展，钢材将朝着高强、具有良好的塑性、韧性和可焊性方向发展。日本、美国、俄罗斯等国家已经把屈服点为700N/mm2以上的钢材列人了规范;如何合理利用高强度钢也是一个重要的研究课题。单一的材料将难以满足要求，复合材料也就应运而生，另外，材料的功能也将从单一的功能向多功能方向发展，并且为了适应土木领域的可持续发展，材料的使用也必须节能和环保。
3.2计算机应用
随着计算机的应用普及和结构计算理论日益完善，信息和智能化技术将全面引入土木工程，计算结果将更能反映实际情况，从而更能充分发挥材料的性能并保证结构的安全。计算机技术的引入将对土木工程领域的发展产生巨大的改善，其主要有四个方面的改善，分别为信息化施工、智能化建筑、智能化交通、土木工程分析的仿真系统。人们通过计算机技术将会设计出更为优化的方案进行土木工程建设，以缩短工期、提高经济效益。
3.3环境工程
进入21世纪以来，环境问题已经越来越成为人们关注的热点话题，气候问题更是对人们的生产生活产生了巨大的影响，为了更好地满足人与自然协调发展，坚持可持续发展战略，土木工程与环境工程必将融为一体不可分割，城市综合症、雾霾、土地荒漠化、气候变异、冰川消融、海水上升等一系列问题无不与土木工程息息相关，对于当代土木工程师来说，如何有效合理地解决大型乃至超大型建筑建设对环境的污染等问题，必将是土木工程师们在未来重点研究和思考的课题。
3.4建筑工业化
随着建筑业体制改革的不断深化和建筑规模的持续扩大，建筑业发展较快，物质技术基础显著增强，但从整体看，劳动生产率提高幅度不大，质量问题较多，整体技术进步缓慢。为确保各类建筑最终产品特别是住宅建筑的质量和功能，优化产业结构，加快建设速度，改善劳动条件，大幅度提高劳动生产率已是未来发展的必然趋势，为了适应土木建筑领域快速高效的发展，实现建筑工业化是必然的趋势。它的发展有四个重要方向：建筑设计标准化、构配件生产施工化，施工机械化和组织管理科学化。
3.5海底建筑
2010年4月26日，随着中国大陆第一条海底隧道厦门翔安海底隧道建成通车，中国海洋这片美丽而又神秘的领域，在中国土木工程师伟大的探索与创新下，逐渐揭开了面纱，在今后的几十年甚至几百年，海底建筑将会是一种全新的建筑形式，有效利用海底空间是未来土木工程发展的一个必然趋势，同时也对土木行业提出了巨大的挑战。目前在全球范围内，较为出名的海底建筑有马尔代夫的海底餐厅、迪拜的水铁饼酒店，相信在不久的将来，一定会有更多奇特的海底建筑出现。
3.6结构形式
随着当今计算理论和计算手段的进步以及新材料新工艺的出现，为结构形式的革新提供了有利条件。土木工程中一些复杂的结构工程的计算将得到解决，空间结构将得到更广泛的应用，不同受力形式的结构融为一体，结构形式将更趋于合理和安全。
3.7新能源和能源多极化
能源问题是当前世界各国极为关注的问题，由于我国是发展中国家，工业生产正处速发展阶段，对能源的需求和消耗都很大，为此如何解决和处理这些问题，这对土木工程业提出了新的要求，应当予以足够的重视。此外，由于我国基础设施还远远不能满足人民生活和国民经济可持续发展的要求，所以在基本建设方面还有许多工作要做。在一些工业生产和污水排放方面，都应考虑可持续发展，另外在能源方面，开发新能源和节约能源都将是土木工程领域发展的必然趋势，例如风能发电，开发太阳能和水资源循环利用，还有一些垃圾废物的处理与回收。
关键词：CAD；土木设计；优势；劣势
中图分类号：TP29文献标识码：A文章编号：1672-3198（2008）04-0281-02
1 引言
计算机辅助设计（Computer Aided Design，简称CAD），诞生于20世纪50年代，它是利用计算机强有力的计算功能和高效率的图形处理能力来进行工程的设计和分析的一种技术，它是综合计算机技术和土木工程设计方法的一门新兴学科，是与计算机软硬件及工程设计方法的发展而发展起来的。它集成了计算机、图形学、数据库技术、数值分析等技术，随着软硬件技术的不断发展及工程方法的更新换代，CAD技术也日趋完善，已经广泛应用于电子、轻工、纺织、服装、医疗、国防及工程设计等国民经济的各个领域，发挥了极大的经济技术效益。
2 CAD在土木工程中的应用
CAD技术最早应用于汽车工业，随后随着计算机软硬件的发展及普及，逐渐扩展到其它领域，包括土木工程领域。在土木工程领域，它包含工程设计中采用计算机技术辅助分析、计算和绘制图形的全过程。我国在土木工程中使用CAD技术开始于上世纪八十年代，在开始阶段，主要依靠外国引进的通用或专用图形软件包在屏幕上做交互式图形设计，与结构计算与分析没有结合，参与者主要是长期与计算机打交道的专门人员。到八十年代末期，由于较高性能的廉价计算机的普及，土木工程CAD才有了真正的发展和较广泛的应用，在很大程度上推动了CAD技术在我国土木工程上的应用和发展。
土木工程CAD的应用包含以下方面：
（1）建筑与规划设计：用于绘制建筑、规划类图纸，如建筑施工图、效果图，规划效果图，桥梁的造型设计等，其软件有天正建筑软件、中国建筑研究院的APM（PKPM的建筑模块）、QXCAD（一种桥型设计软件）、3 D M A X、M A Y A、计，构造设计指根据结构计算的结果，完成构件和截面的选配筋的构造设计，绘制施工图是用CAD取代传统的手绘来完成施工图纸的绘制；（2）给排水设计：用于给水、排水方面的计算与绘图；（3）暖通设计：用于取暖与通风方面的设计；（4）电气设计：强弱电方面的辅助设计；（5）施工组织与设计：用于施工项目的项目管理、施工工艺的流程设计与优化、施工现场布置等；（6）工程项目的预决算：从广义上说，这也算C A D在土木工程上的一个应用；（7）其它方面的：比如家庭装修等。
以上所列只是CAD技术在土木工程上应用的主要方面，在实际工程中，还有很多边缘的、交叉的、新兴的应用技术在开花结果。
3 CAD在土木设计图中表现出的优势
（1）绘图劳动强度降低，图纸清洁、美观。
传统的手工绘图法需要设计人员经常性更换十几种绘图工具。一旦画错，就要在图面上修修补补，破坏图面的整洁性。而CAD制图，只要配齐了电脑，安装好绘图软件、打印机或绘图仪，鼠标轻轻移动就可以完成心中设计的图形。同时，软件本身还可以提供UNDO限制防错功能，让工程设计师们制图事半功倍。软件还可以为每个设计人员的独特的表达方式、思维模式和绘图习惯提供广阔的空间，只要充分使用参数化绘图工具就可达成。
（2）提高设计工作效率。
土木设计过程一般经过提交条件、方案设计、初步设计、施工图设计。各工种之间的配合默契与否，条件与方案改变大小都直接影响着制图的速度。在传统的手工制图方式下，各阶段各工种之间的不同设计成果要分时制作；在CAD制图中，实现了各工种间的图纸资料互换，即使方案有所调整，设计人员也只需在原有的设计图纸上加以调整，从而减少大量重复劳动，提高了工作效率。
（3）增强计算功能，提高精确度。
土木工程设计不同于其他领域的设计，它需要正确无误地计算出裂缝宽度、挠度、承载力、配筋面积。而且在实际工程中，要先符合设计规范地对各个结构构件如梁、板所承受的各种外部荷载，再根据《混凝土结构设计规范》进行计算和调整，如果计算数值稍有偏差或参数取值不符合要求，便会造成设计出的产品不合设计规范、不经济，严重的还会造成人民生命、财产的巨大损失。
（4）提供动态的检验效果。
结构的板、梁、柱、墙的设计要考虑其他专业的相容性、相配性。如管道、设备不能和梁、柱相碰等。从实践中可知道任何工程都可以从形态上拆分为圆柱体、斜圆柱体、圆锥、圆台、斜圆台、球体、球冠体、圆形断面环体、矩形断面环体以及多面体等基本形体。为此，CAD制图中，可以在真色彩、真三维、光照的情况下，按物体的运动轨迹构造出一个虚拟的实体，在房屋中实时漫游，检查虚拟的实体与管道、设备、墙、梁、柱、门、窗等物体不发生碰撞，预先感受结构的空间效果，以便在发现问题的地方仔细端详、修改，直至满意为止。这给工程设计师在设计工程中提供了非常有益的帮助。
（5）资料管理方便。
CAD软件制作的图形、图像文件可直接存储在软盘、硬盘或刻成光盘存储，从而避免资料因受潮、虫蛀以及破坏性查阅造成的不必要损失，电子数据的保存年限可以延长至50年。一个设计院整柜的资料被几张光盘所替代，查找和管理都比较方便。
（6）数据传输的信息化。
随着信息技术、网络技术的普及和CAD智能化的应用、跨地区合作设计、异地招投标、“在家工作”等都成为可能。如1992年日本执行的CALS（综合信息系统）研究，其就是指企业和机关不受部门企业间特定机器和系统的制约，利用网络进行开发设计运筹及运用全过程的公用系统工程。
4 CAD技术出现的劣势
CAD技术在给土木设计业带来巨大效益的同时，其劣势也随之发挥作用，也不可避免地滞缓了其发展，具体表现如下：
（1）CAD技术促使土木设计领域中人、财、物浪费加剧。
CAD技术需要相关的软件，运转速度较快的电脑以及熟练掌握电脑的设计师、网络维修人员等；购买任何正版的工程建筑软件都要花费1~2万元；设计师们还要开展专门的培训工作。总之，备齐所需的人力和财力则价值不菲。同时，在使用过程中，设计师们只能看到面前的一处图纸，而土木工程设计是一个系统工程，只看到一处图纸是远远不够的，它需要一整套图纸打印后才能看清楚。电脑图纸需要经过输出后才能实现审核、修改、再审核、再修改直至正式出图，增加了单位成本和社会成本。
（2）工种配合默契与否及信息传递的速度影响工作效率。
众所周知，土木工程设计是一个系统工程，它涉及到许多专业和步骤。每个设计师在设计任何图纸时不仅要考虑自身设计的合理性，还要考虑与本专业和其他专业设计人员设计上的协调性。完整的土木工程设计流程从合同签定起经过测量数据、地质调查数据、设计说明、打印图纸、施工管理计划等步骤，其所需的数据量非常大。任何数据变动，就会造成设计方案的变化。所以在动手设计前，要根据现况、地质、道路、建筑物、生产设施的关系进行规划、设计、施工、使用和管理。而地质、地物、道路的考察由建设单位来进行，生产设施之间的配合关系论证由勘察设计院来进行，大量数据的整理、交换、组合都需要时间。任何环节的阻塞和停滞都会影响工作效率。
（3）缺乏统一的智能化结构设计软件。
目前的专业软件，如PKPM软件，大多数只停留在二维基础上，充其量只是个绘图工具，缺乏智能化。智能化结构软件不仅能体现三维立体图镜像，而且能自动执行相应的规范，设计所需参数取值不但要在经济范围内，还要便于施工。如中国建筑科学研究院PKPM CAD工程部和新加坡建屋发展局开发的BEAM CAGE软件，是按英国规范完成的钢筋混凝土梁的配筋、选筋、挠度的计算、施工图生成等一系列功能，虽然该软件自动化程度高，出图质量好，但毕竟是基于英国规范的基础上。而在国内流行的工程智能化设计软件如PKPM设计软件，它还需要设计师们调整梁、板、柱的配筋，尤其是柱的配筋，PKPM软件自动生成的顶层柱配筋常常因为屋面梁传递来的弯矩比较大，配筋也较大，而下层由于梁传递来的弯矩较小，配筋也较小，形成大柱种在小柱上。这需要设计工程师进行人工调整。还有按照规范规定，同一构件中钢筋的型号差别不宜大于两个级别，也就是说在一个构件中如果使用了直径为16的钢筋，那就不能使用直径为22以上的钢筋。但是在软件自动出图中常常会出现直径为14的钢筋和直径为22的钢筋一起使用的现象，这也要进行人工调整。以上说明我们还缺乏统一的智能化结构设计软件。
（4）扼杀土木设计师的创作灵感。
俗话说：“建筑是凝固的音乐。”这句话点明了建筑也是一种艺术，它是一门融科技、文化、艺术、哲学于一体的学科。任何土建设计师都需要艺术家的灵感和天份，这种灵感和天份在处理建筑物的造型方面应有不少的“模糊感”。但CAD制图所要求的尺寸精确消磨和扼杀了这种灵感和天份，让设计师的设计图样屈从于电脑的机械和准确。还有，不少设计单位为了能够中标，将自己的投标文件，尤其是总平面效果图，做得非常精致美观，不惜投入大量的人力物力在CAD的制图上，而忽略了总平面布置图的建筑效果和建筑师的艺术创造。
综上所述，CAD的使用提高了土木设计中的高效率、高质量和高水平，同时也显示了不完善的方面。因此，设计师们在使用过程中总结经验，注意克服CAD带来的负面影响，努力提高自身的计算机知识和对土建规范的使用，促进CAD的健康发展。
参考文献
［1］张志远，金新阳，陈岱林.基于英国规范的混凝土梁CAD系统的研制［J］.建筑科学,2004，（12）.
关键词：智能土木结构，智能材料，自诊断智能土木结构，智能控制，嵌入式智能土木结构
1.引言
建筑起初是为了满足人类生活的舒适要求和安全要求而产生的。原始时代的建筑物是利用天然材料制造而成的能蔽风雨防侵袭的封闭空间。随着社会生产力水平的不断发展，人类对建筑的要求也日益复杂和多样化，结构作为建筑的核心骨架，人们也对其提出了更高水平的要求。现代大型建筑物如高层建筑、大跨桥梁、大型水坝、地下建筑等都要求其土木结构能提供更高的强度，以及更好的可靠性、耐久性及安全性。同时，在现代社会中，这些大型建筑物在整个国民经济中所发挥的作用已日益重要，这也尤其要求它们应具有更强的防止灾害的能力。
传统的结构大多通过提高建筑材料的物理力学性能、采用合理的结构形式、加强施工管理以及定期结构评估与维护等传统手段来达到并满足这些要求。然而，这些传统的手段均属一种消极的、被动的方式：一旦建筑物被建成并投入使用，人们便失去了对结构的全面控制，结构失效、结构灾害的发生便不以其设计者、建造者、使用者的意志为转移了，人们对它的预测及防范工作都将是一件十分困难的事情。另外，若单纯地依靠以往那种要求保证结构具有足够的刚度、强度及延性的传统结构工程设计理念，当结构所处环境因素超越某种程度以后，就会将既不经济，又达不到预期的效果。
考察众多建筑灾害实例，人们发现，在整个建筑结构的设计寿命期内，都有可能发生结构失效。其原因在于：
1）由于结构抗力的衰减、正常范围内的损伤积累而致使的强度及可靠性的降低；
2）由于材料的老化、腐蚀及力学性能的劣化（如徐变等）而导致的结构耐久性失效；
3）由于施工质量和使用不当而给结构造成的隐患以及损害；
4）由于结构长期遭受动荷载作用而造成的疲劳失效；
5）由于偶然的超载（如地震荷载、爆炸冲击荷载等）造成的破坏。
以上这些原因都对结构的强度及安全性提出传统设计方法无法满足的要求。因而，对建筑结构进行实时监测进而由结构自身作出智能化反应就显得十分必要了。
2.智能土木结构（IntelligentCivilStructure）概念的形成及研究现状
2.1智能土木结构（IntelligentCivilStructure）概念的形成
现代材料技术的发展进步促使了人类社会进入了信息时代，信息材料的生产业已实现设计制造一体化。各种具有信息采集及传输功能的材料及元器件正逐渐地进入土木工程师的视野。人们开始尝试将传感器、驱动材料紧密地融合于结构中，同时将各种控制电路、逻辑电路、信号放大器、功率放大器以及现代计算机集成于结构大系统中。通过力、热、光、化学、电磁等激励和控制，使结构不仅有承受建筑荷载的能力，还具有自感知、自分析计算、自推理及自我控制的能力。具体说来，结构将能进行参数（如应变、损伤、温度、压力、声音、化学反应）的检测及检测数据的传输，具有一定的数据实时计算处理能力，包括人工智能诊断推理，以及初步改变结构应力分布、强度、刚度、形状位置等能力，简言之，即使结构具有自诊断、自学习、自适应、自修复的能力。这就是智能土木结构概念的形成过程。
文献将智能结构定义为：“将具有仿生命功能的材料融合于基体材料中，使制成的构件（结构）具有人们期望的智能功能，这种结构称之为智能材料结构”。可见，智能结构是传统结构的功能的升华。智能结构在土木结构中的应用便称之为智能土木结构。
2.2研究现状
如前所述，智能土木结构概念是为了解决评估结构强度、完整性、安全性及耐久性问题而提出的。对土木建筑结构的性能进行监测及预报，不仅会大大减小维修费用，而且能增强预测的能力。近来出现的无损检测技术均不能对结构进行实时监测，也不能很好地预报结构的破损情况和进行完整性的评估。这些方法的致命缺点是预报方式是自外而内的，从信息传播角度看，难免会夹杂进种种干扰信息，从而使检测结果失真、低效率，甚至会导致完全错误的检测结果。在结构内部埋入传感器，组成网络，就可实时监测结构的性能，这就是智能土木结构的自内而外的预报方式。智能土木结构在这些方面有很好的应用前景，目前主要应用于高层建筑、桥梁、大坝等工程领域。
美国80年代中后期开始在多座桥梁上布设监测传感器，用验证设计中的一些假定，监视施工质量和服役安全状态，如在佛罗里达州的SunshineSkywayBridge桥上就安装了数百个传感器[2].英国80年代后期开始研究和安装大型桥梁的监测仪器和设备。在我国，香港的LantanFixedCrossingBridge、青马大桥，以及大陆的虎门桥、江阴长江大桥也都在施工期间装设了传感系统，用以于监测建成后大桥的服役安全状态[3].1993年加拿大在Calgary建造的BeddingTrail大桥上首次成功地布置了光纤布拉格光栅传感器，用以监测桥梁内部的应变状态。
在其它土木工程领域，如在采油平台、大坝、船闸等大体积混凝土结构中也曾尝试布置传感器来构建智能结构。同样，近年来发展起来的高性能、大规模分布式智能传感元器件也为民用建筑及结构的智能监测系统的发展提供了基础，智能大厦在我国已如雨后春笋般地涌现。在民用建筑结构的应用方面，对结构的智能振动控制方面的研究已有近30年的历史了[4].
3.智能土木结构理论的体系构成
3.1结构智能化历程的层次划分
传统的土木结构是一种被动结构，一经设计、制造完成后，其性能及使用状态将很大程度上存在着不可预知性和不可控制性，这就给结构的使用和维护带来不便。为了解决这一问题，发展出了在线监测结构，它赋予传统土木结构以在线监测机制，从而为探知结构内部性能打开了窗口，使人员可以方便地了解结构内部物理、力学场的演变情况，这就是结构智能化的第一层次。在在线监测结构的基础上，进一步增加了监测数据的智能处理机制，使得结构具有自感知、自诊断、自推理的能力，从而使结构实现了第二层次的智能化。
进一步在结构中引入自适应及自动控制机制，即根据自诊断自推理的成果，由在结构中耦合的作动系统做出必要的反应，从而实现智能控制结构，这就是第三层次的智能化。比如，对结构的开裂、变形行为，结构的锈蚀、老化、损伤行为，以及结构的动力振动行为做出抑制性控制，在更高层次上对结构起到保护和维修作用。
可见，在结构智能化演化过程中，按其智能化程度的不同可划分为如下三个层次：
22第一层次：自感知土木结构（Self-sensoryCivilStructure），它是智能结构的最低级形式；
22第二层次：自诊断智能土木结构（IntelligentSelf-diagnosticCivilStructure），具有对前一层次结果的智能化加工处理，包括结构内部力学物理场的自我计算，对结构特定目标参数的自我诊断，以及以做出结构自身行为的应对策略为目标的自我推理等功能。
22第三层次：智能控制土木结构（IntelligentControlCivilStructure），它是智能土木结构的最高形式。
3.23.2智能土木结构分类
智能土木结构按其材料可分为两种类型，分述如下：
1）嵌入式智能土木结构：在基体材料如钢结构、钢筋混凝土结构中嵌入具有传感、动作和控制处理功能的材料或仪器，并集成进现代计算机硬件软件技术，由传感元件采集和检测结构内部信息，由计算机对这些信息进行加工处理，并将处理结果通知控制处理器，由控制处理器指挥、激励驱动元件执行相应动作。其工作原理如图（2）所示。
属于这种类型的智能结构只需对传统土木结构加以改进即可，无须额外研究结构的传统力学性能，易于做到传统结构与智能结构的平稳过渡，故而成为研究的焦点。
2）基体、智能材料耦合结构：
某些结构材料本身就具有智能功能，它们能够随着自身力学、物理状态的改变而改变自身的一些其它性能。如碳纤维混凝土材料能随自身受力情况而改变其导电性能，只要探测到这一改变，便可以间接获得结构的内部力学信息。
按照结构智能化目的的不同，又可将其分为如下几类：
1）具有裂缝自诊断和自愈合功能的智能混凝土结构；
2）具有应力应变状态自诊断功能的智能混凝土结构；
3）具有变形、损伤自诊断功能的智能混凝土结构；
4）具有疲劳寿命预报能力的智能土木结构；
5）具有监测钢筋或钢构件锈蚀状态能力的智能土木结构；
6）具有感知和自我调节功能的智能减振（桥梁）结构；
3.3智能土木结构的研究内容
3.3.1智能化策略性研究
智能土木结构的首要研究内容就是对传统结构智能化的概念设计策略性研究。需要针对结构类型及其重要性的不同，以及现有工艺技术水平和经济资金情况等多个方面因素，合理地确定智能化目标，在兼顾技术先进性、实用性和经济节省的前提下采用合理功能层次的智能土木结构。确定了智能化目标以后，就需要着手做一些准备工作，它们是：对结构在使用中可能发生的各种行为进行预测，对结构在力学物理环境下出现的各种反应进行预估，以确定结构中需要实现智能化监控的部位，确定整体监控方案。
3.3.2传感元件（Sensor）研究
另外一项重要研究内容就是传感元件。感觉是智能土木结构的基础性功能，它利用在传统建筑材料中埋入传感元件（或利用传感、结构耦合材料）来采集各种信息，经过处理分析，才可实现自诊断、自驱动等智能控制功能。有鉴于此，应对传感元件提出一些特殊要求如下：
1）尺寸细微，不影响结构外形；
2）与基体结构耦合良好，对原结构材料强度影响很小；
3）性能稳定可靠，耐久性好，与基体结构有着相同的使用寿命；
4）传感的覆盖面要宽；
5）信号频率响应范围要宽；
6）能与结构上其它电气设备兼容；
7）抗外界干扰能力强；
8）能在结构的使用温度及湿度范围内正常工作。
可列入研究范围的元件有：光导纤维，压电陶瓷，电阻应变丝，疲劳寿命丝，锈蚀传感器，碳纤维等。
3.3.3作动材料（Actuator）研究
智能土木结构的最终目标是实现结构的智能控制，而控制是由作动材料实现的。利用某些存在物理耦合现象的材料，尤其是机械量与电、热、磁、光等非机械量的耦合材料，作为结构的作动件。可以通过控制非机械量的变化来获取结构特性（形状、刚度、位置、应力应变状态、频率、阻尼、摩阻等）的改变，从而达到作动目的。对它的要求主要有：
1）与基体结构耦合良好，结合强度高；
2）作动元件本身的静强度和疲劳强度高；
3）驱动方法简单安全，对基体结构无影响，激励能量小；
4）激励后能产生高效稳定的控制，反复激励下性能稳定；
5）频率响应范围宽，响应速度快，并可控制；
常用的作动材料有记忆型合金、压电材料、记忆聚合物以及聚合胶体等。目前有关作动元件的研究正在一些领域展开，如董聪、Crawlay等人评述了几种常用作动/传感材料的性能。
3.3.4智能结构信息处理
智能土木结构要成为有机的整体，还须借助于信息的流动控制及加工处理。只有使信息在环境、结构、传感器、信息处理中枢及作动系统之间有序地流动，并同时进行加工处理，方可使结构具有智能功能。其信息流动可如下图所示：
由此可见，应首先对数据采集予以研究。这包括各种传感器信号的A/D转换以及数据处理通讯接口软硬件的研制[8].作为一种尝试，笔者利用传统结构实验装置，实现了单片机应变仪与微机在线通讯的硬件组建及计算机数据接受软件的开发，初步的结果表明，建立土木结构在线监测是完全可以做得到的。
其次，应着重研究输入到计算机中的数据的智能化处理算法，以及相应软件的开发。算法的核心目标应为对结构内部力学、物理场的全面计算。在此，应注意算法的快速性，避免因算法过于复杂而失去了智能结构的机敏、实时特性[9].
接着，应对结构的健康诊断及安全评定方法予以研究。包括结构的数学建模，参数空间的模式识别，损伤评定，体系可靠性分析，以及人工智能的应用。
最后需要研究的是结构控制机理、结构局部损伤修复方法、结构振动控制机理等问题。
4.结论及研究建议
智能土木结构是材料科学、计算机科学、自动控制技术发展到一定程度的产物。它涉及到结构和建造的重大变革，涉及到当今土木工程、材料科学、自动控制、计算机软硬件技术、信息通讯、人工智能等众多领域内的前沿技术。正如建筑业是国民经济各部门原动力一样，智能土木结构及智能建筑不仅对于未来土木界的发展意义重大，而且对于目前主要的高科技领域而言也具有重要的意义，它的研发及实现必将进一步带动其它高科技领域的进一步提高，是土木工程界的知识经济。毋须置言，对它的研究工作应首先要求结构工程师投入极大的努力，更新观念，注意吸取其它领域的思想，成为智能土木结构研究的主体，同时还需结构工程师同相关领域的专业人员紧密配合，建立科学化的研究管理机制，才能完成这个系统工程。
在具体的研究中，笔者给出了几点建议，谨供业内参考：
1）对于土木工程中普遍使用钢筋混凝土（包括RC，PC，PPC）、钢结构的现状，建议以嵌入式智能结构的研究为重点。这样做的好处在于能最大限度地利用现有的结构理论知识，使研究的重点放在未知的附加智能化功能的研究上来，同时还能使智能化经济可行，也可做到工艺水平的传统与未来的连续。另外，这种思路还可以利用现有土木结构实验的装置和方法。
2）对嵌入式智能土木结构，研究出一种高效、实时的力学计算算法将是一项迫在眉睫的任务，只有利用监测传感系统所得到的信息进行全面实时计算，方可对结构有全面及时的了解，才能为其后的信息流动打下基础。这就需要对复杂的非线性有限元加以改进，使其胜任在线、实时、精确的计算工作。
1土木工程新型预应力施工技术创新土木工程施工预应力施工技术要建立在科学发展的体系之下，实现传统预应力向现代化预应力转变。在土木工程混凝土施工内部会涉及到预应力放置问题。一些工程建设跨度较大、结构较为复杂采用的预应力筋就显得特别的重要，新型预应力施工技术就是针对这种情况进行创新。预应力创新主要体现在体外预应力有无粘结体，这种结构方式在施工建设中是一项重要问题，对施工建设的开展有着重要的影响。有粘结体的体系中，其预应力生成的摩擦程度比较低，造成的损失很小。而无粘结体的体系所使用的是单根张拉技术，其操作起来也相当容易，同时摩擦造成的损失也不大。
2强化信息技术在土木工程施工中的应用传统土木工程施工技术不适应现代土木工程施工，为了能够满足现代化发展要求，有效的提升土木工程施工的效率，要将现代信息技术融合到土木工程施工技术中，这样能够提升土木工程施工质量。选择专业的网络人才对土木工程施工进行系统化分析研究，强化施工人员专业文化素质，使其成为施工建设主要力量。在现代技术影响下实现土木工程施工技术智能化发展，只有在现代技术影响下才能够使土木工程施工技术提升到一个全新的发展高度。
3完善管理体制实现技术创新土木工程施工技术创新要在完善的管理体制下才能够实现，科学合理的管理体制能够促进土木工程技术创新，实现土木工程施工技术不断创新发展。科学管理方式能够促进施工技术的完善。在专业知识指导下，实现对土木工程深基坑技术研究创新。深基坑支挡技术，可以逐步建立起桩与锚、支挡与承重的一体化结构体系。在传统施工过程中这种施工方式产生的效果并不明显，施工效率较低，但是通过技术的创新能够改善这种情况，提升施工效率，强化施工质量，并且能够减少施工投入的成本实现经济效益与社会效益的最大化发展。
4土木工程施工技术设计创新土木工程施工技术在施工建设过程中占据重要的位置，这种情况主要表现在施工技术设计阶段。施工设计人员要根据施工特点提升对施工设备、材料、方式等方面的研究，结合具体施工情况，使土木工程施工技术能够满足施工现场的要求。土木工程施工技术会受到气候条件的影响，使施工现场荷载等方面受到限制，针对这种情况施工人员要克服施工现场的限制，实现施工技术的创新发展，并且在实际应用中更好的突破现有施工技术，实现深坑支挡技术和预应力技术创新。
5土木工程施工技术中深基坑支挡技术创新城市化发展速度的加快使房屋建筑的高度越来越高，高层建筑抗震性越来越受到人们的关注，同时地下空间的利用情况也在不断的发展变化。深基坑支挡技术在新时期发展过程中有了明显的创新，主要体现在桩锚支挡体系的应用。施工建设过程中地质条件较差通常采用预应力锚杆和灌注桩体系。同时也可以制定针对地下水位上下的不同类型图层宜采用引进的套管水冲法成锚技术。土木工程施工中，许多临时支挡的加固桩或地下支撑墙或永久性的支挡桩或支挡柱可以实施支挡与承重一体化支挡技术方案，一体化的承重与支挡系统既能够满足支挡的需要和承重要求，提升施工建设的速度，使施工建设产生的经济效益最大化。在土木工程施工的支挡技术中，旋挖施工工艺在管控灌注桩施工中也是较为科学合理的技术创新方案，但在利用旋挖灌柱桩施工中必须保证成孔质量，较少施工质量中的不利影响因素。
6新型预应力技术在土工工程施工技术中的创新土木工程施工技术中预应力施工技术是一种重要的施工方法。主要表现为体外应力，是一种预应力筋布置在混凝土截面外的预应力。与传统的布置于构件截面内的预应力筋，所提供的有粘结或者无粘结预应力相对应。体外预应力在大跨度土木工程和预应力混凝土道桥施工和特种结构施工中有一定程度的应用。其中粘接体外预应力是体外预应力应用中的典范之一。这种预应力主要作用在管道结构外，这样产生的预应力摩擦相对较小，有利于后期进行施工维护。管道在铺设过程中能够更好的进行控制，无粘接力体外预应力体系也是应用较多的体外预应力施工方式，无粘接力体外预应力施工操作相对较为简单，单根无粘接摩擦损失相当小，体外预应力比传统的预应力施工更加科学合理，产生的经济效益更好。
二、土木工程施工技术发展新趋势
1土木工程施工技术科技化发展建筑行业发展的主要动力就是实现经济效益最大化发展。在土木工程施工建设中工程造价影响着施工建设的开展，并且能够推动土木工程施工技术创新发展研究，是技术提升的重要保障。利用科学技术能够提升土木工程施工技术智能化发展，在一定程度上降低成本的投入，实现多元化渗透提升土木工程施工效率。
2土木工程施工技术自动化发展科学技术的提升促进了建筑行业自动化发展，实现了传统流水线建筑向标准化、工厂化的转变，优化了传统生产方式。建筑构件到外部脚手架等都可以由工业生产完成，标准化的实施带来建筑的高效率，为土木工程施工技术创新奠定了基础。
关键词:土木工程 现状 发展趋势
中图分类号:TU-1 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)04(c)-0144-01
1 土木工程内涵意义
土木工程主要指建设各类设施、工程的技术、科学与项目统称,其自身包含显著特征,即社会性属性、综合性特点、经济技术性、建筑艺术性与实践性特征。理解土木工程内涵可由两方面入手,一方面为同社会人们生产实践活动、日常生活密切相关的多元化设施工程建设,例如公路、道路工程、建筑工程、水利工程、桥梁工程、铁路工程、利用地下空间开发工程与隧道工程等。另一方面内涵则为各类建设工程相关设施用到的机械设备、材料在土地上开展的设计、勘查与施工等项目活动。
2 土木工程研究发展现状
当前,土木工程现实研究发展对象主体集中于高层建筑、结构设计、开发建设地下项目等工程中,令高层建筑迈入了崭新的发展阶段。伴随各类新结构、新技术、新施工方式、新工艺的层出不穷,尤其是自动化技术的广泛应用,人们更开始从事的土木工程建造修建规模更大,高层建筑在数量上不仅更多,且在高度层面也持续提升,逐步令我国在建设高层建筑领域的土木工程发展水平向世界先进水平靠近。在结构设计层面则呈现出更高、更长的柔性化实践发展趋势。在较多情况下地震荷载与风荷载是设计结构的影响控制因素,令各项大型工程的复杂体系结构在抗震抗风相关问题与设计理念层面受到了人们的广泛关注。目前常见的课题研究涵盖风荷载与地震设计机理作用、大跨度大规模桥梁工程抗震抗风与体系结构设计等。同时,以柔性结构对抗地震的以柔克刚思想进一步在控制结构震动技术层面科学体现,当前现代震动相关问题正逐步向着智能化控制、自适应、减震吸震相关技术方向逐步延伸,土木工程基础性健康结构的检测、控制灾害结构等研究工作也将继续逐步强化。伴随土木工程的现代化发展,社会人口数量的持续增多,各类空间资源日趋紧张,为解决土地资源与空间资源的紧张问题,土木工程逐步关注了地下工程的开发与建设,并令其成为有效解决上述问题的科学途径。当前世界规模最大的地下街工程为东京地下街,深度约为100m,而我国较多一线城市也逐步建设开发了地铁服务系统并进入到具体的项目实施阶段。地下空间科学技术则实现了飞速的提升与发展。当前我国城市较多地下工程施工建设的主要方式包含暗挖、明挖、盾构、盖挖、注浆、冻结与沉管法等,该类技术逐步跻身国际领域先进行列,并为地下空间土木工程开发提供了优质优质宝贵的实践经验。土木工程的科学发展还进一步推动了预应力技术的广泛应用,令其逐步扩大至大柱网、大跨度、大开间的高层与多层、斜拉桥与连续桥等结构、大型预应力储液池、储仓、管桩、预应力地锚等多重预应力应用结构领域。同时预应力技术也逐步成为大型公共建筑、开间住宅的关键应用技术,有效解决了高、大、新、重建筑工程的建造设计难题,并发挥了独特的作用。
一般来讲,人们通常习惯于用安全系数进行土木工程指标的客观评价,实则其仅仅是由确定的相关信息实现的定值获取,没能全面考虑到相关设计变量之中包含的变异性,其特定的某一安全系数数值在不同的项目工程中也并不一定具有相同的作用意义。因此基于实际土木工程中包含的各类不确定性,对其展开随机的可靠度衡量评估与力学分析也尤为重要,即土木工程应继续开展可靠度相关理论的应用研究。
3 土木工程未来发展趋势
3.1 三S系统应用发展
三S系统由HS遥感技术、GIS地理信息技术系统与GPS全球定位技术系统构成,可实时、整体、动态的对地展开判别观测、应用分析,因此在土木工程领域该系统发挥了显著的优势作用,同时具备广阔的发展提升前景。数字化城市发展理念的提出正是基于这一三S系统发展而来,也就是说其综合了遥感、GIS、遥测、多媒体、网络与仿真虚拟技术对城市各项功能机制、基础设施展开自动采集、发挥决策辅助作用并实施动态化管理监测,很明显,当前数字化城市便是以该类数字化的处理信息技术、通信网络技术作为发展背景的科学服务技术系统。其逐步推广与科学应用势必将我国城市运营与规划建设推向崭新的高度,促进其发展水平的持续提升。
3.2 单机方式顺序科学转变至网络协同控制与并行设计
就复杂大型的项目工程来说,其很有可能需要较多设计部门、众多成员的共同参与,同时还需要良好的协同合作并提供在线咨询服务,还可由不同地域分布的分支设计机构、设计人员、协作部门单位应用多样化平台软硬件与设计方式在相应规定时段内良好完成。为有效解决该类复杂系统问题应良好的应用开发土木工程设计的协同并行技术。另外,智能化建筑工程与检测结构亦是土木工程基于信息化发展背景的未来发展的趋势。项目管理与电子数据同样是土木工程实现信息化发展的趋势,工程建设施工是当今土木工程应用计算机技术的重要领域,基于系统复杂工程在施工阶段中由报价投标、预算到签订管理合同、评定分析质量直至竣工验收各阶段均需要进行大量数据信息的处理,整体施工单位控制与辅助管理均会被纳入至辅助计算机施工技术体系中。依据电子化数据查阅管理系统的应用便利性,当前国外开发研究出了无线电双向通讯设备并广泛用于现场工地的互通联络与基于GPS科学技术创建人机通讯高效便利设备。当前土木工程领域信息技术的跨越式发展已经令国际承包商真正跨越了地域壁垒,实现了共享式、协同式、智能化的行业发展。
3.3 土木工程虚拟技术将实现广泛应用
传统土木工程研究发展中人们只能应用特定符号、平面图纸进行大量信息的传递,该类方式受到接收信息者知识结构、行业经验等的约束限制。伴随土木工程项目新时期复杂程度的日益强化,令该类交流方式变得越发困难,因此虚拟现实技术逐步诞生,并为工程建设中的广泛、交叉交流创造了新型实践方式、拓宽了其发展前景。虚拟现实技术主要将多媒体技术、计算机技术、传感技术与网络技术融合,将抽象的符号与图纸合理转化为人们的现实直观体会与感受,可以说是一类人机交互新型科学技术,可为人们创造贴近现实、身临其境的仿真虚拟环境,人们则好似在现实世界之中。今后土木工程领域,该类技术的优势与特征一方面会应用于各类项目工程的投标招标领域,基于仿真虚拟环境将施工方式与过程很好展现出来。同时其在设计结构中的施工、计算等复杂过程的仿真模拟中更具有良好优势。可通过三维图形计算机技术完成可视化计算,通过变化设计参数的结果进行直观显示,有利于缩短施工设计时空,选择最佳方案并获取最低费用、最佳工期与最有效的资源,进而科学准确的控制土木工程整体建设水平与质量。
4 结语
综上所述,随着信息化社会的飞速发展土木工程实现了质的飞跃,我们只有科学遵循其内涵特征、发展现状把握工程建设未来发展趋势动向、制定科学实践发展策略,才能真正推进土木工程实现可持续的全面发展。
参考文献
关键词:现代土木结构;智能控制;技术分析
现代土木结构的概念现代材料技术的发展进步促使了人类社会进入了信息时代,信息材料的生产业已实现设计制造一体化。各种具有信息采集及传输功能的材料及元器件正逐渐地进入土木工程师的视野。人们开始尝试将传感器、驱动材料紧密地融合于结构中,同时将各种控制电路、逻辑电路、信号放大器、功率放大器以及现代计算机集成于结构大系统中。通过力、热、光、化学、电磁等激励和控制,使结构不仅有承受建筑荷载的能力。还具有自感知、自分析计算、自推理及自我控制的能力。具体说来,结构将能进行参数如应变、损伤、温度、压力、声音、化学反应)的检测及检测数据的传输,具有一定的数据实时计算处理能力,包括人工智能诊断推理,以及初步改变结构应力分布、强度、刚度、形状位置等能力。简言之,即使结构具有自诊断、自学习、自适应、自修复的能力。这就是现代土木结构概念的形成过程。
现代结构是传统结构的功能的升华。现代结构在土木结构中的应用便称之为现代土木结构。
现代土木结构技术分析.
结构智能化传统的土木结构是一种被动结构,一经设计、制造完成后,其性能及使用状态将很大程度上存在着不可预知性和不可控制性,这就给结构的使用和维护带来不便。为了解决这一问题,发展出了在线监测结构,它赋予传统土木结构以在线监测机制,从而为探知结构内部性能打开了窗口,使人员可以方便地了解结构内部物理、力学场的演变情况,这就是结构智能化的第一层次。在在线监测结构的基础上,进一步增加了监测数据的智能处理机制,使得结构具有自感知、自诊断、自推理的能力,从而使结构实现了第二层次的智能化。
现代土木结构分类现代土木结构按其材料可分为两种类型,分述如下:
嵌入式现代土木结构在基体材料如钢结构、钢筋混凝土结构中嵌入具有传感、动作和控制处理功能的材料或仪器,并集成进现代计算机硬件软件技术,由传感元件采集和检测结构内部信息,由计算机对这些信息进行加工处理,并将处理结果通知控制处理器,由控制处理器指挥、激励驱动元件执行相应动作。
属于这种类型的智能结构只需对传统土木结构加以改进即可,无须额外研究结构的传统力学性能,易于做到传统结构与智能结构的平稳过渡,故而成为研究的焦点。
基体、智能材料耦合结构某些结构材料本身就具有智能功能,它们能够随着自身力学、物理状态的改变而改变自身的一些其它性能。如碳纤维混凝土材料能随自身受力情况而改变其导电性能,只要探测到这一改变,便可以间接获得结构的内部力学信息。
按照结构智能化目的的不同,又可将其分为如下几类:a.具有裂缝自诊断和自愈合功能的智能混凝土结构;b.具有应力应变状态自诊断功能的智能混凝土结构.c.具有变形、损伤自诊断功能的智能混凝土结构;d.具有疲劳寿命预报能力的现代土木结掏.e.具有监测钢筋或钢构件锈蚀状态能力的现代土木结构;￡具有感知和自我调节功能的智能减振(桥梁)结构。
现代土木结构的研究内容.
智能化设计现代土木结构的首要研究内容就是对传统结构智能化的概念设计策略性研究。需要针对结构类型及其重要性的不同,以及现有工艺技术水平和经济资金情况等多个方面因素,合理地确定智能化目标,在兼顾技术先进性、实用性和经济 省的前提下采用合理功能层次的现代土木结构。确定了智能化目标以后,就需要着手做一些准备工作,它们是:对结构在使用中可能发生的各种行为进行预测,对结构在力学物理环境下出现的各种反应进行预估,以确定结构中需要实现智能化监控的部位,确定整体监控方案。
由传感元件实现智能控制另外一项重要研究内容就是传感元件。感觉是现代土木结构的基础性功能,它利用在传统建筑材料中埋入传感元件(或利用传感、结构耦合材料)来采集各种信息,经过处理分析,才可实现自诊断、自驱动等智能控制功能。有鉴于此,应对传感元件提出一些特殊要求如。F-a.尺寸细微,不影响结构外形;b.与基体结构耦合良好,对原结构材料强度影响很小;c.性能稳定可靠,耐久性好,与基体结构有着相同的使用寿命;d.传感的覆盖面要宽Ie.信号频率响应范围要宽; 能与结构上其它电气设备兼容;g.抗外界干扰能力强;h.能在结构的使用温度及湿度范围内正常工作。
可列人研究范围的元件有:光导纤维,压电陶瓷,电阻应变丝,疲劳寿命丝,锈蚀传感器,碳纤维等。
作动材料分析现代土木结构的最终目标是实现结构的智能控制,而控制是由作动材料实现的。利用某些存在物理耦合现象的材料,尤其是机械量与电、热、磁、光等非机械量的耦合材料,作为结构的作动件。可以通过控制非机械量的变化来获取结构特性(形状、刚度、位置、应力应变状态、频率、阻尼、摩阻等)的改变,从而达到作动目的。对它的要求主要有:a.与基体结构耦合良好,结合强度高;b.作动元件本身的静强度和疲劳强度高.c.驱动方法简单安全,对基体结构无影响,激励能量小;d.激励后能产生高效稳定的控制,反复激励 F性能稳定.e.频率响应范围宽,响应速度快,并可控制;常用的作动材料有记忆型合金、压电材料、记忆聚合物以及聚合胶体等。目前有关作动元件的研究正在一些领域展开,如董聪、等人评述了几种常用作动,传感材料的性能。
智能结构信息处理现代土木结构要成为有机的整体,还须借助于信息的流动控制及加工处理。只有使信息在环境、结构、传感器、信息处理中枢及作动系统之间有序地流动,并同时进行加工处理,方可使结构具有智能功能。其信息流动可如下图所示:
由此可见,应首先对数据采集予以研究。
这包括各种传感器信号的A/D转换以及数据处理通讯接口软硬件的研制。作为一种尝试,利用传统结构实验装置,实现了单片机应变仪与微机在线通讯的硬件组建及计算机数据接受软件的开发,初步的结果表明,建立土木结构在线监测是完全可以做得到的。
其次。应着重研究输入到计算机中的数据的智能化处理算法,以及相应软件的开发。算法的核心目标应为对结构内部力学、物理场的全面计算。在此,应注意算法的快速性,避免因算法过于复杂而失去了智能结构的机敏、实时特性。
接着,应对结构的健康诊断及安全评定方法予以研究。包括结构的数学建模,参数空问的模式识别,损伤评定,体系可靠性分析,以及人工智能的应用。
关键词：土木工程；施工技术；分析
一、土木工程施工技术具有的特点
施工技术是在人类诞生后产生的，所以它有着漫长的发展历程。但是，在漫长的历程中却没有突破，直到文艺复兴之后，才有了跨越性的发展，土木工程施工技术也有所创新和突破。在科学技术发展促进下，各种环保节能的新材料、新结构也在不断涌现出来。与此同时，出现了越来越多技术复杂、规模浩大的土木工程结构。为适应经济增长及市场发展的需要，施工技术也在快速发展变化。目前，我国正处于经济高速发展阶段，建筑工程的数量在逐年增多，其规模也在明显加大，这为我国施工技术的发展奠定了基础。土木工程有自身独有的特点，与一般的生产作业不同，它的每项工程都要根据工程性质和特点来进行单独施工，这样就会使工程项目的成败直接受到施工组织是否科学合理的影响。总的来说，土木工程施工具有固定性、流动性、多样性、协作性和综合性等特点。固定性是指施工地点相对固定，施工地点被选定后就不会发生较大的变动；流动性指的是施工队伍和施工人员的流动；而多样性则是指不同的工程，在建筑类型、施工设施及施工方法方面也都各自有不同；协作性和综合性是指工程施工需要由多家不同单位，包括建设、施工、设计、监理、材料供应商等来配合协调完成。此外，每个工程都会涉及很多专业，具有很强的综合性；工程的施工技术比较复杂，工程投资大。
二、土建施工技术在建筑工程中的应用
1、土建施工技术在高层建筑中的应用
近年，随着经济快速发展，高层建筑成为我国建筑的主要部分。土建施工技术作为一种成熟、经济的施工技术，并且可以在钢和混凝土两种材料发挥各自的优势，既具有钢结构的技术优势又具有混凝土造价低廉的特点。在高层建筑中运用土建施工技术，既能保证建筑物的强度，又能节省建筑费用。目前，土建施工技术在我国发展非常迅速，如今已深入到各个工程领域，尤其在住宅中应用更为广泛。随着建筑业的发展，土建施工技术越来越多的被应用于高层建筑，土建施工技术有着广阔的发展空间。经过几十年的发展和改进，土建施工技术已经相当成熟。
2、土建施工技术在建筑工程中的应用
土建施工技术在建筑工程中应用主要以下方面：首先，在房屋内排水的雨水管道，主要的方法：在建筑工程中混凝土柱子的中心进行垂直铺设；沿着外墙的柱子外侧进行铺设。在建筑物的防水方面，土建施工人员要有严格的落实雨水立管的截面所占据的装饰空间与包管的装饰工作，用来保障建筑物在建筑过程中外墙的防水工程的施工。
3、防水混凝土结构
防水混凝土结构是指以本身的密实性而具有一定防水能力的整体式混凝土或钢筋混凝土结构，它兼有承重、围护和抗渗的功能，还可满足一定的耐冻融及耐侵蚀要求。与卷材防水层等相比，防水混凝土结构具有材料来源广泛、工艺操作简便、改善劳动条件、缩短施工工期、节约工程造价、检查维修方便等优点。
三、土木工程施工技术的创新分析
1、土木工程新型预应力施工技术创新
土木工程施工预应力施工技术要建立在科学发展的体系之下，实现传统预应力向现代化预应力转变。在土木工程混凝土施工内部会涉及到预应力放置问题。一些工程建设跨度较大、结构较为复杂采用的预应力筋就显得特别的重要，新型预应力施工技术就是针对这种情况进行创新。预应力创新主要体现在体外预应力有无粘结体，这种结构方式在施工建设中是一项重要问题，对施工建设的开展有着重要的影响。有粘结体的体系中，其预应力生成的摩擦程度比较低，造成的损失很小。而无粘结体的体系所使用的是单根张拉技术，其操作起来也相当容易，同时摩擦造成的损失也不大。
2、强化信息技术在土木工程施工中的应用
传统土木工程施工技术不适应现代土木工程施工，为了能够满足现代化发展要求，有效的提升土木工程施工的效率，要将现代信息技术融合到土木工程施工技术中，这样能够提升土木工程施工质量。选择专业的网络人才对土木工程施工进行系统化分析研究，强化施工人员专业文化素质，使其成为施工建设主要力量。在现代技术影响下实现土木工程施工技术智能化发展，只有在现代技术影响下才能够使土木工程施工技术提升到一个全新的发展高度。
3、完善管理体制实现技术创新
土木工程施工技术创新要在完善的管理体制下才能够实现，科学合理的管理体制能够促进土木工程技术创新，实现土木工程施工技术不断创新发展。科学管理方式能够促进施工技术的完善。在专业知识指导下，实现对土木工程深基坑技术研究创新。深基坑支挡技术，可以逐步建立起桩与锚、支挡与承重的一体化结构体系。在传统施工过程中这种施工方式产生的效果并不明显，施工效率较低，但是通过技术的创新能够改善这种情况，提升施工效率，强化施工质量，并且能够减少施工投入的成本实现经济效益与社会效益的最大化发展。
4、土木工程施工技术设计创新
土木工程施工技术在施工建设过程中占据重要的位置，这种情况主要表现在施工技术设计阶段。施工设计人员要根据施工特点提升对施工设备、材料、方式等方面的研究，结合具体施工情况，使土木工程施工技术能够满足施工现场的要求。土木工程施工技术会受到气候条件的影响，使施工现场荷载等方面受到限制，针对这种情况施工人员要克服施工现场的限制，实现施工技术的创新发展，并且在实际应用中更好的突破现有施工技术，实现深坑支挡技术和预应力技术创新。
四、土木工程施工技术发展新趋势
1、土木工程施工技术科技化发展
建筑行业发展的主要动力就是实现经济效益最大化发展。在土木工程施工建设中工程造价影响着施工建设的开展，并且能够推动土木工程施工技术创新发展研究，是技术提升的重要保障。利用科学技术能够提升土木工程施工技术智能化发展，在一定程度上降低成本的投入，实现多元化渗透提升土木工程施工效率。
2、土木工程施工技术自动化发展
科学技术的提升促进了建筑行业自动化发展，实现了传统流水线建筑向标准化、工厂化的转变，优化了传统生产方式。建筑构件到外部脚手架等都可以由工业生产完成，标准化的实施带来建筑的高效率，为土木工程施工技术创新奠定了基础。
3、土木工程施工技术生态化发展
土木工程施工技术是人们进行施工建设的主要方式。经济的发展使人们越来越关注环境问题，因此在土木工程施工建设过程中进行生态化施工建设已经成为一种全新的发展趋势，是建筑行业发展的主要方向。在施工建设阶段要注重保护生态环境是实现土木工程节能发展的重要体现。避免在施工建设过程中出现环境污染，这样能够降低能耗，是建筑与自然环境更好的融合在一起。
结束语
综上所述，土木工程建设是一项综合性的工程，其对质量和安全性的需求很高，这些都要取决于施工技能。跟着土木工程的开展，其施工技能也在不断开展和立异，跟着国际科技水平的不断提高，信任土木工程施工技能也会得到不断的立异，并在土木工程施工方面得以推行与使用，进而推进着社会不断向前进步。
参考文献
[1]丁红霞.关于土木工程施工技术的探讨[J].江西建材，2013，（01）.
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